Вариаторы: доверять

Плюсы и минусы «коробки» вариатор

Сам принцип работы вариатора определяет преимущества автомобилей с CVT:

• исключительная плавность разгона, недостижимая никакими другими видами ступенчатых трансмиссий (в том числе в самых современных разработках автоматических коробок передач);
• топливная экономичность: в CVT отсутствуют потери на переключение передач, и, значит, мощность двигателя используется с максимальной эффективностью в смысле потребления топлива. Правда на практике оказывается, что экономию топлива в автомобилях с вариатором по сравнению с машинами, оборудованными современными АКПП ощутить затруднительно;
• более быстрый разгон – по времени разгона вариаторы особого преимущества не дают, но в сочетании с плавностью набора скорости создают яркие впечатления от процесса ускорения.

Недостатки вариаторов:

• ограниченный ресурс устройства – в несколько раз меньший, чем у автомобилей с механической коробкой передач;
• низкий уровень ремонтопригодности: отремонтировать вариатор можно далеко не везде, так как настоящих специалистов по CVT сравнительно немного. К тому же запасные части к вариаторам (в особенности привод) стоят дорого;
• не дешёвое техническое обслуживание – замена масла (а это 5-6 литров специального масла) каждые 60 тыс. км пробега и приводного ремня (100 тыс.км).

Основы работы коробки автомат для понимания работы вариатора

Принцип работы вариатора кардинально отличается от ступенчатых коробок передач.

Для большего понимания сначала следует рассмотреть, как функционирует классическая автоматическая коробка передач (не путать с преселективной роботизированной КПП, которую тоже часто обозначают как АКПП).

В основе работы любой ступенчатой коробки лежит взаимодействие между собой шестерен разных размеров.

По сути, коробка передач – это обычный многоступенчатый редуктор, которым можно управлять. Такой, к примеру, является обычная механическая коробка.

АКПП же значительно сложнее по конструкции. Если МКПП — это редуктор, то в АКПП он – лишь составной элемент, хоть один из основных.

В целом автоматическую коробку можно разделить на несколько составляющих:

• Механическая;
• Гидравлическая;
• Электронная.

Механическая составляющая – это и есть редуктор. В его основе лежит обычная планетарная передача.

В современных КПП, обладающих 4-мя и выше ступенями, таких передач несколько и образуют они так называемый планетарный ряд.

Несмотря на сложность конструкции, принцип работы такой КПП очень прост. Любая планетарная передача состоит из трех компонентов – солнечной шестерни, сателлитов, объединенных водилом, и зубчатого кольца.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Можно ли откорректировать спидометр своими руками

Особенность такой передачи заключена в том, что ведущим, ведомым или зафиксированным (обездвиженным) элементом может выступать любой из составных компонентов, благодаря чему и удается менять передаточное соотношение. Этим и воспользовались конструкторы при создании АКПП.

Так, если сделать ведущей солнечную шестерню, а водило с сателлитами будут ведомыми, при этом кольцо — зафиксировано, то на выходе получим максимальное передаточное соотношение.

Если же зафиксировать солнечную шестерню, подавать вращение на водило, а снимать его с планетарного кольца, то соотношение будет равным, то есть на выходе получаем прямую передачу.

Для получения вращения в обратную сторону (задний ход) достаточно зафиксировать водило, а вращение подавать на солнечную шестерню.

Для обеспечения блокировки шестерен планетарных передач, в конструкции АКПП применяются фрикционные муфты сцепления и ленточные тормоза.

В действие эти узлы приводятся гидравлической составляющей, работа которой контролируется и регулируется электронным блоком.

В итоге все выглядит так: электронный блок управления при помощи датчиков следит за несколькими параметрами – скоростью движения, оборотами коленчатого вала и т. д.

При надобности, он подает сигнал на открытие клапанов или срабатывание поршней гидравлической системы.

Те в свою очередь воздействуют на муфты или тормоза, блокируя вращение требуемого компонента планетарной передачи.

