Коробка вариатор (cvt)

Что такое коробка вариатор

Это разновидность автоматической коробки передач. Она относится к категории бесступенчатых трансмиссий. Ее особенность заключается в том, что вариатор обеспечивает плавное изменение передаточных чисел в настолько малом диапазоне, который невозможно достичь в механике.

Ею оснащаются автомобили, работающие под управлением электронного блока управления. Это устройство равномерно распределяет нагрузки, поступающие от двигателя, в соответствии с сопротивлением, которое оказывается на ведущие колеса транспорта.

Переключение передач осуществляется плавно – водитель порой даже не замечает, как изменяется режим работы механизма. Это повышает комфорт во время поездки.

Вспомним вариатор

Сам по себе, вариатор коробка передач, без передач! А раз передач тут нет, значит не может быть и толчков, пинков, ударов при переключениях, экономии топлива тоже больше по сравнению с АКПП, казалось бы, идеальная коробка, но нет. Плата за комфорт — ресурс коробки, который у вариаторов заметно меньше чем у обычных гидравлических «автоматов», к небольшому ресурсу можно добавить так же высокую стоимость обслуживания (замена масла и фильтра вариатора) и дорогой ремонт, поэтому ответим на вопрос как правильно ездить на вариаторе.

Режимы работы селектора у популярных вариаторов такие же как и на АКПП и DSG, а именно:

• Режим P — Паркинг
• Режим N — Нейтраль
• Режим D — Движение вперед
• Режим R — Движение назад

Ограничения вариаторной трансмиссии и примеры их преодоления

Несмотря на наличие в системе ремня, назвать его расходником нельзя – большая часть производителей даёт на свои вариаторы гарантию в 150-200 тысяч километров. При этом несвоевременная замена жидкостей, выезды на бездорожье, резкие нагрузки и удары неизбежно приводят к снижению срока эксплуатации узла – о чем те же написать. Иногда для продления этого срока замену ремня и валов произвести возможно, но чаще узел заменяется в сборе. Основная беда вариатора заложена конструктивно – цепь или ремень, растянувшийся ввиду неправильного обслуживания или эксплуатации, начинает проскальзывать на шкивах, образуя на них задиры. Со временем даже небольшое разрушение ремня вариатора приводит к катастрофическим последствием для всех узлов вариатора. Помимо этого могут вызвать гибель трансмиссии и проблемы с датчиками скорости или шаговым мотором, управляющим всей системой. Иногда от продолжительного движения на высоких скоростях могут отказать подшипники полушкивов. Также вариаторы, изначально созданные под спокойную езду, плохо переносят резкие старты ввиду повышенной нагрузки на ремень/цепь. Отсюда же вытекают ограничения по буксировке как других автомобилей, так и прицепов, что в принципе – не проблема, если речь идёт о небольшом автомобиле. Кстати, о буксировке автомобиля с вариатором тоже следует сказать отдельно – для этого придётся включать двигатель, чтобы приводной ремень в вариаторе смазывался в движении – но ещё лучше вообще отказаться от буксировки авто на тросе. Вариатор, как система, в немалой степени зависящая от трения, склонен к перегреву при эксплуатации в снегу или на бездорожье. Вне дорог автомобиль с вариатором эксплуатировать вообще не стоит – ударные нагрузки и проскальзывание колес смертельно опасны для ремня вариатора. Все эти технические недостатки постепенно преодолеваются. Сложнее с другим –восприятием водителем вариатора, как некорректно работающего устройства традиционного типа. При необходимости резкого ускорения вариатор, до того находившийся в режиме минимального расхода топлива, сначала дожидается смены режима работы двигателя на оптимальный для разгона. При этом он постоянно меняет передаточное число, чтобы не мешать двигателю перенастраиваться. После чего, позволяя двигателю оставаться на зачастую некомфортных для слуха водителя высоких оборотах, вариатор начинает плавно менять диаметр шкивов в трансмиссии, обеспечивая плавный, но максимально эффективный разгон с сохранением двигателя в неизменном режиме работы с максимальной отдачей крутящего момента. Разгон получается оптимальным, но ускорение без привычного изменения тембра работы двигателя с набором скорости рождает заставляет неискушенного пользователя подозревать автомобиль в некорректной работе узлов и отсутствии динамики. Именно для борьбы с этим субъективным восприятием поведения автомобиля с вариатором производители идут на всяческие ухищрения: добавляют лепестковые подрулевые переключатели виртуальных передач (например, в системе Sportronic у Mitsubishi), изменяют программы управления разгоном так, чтобы выход на оптимальные обороты двигателя происходил постепенно. По сути всё это – скорее дань человеческому консерватизму и маркетинговый компромисс – характеристики авто при этом, пусть и незначительно, но страдают. Ровно по этой же причине рычаг управления режимами вариатора на многих автомобилях до сих пор стилизуют под рукоятку АКПП, хотя можно было бы обойтись и рядом кнопок.

