Что такое бесступенчатый вариатор


Вариатор (CVT) — бесступенчатая коробка передач, которая в определенном диапазоне позволяет добиться максимально плавного изменения передаточного числа. Главным отличием вариаторной коробки передач от аналогов является достаточно эффективное использование мощности ДВС.  

Коробка CVT (от англ. Continuously Variable Transmission, «все время изменяющаяся трансмиссия») позволяет наилучшим образом изменять крутящий момент от ДВС, передаваемый на колеса, с учетом нагрузок на двигатель, скорости движения ТС и т.д. В результате вариатор позволяет добиться высокой топливной экономичности.

Отличительные особенности, устройство и принцип работы вариатора

Как работает вариатор коробка передач

Начнем с того, что существует несколько типов вариаторных КПП, однако на автомобилях используется клиноременный и тороидный вариатор, при этом клиноременной вариатор встречается намного чаще.

Устройство современной коробки-вариатора включает в себя такие элементы:


  • Специальный механизм, который отвечает за передачу крутящего момента от двигателя на вариатор, а также разъединяет коробку и ДВС при постановке на нейтральную передачу;
  • Сама коробка-вариатор (другое название «вариаторная передача»), а также отдельный механизм, который позволяет автомобилю двигаться назад;
  • Электронная система управления коробкой с входными и выходными датчиками;

Что касается самой КПП, клиноременной вариатор включает в себя одну или две ременные передачи. Такая передача фактически является двумя шкивами, которые соединяются при помощи клиновидного ремня. Шкив образует пара конических дисков, причем диски могут сдвигаться и раздвигаться. Так удается менять диаметр самого шкива.

Чтобы сдвинуть конусы, задействовано гидравлическое давление, усилие пружины и центробежная сила. Конические диски расположены под углом наклона 20°. Это позволяет ремню перемещаться по поверхности шкива, при этом сопротивление минимально.

На начальном этапе такие вариаторы оснащались ремнем из резины, однако ресурс самого ремня оказывался небольшим. Сегодня вместо резины устанавливается металлический ремень вариатора. Такой ремень прочный и гибкий, при работе КПП создается меньше шума,  а также  решение служит заметно дольше, чем резиновый аналог.


Данный тип отличается от клиноременного вариатора тем, что крутящий момент передается торцевой поверхностью цепи во время ее точечного контакта с коническими дисками. При этом сами конические диски выполнены из прочной стали, а клиноцепной вариатор имеет наилучший КПД.

Что касается управления вариатором,  система электронная, производит синхронное изменение диаметра шкивов с учетом режимов работы двигателя автомобиля. Также осуществляется управление сцеплением и планетарным редуктором.

Еще добавим, что тороидный вариатор отличается от описанных выше ременных и цепных аналогов тем, что имеет два соосных вала. Такие валы имеют сферическую или тороидную поверхность. Между валами зажимаются ролики.

Чтобы изменить передаточное число в таком вариаторе, необходимо менять положение роликов. При этом крутящий момент передается посредством сил трения между рабочими поверхностями.

Как работает вариатор в автомобиле

Принцип работы вариатора

Если говорить о принципе работы вариаторной коробки, диаметр шкива вариатора постоянно изменяется. Изменение реализует сервопривод. Когда автомобиль только трогается с места, ведущий шкив вариатора имеет самый малый диаметр, то есть конические диски полностью разведены.

Как видно, вариатор путем уменьшения и увеличения диаметров шкивов позволяет двигателю работать в оптимальном режиме, чтобы получить максимум мощности и добиться лучшей динамики.


Плюсы и минусы вариатора

Прежде всего, такая трансмиссия является бесступенчатой. Это значит, что во время езды отсутствует необходимость переключаться на так называемы «ступени», при этом происходит постоянное преобразование крутящего момента, нет задержек между переключениями со ступени (передачи) на ступень.

В результате достигается максимальный комфорт  при езде на машине с вариатором. Однако данное решение не лишено недостатков. Прежде всего, установка такой трансмиссии предполагает определенные ограничения по мощности и крутящему моменту, то есть вариатор не ставят на автомобили с мощным двигателем. Еще одним минусом является сложность устройства самой вариаторной коробки передач, низкая ремонтопригодность и дороговизна самого ремонта вариатора.

krutimotor.ru

CVT, вариаторная трансмиссия и она же бесступенчатая коробка передач является особой разновидностью автоматической коробки передач. Благодаря своей конструкции «вариатор» обеспечивает больший коэффициент полезной мощности, лучшую экономию топлива и более мягкое управление, по сравнению с другими типами коробок-автоматов.