Чем хорош вариатор

В зависимости от того, какая программа выбрана, вариатор будет самостоятельно менять при разгоне передаточное число. При езде на автомобиле с обычной коробкой осуществляется постепенное переключение передач и увеличение оборотов двигателя. А автомобиль с вариатором набирает скорость на неизменных оборотах, соответствующих максимальной величине крутящего момента. Изменяется при этом передаточное отношение.
Тем, кто пересядет с машины, работающей с привычной коробкой передач, на авто с вариатором, будет наверняка некомфортно набирать разгон. Ведь, после нажатия водителем педели газа двигатель выходит сразу на высокие обороты, и в течение всего набора скорости продолжает оставаться на них, при этом двигатель работает на высоких оборотах, издавая довольно ощутимый рев. Зато темп разгона у таких автомобилей выше, чем у машин с традиционной АКПП, и это можно отнести в плюсы вариатора.
Иногда настройки вариатора делают такими, что разгон с его помощью по ощущениям напоминает разгон с ростом оборотов двигателя. Конечно, когда автомобиль двигается в гору или замедляется, вариатор не останется на высокой передаче, даже если нажимать педаль газа. Его шкивы просто передвинутся назад для повышения выходного крутящего момента.
На некоторых машинах существует возможность устанавливать режим с определенным количеством так называемых «виртуальных» передач, между которыми вариатор будет переключаться подобно классической АКПП. В таком случае можно переключать эти установленные передачи даже самостоятельно, как на коробке-автомат с наличием ручного последовательного режима.

Устройство бесступенчатой коробки передач и принцип его работы

Коробка передач CVT – это подвид механической КПП. Однако если в МКПП передачи переключаются с одной ступени на другую, а во время этого обязательно нужно нажимать сцепление, то в КВТ все происходит иначе.

Различают клиноременное/цепное устройство и вариатор тороидальный. Первые два типа характеризуются сходным строением. В первом случае крутящий момент передается от одного ко второму шкиву, которые располагаются параллельно друг другу, с помощью ремня. Шкивы соприкасаются верхушками и представляют собой конусообразные детали. По мере изменения крутящего момента, они то соприкасаются, то раздвигаются. В результате этого происходит моментальная передача энергии на приводы. Конструкция устанавливается только на легковые авто, поскольку в более мощных машинах ремень может разорваться.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

А вот вариатор цепного типа представляет собой более усовершенствованный механизм клиноременной трансмиссии, в которой вместо ремня используется стальная цепь. За счет этого повышается срок эксплуатации техники.

Также существует тороидальная коробка CVT, конструкция которой отличается от двух предыдущих. Вместо двух шкивов здесь установлено 2 колеса, между которыми располагается ролик торроидного типа. Колеса создают движение ролика, вместе с чем выполняется повышение/понижение передач.

Коробка передач – что это такое

Что вам нужно понять, так это то, что подобная система характерна только для машин с ДВС. В других случаях, например, для электромобилей, никаких рычагов не будет. Просто потому, что нет такой необходимости.

Работа коробки передач как таковой заключается в следующем: двигатель, который используется в автомобилях, имеет очень широкий диапазон крутящего момента. Колеса же, в свою очередь, не могут вращаться с той же скоростью. Использование трансмиссии позволяет нивелировать разницу в оборотах. КП же помогает водителю контролировать скорость вращения, разгоняясь и замедляясь в нужный момент.

Из того, что еще нужно сказать: на сегодняшний день применяются механические коробки передач, управляемые вручную, автоматические и вариаторы. Именно на них остановимся подробнее.

Главные достоинства и недостатки CVT

Прежде чем перейти к рассмотрению плюсов и минусов вариатора, также стоит несколько слов сказать о другой разновидности бесступенчатой коробки – тороидной. Как уже говорилось, на 95% японских, немецких, корейских и других авто ставят либо клиноременной, либо клиноцепной вариатор. Остальные 5% транспортных средств оснащены тороидным типом CVT. Он не получил должного распространения, так как по многих характеристикам уступает аналогу с ремнем/цепью. Итак, за что любят и недолюбливают вариаторную коробку? Причины следующие:

Каждый автовладелец может найти другие слабые и сильные стороны вариаторной коробки, основываясь на личных предпочтениях, собственном водительском стаже. Есть категория водителей, которая не переносит «молчаливость» силового агрегата. Двигатель в паре с CVT никак не реагирует ни на молниеносное ускорение, ни на планомерные переходы на высокие и низкие скорости.