Что такое вариатор и чем он отличается от классической АКПП

Говоря коротко, вариатор – это автоматическая трансмиссия с бесступенчатым переключением передач. Его основное назначение – плавно и мягко переходить с одной передачи на другую, без рывков и отчетливых «отщелкиваний», при этом сохраняя оптимальную динамику разгона и минимальный расход топлива. Собственно, вариатор и создавался как средство экономии, поскольку в цивилизованном мире фактор экологичности давно является основным приоритетом развития транспортных средств.

Классическая АКПП
Вариатор

Если задаться вопросом, чем вариатор отличается от АКПП, ответ будет «всем!» Пожалуй, единственное сходство заключается в том, что вариатор и коробка-автомат одинаково не требуют управления сцеплением, как это происходит на «механике». В остальном принцип действия совершенно разный: в «автомате» передачи подключаются с помощью планетарных редукторов, которые присоединяются к работе постепенно по мере надобности. Чтобы подключить очередную передачу, двигатель нужно сначала разогнать до нужной скорости, а это лишний расход топлива. В вариаторе же передачи реализованы с помощью клиновидных шкивов и ремня (цепи), вообще без присутствия шестерен в главном механизме.

Основные механизмы вариатора (из чего состоит CVT?)

Бесступенчатая коробка включает гораздо большее число механизмов. Её работа невозможна без целого ряда узлов, которые обеспечивают полноценную работу трансмиссии. Например, вариатор не может самостоятельно обеспечить задний ход автомобиля. За это отвечает планетарный редуктор. Если бы не было сцепления, то крутящий момент сразу же поступал на колеса. Чтобы автомобиль начинал движение и ускорялся плавно, в конструкции CVT предусмотрено автоматическое сцепление. Оно может быть:

• центробежным (CVT Transmatic);
• многодисковым «мокрым» (CVT Multitronic);
• электромагнитным (CVT Hyper);
• гидротрансформаторным (CVT Xtronic, Autotronic, Multidrive).

Гидротрансформаторное сцепление встречается повсеместно, другие разновидности встречаются намного реже. Сцепление с гидротрансформатором максимально плавно передает момент, продлевая срок службы коробки передач. Также такое сцепление исключает проскальзывание на высоких оборотах, но может перегреваться, о чем подскажет мерцающий индикатор на приборной панели. Конечно, все устройства должны работать под управлением единого «мозгового» центра, которым в вариаторе выступает блок управления. К нему поступают сигналы от датчиков, считывающих данные самых разных систем.

Программная часть обрабатывает информацию и изменяет режим работы коробки передач. Водителю достаточно выбрать нужный режим – «спортивный», «экономичный». Некоторые модификации вариаторной коробки позволяют ступенчато в ручном режиме переключать передачи. Главной технической жидкость выступает трансмиссионное масло, которое поступает в нужные масляные каналы за счет работы гидроблока.