Как управлять автомобилем с бесступенчатой коробкой передач (CVT)

Управляется автомобиль с вариаторной трансмиссией также, как и с любой другой автоматической коробкой передач: отсутствует педаль сцепления и переключение идёт по схеме P-R-N-D-L. Кардинальное отличие CVT только в том, что она не имеет ступеней передач (скоростей), как другие АКПП. Бесступенчатая автомат-коробка понижает или повышает обороты двигателя в зависимости от скорости автомобиля. Вы не услышите от неё характерных для АКПП звуков или ощущений при работе, ведь её задача — регулировать обороты двигателя в изменяющемся скоростном режиме.

Единственное, к чему следует привыкнуть водителям автомобилей, оснащённых CVT, это к ощущениям, что при работе педалью акселератора обороты двигателя нарастают и замедляются с запозданием. Это чувство нормально, так как умная CVT оптимизирует обороты двигателя, а для этого необходим период времени.

Как работает вариаторная автомат-коробка

Есть несколько конструкций вариаторной трансмиссии, но в большинстве автомобилей она использует пару шкивов переменного диаметра в виде противостоящих конусов, между которыми проходит зубчатый ремень или цепь. Один шкив соединён с двигателем (входной шкив), а другой — с ведущими колесами (выходной шкив). Половины этих шкивов являются подвижными. Когда половины этих шкивов приближаются навстречу друг другу, зубчатый ремень или цепь начинают подниматься вверх к большим диаметрам шкивов. Отношение передачи(скорости) напрямую зависит от изменяемого диаметра шкивов, нечто похожее вы можете увидеть на велосипеде: металлическая цепь переходит на какую-либо шестерню со своим диаметром в зависимости от выбранной скорости.


Схема работы бесступенчатой коробки передач

При условии, когда диаметр входного шкива меньше диаметра выходного, получается низкое отношение, которое пригодно для движения на низких оборотах. При ускорении автомобиля, диаметры этих шкивов понижаются, чтобы уменьшить обороты двигателя, так как увеличивается скорость автомобиля. Это похоже на работу обычной механической коробки или автоматической, но если в обычных передачах передаточное отношение изменяется благодаря прямому воздействию на выбор скоростей(передач) от самой низкой до самой высокой, то в коробке CVT передаточное отношение изменяется самостоятельно, в зависимости от оборотов двигателя.

Преимущества бесступенчатой коробки передач

  • Двигатели не достигают предельных оборотов на всех скоростях, благодаря системе CVT. Она рассчитывает и поддерживает наиболее высокую полезную работу двигателя, учитывая мощность двигателя, вращающий момент и расход топлива.
  • Во время движения водителю не стоит беспокоиться о том, когда надо переключить передачу — система все сделает сама.

Недостатки вариаторной трансмиссии

  • Самая большая проблема — адаптация самих водителей к этой системе. Водители не сразу привыкают к необычным шумам при работе двигателя, к работе двигателя на повышенных оборотах, к плавному и одновременно быстрому ускорению.
  • Второй минус — автомобиль с вариаторной трансмиссией стоит заметно дороже автомобиля с традиционной АКПП. Это подтвердят автодилеры и услуга оценки автомобиля в Москве ЮАО. За дополнительный комфорт и новейшие технологии, реализованные в автомобиле, приходится переплачивать.
  • Не столько минус, сколько важное замечание — вариаторная трансмиссия требует аккуратной эксплуатации и регулярного качественного обслуживания.

При всем своем удобстве, CVT стала более-менее популярной не так давно. Ранние версии вариаторов были ненадежны из-за резиновых ремней. Позже ремни были заменены плоской металлической цепью. Кроме того, для установки вариаторов было ограничение по мощности двигателя (до 100 л.с), так как в случае установки на более мощные двигатели, трансмиссия быстро выходила из строя. И только новейшие технологии позволили создать такие вариаторные трансмиссии, которые можно было установить на мощные двигатели, например, на автомобиль Nissan Maxima с 290 л.с, производитель которого заявляет, что надежность и долговечность его CVT не хуже, чем у обыкновенных передач. Стоит заметить, что CVT используют и другие производители автомобилей — известно, что Audi, Toyota, Mercedes-Benz тоже разработали свои CVT.