Кто привык ездить на спортивных машинах с обычной МКПП, вряд ли сможет без характерного «рева» двигателя. Ощутить драйв за рулем машины с бесступенчатой коробкой не получится, отчасти по той причине, что вариатор не ставят на модели с действительно мощными моторами. Решение приобретать авто с CVT или сделать выбор в пользу механики зависит исключительно от желаний и потребностей.

CVT трансмиссия: преимущества и недостатки

Как может показаться на первый взгляд, коробка передач вариатор выгодно отличается от аналогов

Сразу отметим, хотя имеется ряд очевидных плюсов, также нужно обращать внимание и на недостатки СVT. Давайте рассмотрим сильные и слабые стороны вариатора более подробно

Прежде всего, к плюсам вариатора можно отнести комфорт, экономичность и высокие показатели КПД. Общий принцип работы и отсутствие фиксированных «ступеней» позволяют реализовать плавный и эффективный, а также достаточно быстрый разгон автомобиля.

На машине с вариатором не тратится время на переключения передач, поток мощности на колеса не разрывается, двигатель работает в диапазоне оптимальных оборотов и максимального крутящего момента. Также коробка CVT работает менее шумно, чем многие гидромеханические АКПП или «роботы», двигатель в штатном режиме не раскручивается до высоких оборотов.

Если же говорить о минусах вариатора, тогда можно выделить следующее:

• Начальная стоимость CVT не намного ниже «классических» гидромеханических АКПП или DSG;
• Такая коробка не рассчитана на высокие нагрузки, то есть вариатор не ставится в паре с мощными ДВС. Как правило, CVT ставится на машины с двигателями, мощность которых не превышает 200 л.с.;
• На вариаторе нельзя ездить агрессивно (резкий разгон с места, интенсивное торможение, рваный стиль езды). Также следует избегать продолжительного движения на высоких оборотах;
• Вариатор требует качественного и частого обслуживания (замена фильтров и масла в вариаторе должна выполняться каждые 30 тыс. км.). Использовать нужно только оригинальную дорогостоящую трансмиссионную жидкость. Еще рекомендуется каждые 80-100 тыс. км. менять ремень вариатора;
• Общий срок службы вариатора меньше по сравнению с АКПП или РКПП. Как правило, вариатор имеет ресурс, ограниченный отметкой около 200 тыс. км.
• Низкая ремонтопригодность, дорогостоящий ремонт, нехватка оригинальных запчастей и квалифицированных специалистов, а также сложности с настройкой системы управления вариатором.
• Чувствительность к малейшим сбоям в работе ЭСУД автомобиля (выход одного из датчиков может привести к сбоям в работе всей вариаторной трансмиссии).

Еще следует отметить, что часто в случае поломки вариатора решить вопрос путем приобретения контрактного агрегата б/у не получается. Дело в том, что с учетом небольшого ресурса решение приобрести недорогой контрактный вариатор с пробегом означает, что такая коробка также будет изношена и возникают нарекания на работоспособность.

При этом стоимость новой КПП данного типа или коробки CVT с подтвержденным минимальным пробегом и большим остаточным ресурсом оказывается достаточно высокой. Также в списке минусов вариатора можно выделить тот факт, что многие автовладельцы, которые знают о недостатках коробки, избегают автомобилей с CVT на вторичном рынке, отдавая предпочтение АКПП.

Простыми словами, при продаже подержанный автомобиль с вариаторной коробкой передач заметно теряет в цене по причине относительно небольшого спроса. Если же планируется покупка такого авто, необходимо проводить комплексную диагностику, а также быть готовым к возможным сложностям и затратам через небольшой промежуток времени, если пробег подержанной машины превысил отметку в 150 тыс. км.

Еще одним минусом, который отмечают многие владельцы машин c  коробкой CVT, можно считать отсутствие ощутимого переключения передач при разгоне, ровные обороты двигателя и характерный однотонный шум при разгоне.