Внутри корпуса можно найти фильтры (грубой и тонкой очистки), магниты, улавливающие металлическую стружку – продукт износа механических частей коробки.

В связи с тем, что CVT быстро перегревается, ему требуется отдельный радиатор. Это устройство охлаждает моторное масло и отводит лишнее тепло.

Принцип работы вариаторной коробки передач

Главная особенность этой коробки – плавная бесступенчатая смена передаточного числа. То есть, если в других типах повышение или понижение числа выполняется на заданные значения, так называемые ступени, то в вариаторе их нет. Благодаря этому она способна более точно производить передачу усилия от силовой установки к ведущим колесам.

На автомобилях распространение получило два типа вариаторных КПП – клиноременные и тороидные, при этом первые более распространены.

Работа клиноременного вариатора построена на передаче передаточного числа при помощи специального ремня, установленного между двумя шкивами. Первый шкив является ведущим и связан он с силовой установкой, а второй – ведомый, обеспечивающий дальнейшую передачу усилия на колеса.

Схематичное изображение работы вариаторной коробки передач

Изменение числа производится за счет меняющегося диаметра шкивов. Для этого каждый из шкивов сделан разборным и состоит он из двух половин конической формы, которые посажены на вал. Схождение-расхождение этих половин позволяет менять диаметр в точке контакта шкива с ремнем.

Работает все так: при начале движения должно обеспечиваться максимальное тяговое усилие. Для этого половины ведущего шкива разводятся, а поскольку форма их коническая, то в точке контакта диаметр шкива будет минимально возможным. Половины ведомого же наоборот – сведены, что обеспечивает в месте взаимодействия ремня со шкивом максимальный диаметр. В результате для того, чтобы ведомый шкив сделал один оборот, ведущему необходимо их сделать несколько. Но при этом и нагрузка на двигатель минимальна.

Анимация илюстрирующая принцип работы вариаторной коробки передач

По мере набора скорости передаточное число должно меняться в меньшую сторону, что обеспечивает снижение тягового усилия, но повышает скорость вращения на ведомом валу. Для этого половины ведущего шкива начинают сходиться, что приводит к увеличению диаметра в точке контакта, а ведомого – расходиться.

При максимальном диаметре ведущего шкива и минимальном – ведомого, за один оборот первого, второй сделает их несколько, поэтому скорость вращения – максимальная, но и нагрузка на двигатель больше. Таким образом, за счет изменения диаметров достигается бесступенчатая смена передаточного числа.

В тороидном типе вариатора конструкция несколько иная. У него передача усилия выполняется роликами, зажатыми между валами, имеющими тороидную форму и расположенными на одной оси.

Nissan Motors Extroid CVT — Тороидный тип вариатора

Изменение передаточного числа обеспечивается за счет смены положения роликов. Максимальное тяговое усилие обеспечивается в положении роликов, когда они повернуты в сторону ведомого вала. За счет тороидной формы валов, у ведущего в точке контакта с роликом диаметр будет минимальным, а у ведомого – максимальный.

Для уменьшения передаточного числа и увеличения скорости вращения, ролики поворачиваются в сторону ведущего вала, при этом диаметры в точках контакта изменяются.

Особенности ремонта вариатора

Производители автомобилей обычно сами не выпускают CVT, а приобретают их в сборе, поэтому официальные автосервисы редко когда располагают новыми запасными деталями для бесступенчатых коробок. Отсутствие специализированной техники и нужных комплектующих, а также проблематичность выполнения ремонта часто приводят к тому, что мастерские вместо восстановления вариатора предлагают его заменить.

Но починить CVT всё же реально, даже если её техническая документация говорит об обратном. А запчасти можно поставить и неоригинальные.