Подводя итоги, можно сказать, что бесступенчатая коробка — вариатор — в современном исполнении полным ходом завоевывает поклонников.

autocarinfo.ru

Листая автомобильные каталоги, многие встречали такую фразу: «На автомобиль устанавливается бесступенчатый вариатор». Или могли увидеть это словосочетание в таблице технических характеристик.
Что такое механическая коробка передач, знают все (кроме, разве что, американцев), к «автомату» тоже давно все привыкли (особенно американцы). А вот вариатор — зверь малоизвестный. А ведь он далеко не новинка.

Первый вариатор был придуман 1490 году не безызвестным Леонардо Да Винчи, а запатентован лишь в 1886 году. Первым массовым автомобилем с вариатором стал DAF 600, который впоследствии стал принадлежать Volvo за ним были Ford Fiesta и Fiat Uno.

Как говорит «Википедия» Вариатор — передаточное устройство между двигателем и движителем (колёсами, гребным винтом и т. п.), которое способно плавно изменять коэффициент передачи (отношение скоростей вращения ведущего и ведомого валов) во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий.
Какова же основная идея?


Внешне находясь в салоне машины вариатор себя никак не выдает, тот же селектор передач, что и на автомате (P,N,R,D) те же две педали, но суть совсем в другом. У обычного автомата как и у ручной коробки есть фиксированный набор передач: 1,2…5,6 и т.д. Вариатор же лишен этого, можно сказать что количество передач вариатора близиться к бесконечности.

Как же это сказывается на автомобиле: нету привычных всем толчков при трогании и «переключении», если быть точнее то и самого переключения нет т.к. вариатор плавно изменяет передаточные числа в зависимости от скорости автомобиля.

Вариаторы бывают нескольких типов: клиноремённые со шкивами переменного диаметра, цепные, тороидальные…

У него два шкива, каждый из которых сделан в виде пары конусов, обращённых острыми концами друг к другу. А между шкивами зажат клиновый ремень.

Теперь, если каждая из пар конусов может двигаться друг к другу и обратно, мы получим шкивы с переменным рабочим диаметром. Ведь при раздвижении конусов ремень, соприкасающийся с ними своими рёбрами, будет как бы проваливаться к центру шкива и обегать его по малому радиусу. А при сближении конусов — по большому радиусу.

Осталось только снабдить оба шкива системой (как правило, это гидравлика, но может быть и какой-то иной сервопривод), которая будет строго синхронно сдвигать половинки первого шкива и раздвигать половинки второго. И если один шкив находится на ведущем валу (который идёт от двигателя), а второй — на ведомом (который ведёт к колёсам), то можно организовать изменение передаточного отношения в весьма широких пределах.
Ну и не нужно забывать про узел отвечающий за направление вращения выходного вала (скажем обычная планетарная передача) для заднего хода и в целом готова коробка-вариатор.


Отдельный вопрос какой ремень используется в вариаторах, я думаю всем понятно что обычный резиновый или тканевой ремень вращающий генераторы и иже с ними, тут не пригоден.
Ремень в вариаторе имеет сложное устройство.
Это может быть стальная лента с неким покрытием или набор стальных тросов (лент) сложного сечения, на которые нанизано огромное число тонких поперечных стальных пластинок трапецевидной формы, края которых и контактируют со шкивами. Кстати, именно таким образом удалось создать толкающий ремень, передающий мощность не только той его половиной, которая бежит от ведомого к ведущему шкиву, но и противоположной. Обычный ремень при попытке передать сжимающее усилие просто сложился бы, а наборный стальной — обретает жёсткость.

А ещё в качестве клинового ремня может выступать широкая пластинчатая стальная цепь, соприкасающаяся с конусами своими краями. Именно такой «ремень» работает в вариаторах машин Audi.

Интересно, что для смазки цепи применяется особая жидкость, которая меняет своё фазовое состояние под сильным давлением, возникающим в месте контакта со шкивом. Благодаря этому цепь может передавать значительное усилие, практически не проскальзывая, несмотря на очень маленькую площадь контакта.


Как именно вариатор будет менять передаточное число при разгоне, зависит от выбранной программы управления. Если при разгоне на обычном автомобиле мы на каждой передаче раскручиваем двигатель, затем переходим на следующую передачу и так далее, то при наборе скорости автомобиля с вариатором мотор остаётся на одних и тех же оборотах (скажем, на оборотах, соответствующих максимальному крутящему моменту), зато плавно меняется передаточное отношение.

