Всё о вариаторах (cvt): чем отличаются, как работают, как эксплуатировать? насколько надежны и экономичны? стоит ли вообще брать автомобиль с вариатором?

Что такое вариатор и в чём его главное отличие от привычных КПП

Трансмиссия CVT – что это такое? CVT – это сокращение английского названия вариатора, т.е. Continuously Variable Transmission, что в дословном переводе означает «постоянно изменяющаяся передача». Его главное свойство – способность менять передачи в ином, чем мы привыкли порядке, а именно без постоянного и последовательного переключения скоростей (ступеней, передач). В связи с чем вариатор справедливо называют бесступенчатой трансмиссией. Это его главная отличительная особенность.

Вариатор относят к классу автоматических коробок передач: он работает в широком диапазоне, передачи переключаются автоматически, процессами управляет электронная система. И всё же разница между CVT и «автоматом» существенная. В чем именно она состоит?

• Бесступенчатая трансмиссия легче и меньше по размерам, чем АКПП.
• Отличается от «автомата» принципом работы. CVT обеспечивает идеальное сочетание передаточного отношения с нагрузкой на двигатель в каждый из моментов времени (изменения происходят каждую секунду).

С инженерной точки зрения вариатор является оптимальной из всех существующих ныне КПП. Но не спешите принимать решение о покупке авто с CVT, не всё так однозначно.

Как распознать вариатор в автомобиле

Некоторые автомобилисты интересуются тем, как можно отличить коробку вариатор от автомата визуально, по внешним признакам.

В действительности сделать это не так просто. Проблема в том, что визуально вариатор имеет примерно такое же оформление, как и у автомата. Из-за этого визуально отличить их между собой и определить без дополнительного вмешательства в автомобиль, где какая КПП, довольно сложно.

Это связано с тем, что у АКПП и у CVT на корпус коробки наносятся аналогичные символы типа режима Паркинг, задний ход, Драйв и пр.

Для идентификации вариатора можно воспользоваться:

• описанием авто в документах;
• информацией в Интернете;
• табличкой на кузове машины.

Вам потребуется руководство по эксплуатации, где должна быть описана применяемая коробка. Ещё один способ предусматривает использование VIN-кода транспортного средства. Через специальные веб-сервисы можно за пару минут узнать все подробности комплектации.

Но вовсе не обязательно платить за такую информацию и искать данные на просторах всемирной паутины. Можно просто взглянуть на табличку. В ней прописаны символы, в которых и зашифрован тип установленной коробки передач.

Самым же простым способом будет идентификация через тест-драйв. Проедьтесь на машине, и вы сразу поймёте, что это CVT. Если толчки отсутствуют, автомобиль разгоняется плавно и без рывков, перед вами вариатор.

Особенности конструкции CVT

Устройство вариатора

Устройство вариатора

Конструктивно вариатор cvt состоит из следующих элементов:

1. Клиноременная передача, состоящая из шкивов и ремня.
2. Пакет фрикционных муфт или – предназначены для отсоединения трансмиссии от двигателя и обеспечения нейтральной передачи (наличие зависит от конкретной модели).
3. Планетарный механизм – устройство, предназначенное для изменения направления вращения входного вала (режим заднего хода).
4. Дифференциал – устройство для распределения крутящего момента на ведущие колеса автомобиля.
5. Блок управления трансмиссией – электронная система, которая считывает данные с датчиков и передает соответствующие сигналы, меняющие режим работы вариатора. Ряд моделей cvt предусматривают возможность ручного переключения скорости при помощи настроек электронного управления. При этом переключение происходит ступенчато, аналогично АКПП. Также могут быть предусмотрены функции экономичного или спортивного режима.
6. Храповик – устройство для блокировки движения во время стоянки (P-паркинг).
7. Гидравлическая система.
8. Датчики (скорости входного и выходного валов, температуры рабочей жидкости, положения селектора).
9. Корпус.

Шкивами вариаторного механизма КПП управляет гидравлическая система, которая должна обеспечивать синхронное перемещение конусов или роликов бесступенчатой передачи. Она состоит из:

• Гидравлического насоса;
• Блока гидравлических клапанов;
• Управляющих гидроцилиндров;
• Фильтра.