Хотя по большому счёту в бесступенчатой коробке кроме гидроблока и ремонтировать-то нечего. Функции зубчатых шестерён здесь выполняет пара шкивов, соединённых цепью или ремнём. Как правило, задиры на металлических конусах не протачиваются, а связывающий их элемент не сшивается. Такие детали в случае выхода из строя обычно подлежат замене, а цена у них немалая. Например, для того чтобы поменять износившиеся конуса, автолюбителю придётся выложить сумму, порой сопоставимую со стоимостью подержанного автомобиля.

Чаще всего, вариаторы страдают от разрушения верхнего слоя конусов. Причины у этой неполадки могут быть самые разные, ну а последствия проявляются в образовании металлических частиц, засоряющих пространство агрегата и повреждающих его детали. Кроме того, к существенным недостаткам бесступенчатых коробок передач относятся потребность в замене цепи каждые 150 тыс. км пути, а также нестабильная работа электроники.

Что касается малогабаритных CVT, то слабым звеном у них являются подшипники, при износе которых формируется осадок, забивающий насос и клапанный регулятор. В результате снижается давление, начинаются рывки, а также деформируются конусы. Конечно, оставлять такие неполадки без внимания нежелательно.

CVT X-Tronic – что это

Вариатор – механическая система, передающая от входного вала к выходному мощность в виде крутящего момента и способная бесступенчато изменять скорость вращения выходного вала.

Схема простейших вариаторов представлена ниже. Описана клиноременная и тороидальная система.

Принцип действия довольно хорошо показан на иллюстрациях.

Клиноременные передачи успешно прошли «обкатку» на скутерах, при мощностях двигателя от 2 до 8 л.с., показали свое явное преимущество по сравнению с механическими коробками передач (МКПП). Они были легче, компактнее и дешевле шестеренчатых коробок, главное, гораздо удобнее для водителей. Никакого переключения передач, никакого сцепления, достаточно чуть повернуть рукоятку газа и можно ехать! Больший поворот ручки – большая скорость.

Простота управления, комфорт для водителей стали главным стимулом применения вариаторов в автомобильных автоматических трансмиссиях. Правда, мощности у автомобильных двигателей значительно больше, чем у скутеров, могут доходить до 100 – 150 л.с., а то и более. Следовательно, изменились подходы к конструкциям таких трансмиссий, появились другие материалы для их деталей и узлов. В результате автомобильные вариаторы серьезно потеснили своих конкурентов в семье автоматических трансмиссий, особенно классические гидромеханические коробки передач. А название CVT – (от английского Continuously Variable Transmission – бесступенчато изменяемая трансмиссия) стало широко применяемым термином в мире автомобилей.

Совместными усилиями тройки автомобильных производителей Ниссан-Рено-Мицубиси было создано несколько поколений семейства автоматических коробок передач X-Tronic CVT.

Коротко о истории создания бесступенчатой коробки передач

Вариаторные коробки передач иногда называют бесступенчатыми или по английской аббревиатуре CVT.

Изобретение вариаторной передачи датировано 1886 годом, когда и был выдан патент на этот механизм. Но активно стали ее применять только более полвека спустя, в 50-ых годах, для привода вспомогательных двигателей электрогенераторов в авиационной промышленности.

Затем вариаторные коробки передач начали устанавливать на скутеры, так как позволяли упростить управление коробкой передач. На автомобили же бесступенчатые трансмиссии пришли вместе с моделью 600 от голландской компании DAF.

Именно эта машина, с еще резиновым ременным приводом считается родоначальником бесступенчатых трансмиссий в автомобильной промышленности.

В конце 80-ых, марки Ford и Fiat так же налаживают производство вариаторных коробок передач но уже с металлическим ремнем, а после них и все остальные мировые бренды подтягиваются к этому тренду.

Целый ряд автопроизводителей выпускает вариаторные коробки и конечно присваивает им свои названия:

• Multimatic — Honda;
• Lineartronic — Subaru;
• Hyper, Xtronic – Nissan;
• Autotronic – Mercedes;
• Multidrive -Toyota;
• Durashift CVT, Ecotronic — Ford;
• Multitronic – Audi.