Это создаёт несколько странные ощущения. Жмём газ в пол, мотор выходит на большие обороты, да так и остаётся на них в течение всего разгона, воя как пылесос. Зато темп разгона — высокий, да и на переключения между ступенями время не тратится.

А ещё на некоторых машинах можно выбрать режим с несколькими «виртуальными» передачами (с 6 или даже 8), задаваемыми электроникой. Передачами, между которыми вариатор будет резко перескакивать, словно классическая коробка «автомат». Ещё в этом случае можно переключать «передачи» по собственному желанию. Как на «автомате» с ручным секвентальным (последовательным) режимом.

Но есть у вариатора и один существенный недостаток: малая мощность передачи. Поэтому на сегодняшний день при всех достоинствах вариатора, классические автоматы и механика встречаются гораздо чаще. На сегодняшний день самыми мощными машинами с вариаторами являются 200х сильная Audi A4 и 234 сильный Nissan Murano.

И не знаю можно ли отнести к недостаткам высокую стоимость обслуживания: каждые 100-150 тысяч вариатор может требовать замены ремня, да и масло стоит несколько дороже чем для автомата, но зато реже меняется: каждые 40-50 тысяч.

autokadabra.ru

Большинство технических решений, которые мы видим в современных автомобилях, призваны облегчать человеку жизнь, ибо давно известно, что двигатель прогресса — лень. Надоело ходить? Вот вам колесо. Лошадку жалко? Вот двигатель внутреннего сгорания. Хлопотно каждый раз переключать вручную передачи? Держите автоматическую коробку! Но, как утверждает известный футуролог Жак Фреско, еще ни одно глобальное изобретение на свете не было придумано и воплощено сразу: любое современное технологичное устройство, будь то фотоаппарат, тостер или автомобиль, есть не что иное, как результат долгой последовательной цепочки усовершенствований одной идеи. Вот и концепция бесступенчатого изменения передачи крутящего момента витала в воздухе уже давно.

Что такое бесступенчатый вариатор

Многие приписывают открытие одаренному во всех областях мудрецу Леонардо да Винчи, благодаря которому в 1490 году появилась сама вариаторная схема: в бесчисленных чертежах изобретателя можно встретить конструкцию из параллельных конусов и перекинутого между ними ремня, способного перемещаться поперек оси вращения конусов и тем самым изменять передаточное отношение пары. Но для воплощения идеи в жизнь потребовалось немало времени. Патент на вариатор был выдан в конце XIX века, а первый работоспособный вариант появился более чем полвека назад: в 1958 г. голландский инженер Хуб ван Доорн успешно довел до конца эксперименты по созданию наборного стального ремня, что позволило малолитражке DAF 600 встать на колеса. С тех пор смысл механизма не очень-то изменился.

Вариаторные трансмиссии можно классифицировать на три типа: тороидальные (два вала, между которыми проходят ролики); гидростатические (вращательное движение гидромоторов происходит за счет давления жидкости) и клиноременные, получившие в автомобильном мире максимальное распространение. Большинство вариаторов обозначаются, как CVT (continuously variable transmission) — «непрерывно изменяемая», а точнее, бесступенчатая трансмиссия.

Что такое бесступенчатый вариатор

Внедрение планетарной передачи расширило рабочий диапазон вариатора почти на 20%

По строению эта КП куда проще, чем механическая коробка с россыпью шестеренок и валов: в корпусе вариатора параллельно расположены пара шкивов, а передача крутящего момента от одного к другому происходит при помощи натянутого между ними ремня. Очень похоже на цепную передачу в многоскоростном велосипеде, но вместо звездочек здесь используются двойные конусообразные шкивы, а вместо цепи — клиновидный ремень. Раздвигаясь, каждый шкив меняет длину своей контактируемой с ремнем окружности, меняя передаточное отношение. И чем сильнее варьируется длина окружности, по которой «бегает» ремень, тем шире передаточный диапазон. Главное достоинство такой схемы — плавное изменение крутящего момента. И если раньше в клиноременных вариаторах применяли резиновые ремни (особенно это было распространено в легкой технике, такой, как скутеры или прокатные карты), то сегодня больше всего распространены металлическая наборная лента, реже — стальная цепь.