С одной стороны, это нельзя считать недостатком, однако субъективное мнение многих водителей говорит об обратном. Более того, сами производители, прислушиваясь к отзывам потребителей, стараются учитывать этот момент, оснащая вариаторы «виртуальными» ступенями (аналог Типтроник), когда шкивы имеют фиксированные положения, тем самым имитируя переключения ступенчатой коробки.       

https://youtube.com/watch?v=HcuROau5FQM

Достоинства вариатора

Зная принцип работы вариаторной коробки передач нужно обязательно отметить ее положительные качества. При движении по дороге, набор скорости происходит максимально плавно, отсутствуют рывки и подергивания. Таким способом можно легко проверить вариатор при покупке, прокатившись на нем на какое-то расстояние.

При этом, разогнаться до необходимой скорости у водителя получиться гораздо быстрее. К преимуществам вариатора можно отнести и то, что с такой коробкой практически невозможно заглохнуть при остановке. Такие автомобили очень ценятся в больших городах с регулярным скоплением пробок. Зная, как работает вариатор, вы сможете упростить свою жизнь и добавить комфорта в езду за рулем.

https://youtube.com/watch?v=hbewlngu5Zg

Если вы еще не знали, как работает вариатор, то приятной новостью будет его низкий уровень шума. Во время езды его практически не слышно. Также это значит то, что вы будете отлично экономить топливо при ее пользовании. В наше время остро стоит вопрос о загрязнении окружающей среды и поэтому коробка вариатор выпускает значительно меньшее количество выхлопных газов, нежели стандартный автомобиль.

Особенности управления коробкой вариатором

Когда автомобиль, оснащенный стандартной коробкой автомат, набирает скорость, приходится раскручивать обороты двигателя перед включением каждой передачи. Автомобиль с вариатором разгоняется при постоянных оборотах силового агрегата. На основании программы управления, выбранной водителем, вариатор самостоятельно изменяет передаточное число трансмиссии.

При подъемах на возвышенность, преодолениях преград или торможениях водитель нажимает на педаль газа, а вариатор автоматически снижает передачу. В это время диски шкивов синхронно передвигаются (сходятся/расходятся), занимают заданное положение, чтобы обеспечить требуемую величину момента кручения выходного вала вариатора.

При помощи электроники, коробка вариатор CVT может резко переключаться, например, перескакивая с виртуальной шестой на восьмую передачу. Или, по желанию водителя, можно постепенно переходить на следующий режим с имитацией последовательного переключения.

Где применяются вариаторы CVT

Благодаря простоте конструкции и комфортности управления, коробки передач вариаторного типа устанавливаются на автомобилях известных производителей: AUDI, INFINITY, NISSAN и др.

Вариаторы также нашли широкое применение в следующих механизмах и технических устройствах:

1. Сверлильные станки.
2. Тракторы и прочие сельхоз машины.
3. Мотороллеры.
4. Снегоходы.

Основные проблемы с которыми могут столкнуться владельцы автомобилей с вариатором

При всем обилие достоинств, у CVT трансмиссий есть свои существенные минусы и особенности. При должной эксплуатации и своевременном обслуживании, коробки ходят по 150 000 – 200 000 км, не доставляя особых проблем своим владельцам. Если Вы являетесь первым собственником, то боятся вам нечего т.к. гарантия позволяет быть полностью уверенным, что в случае неисправности КПП будет починена. А вот покупая автомобиль на вторичном рынке нужно быть внимательным и лучше всего перед покупкой пройти диагностику.

Недостатками можно считать:

• дорогостоящий ремонт, как и в случае с DSG мало кто может перебрать или отремонтировать изношенные детали на профессиональном уровне. Отсюда и получается, что мастера своего дела за работу берут ощутимые денежные средства.
• замена масла каждые 30 000 – 40 000 км. Хоть производители и рекомендуют производить замену масла раз в 80 000 км, на самом деле столь большой интервал может сказаться с негативной стороны, особенно если автомобиль покупался с пробегом свыше 120 000 км.
• данный тип кпп не любит рваный стиль езды и резких ускорений с места, поэтому если вы любитель активного передвижения, то лучше присмотреться к покупки автомобиля с иной коробкой;
• многих пересевших с классической автоматической трансмиссии, где чувствуется переключение передач,  по началу раздражает сама работа и исходящий шум, что обусловлено спецификой работы данной трансмиссии. Хотя современные вариаторы обучены имитировать переключение передач;
• перегрев, обо этом стоит помнить при движении на высоких скоростях продолжительное время. При частом возникновении ошибки Slow Down стоит промыть радиатор, в случае если это не помогло то прибегнуть к радикальным мерам и установить дополнительный радиатор вариатора.