Вариатор Jatco JF010E (X-tronic CVT RE0F09A)

Вариатор Jatco JF010E конструкторы представили в 2002 году в качестве бесступенчатой трансмиссии для нового кроссовера Nissan Murano. А дальше модель начали ставить и на другие модели французско-японского альянса, включая Renault Megane (2008-2015) и Scenic (2009-2016).

Конструктивно эта модель отличается усиленным устройством, которое позволяет ей передавать крутящий момент мощного 3,5-литрового двигателя Мурано. Это стало возможным благодаря тщательной обработке поверхностей конусов и напылению на них тревдосплавных материалов. Но тут не обошлось без слабого звена: ремень работал на износ и рвался еще до конца гарантии. Позднее проблему пытались решить, но отголоски ее остались.

Из-за того, что этот вариатор агрегатируется с мощными двигателями, он сильно нагружен. Следовательно, все рекомендации по обслуживанию нужно выполнять еще строже. Замена трансмиссионной жидкости раз в 30-40 тыс. км, щадящая эксплуатация — и этот вариатор способен прожить до 200 тыс. км.

К типичным проблемам относят, как мы уже говорили, преждевременное вытягивание приводного ремня. Ремень проскальзывает, передача не включается. Модернизация 2005 года улучшила ситуацию, и вариаторы, выпущенные после этой даты, не беспокоят уже этой проблемой владельцев.

Степ-мотор коробки не отличается надежностью. Схема обычно такая: грязный радиатор, перегретое масло, отказ от переключений. Средство тут одно — уход и еще раз уход.

Часто заклинивает редукционный клапан масляного насоса. Из-за падения давления механические части изнашиваются быстрее, стружка забивает соленоиды и каналы кидроблока, далее — аварийный режим. Собственно, из-за перехода коробки в аварийный режим после перегрева их чаще всего и ругают на форумах владельца.

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.

Новинки вариаторов

С каждым годом все больше автопредприятий ставят на свои модели CVT. При этом постоянно улучшая их характеристики и внедряя в агрегаты новые технологии. Одним из последних изобретений является общее детище компании Nissan и JATCO — облегченный и уменьшенный вариатор. Он выполнен в виде аппарата клиноременного типа совмещенного с новой коробкой передач. Данный вид отличается своими серьезными характеристиками:

• имеет наибольшее передаточное число. Его диапазон увеличен на двадцать процентов от обычного вариатора, поэтому он способен быстрее набирать скорость и тормозить. Это число 7.3:1. Оно выше, чем на автоматической коробке передач с семью ступенями;
• масса нового изобретения уменьшена на 13%;
• оснащен ASC. Эта система подбирает наилучшее передаточное число во время движения, при разгоне и торможении.

Вариатор фирмы JATCO

Сейчас представители подтверждают, что ведут разработки по совершенствованию вариатора. Они улучшают характеристики комфортности поездки, разгона и торможения. Увеличивают КПД и уменьшают расход топлива. Хотят сделать такой вариант бесступенчатой трансмиссии, при котором вариатор станет схож с 8-ми ступенчатой АКПП.

Стремление усовершенствовать вариатор и проводимые новые разработки его видов еще раз доказывают, что за ним будущее. Возможно, скоро он полностью заменит привычные механизированные, роботизированные и автоматизированные коробки передач. В особенности делается упор на его гибридные виды, при которых мотор будет работать в оптимальном режиме, а получаемая энергия будет сохраняться в накопителе, а затем расходоваться на движение авто.

Какие достоинства и недостатки имеет вариатор

Прежде всего, стоит рассмотреть все преимущества, которые скрываются под вариатором.