Что такое бесступенчатый вариатор

За последние 20 лет вариаторы претерпели глобальные изменения, прочно обосновавшись в модельных рядах у многих производителей. Широкое распространение такой трансмиссии связано со многими факторами: заметно большая экономия топлива по сравнению с классическими АКП, плавная работа во всех режимах движения, обеспечение эффективной и безопасной работы двигателя за счет возможности поддержания оптимальных оборотов коленчатого вала. Но были у такой конструкции и нарекания со стороны автомобилистов, главные из которых — монотонное завывание  мотора, работающего в режиме достижения максимальных мощности и крутящего момента. Этот недостаток в последние годы удалось решить за счет применения модифицированных вариаторов, позволяющих имитировать плавные, но при этом «гидротрансформаторные» ощущения смены передаточных чисел. Как и классическая АКП, которая сбрасывает несколько ступеней вниз при необходимости резкого ускорения, CVT способен переходить в виртуальный режим кикдауна, взвинчивая обороты мотора вверх. В последних моделях изменения стали еще более заметны: в новых коробках стали использовать шкивы с меньшими размерами и массой, улучшенный демпфер блокировки и более эффективный масляный насос. Все это способствовало повышению топливной экономичности и комфорта. 

Что такое бесступенчатый вариатор

Гибридный CVT компактен: на месте гидротрансформатора разместился модуль из электромотора и двух комплектов сцепления («мокрого» и «сухого»)

Дальше других в совершенствовании бесступенчатых трансмиссий продвинулась компания Nissan. Ниссановский CVT стал первым вариатором в мире, в котором была применена дополнительная планетарная передача, позволяющая увеличить передаточное число с 6:1 до 7,3:1, что значительно расширило ее рабочий диапазон. Изменения передаточных чисел в более широком диапазоне позволяют двигателю не только эффективнее разгонять автомобиль, но и поддерживать более комфортные обороты на крейсерских скоростях движения. Не менее интересна ситуация с гибридными автомобилями: еще в 2011 г. тот же Nissan представил вариатор нового поколения Xtronic, который может успешно работать в автомобилях с гибридными силовыми установками, сочетающие ДВС и электротягу. Новый вариатор разрабатывался для двигателей с объемом от 2 до 3,5 л, и первые образцы были установлены на седаны Altima американского происхождения (в России модель известна как Teana). В Nissan особенно гордятся тем, что они первыми в мире объединили в компактном корпусе тяговый электромотор и вариатор. Модуль системы Nissan Intelligent Dual Clutch System состоит из «сухого» сцепления (контактирует с ДВС через двухмассовый маховик), самого электромотора и «мокрого» сцепления (граничит непосредственно с вариатором). При разгоне оба сцепления смыкаются ради  максимальной тяги, а при торможении электромотор работает  генератором, подзаряжая батарею. Новую трансмиссию российские покупатели оценили уже на новом поколении кроссоверов Pathfinder, которые построены на той же платформе, что и новые «Теаны».

Что такое бесступенчатый вариатор

Из гибридных «Ниссанов» в России представлены только Pathfinder, хотя в США схожая технология есть, к примеру, у X-Trail и Altima

Собственная гибридная система Nissan довольно мощная — эффективность 2,5-литрового турбомотора (234 л. с.) сравнима с показателями 3,5-литровых двигателей (249 л. с.). В этом мы смогли убедиться лично, когда тестировали новый Pathfinder в степях Казахстана: схожие по мощности гибридные автомобили оказались на 15–20 % экономичнее автомобилей с классической схемой ДВС как в смешанном, так и в городском темпе движения. Более того, управлять гибридным автомобилем было удобнее, особенно при резком разгоне: поскольку более скромный по объему турбомотор достигал максимальной мощности при меньших оборотах, в салон автомобиля проникало меньше шума. В остальном различия в управлении между «обычной» и гибридной системой свелись на нет.

Читать по теме: тест-драйв Nissan Pathfinder >>>

А теперь попробуем ответить на один из главных вопросов, мучающих большинство российских поклонников «двухпедальных» машин: могут ли новые вариаторы на равных соперничать с классическими автоматами? Думаю, да, хотя здесь более уместно говорить об условиях эксплуатации автомобиля: в гражданских условиях вариатор может быть даже комфортнее и экономичнее традиционной АКП. С другой стороны, вариаторы пока что более требовательны к условиям эксплуатации, чем классические АКП: CVT традиционно хуже переносят жесткие условия эксплуатации. Именно тяжелое бездорожье, агрессивная манера езды и несоблюдение сервисных предписаний зачастую являются главными причинами поломок.

Читать по теме: что нужно знать о вариаторе >>>

5koleso.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.