Что такое коробка CVT?

Итак, коробка передач CVT — что это такое?

CVT – это вид трансмиссии, которая переключает передачи плавно, без участия водителя. Ее еще называют следующим поколением коробки автомат. Она меняет передаточное число незаметно и беспрерывно. В последнее время автопроизводители все больше работают над совершенством и разработкой новых вариантов вариатора.

Принцип работы

Большинство вариаторов оснащаются клиноременными передачами. Шкивы оснащаются раздвижными валами, которые и меняют передаточное число способом раздвижения и сдвижения частей вала.

Вариативная КПП состоит всего с трех элементов:

1. ремень, который может быть резиновый, металлический или полевидный (специально сделан и разработан, в основе которого лежит твердый метал, прочная резиновая обмотка и пропитан специальным веществом, которое имеет свойство охлаждать ремень);
2. ведомый шкив. Вращается за счет ведущего шкива и передает вращение на карданную передачу;
3. ведущий шкив. Он связан в коленвалом и вращает ведомый шкив.

Типы вариаторов

• гидромеханическая. Составляющей этой КПП является гидромуфта и механическая часть коробки;
• электрическая. Состоит из электромоторов, которые установлены на каждое колесо;
• вариативная. Состоит из механической КПП, по принципу передачи передаточного числа с помощью регулируемых валов и ремня.

Чем отличается вариатор от автоматической коробки передач?

Основным отличием является конструктивный план и особенности сборки. У автомата стоит гидротрансформатор, который идет как сцепление и блок шестеренок, который переключает передачи. У вариатора же стоят два раздвижных шкива, которые приводятся ремнем. В бесступенчатой коробке нет передач, которые нужно переключать, и отсутствует сцепление.

Автоматическая коробка изменяет частоту вращения коленвала, вариатор этого не делает, весь процесс происходит на одном количестве оборотов двигателя. Таким образом в техническом плане отличаются эти КПП.

В плане ощущений при переключении автомата слышится щелчок или толчок при смене передачи, на вариаторе же это отсутствует, поскольку переключения скоростей нет. Также отсутствует звук набирания оборотов ДВС, как и при езде на коробке автомат.

Еще одним отличием является то, что на АКПП есть определенное количество передач, а на вариаторе оно отсутствует. По большому счету вариатор имеет бесконечное число ступеней.

Основными достоинствами являются:

• высокая динамика движения;
• экономия горючего;
• плавный разгон;
• отсутствие толчков при переключении передачи;
• отсутствие шума коробки и ДВС;
• не требует переключать передачи;
• надежность и простота конструкции;
• легкий ремонт и обслуживание;
• небольшой вес;
• стоимость ниже обычной АКПП;
• увеличенный срок эксплуатации.

Недостатки CVT:

• низкий темп набора скорости;
• нужно лить только масла, которые охлаждают, поскольку высокая сила трения;
• требуется бережное отношение к ремню или цепи;
• обслуживание вариатора дороже, нежели других КПП;
• каждые 130-140 тыс. км нужно менять ремень;
• малое количество времени бесперебойной работы.

Взглянув на все плюсы и минусы можно сказать, что вариатор имеет много положительных моментов, но и не меньше отрицательных. При бережной эксплуатации и своевременном ТО, CVT прослужит долго и надежно. По мнению многих экспертов эта КПП идеально подходит для девушек и людей с ограниченными физическими возможностями.

Предложения производителей в вариативных коробках

На данном этапе несколько производителей работают над совершенствованием бесступенчатой коробки. Основной проблемой остается ремень и цепь, которые имеют повышенный износ.

Компания Toyota разработала новый вид цепи, который состоит из легкого и прочного метала, а сверху покрыт резиной высокого качества. Весь этот элемент покрывают специальным полимером, который служит для снижения нагревания. Этот ремень для коробок CVT сейчас только на стадии тестирования, но производитель обещает в случаи успешных испытаний запустить его в массовое производство, что значительно повлияет на время проведения ТО и износ деталей.

