Как устроен вариатор

На страницах автомобильных каталогов часто можно встретить фразу: “На автомобиле установлен бесступенчатый вариатор”. Или же вы могли видеть это словосочетание в таблице технических характеристик. Что собой представляет механическая коробка передач, знают все (за исключением разве что американцев), к коробке-автомат тоже все привыкли (в особенности американцы). Но вот что собой представляет вариатор мало кто знает. А ведь появился он не вчера. 

Любопытно, что изобретение запатентовали еще в конце 19 века! Более того, первый вариатор создал добряк да Винчи в 1490 году. 

Однако первый работоспособный автомобиль с таким типом трансмиссии появился в 1950-х годах. Вариатор начали устанавливать на автомобили DAF (в то время этот автопроизводитель выпускал не только грузовые, но и легковые автомобили). Чуть позже подключился и концерн Volvo. Однако истинную популярность вариаторы завоевали только сейчас.

На самом деле вариатор (также именуемый CVT, или бесступенчатая трансмиссия) представляет собой эдакую разновидность автоматической коробки передач. При беглом осмотре сложно заметить какую-либо разницу между автомобилем с вариатором и АКПП: педали две, рычаг переключения передач имеет аналогичные режимы — P, R, N, D. Казалось бы, ничего необычного. Вот только вариатор работает совсем иначе. В нем нет фиксированных первой, второй и десятой передач. Невозможно сосчитать количество передач у вариатора. При этом переключаются они плавно и незаметно.

Вот поэтому никаких рывков при запуске и “переключении” нет. На самом деле переключения по сути и нет. Вариатор постепенно и плавно изменяет передаточное число по мере того, как автомобиль ускоряется или замедляется.

Существует несколько типов вариаторов: клиновой ремень с регулируемыми шкивами, цепной, тороидальный… Первый тип является самым распространенным. Рассмотрим его устройство.

Для примера возьмем два карандаша (цилиндра), которые лежат параллельно на некотором расстоянии друг от друга. Скрепим их между собой резинкой и начнем поворачивать один из них. Второй сразу же начнет вращаться с аналогичной скоростью. Но если карандаши разного диаметра, то здесь все обстоит иначе. Пока больший делает оборот, второй делает уже два. 

Вариатор устроен аналогичным образом, но диаметр “карандашей” постоянно колеблется. Он имеет два шкива, каждый из которых выполнен в виде пары конусов, обращенных друг к другу заостренными концами. И между шкивами зажат клиновой ремень. 

Если каждая пара конусов будет двигаться друг к другу и обратно, получатся шкивы с переменным диаметром. В конце концов, когда конусы разделены, ремень, который соприкасается с ними своими ребрами, как бы упадет в центр шкива и обойдет его по небольшому радиусу и по большому радиусу в случае сближения конусов.

Теперь нужно оснастить оба шкива системой (чаще всего это гидравлика, но может быть и другой сервопривод), которая будет одновременно сдвигать половинки первого шкива и раздвигать половинки второго. При этом если один из шкивов расположен на ведущем валу (который идет от двигателя), а второй — на ведомом (идет к колесам), то можно изменять значение передаточного отношения в широком диапазоне.

И последнее — потребуется дополнительный блок, который будет регулировать изменение направления вращения выходного вала (для передачи заднего хода). Все, вариаторная коробка передач готова.

Любопытно, а какой ремень здесь используется? Разумеется, обычный из резины или тканого материала, вроде тех, что вращают генераторы и другие приспособления, не выдержал бы и тысячи километров. Ремень в клиноременных вариаторах имеет сложную конструкцию.

Это может быть и стальная лента с определенным покрытием или набор стальных канатов (лент) со сложным сечением, на которые надето множество тонких поперечных стальных пластин в форме трапеции, края которых цепляются за шкивы. Именно так и удалось создать толкающий ремень, который передает мощность не только от той его половины, что проходит от ведомого к ведущему шкиву, но и от противоположной. Обычный ремень при попытке передать сжимающую силу, просто смялся бы, а бандажный стальной приобретает жесткость.