1. Бесступенчатое ускорение, которое подразумевает отсутствие любых рывков, делает такую коробку передач очень комфортной при эксплуатации.
2. Благодаря поддержанию нужных оборотов, в КПП обеспечивается эффективное использование мощности, а это значит, что позволяет во много раз сократить расход топлива.
3. Такая коробка передач неуязвима к изменению ландшафта местности, пока нога находится на педали газа. Даже если вы начнете движение в гору, плавное понижение передачи не даст автомобилю вынуждено снизить скорость движения. В этом вариатор превосходит многие виды трансмиссии.
4. Динамика разгона значительно превышает показатели механической и автоматической коробок передач. Дело в том, что для переключения МКПП и АКПП требуется некоторое время, за которое шестерни смещаются в нужную сторону. Внутри вариатора этот процесс осуществляется намного быстрее, за счет отсутствия специальных механизмов.
5. У вариаторов самый простейший механизм. Если автоматические коробки передач имеют большое количество сложных механизмов, то вариатор представлен всего двумя шкивами, что облегчает эксплуатацию и обслуживание агрегата.
6. Вариатор обеспечивает легкое начало движения. Принцип действия позволяет тронуться с нужной плавностью при любом навыке езды. Кроме того, плавная работа не позволит «угробить» коробку даже начинающему водителю, что делает ее очень полезной при обучении вождению.
7. В зимнее время пуск двигателя с вариатором значительно облегчается, потому что он плохо поддается замерзанию, что является несомненным плюсом.

Осознанный выбор брендов мирового масштаба

Именитые производители уже признали аналог автоматической трансмиссии надежным и уже даже стали изготавливать их. А чтобы не было путаницы в этой массе механизмов, каждая компания нарекла продукцию фирменным именем:

• Subaru — бесступенчатый вариант в лице «Lineartronic».
• Honda производит «Multimatic».
• Mercedes-Benz — «Autotronic».
• Audi — «Multitronic».
• Toyota — «Multidrive».
• Nissan — изготавливает две разновидности: «X-Tronic».
• «Hyper».

Ford — как и у бренда выше, у этой известной фирмы тоже собственная линейка, состоящая из двух моделей:

• «Ecotronic».

«Durashift CVT».

Как проверить при покупке автомобиля вариатор в нем или автомат? Чтобы потенциальные владельцы понимали, какое именно перед ними транспортное средство (с АКПП или альтернативной ее версией), оно обозначается дополнительным индексом CVT в названии. Полностью аббревиатура расшифровывается так: постоянно изменяющаяся трансмиссия или оригинальный вариант — Continuously Variable Transmission.

Заключение

В данной статье мы рассмотрели базовые характеристики и дали максимально исчерпывающий ответ на вопрос, вариаторная коробка передач, что это такое и какими качествами обладает. Но стоит понимать, что предоставленная информация является поверхностной. Потому что вариатор является сложным устройством, и рассмотреть его в одной статье полноценно не получится. Для глубоко понимания работы вариаторных коробок требуются обширные познания в области механики.

В заключение хочется добавить, что при правильном уходе и бережному отношению вариатор будет верно служить долгие годы. Многие люди сталкиваются с проблемами именно по причине непонимания принципа работы вариатора, незнания, как правильно его эксплуатировать или обслуживать. Поскольку в каждой трансмиссии эти нюансы могут разительно отличаться между собой.

На сегодняшний день многие автолюбители принципиально выбирают автомобили с установленной вариаторной коробкой передач. Причины могут быть самыми разными, к примеру, кому-то нравится экономичность, другим же плавный ход машины, а третьи отдают дань моде. Только любители скорой езды в манере гонок будут расстроены. Теперь вы знаете, что такое вариаторная коробка передач, но выбирать данный тип коробки или нет, выбор всегда остается за вами.

Новые статьи

• ESP, что это такое в машине, как работает, и нужна ли эта система в автомобиле?
• Классификация и виды моторных масел. Характеристика полусинтетики 10w-40

Предыдущие статьи

• Светодиодные лампы для авто ближнего и дальнего света h4: конструкция, виды и характеристики
• ДВС, что это такое в машине? Устройство двигателя внутреннего сгорания, его виды и принцип работы