Что такое вариатор и принцип его работы

Что такое вариатор и принцип его работы

Все , кто так или иначе знаком с автомобилями знает, что одним из важнейших критериев выбора автомобиля является тип коробки переключения передач. Каждый слышал про механические и автоматические коробки, но далеко не все слышали о бесступенчатых трансмиссиях, в данном случае поговорим о вариаторных коробках.

История вариатора

Хоть трансмиссии типа вариатор уже давно не новшество, но для наших краёв всё же диковинка и вещь малоизученная, а потому интересная.

Невероятно, но за созданием вариатора не стоят такие пионеры автомобилестроения как Р. Бош, Ф. Порш, Г. Даймлер, В. Майбах, К. Бенц , Р. Дизель или же Г. Форд. Запатентовали его лишь в 1886 году. Однако задолго до этого (в далёком 1490 году) первый прототип вариатора изобрёл гениальный художник и “человек-универсал” эпохи Возрождения ‒ Леонардо да Винчи.

Лучший двигатель

Посмотреть результаты

Загрузка ... Загрузка ...

Лучший тип привода

Посмотреть результаты

Загрузка ... Загрузка ...

Начало использования вариатора на автомобилях относится к 50-м годам прошлого века. Спустя пять столетий после изобретения первого вариатора. Автомобилем, впервые получившим бесступенчатую трансмиссию, стал первый легковой автомобиль компании DAF ‒ DAF 600. В основе этого вариатора лежали резиновые клиновые ремни и называлась эта трансмиссия DAF Variomatic. Затем патент ушёл в Volvo, что было связанно с продажей отделения пассажирских автомобилей DAF.

variator-DAF-Variomatic

 

В конечном итоге, вариа́тор (от лат. variātor «изменитель») — это ещё один из вариантов автоматической трансмиссии. В автомобиле с вариатором ничто, с первого взгляда, не выдаёт его присутствия. Те же две педали что и в классическом автомате, тот же рычаг переключения с аналогичными режимами. Всё интуитивно понятно и знакомо, если вы сталкивались с автоматическими трансмиссиями. Однако принцип работы вариатора кардинально отличается от принципа работы гидротрансформаторных (обычных) автоматов.

Он не имеет строго определенных передач, ни первой, ни второй и никакой либо ещё. Потому его “переключения”(назовём их так) осуществляются без ощутимых рывков.

Вариатор обеспечивает плавное изменение передаточного числа в нужном диапазоне. Поэтому переключений, к которым мы привыкли на автоматических коробках, тут нет, а вместе с этим нет и подёргиваний при движении автомобиля.

Виды вариаторных коробок

Вариаторы подразделаются на несколько видов, к самым популярным из них относятся:

  • клиноременной вариатор (ремень и шкивы изменяемого диаметра);
  • клиноцепной вариатор (цепь и снова шкивы);
  • тороидальный вариатор (диски, ролики и колёса).

Популярнейшим из них является клиноременной вариатор. Рассмотрим принцип его работы на просто примере: имеется пара карандашей (они же шкивы вариатора), расположенные параллельно на удалении друг от друга. Соединяем их резинкой (она же клиновидный ремень) и начинаем вращать любой из карандашей. Вместе с вращением первого так же вращается и второй. Однако если толщина одного карандаша будет больше, чем у другого, то за полный оборот большего карандаша, меньший сделает более одного оборота, чем изменилось передаточное число.

Именно на таком принципе и основывается вариатор, но диаметры его шкивов находятся в непрерывном изменении. Шкивы его выполнены из пар конусов, острые концы которых обращены друг к другу. Поликлиновый ремень же соединяет шкивы вариатора.

Посредством изменения радиуса огиба ремнём ведомого и ведущего шкивов постепенно (плавно) меняется передаточные числа.

Также если пары конусов шкива могут сближаться и отдаляться, то мы уже имеем шкивы с изменяемым радиусом их огибания. Так отдаляясь на максимальное расстояние друг от друга конуса будут создавать выемку шкива с наименьшим радиусом, в которую будет проваливаться ремень, а если конуса по максимуму сблизятся, то мы уже будем иметь наибольший радиус огибания шкива ремнем.

Для изменения передаточного числа шкива, они оснащены специальными системами, которые синхронно сдвигают и раздвигают пары конусов на каждом шкиве. Так когда один шкив соединён с двигателем (ведущий вал), а другой с колёсами (ведомый вал), то передаточное число может меняться в очень большом диапазоне.