Насос приводится во вращение от коленчатого вала двигателя и находится в постоянной работе, пока работает двигатель.

Рабочая жидкость CVT

Масло в вариаторах специально разработано для использования в бесступенчатых КПП. При рабочей температуре масла (от +60ºС до +70ºC) начинают проявляться его фрикционные свойства.

При повышенных скоростях автомобиля (более 150 км/ч) масло может перегреваться (температура более +80ºC), что уменьшает срок службы вариатора. Охлаждение масла в зависимости от модели может осуществляться за счет корпуса дополнительно установленного радиатора (маслоохладителя).

На корректность работы CVT также влияет давление масла и уровень масла. Снижение его уровня может привести к проскальзыванию ремня (цепи) и фрикционов.

Строение ремня и цепи

Ремень вариатора

Отдельного внимания заслуживают такие детали, как цепь и ремень вариатора. Последний представляет собой сборную металлическую ленту. Она состоит из нескольких тросов или полос (до 12 штук), которые скрепляются стальными пластинами (скобами) сложной формы.

Для защиты от износа и проскальзывания ремень имеет специальное покрытие. При работе вариатора ремень соприкасается с конусами шкивов краями пластин, что обеспечивает нужные толкающие свойства обеих сторон без потери гибкости и возникновения деформаций.

Обычные кожаные или силиконовые ремни имеют слишком малый срок службы, а потому в КПП не применяются. Ремень вариатора может заменить только стальная цепь (цепной вариатор), что также состоит из пластин, соприкасающихся со шкивами (конусами).

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.

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.

Что такое вариатор

Может показаться удивительным, но история появления вариаторов насчитывает уже порядка 150 лет. Они были популярны в механизмах приводов швейных машин и использовались в промышленном оборудовании еще в ХIX веке. В дальнейшем вариаторы стали устанавливаться на мототехнику, а вот, что касается автомобильного транспорта, то здесь вариаторные коробки передач долгое время не приживались ввиду их невысокого ресурса, а также сложности управления при передаче значительного крутящего момента. Во второй половине ХХ века внедрением вариатора определенное время занимались специалисты компаний DAF и Volvo, однако решить проблему малого ресурса долгое время не удавалось. И только лишь после того, как усовершенствованием данного типа КПП вплотную занялись инженеры нескольких японских автопроизводителей, вариатор стал набирать популярность и массово устанавливаться на серийных автомобилях.

С технической точки зрения вариаторная коробка передач представляет собой трансмиссию бесступенчатого типа. Другое ее название – CVT (от англ. Continuously Variable Transmission). Благодаря особой конструкции и использованию внешнего управления переключение передач в вариаторе осуществляется плавно, с бесступенчатым изменением передаточного числа. Выбор оптимального передаточного соотношения происходит автоматически, посредством сопоставления внешней нагрузки с оборотами силового агрегата. Принцип функционирования вариатора позволяет задействовать мощность мотора машины с максимальной эффективностью.

Как определить, какая КПП установлена в автомобиле

Современные КПП, включая роботизированные коробки, очень похожи друг на друга внешне: даже бесступенчатая имитирует «автомат» (имеет селектор и стандартную шкалу скоростей). И всё-таки определить, установлен в ТС вариатор или другая коробка передач, можно

Обратите внимание на:

• информацию в документах на машину,
• описания модели вашего автомобиля из Интернета,
• табличку, расположенную на кузове ТС.

Информация о трансмиссии содержится в инструкции по эксплуатации автомобиля, в технической документации. Также об установленном устройстве можно узнать по vin-номеру ТС (идентификационный номер указывают в свидетельстве о ТС и в паспорте ТС). Существуют специальные веб-сервисы, которые по VIN-коду выдают информацию о комплектации автомобиля.

Не всегда стоит прибегать к услугам платных онлайн сервисов (далеко не каждый даст нужную информацию). Стоит поискать сведения о трансмиссии через поисковую систему. Большинство моделей разных марок подробно описаны в Интернете. Но, если информации о трансмиссии нет, остаётся ещё один вариант – обозначения на табличке.