Также Форд запустил новый вид ремня для CVT на основе секретного полимера. Срок службы данной детали по техническим данным составляет 200 000 км, что на 50 тыс. км больше, нежили существующие.

Типы вариаторов

Во многих узлах и агрегатах нашли широкое применение различные конструкторские решения вариаторов, которые плавно изменяют передаточное число от двигателя к колесам, но в автомобилестроении ужились пока только два их типа:

1. Клиноременной;
2. Тороидный.

Клиноременной

В основу устройства клиноременного вариатора входят два шкива конической формы и одна или двух ременная передача.

Ремень имеет клиновидную форму и может быть изготовлен из резины, набора металлических пластин или цепи. Но это только влияет на надежность работы всей системы, но никак на принцип ее работы.

Конструктивно предусмотрено раздвигание и сдвигание шкивов, благодаря чему и происходит изменение их диаметров.

Резиновый ремень.

Благодаря клиновидной формы ремня, последний соприкасается со шкивом боковыми сторонами, что обеспечивает надежную передачу вращательного момента продолжительное время (для резиновых ремней 50 000 км, но это еще не предел).

Изменение передаточного числа происходит за счет сдвигания и раздвигания, ведущего и ведомого шкивов.

При малых оборотах двигателя диски ведущего шкива разжаты, соответственно имеют малый диаметр. Ведомые диски, наоборот, сжаты и имеют больший диаметр.

При увеличении оборотов двигателя под воздействием центробежных сил и различных приводов, диски ведущего шкива сжимаются, а ведомого, наоборот, разжимаются, при этом уменьшается передаточное число.

Чтобы диаметры шкивов изменялись синхронно с возникающими нагрузками на двигатель, в автомобиле с коробкой CVT предусмотрена электронная система управления, которая также совместно управляет и работой планетарного редуктора и сцепления.

Планетарный редуктор обеспечивает движение автомобиля задним ходом, так как конструктивно вариатор не может обеспечить такое движение.

Благодаря электронной системы управления, после выхода автомобиля на крейсерскую скорость, CVT трансмиссия поддерживает те обороты двигателя, которые наилучшим образом будут подходить для хорошей динамики движения автомобиля.

Во время различных экспериментов было установлено, что оптимальный угол наклона внутренних стен шкива должен быть 20 градусов.

В разных устройствах сдвигание и раздвиганье шкивов происходит за счет гидравлики, пружин или центробежных сил.

Резиновые передачи в клиноременных вариаторах зарекомендовали себя плохо, поэтому сейчас в основном устанавливают передачи из цепи или металлических пластин.

Это в значительно мере повысило надежность и увеличило ресурс работы системы и уменьшило шумы во время движения авто.

Так же, как разновидность, существуют клиноцепные трансмиссии, передача крутящего момента в которых происходит с помощью металлической цепи в основе которой лежат специальные пластины, соединенные осями.

КПД взаимодействия со шкивами в таких устройствах в значительной мере выше, чем в обычных клиноременных вариаторов, а значит, потери вращательного момента в них минимальны.

Для управления используется специальный рычаг селектора.

Клиноременной вариатор устанавливается на многих зарубежных автомобилях, у каждого производителя он конструктивно может отличаться и иметь свое название, к примеру:

Тороидный вариатор

Как видно из рисунка тороидный вариатор состоит двух вращающихся в противоположные стороны соосных валов, имеющих тороидную (сферическую) форму.

Между валами зажаты ролики, их тоже видно на рисунке выше, которые изменяя свое положение меняют передаточное число от ведущего к ведомому валу, при этом крутящий момент передается от роликов к валам за счет сил трения.

Основной проблемой, влияющей на надёжность работы всей системы и на КПД передачи крутящего момента, является пятно контакта роликов со сферическими валами.

Усилие прижатия в пятне контакта может быть колоссальным, в некоторых вариаторах оно может достигать 10 т., поэтому, помимо того, что материал в них должен быть высокотехнологичным, система управления тоже должна быть очень надежной.

К примеру, на вариаторе Extroid, который применяется на некоторых моделях Nissan, установлен специальный гидравлический механизм, управляемый электроникой, перемещая ролики с диапазоном в микроны.