Вариатор: это что за тип КПП, особенности, плюсы и минусы

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:

Плюсы CVT	Минусы CVT
Высокий уровень комфорта: автомобиль с вариатором издает намного меньше шума в салоне, чем с МКПП или АКПП	Ремень или цепь из-за постоянных высоких нагрузок быстро изнашивается
Постоянная тяга, передача мощности в непрерывном потоке, незаметное для водителя переключение скоростей	Коробка передач требовательна к качеству и уровню моторного масла
КПД примерно на 5% выше, чем у автоматической коробки	Не ставится на мощные автомобили (известно всего несколько моделей)
Легкость управления, возможность ручного выбора режима работы вариаторной коробки	В случае поломки требует серьёзных материальных затрат
Автомобилем с вариатором удобнее управлять, чем машиной с механикой и даже автоматом	Недостаточно хорошо распространена сеть СТО (особенно в небольших городах), отсутствие необходимого количества мастеров, ремонтирующих вариатор на самом высоком уровне
Исключены рывки во время стремительного разгона или торможения, что можно наблюдать на авто с другими КПП	Дороже в обслуживании, чем автоматическая и тем более МКПП
Отсутствие высоких нагрузок на двигатель и коробку за счет постоянно имеющегося передаточного отношения положительно сказывается на уровне расхода топлива	Нуждается в регулярной чистке фильтров и магнитов особенно на авто с пробегом свыше 150 тыс. км
Бесступенчатая коробка не провоцирует буксировку колес на обледенелом участке трассы, следовательно, возрастает уровень безопасности	Вариатор боится буксировки, это значит, что автомобиль с CVT не предназначен для работы в экстремальных условиях. Можно сказать, что это коробка для исключительно городских машин

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.

Что такое АКПП и история ее создания

Автоматическая коробка передач, или АКПП, представляет собой трансмиссию, обеспечивающую выбор оптимального передаточного числа в соответствии с условиями движения без участия водителя. Это обеспечивает хорошую плавность хода автомобиля, а также комфорт при движении для водителя.

В настоящее время существует несколько видов автоматической КПП:

• гидромеханическая (классическая);
• механическая ;

В данной статье все внимание будет уделено классическому автомату

История изобретения

Основу автоматической трансмиссии составляет планетарная коробка передач и гидротрансформатор, впервые изобретенный исключительно для нужд судостроения в 1902 году немецким инженером Германом Фиттенгером. Далее в 1904 году братья Стартевенты из Бостона представили свой вариант автоматической КПП, имеющий две коробки передач и напоминающий чуть доработанную механику.

Автомобиль, оснащенный планетарной коробкой передач, впервые увидел свет под маркой Ford Т. Суть коробки заключалась в плавном переключении скоростей за счет двух педалей. Первая включала повышающую и понижающую передачи, а вторая – заднюю.

Эстафету приняла компания General Motors, которая в середине 1930-х годов выпустила полуавтоматическую трансмиссию. Сцепление в автомобиле еще продолжало присутствовать, а планетарным механизмом управляла гидравлика.

Приблизительно в это же время компания Крайслер доработала конструкцию коробки гидромуфтой, а вместо двухступенчатой коробки стал использоваться овердрайв – повышающая передача с передаточным числом менее единицы.

Первую в мире полностью автоматическую КПП в 1940 году создала все та же компания General Motors. АКПП представляла собой сочетание гидромуфты с четырехступенчатой планетарной коробкой с автоматическим управлением посредством гидравлики.

Сегодня известны уже шести-, семи-, восьми- и девятиступенчатые АКПП, производителями которых являются как автоконцерны (KIA, Hyundai, BMW, VAG), так и специализированные компании (ZF, Aisin, Jatco).

Виды клиноременных вариаторов

Приблизительно в конце 50-х годов прошлого века из всего многообразия передач в бесступенчатой трансмиссии наибольшее распространение нашла клиноременная и тороидная. Уже спустя пятнадцать-двадцать лет от тороидной передачи решено было отказаться – на передний план вышел клиноременной вариатор. Им оснащали некоторые модели автомобилей от Fiat и Ford (коробка Transmatic). Кстати, подобные вариаторы часто с незначительными доработками практически все концерны называли по-своему. Вот например:

• Вариатор Multidrive производится концерном Toyota;
• Почти аналогичные Xtronic и Hyper выпускает Nissan;
• Не отстает от японцев и Mercedes-Benz со своим Autotronic;
• Вариаторы Durashift CVT и Ecotronic выпускает Ford.