Занятный факт: для смазки цепи используют специальную жидкость, которая меняет фазовое состояние под давлением, что возникает после контакта со шкивом. Благодаря этому цепь передает усилие без проскальзывания, несмотря на небольшую площадь контакта.

Способ изменения вариатором передаточного числа во время ускорения зависит от выбранной программы управления. Во время ускорения на обычном автомобиле мы раскручиваем двигатель до максимальной скорости на каждой из передач, затем переключаемся на следующую передачу и так далее. В случае с вариатором при разгоне двигатель остается на тех же оборотах, а вот передаточное число при этом постепенно меняется.

Ощущения при этом не передать словами. Вы выжимаете педаль газа, двигатель выходит на высокие обороты и остается на них на всем периоде ускорения, издавая сумасшедший визг. Но скорость разгона высока, и при переключении между передачами вы не тратите время.

Однако в отдельных случаях вариатор подстраивают таким образом, чтобы ускорение с ним больше походило на увеличение скорости с обычной коробкой передач и постепенным увеличением оборотов двигателя.

При попытке подняться в гору или замедлить машину, умный вариатор не оставит включенной высокую передачу, несмотря на то, что нажата педаль газа.

К тому же, на некоторых автомобилях можно выбрать режим с несколькими “виртуальными” передачами (с 6 или даже 8), устанавливаемыми электроникой.

Как видно, вариатор имеет массу преимуществ. Но не обошлось и без недостатков. Например, относительно небольшая, по современным меркам, “перевариваемая” мощность двигателя. По этой причине такими коробками передач оснащали автомобили малого класса. В наше время на мощные автомобили чаще всего устанавливают либо механические коробки передач, либо классические автоматы, либо полуавтоматические.

Прогресс не стоит на месте. Нельзя не вспомнить чемпионов. К примеру, вариатор Multitronic с клиновым ремнем (цепью) на Audi A4 2.0 TFSI без проблем совладать с потоком в 200 “лошадей”.

Но класс D — это далеко не все. Сейчас 200 лошадиных сил уже нельзя назвать такой большой величиной для автомобилей представительского и бизнес-класса, а тем более для внушительных размеров внедорожника. Но достижения самых современных вариаторов этим не ограничиваются. Так, кроссовер Nissan Murano с 3,5-литровым двигателем V6 мощностью 234 л.с. оснащен клиноременным вариатором X-Tronic. Это одна из самых больших и тяжелых моделей, оснащенных вариатором. А что же ждет нас в будущем?

Вторым недостатком вариаторов является дорогостоящее техническое обслуживание и ремонт, а также необходимость использования особой трансмиссионной жидкости. Замена ремня на ременных вариаторах может потребоваться каждые 100-150 тысяч километров. В то же время масло для таких автомобилей стоит немного дороже, чем для автоматической коробки передач, зато его можно менять реже — примерно через 40-50 тысяч километров в зависимости от модели.

И все же вариаторы можно встретить все чаще на автомобилях различных классов, к тому же они все же дешевле хороших автоматических коробок передач классического типа.

Поскольку вариаторы имеют бесконечное количество передач, с их помощью двигатель работает в наиболее благоприятных режимах — если нам нужна максимальная мощность (при гонках на светофорах) или, наоборот, плавность хода и наименьший расход топлива (при спокойной езде). Поэтому модели с вариаторами отличаются, при прочих равных условиях, высокой энергоэффективностью в сочетании с не менее достойной динамикой.

В последние годы автопроизводители стали задумываться об увеличении количества передач на автомобилях с классической автоматической коробкой передач. Новейшие модели уже оснащают 8 передачами (и это на легковушках). Это позволяет добиться одновременно и высокой динамики, и энергоэффективности. Скоро ли мы увидим автоматические коробки передач с десятью или даже двенадцатью передачами? Но вариаторы уже есть там, где обычные автоматические коробки передач с их переключаемыми планетарными передачами никогда не появятся. В конце концов, количество передач у вариатора не сосчитать.

Оригинальная статья на сайте ДРАЙВ: https://www.drive.ru/technic/4efb330200f11713001e32e2.html