А для движения автомобиля задним ходом, ко всей этой системе обычно добавляют планетарную передачу. Таким образом мы и получили бесступенчатую трансмиссию типа вариатор.

Особенности работы тороидального вариатора

Принцип работы тороидального вариатора аналогичен клиноременному вариатору, однако в его устройстве использованы другие компонент: вместо шкивов мы имеем диски, а ремень заменяется роликами и колёсами. Результат же один и тот же: бесступенчатая работа трансмиссии. Рассмотрим принцип её работы:

  • один из дисков связан с двигателем ( аналог ведущего шкива)
  • другой диск связан с карданным валом (аналог ведомого шкива)
  • колёса и ролики играют роль клинового ремня, связывая между собой диски.

Toroidal-CVT

Если углубляться в работу тороидального вариатора, то мы отметим, что колёса могут вращаться как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Благодаря таким видам движения колёсики контактируют в нужной для них области диска. Когда колёса касаются ведущего диска в центральной области, тогда они принудительно касаются ведомого диска в зоне обода, за счёт чего уменьшается скорость и возрастает крутящий момент.

Устройство ремня

Каждый опытный автомобилист хоть раз в жизни сталкивался с ремнями и связанными с ними проблемами. Ремень ГРМ, ручейковый или любой другой ремень имеют ограниченный ресурс. Однако нагрузки в трансмиссии порой в разы больше нежели нагрузки на другие ремни автомобиля. Потому к этим ремням предъявляются особые требования по “живучести”.

Для продления срока жизни вариатора ремни имеют непростую конструкцию.
Обычные автомобильные ремни не способны передать сжимающих усилий, а только растягивающие. Ремень вариатора ( достаточно условное название представляет собой стальную ленту с особым покрытием или наборы стальных лент, либо тросиков , которые пронизаны большим количеством стальных трапецевидных пластинок. Эта самая лента своими краями соприкасается со шкивами. Благодаря продуманной конструкции ремень вариатора при сжатии не складывается, а наоборот обретает жёсткость. Это и позволяет ему передавать как усилия растяжения так и усилия сжатия.

ustroystvo-remnya-variatora

Но не все вариаторы имеют такой вид ремня, так например вариаторы автомобилей Audi оснащены клиновидным ремнём в виде широкой пластинчатой стальной цепи, которая соприкасается со шкивами своими краями.

Дабы минимизировать проскальзывание цепи при передаче таких внушительных усилий при такой малой площади контакта, используется особая жидкая смазка. При действии определённого давления, в области соприкосновения цепи и шкива, смазка меняет своё агрегатное состояние.

audi-CVT

В зависимости от выбранного режима управления коробкой передач, вариатор сам выбирает как именно ему изменять передаточное число. На автомобилях с механической коробкой передач, сразу поднимаем обороты до максимума на первой передаче, потом на второй, третьей и так далее. А при разгоне автомобиля на вариаторе двигатель работает на определенных оборотах ( которые развивают максимальный крутящий момент), но при этом мы ничего не переключаем и передаточное число меняется без рывков.

Ощущение всего этого весьма необычные. При нажатии газа в пол, двигатель набирает обороты и застывает на этом уровне на протяжении разгона, издавая характерный звук (сравним с шумом от пылесоса). Плюсом этого является стремительный набор скорости, так как не тратится время на переключение передач.

Однако же настройка вариатора может иметь такие значения, что разгон на автомобиле будет сопровождается ростом оборота моторов, напоминая обычные коробки переключения передач.

Вариатор также сам может определить нужный крутящий момент двигателя и передаточное число даже при нажатии педали газа, например при подъёме в гору. Сама коробка перестроится на пониженное передаточное число для увеличения крутящего момента.

Также определённые автомобили оснащённые вариаторами с очень необычно заданными программами управления коробкой, которые подразумевают “условные” передачи (зачастую их количество 6 или 8). Они позволяют резко перескакивать с передачи на передачу, имитируя классические автоматические трансмиссии. Также данные коробки имеют возможность ручного переключения передач. Это аналогично автоматическим коробкам, которые имеют возможность секвентального (ступенчатого) переключения передач в ручном режиме.