Тороидные вариаторы постепенно уходят в прошлое – ими оснащали некоторые модели транспорта от Nissan (Skyline, Gloria). Коробка передач этих автомобилей получила название Extroid. Это довольно интересная трансмиссия, работа над которой прекратились с начала 2000-х годов. Мы же сосредоточимся именно на клиноременных вариаторах как на наиболее распространенных и востребованных. Коробка вариатор включает в себя:

• Механизм передачи момента и разъединения агрегата от двигателя при нейтральном положении;
• Механизм обеспечения движения задним ходом;
• Управляющую систему;
• Вариаторную передачу.

Запчасти на nissan primera

Прокладка пробки поддона двигателя 1.6 GA16DS Что касается передачи крутящего момента, то она может осуществлена посредством различных механизмов. Собственно, по этим механизмам и можно отличить одну коробку-вариатор от другой. Например:

• Transmatic. Используется центробежное автоматическое сцепление;
• Multimatic, Multitronic. Используется многодисковое мокрое сцепления;
• Hyper. В основе механизма электромагнитное сцепление от электронным управлением;
• Autotronic, Multidrive, Lineartronic, Xtronic, Ecotronic, Extroid. Используется гидротрансформатор. Такой механизм используется в наибольшем числе вариаторов.

Возвращаясь к устройству бесступенчатой трансмиссии из предыдущего раздела, уточним: далеко не все CVT оборудованы гидротрансформатором, однако большая часть подобных агрегатов все же его имеют. Гидротрансформаторные коробки передач очень похожи на обычные коробки-автоматы. Отчасти их популярность обусловлена тем, что автоконцерны уже долгое время работали с гидротрансформаторами – особенности эксплуатации, неисправности и обслуживание этих устройств и так были хорошо известны, а значит, нет смысла отказываться от них в пользу, например, исключительно мокрого или электромагнитного сцепления.

Разница между вариатором и классической АКПП

Автовладельцы-новички часто не могут выбрать, что лучше —вариатор или автомат(обычная АКПП). В обоих случаях речь идет об автоматическом переключении скоростей, но принцип действия отличается. В отличие от CVT, который обеспечивает плавное изменение передач, в стандартной коробке-автомат процесс происходит ступенчато.

Конструктивно АКПП состоит из управляющего механизма (гидравлика, электроника), гидротрансформатора для сцепления и планетарной «коробки». Устройство работает следующим образом:

• Мотор через специальные валы передает момент вращения на гидравлический трансформатор.
• Происходит передача усилия на планетарное устройство.
• Последнее получает сигналы от управляющего блока и включает нужную скорость.

Иными словами, в классической АКПП функцию сцепного устройства берет на себя гидравлический трансформатор. В отличие от рассмотренной выше коробки, ремень вариатора обеспечивает плавное изменение момента без малейших дерганий в момент переключения.

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

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

Устройство тороидального вариатора

В отличие клиноременной конструкции, вариатор тороидального типа состоит из двух дисков, выполненных в виде вогнутых криволинейных поверхностей. Вращение от ведущего элемента на ведомый передается при помощи специального ролика скользящего действия. При его наклоне и перемещении к наружному диаметру ведомого диска происходит увеличение передаточного числа. Соответственно, при наклоне ролика в противоположную сторону и смещении к центру диска, передаточное отношение вариатора снижается.

Схема устройства и принципа действия тороидального вариатора:

Основные требования к тороидальным вариаторам: высокий коэффициент полезного действия, длительный срок эксплуатации. Чтобы обеспечить выполнение поставленных задач, при изготовлении элементов вариатора используются дорогостоящие материалы, современные технологии.

Тороидальные вариаторы отличаются относительной простотой, однако, такие вариаторы редко применяются в современном автопроизводстве. Это объясняется следующими факторами:

• повышенная требовательность к точности изготовления рабочих элементов;
• прочности поверхностного слоя сопрягаемых дисков и роликов;
• использование дорогих технологий при изготовлении узлов и деталей;
• сложность настроек;
• высокая стоимость специальных смазочных материалов.

Как работает коробка передач CVT

Диски ведущего шкива вращаются от коленчатого вала силового агрегата. Ведомое фрикционное колесо передает высокий крутящий момент на колеса автомобиля. При этом используются специальные приводные ремни.