Обозначения представляют собой набор цифр и букв, расшифровать которые поможет продавец-консультант (если вам необходимо докупить запчасти). Этой информации достаточно, чтобы заказать комплектующие. Если вдруг табличка утеряна или на ней стерлись буквы, такая же расположена на корпусе самого устройства. Сведения о трансмиссии узнает мастер, когда доберется до корпуса (в случае техобслуживания или ремонта).

Подкапотная табличка Subaru

Подкапотная табличка Audi

Подкапотная табличка Nissan

Как работает вариатор, общее устройство

Как отмечено, принцип работы вариатора полностью отличается от ступенчатых коробок. В основе этой трансмиссии лежит ременная передача.

Обычная передача такого типа состоит из двух валов, с установленными на них шкивами.

Передача вращения и усилия осуществляется ремнем. В такой передаче передаточное число – фиксированное и зависит оно от диаметров шкивов.

В коробке CVT же существует возможность изменять передаточные числа. Делается это за счет меняющихся диаметров шкивов.

Конструкция достаточно проста: имеется два параллельно расположенных вала. На них установлены шкивы, каждый из которых состоит из двух половин (тарелок).

Эти половины имеют конусную форму и могут перемещаться по валу относительно друг друга.

А работает все так: между конусными поверхностями шкивов помещен клиновидный ремень. При сведении или разведении половин шкивов, меняется их диаметр в месте контакта ремня.

То есть, при полностью сведенных половинах ремень движется практически по внешнему диаметру шкива, но при расхождении он проваливается между этими дисками.

Но таких шкива в конструкции вариатора два, а ремень удлиняться не может.

Вот и получается, что если у одного из шкивов половины расходятся, то у другого должны сходится, то есть работать они должны синхронно.

Таким образом и осуществляется изменение передаточного соотношения.

Но это только принцип работы. Конструктивно все выглядит значительно сложнее, хотя основными рабочими элементами остаются все те же шкивы и ременной привод.

Но в конструкцию дополнительно добавлено сцепление, электронная система управления, а также планетарный редуктор.

Поэтому коробка CVT состоит из:

1. Электронной системы управления;
2. Самого вариатора;
3. Узлов и деталей, которые передают крутящий момент и включают нейтральную передачу;
4. Планетарного механизма, для движения задним ходом.

В коробку CVT, в зависимости от производителя и модели, могут быть внедрены различные конструктивные решения, которые в большинстве случаев касаются сцепления.

Виды сцеплений:

1. Вариатор Transmatic – автоматическое центробежное сцепление;
2. Multimatic, Multitronic – мокрое сцепление, многодисковое с электронным управлением;
3. Hyper – сцепление электромагнитное с электронным управлением;
4. Autotronic, Extroid, Ecotronic, Multidrive, Lineartronic, Xtronic – с гидротрансформаторами.

В качестве сцепления зачастую выступает гидротрансформатор, такой же, как и на АКПП.

Гидротрансформатор работает при трогании машины с места, затем блокируется. Он очень мягко, без рывков, передает крутящий момент за что и получил большую популярность среди владельцев автомобилей.

Перемещением дисков шкивов управляет электронный блок, который следит за рядом параметров работы двигателя и самой трансмиссии и на основе этого подает команды на исполнительные механизмы.

К примеру, при начале движения необходимо обеспечить максимальное тяговое усилие, для чего половины ведущего шкива нужно максимально развести, а ведомого – свести.

По мере набора скорости блок управления меняет диаметры шкивов, снижая передаточное соотношение.

Планетарный же редуктор в конструкции необходим для обеспечения движения задним ходом.

Типы вариаторов

Передача вращающего момента в вариаторах происходит за счет сил трения — независимо от типа конструкции, регулирование передаточного отношения, как правило осуществляется путем переноса точек контакта элементов передачи.

Рассмотрим несколько основных конструктивных схем вариаторов.

Лобовой вариатор

Принципиальная схема вариатора с перекрещивающимися валами (или лобового) показана на рисунке.