В конченом итоге мы описали пока лишь плюсы вариаторных коробок передач, однако не обошлось без минусов. Один из самых существенных ‒ это ограничение мощности используемых двигателей. Неспроста они впервые появились на компактных автомобилях. Даже сейчас спустя полвека их появления мощные и тяжелые автомобили оснащены механической или автоматической ( гидротрансформаторной), а также роботизированной трансмиссиями.

Не стоит отрицать, что продвижение в этой области есть. Так например новая Audi A4(B8) 2.0 TFSI имеет мощность 211 лошадиных сил и оснащена фирменным вариатором от Audi Multitronic.

audi-a4-b8-sedan

Вы подумаете что 211 “лошадей” это мало для больших представительских седанов или внедорожников, масса которых порой более 2 тонн, а мощность почти всегда более 200 лошадиных сил. Однако не спешите разочаровываться. Так самые новые Nissan Murano и Nissan Teana, имеющие массу 2 тонны, оснащены двигателем в 250+ лошадиных сил работают вкупе с вариаторными коробками. Так что в скором времени мы сможем увидеть и более интересные варианты.

Подведём промежуточные итоги.

Вариатор ‒ преимущества и недостатки

С каждый днём всё больше и больше автомобилей оснащаются вариаторами, которые обладают порой очень и очень заманчивыми достоинствами не только для водителя, но и для экологии. Рассмотрим же основные преимущества и недостатки данного вида трансмиссии:

Преимущества:

  • плавность хода: движение на автомобилях с вариаторами будет исключено от рывков и прочих неприятностей переключения передач;
  • постоянное поддержание оптимальной мощности автомобиля;
  • меньший расход топлива, как следствие использования оптимальной мощности;
  • больший КПД трансмиссии, обусловленный малыми потерями мощности по сравнению с классическими автоматами;
  • работа двигателя в наилучшем диапазоне оборотов;
  • уменьшение вредных выбросов в атмосферу;
  • нехитрая конструкция и меньший вес, нежели у обычных автоматов.

Недостатки:

  • требовательность к более частому периодическому обслуживания вариатора, который заключается в быстром износе ремня (не относится к клинноцепным вариаторам). Ресурс ремней ограничен 50-60 тысячами километров, а может и того меньше в зависимости от производителя и модели. В классических автоматах лишь диагностику рекомендуется проводить при пробегах 60-100 тыс. км ( в зависимости от модели);
  • ограничение мощности используемых двигателей, как следствие непригодность использования в тяжелых внедорожниках и подобного рода машин;
  • несмотря на простоту конструкции, она имеет достаточно малый ресурс, потому общий срок службы их достаточно невелик;
  • сложности с сервисным обслуживанием вариатора, которые связаны с 1-ым и 3-им пунктами из списка недостатков и как следствие ремонт узла составляет больше проблем чем его замена, а стоимость замены может составлять от трети до половины стоимости самого автомобиля;
  • эффект “подтупливания” вариатора, выражаемый в том, что изменение передаточного числа происходит не мгновенно, а с некоторой паузой в 1-2 секунды.

В конечном итоге, если у вас во главе угла стоит надёжность, то стоит не задумываясь выбирать классическую автоматическую коробку переключения передач. Даже имея более сложное устройство она имеет больший ресурс.

В результате качественная автоматическая коробка стоит больших денег, на фоне их варитор менее дрогой. Однако неоспоримым плюсом данного типа трансмиссий является плавность хода автомобиля, оптимальное использование его мощности, экономичность и бодрая динамика.

Потому имея запас из бесчисленных вариантов передаточного числа мы имеем возможность либо стремительно рвануть с места, используя весь крутящий момент двигателя, либо же очень плавно и спокойно перемещаться, расходуя оптимальный ресурс автомобиля и экономя топливо.

rychag-pereklyucheniya-variatora

На современном этапе автомобилестроения выявляется тенденция роста числа передач у гидротрансформаторных автоматических трансмиссий. Так последние автомобили представительского сегмента имеют 8-ступенчатые автоматы, что сделано с целью сохранения хорошей динамики и для уменьшения расхода топлива. Вероятно, что с ростом технического прогресса, количество передач будут увеличиваться. Однако при всём этом вариатор имеет такие качества, до которых едва ли дойдёт обычный автомат с ограниченным количеством передач.

Запинить
Нравится
Класс
WhatsApp
Viber
Телеграмка

Об авторе

Редакция сайта "Автомобили в Беларуси"

Вопросы и обсуждение

X