При работе двигателя, когда увеличивается количество оборотов при разгоне или изменяются другие параметры двигателя внутреннего сгорания, клиновидный ремень меняет степень натяжения – натягивается или ослабляется. Это приводит к изменению диаметра ведущего шкива,передаточное отношение в коробке передач при этом увеличивается или уменьшается соответственно.

Ведомое фрикционное колесо меняет параметры под воздействием сил инерции и пружин, входящих в его конструкцию. Весь процесс, в том числе и скорость вращения, число оборотовшкивов, регулируются при помощи системы электронного управления коробкой передач.

Ведущий и ведомый шкивы вариатора состоят из подвижных конусообразных дисков. Если диски максимально раздвинуты, ремень огибает наименьший диаметр, что соответствует нижней (первой) передаче. Когда диски постепенно сдвигаются, ход ремня увеличивается за счет большего диаметра. При максимальном сближении подвижных элементов шкива машина движется на самой высокой передаче (пятой).

Поочередное сдвижение и раздвижение дисков шкивов приводит к перемене передаточного отношения и соответственно, скорости автомобиля.

Признаки неисправности вариатора

Выход из строя бесступенчатой трансмиссии не проходит бесследно. Ниже представлены основные признаки неисправности вариатора, указывающие на необходимость диагностики узла.

• автомобиль не едет вперед и назад, но двигатель работает;
• слабая динамика при выжатой педали газа и хорошем дорожном покрытии;
• сильный толчок при переводе селектора;
• прерывистое движение;
• вариатор не реагирует на ручное управление;
• машина движется, когда селектор находится в положении нейтрали;
• гул и прочие посторонние звуки со стороны бесступенчатой трансмиссии;
• вариатор не реагирует на селектор.

Что такое автоматическая коробка передач

Коробка-автомат — это один из видов трансмиссии, при которой происходит автоматический выбор необходимого передаточного числа без участия водителя с учетом характера движения, скорости и других параметров.

В автомобиле с АКПП отсутствует педаль сцепления в связи с тем, что сцепление заменено гидротрансформатором, который и передает крутящий момент на колеса.

Запуск автомобиля с АКПП

Для обеспечения сохранности АКПП в автомобиле предусмотрены несколько видов защит.

Для запуска двигателя автомобиля рычаг селектора должен располагаться в положении Parking (P) или Neutral (N). При нахождении селектора в других режимах пуск мотора будет невозможен, так как или не провернется ключ или вообще ничего не произойдет.

В связи с тем, что режим «N» задуман производителем в основном для буксировки машины, то для запуска двигателя предпочтительнее использовать режим «Р», при котором ведущие колеса заблокированы, что защищает от незапланированного движения автомобиля по наклонной поверхности.

Еще одной немаловажной защитой от неправильного запуска автомобиля является необходимость выжима тормозной педали, что очень полезно при пуске машины в положении селектора на «N», так как нажатая педаль тормоза не даст покатиться автомобилю при нахождении на наклонной поверхности. В современных машинах существуют дополнительные виды защит с целью противодействия угону

Если при соблюдении всех этапов для правильного запуска мотора ключ в замке зажигания не получается повернуть и рулевое колесо также не реагирует на попытки повернуть — включилась защита от угона

В современных машинах существуют дополнительные виды защит с целью противодействия угону. Если при соблюдении всех этапов для правильного запуска мотора ключ в замке зажигания не получается повернуть и рулевое колесо также не реагирует на попытки повернуть — включилась защита от угона.

Для ее снятия необходимо аккуратно поворачивать ключ при одновременном повороте рулевого колеса в любом направлении. При согласованных действиях защита от угона выключится и будет возможен запуск автомобиля.

Как трогаться на автомате

После запуска двигателя машину необходимо снять с ручного тормоза.

Для начала движения при выжатой педали тормоза необходимо перевести селектор на одно из положений, нажав кнопку на нем:

• «D» — движение вперед в обычных условиях;
• «R» — движение задним ходом при необходимости маневра;
• «L» или «D2» — для движения по бездорожью, при нахождении автомобиля на значительном уклоне в момент начала движения, максимально разрешенная скорость для таких режимов менее 40 км/ч;
• «D3» — при необходимости тронуться с небольшой горки;
• «S», «W», «*», «Hold», «Winter» — зимний режим, для старта и движения по снегу со сниженной вероятностью пробуксовки ведущих колес.

После отпускания педали тормоза автомобиль начнет движение даже без нажимания на педаль акселератора (газа).