Ось ведомого вала перпендикулярна оси ведущего. На ведущем валу закреплен диск. Каток с фрикционными накладками установлен на шлицах ведомого вала. Получается, что каток может линейно перемещаться вдоль оси ведомого вала. Если каток вариатора прижат диску то вращение будет передаваться от ведущего вала к ведомому. Причем соотношение скоростей в вращающих моментов будет зависеть от расположения точки касания.

Чем ближе эта точка к центру тем медленнее будет вращаться выходной вал, и тем выше будет вращающий момент на нем.

n1*X=n2r

• где n1 — частота вращения ведущего вала
• n2 — частота вращения ведомого вала
• X — расстояния от центра ведущего диска до точки касания
• r — радиус ведомого катка

Передаточное отношение вариатора (отношение, угловых скоростей, частот вращения, моментов) можно вычислить по формуле:

i=n1/n2=r/x

Диапазон регулирования лобового вариатора определяется минимальным и максимальным значением Х:

D=imax/imin=Xmax/Xmin

Представленная конструкция вариатора позволяет реализовать изменять и направление вращения ведомого вала. Если точку касания диска переместить в противоположную сторону от центра ведущего диска, то направление вращения ведомого вала изменится.

Вариатор с раздвижными конусами

Вариаторы этого типа получили широкое применяют в трансмиссиях автомобилей, мотоциклов, станков. Устройство вариатора с раздвижными конусами показано на рисунке.

Валы установлены в корпусе на подшипниках. Оси вращения ведущего и ведомого валов расположены параллельно.

На ведомом и ведущем валу расположены конические диски, которые могут перемещаться вдоль осей вращения.

Между дисками зажат стальное или армированное резиновый ремень. При вращении ведущего вала, вращение через ремень передается ведущему валу.

Получается, что диски образуют два шкива, между которыми расположен ремень, благодаря конструкции рабочий диаметр шкивов может изменяться, а значит будет меняться и передаточное отношение.

Отношение частот вращения валов вариатора будет зависеть от расположения точек касания дисков и конуса.

Чем дальше точка касания от оси вращения ведущего вала, и чем ближе к оси вращения ведомого, тем выше будет частота вращения ведомого вала.

Передаточное отношения вариатора с раздвижными конусам можно вычислить по формуле:

i=n1/n2=X2/X1

Диапазон регулирования можно вычислить, используя зависимость:

D=imax/imin=(Xmax/Xmin)2

Вариатор с постоянными конусами и промежуточным диском

Устройство вариатора показано на рисунке.

На ведомом и ведущем валу вариатора закреплены конические барабаны, между которыми, на оси расположен каток. С помощью винта каток может перемещаться по оси. Пружина позволяет обеспечить надежное прижатие барабанов и катка.

Передаточное отношение вариатора будет зависеть от расположения точки касания катка и барабанов:

i=n1/n2=X2/X1

Диапазон регулирования будут определяться как:

D=imax/imin=(Xmax/Xmin)2

Торовый вариатор

Конструкция торового вариатора показана на рисунке.

На валах расположены торовые чашки со сферическими поверхностями. Между чашечками установлены ролики, через которые вращающий момент передается от ведомого вала к ведущему.

Регулирование передаточного отношения осуществляется за счет изменения угла наклона роликов. Если ролики перпендикулярны дискам, то передаточное число будет равно 1.

Двухступенчатые вариаторы

Для диапазонов регулирования выше 10 рекомендуется применять двухступенчатые вариаторы, содержащие две фрикционные передачи. Разработаны конструкции с регулированием двух и четырех шкивов. В зависимости от способа перемещения дисков различают:

• вариаторы с принудительным перемещением двух дисков на ведущем и ведомом валах или на промежуточном валу и с двумя плавающими дисками;
• с принудительным перемещением двух дисков и с двумя подгруженными дисками;
• с принудительным перемещением четырех дисков.

КПД двухступенчатых вариаторов с плавающими дисками не составляет 60-85%. Применение схемы с четырьмя принудительно перемещаемыми дисками позволяет повысить КПД вариатора.