При сильных морозах до начала движения после длительной стоянки в холодном месте необходимо дать прогреться двигателю и трансмиссии в течение 6-10 минут.

Как тормозить двигателем на автомате

На автоматических КПП можно тормозить двигателем, только этот процесс отличается от МКПП.

Для подтормаживания двигателем в зависимости от условий необходимо выбрать следующие положения селектора:

• при наличии кнопки «O/D» на скорости ниже 110 км/ч ее можно нажать для плавного притормаживания двигателем и ограничения скорости передвижения до 80 км/ч;
• «L», «D1» или «D2» при движении по бездорожью со спусками и подъемами под большим углом, такие режимы позволяют использовать максимум мощности и ограничивают скорость до 20-50 км/ч (L, D1), 40-80 км/ч (D2);
• «D3» — движение до 3-й передачи при скорости до 100-110 км/ч;

Как пользоваться ручником

Производитель указывает, что использовать стояночный тормоз необходимо даже в положении селектора «Р»

Основными моментами для использования ручного тормоза являются:

• необходимость дополнительной фиксации машины при стоянке с работающим мотором, особенно при покидании транспорта;
• необходимость надежной фиксации машины в случае установки запаски и другого мелкого ремонта;
• при остановке на поверхности с большим углом наклона для избегания выбивания селектора с положения «Р» из-за большой нагрузки на ведущие колеса.

Перед началом движения необходимо проверять стояночный тормоз для избегания попытки начать движение при затянутом стояночном тормозе.

Стандартная схема, принцип действия и основные элементы

Вариатор в самом простом исполнении (созданный Вольво и поначалу использующийся концерном Субару) представляет собой движущий механизм, благодаря которому осуществляется передача вращения от одного узла к другому посредством промежуточного звена. Узлами выступают два шкива – колесики с ободом вокруг, внутри которого движется ремень. Промежуточным звеном – клиновый (разновидность приводного) ремень, соединяет между собой шкивы. Механизм получил название «клиноременный вариатор».

Крутящий момент непрерывно передаётся на колеса, также непрерывно происходит изменение передаточного отношения (при изменении оборотов двигателя, ремень либо натягивается, либо ослабляется).

Коробка передач DSG – что это такое?

DSG (Direct Shift Gearbox – коробка передач с синхронизированным переключением) является эволюционным продолжением роботизированных КПП. Еще её называют преселективной трансмиссией – это второе поколение “роботов”.

Такие коробки на сегодняшний день являются наиболее совершенными. Они оснащаются сразу двумя дисками сцеплениями – один переключает чётные передачи, а второй – нечётные. По сути, это две коробки передач в одном корпусе.

Изюминка коробки DSG заключается в том, что в ней постоянно включены две передачи: во время движения сомкнут лишь один из 2-х дисков сцепления, а второй находится в постоянной готовности, и включает свою передачу сразу же, как только размыкается первый диск. Благодаря такой схеме, переключения происходят практически мгновенно, а плавность работы сравнима с вариатором.

Но даже у такой, казалось бы, идеальной КПП как DSG есть свои недостатки. Конструкция преселективных трансмиссий чрезвычайно сложна. Всё это приводит к тому, что ее обслуживание никак нельзя назвать дешевым.

Кроме того, ремонтировать коробки DSG часто не берутся даже крупные СТО. Да и их ремонт, в большинстве случаев, просто невозможен. Поэтому при поломке зачастую приходится менять всю преселективную трансмиссию в сборе, и лишь иногда можно ограничиться заменой электронного блока управления.

Также в список недостатков коробок передач DSG можно занести и перегрев сцеплений после долгой езды, в результате чего со временем при переключениях появляются толчки.

Учитывая все вышеперечисленное, мы считаем, что преселективные трансмиссии, несмотря на всю их технологичность, еще достаточно “сырые”, слишком дорогие и неремонтопригодные.

Вывод

Бесступенчатая трансмиссия стала отличным решением для городского транспорта. Она обеспечивает высокую комфортность езды, они экономнее и быстрее «механики» и «автоматов». Кроме того, она делает транспорт более экологичным. Вместе с тем, вариаторы довольно прихотливы и неспособны передавать большей крутящий момент. Компания Ricardo решила эти проблемы своей трансмиссией DSG, которой оснащены некоторые Bugatti Veyron. Однако большинство мощный автомобилей и в будущем будут оснащаться роботизированными коробками передач, тем временем как эксперименты автоконцернов с вариаторами будут продолжаться.