Контроль датчиков

Необходимо всегда быть уверенным в исправности всех датчиков, ведь в условиях длительной езды нужно быть уверенным в безопасности поездок. Если какой-либо из датчиков перестает функционировать, это может повлечь за собой неполадки в работе целого узла. При повреждении датчика контроля скорости блок управления делает следующее: сначала переводит ремень трансмиссии в среднее аварийное положение, после чего двигатель начинает экстренное торможение. Вследствие этого возможно деформирование ремня.

Эксплуатация вариатора с пробегом подразумевает замену датчиков скорости, уровня и давления масла.

Принцип работы вариатора

В клиноременном вариаторе смена передаточного числа происходит путем изменения диаметра шкивов. Каждый из них выполнен из двух половинок конической формы, которые посажены на один вал. Конусы имеют возможность расходиться и сходиться. В результате диаметр в точки соприкосновения ремня со шкивом постоянно варьируется в зависимости от скорости и нагрузки. Такое бесступенчатое изменение передаточного числа неспособно обеспечить обычная автоматическая или механическая коробка передач.

Когда автомобиль трогается с места необходимо максимальное усилие. Для того, чтобы снизить нагрузку на двигатель, конусы ведущего вала разводятся и в точке соприкосновения с ремнем шкив имеет самый малый диаметр. При этом на ведомой оси конусы сводятся. Это позволяет получить максимальный диаметр шкива в точке соприкосновения с ремнем. При таком состоянии вариатора ведущий вал должен сделать несколько оборотов, чтобы ведомый сделал один круг.

По мере того как происходит разгон, передаточное число изменяется. Конусы ведущего шкива начинают сходиться, увеличивая его диаметр. На ведомом валу происходит обратное действие. Конусы расходятся, а диаметр убавляется.

При достижении автомобилем высокой скорости шкив ведущего вала имеет максимальный диаметр. При этом на ведомом валу конусы полностью разведены, что обеспечивает минимальный размер шкива в точки соприкосновения с ремнем. При этом один оборот ведущего вала соответствует нескольким вращениям ведомого. На изображении ниже показаны принцип действия вариатора, схема расположения конусов и как работает бесступенчатая трансмиссия.

В клиноременном вариаторе смена передаточного числа происходит путем изменения диаметра шкивов. Каждый из них выполнен из двух половинок конической формы, которые посажены на один вал. Конусы имеют возможность расходиться и сходиться. В результате диаметр в точки соприкосновения ремня со шкивом постоянно варьируется в зависимости от скорости и нагрузки. Такое бесступенчатое изменение передаточного числа неспособно обеспечить обычная автоматическая или механическая коробка передач.

Тороидальный вариатор имеет схожий принцип действия, но устроен совершенно по другому. В нем усилие передается не с помощью ремня, а специальными роликами. Они зажаты между валами и расположены на одной оси. Ролики имеют тороидальную форму, откуда и происходит название вариатора.

Для смены передаточного числа в тороидальном вариаторе требуется изменить положение роликов. Для максимальной тяги они должны быть повернуты в сторону ведомого диска. При высоких оборотах ролики направлены к ведущему диску. Устройство и принцип работы тороидальной бесступенчатой трансмиссии показаны на изображении ниже.

То как именно вариатор меняет передаточное число во время разгона зависит от программы управления. Для максимальной динамики двигатель выводится на обороты, соответствующие наибольшему крутящему моменту. При этом плавно меняется передаточное отношение. Темп разгона высокий, так как не тратится время на переключение между ступенями.

Ездить в вышеописанном режиме не очень удобно. Постоянные высокие обороты мотора приводят к большому расходу топлива и снижают ресурс силовой установки. При этом водитель, привыкший эксплуатировать транспортное средство с обычной коробкой передач, испытывает странные ощущения от монотонной работы мотора. Поэтому часто вариатор настраивают так, чтобы разгон полностью напоминал увеличение скорости с обычной АКПП.

Большинство бесступенчатых трансмиссий способны имитировать работу механической или роботизированной коробки передач. При этом все передаточные числа задаются программно. Вариатор просто переключается между установленными положениями.