Как работает вариатор CVT и какие в ней плюсы и минусы
Водители по-разному относятся к машинам, оснащаемых вариатором. Ряд водителей указывает на ненадежность и другие недостатки таких коробок передач. Однако вариаторы, дополненные цепным приводом (это характерно, в частности, для моделей марки Subaru), лишены подобных минусов.
Содержание:
- Что такое вариатор
- Конструкция
- Виды вариаторов
- Принцип работы
- Чем отличается от АКПП и «робота»
- Плюсы и минусы вариаторов
- Рекомендации к эксплуатации
Что такое вариатор
Вариатор (Continuously Variable Transission или CVT) — это особый тип трансмиссии, который сравнительно недавно появился на автомобилях. Данная коробка передач в основном устанавливается на модели марок (фирменное название КПП):
- Nissan (преимущественно Xtronic);
- Audi (Multitronic);
- Subaru (Lineatronic);
- Honda (Multimatic);
- Mercedes-Benz (Autotronic);
- Toyota (Multidrive);
- Ford (преимущественно Ecotronic).
Несмотря на конструктивные различия, принцип работы у указанных КПП одинаковый. Бесступенчатая трансмиссия обеспечивает плавное изменение передаточного числа, что положительно сказывается на плавности разгона автомобиля. Также данная коробка помогает уменьшить расход топлива. Но эти достоинства проявляются при эксплуатации автомобиля на постоянной скорости.
Однако при ускорении трансмиссия не успевает за двигателем. Коробка с задержкой переключает передачи. Это проявляется в отсутствие заметного ускорения.
Конструкция
Вне зависимости от типа конструкция этой КПП состоит из следующих компонентов:
- Ведущий и ведомый шкивы. Первый крепится к двигателю, отвечая за передачу крутящего момента, который вырабатывает мотор, на трансмиссию. Второй шкив перераспределяет тягу силового агрегата на ведущие колеса. Оба компонента — это конусы, заостренные части которых направлены друг к другу. Шкивы соединяются между собой с помощью клиновидного ремешка, а управляются эти детали посредством привода (ременного либо цепного).
- Ремень. Этот компонент - лента из стали, к которой прикрепляются металлические пластины трапециевидной формы. Моделей Audi и ряда других марок вместо ременного применяется цепной привод.
- Сервоприводы. Эти компоненты обеспечивают сдвижение и разъединение шкивов. Сервоприводы управляются центральным процессором. Последний задает положение шкивов в зависимости от текущей скорости автомобиля и количества оборотов, до которых был раскручен двигатель.
- Управляющий модуль. Этот блок отвечает за работоспособность всех компонентов, составляющих вариатор. Модуль определяет необходимое положение конусов в зависимости от числа оборотов двигателя и скорости. Также это блок автоматически соединяет либо разъединяет коленчатый вал с ведущим шкивом.
- Система соединения коленчатого вала и ведущего шкива. Конструкция и тип этого компонента определяется в зависимости от марки компании, выпускающей машины.
Системы соединения коленчатого вала и ведущего шкива могут быть представлены как:
- устройств, обеспечивающих электромагнитное либо центробежное сцепление;
- гидротрансформаторных устройств;
- многодисковых сцеплений.
Тип ременного привода также определяется в зависимости от марки компании, выпускающей вариатор. На дешевых версиях КПП используется текстильный вариант. Такие ремни отличаются непродолжительным сроком службы. А в случае обрыва привод может повредить другие детали КПП, что увеличивает расходы на ремонт.
По указанной причине производители отказываются от использования ремня, заменяя последний стальной лентой со специальным напылением. Более сложные с точки зрения конструкции вариаторы дополняются несколькими приводами данного типа. Вместо ленты производители могут использовать сочетание металлических деталей, образующих трапецию. В последнем случае конструкция вариатора обеспечивает лучшие толкательные характеристики.
В бесступенчатых КПП Subaru, Audi и ряда других марок вместо стальной ленты используется цепь, звенья которой соприкасаются со шкивами. В этих коробках для снижения силы трения и увеличения срока службы используется специальная смазка. Последняя обеспечивает передачу большего усилия без проскальзывания цепи.
Виды вариаторов
Бесступенчатые вариаторы классифицируют на 3 типа.
Цепные
В вариаторах этого типа стальная лента заменяется на цепь, которая увеличивает гибкость коробки. Привод в данном случае, соприкасаясь с коническими шкивами, обеспечивает высокое напряжение, которое компенсируется за счет прочной конструкции. Вариаторы с цепью выделяются на фоне других подобных КПП двумя особенностями:
- меньшие потери при передаче крутящего момента;
- высокий КПД.
Но цепные вариаторы из-за указанных особенностей стоят больше.
Клиноременные
В конструкции таких вариаторов предусматриваются одна или две ременные передачи, каждая из которых состоит из двух шкивов. Последние изготовлены в виде деталей конической формы, которые раздвигаются и сдвигаются друг к другу. Шкивы соединяются между собой с помощью клиновидного ремешка. Сближение этих конусов происходит за счет (этот параметр меняется в зависимости от типа КПП):
- увеличения давления;
- роста усилия, которое создают пружины;
- центробежной силы.
Чтобы снизить сопротивление, которое возникает при перемещении ремешка (и увеличить срок службы деталей), диски устанавливаются в клиноременных вариаторах под углом в 20 градусов.
Тороидальные
Тороидальные вариаторы чаще встречаются на автомобилях марки Nissan. Этот вид коробки передач состоит из двух соосных шкивов со сферической поверхностью, между которыми зажаты специальные ролики. Изменение положения последних приводит к росту или уменьшению передаточного числа. Передача крутящего момента в тороидальных вариаторах осуществляется за счет силы трения, которая возникает при вращении роликов.
Принцип работы
Вариатор, как и другие КПП, отвечает за передачу крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. Это происходит за счет одновременного изменения диаметра шкивов. Данный процесс протекает под управлением электроники, которая определяет положение конусных элементов в зависимости от характера работы двигателя (числа оборотов).
Когда автомобиль начинает движение, конические диски разъединяются, из-за чего размер ведущего шкива доходит до минимальных значений, а ведомого — до максимальных. По мере роста числа оборотов мотора эти параметры изменяются. То есть диаметр ведущего шкива увеличивается, ведомого — уменьшается. Благодаря этому происходит изменение передаточного числа.
Во время ускорения бортовая электроника автоматически увеличивает число оборотов до показателей, которые необходимы для получения максимальной мощности и повышения динамики разгона машины.
Чем отличается от АКПП и «робота»
Упрощенно, вариатор отличается от автоматической и роботизированной КПП тем, что обеспечивает постоянную передачу крутящего момента на ведущие колеса. Благодаря этому автомобиль набирает скорость без рывков и толчков. Такая особенность обусловлена тем, что перераспределение тягового момента осуществляется за счет перемещения шкивов. Поэтому у вариаторов отсутствуют передачи.
В автоматических КПП (гидротрансформаторных) вырабатываемый крутящий момент перераспределяется за счет трансмиссионного масла, которое под давлением циркулирует под замкнутому кругу. В таких коробках водитель (некоторые модели «автомата» идут с подрулевыми рычагами, при помощи которых переключаются передачи) или бортовая электроника выбирают тип передачи в зависимости от числа оборотов двигателя.
Роботизированные КПП сочетают особенности «механики» и «автомата». У таких коробок переключение передач осуществляется за счет сервоприводов, которыми управляет бортовая электроника. То есть при наборе скорости у автомобилей, оснащаемых «роботом», наблюдаются рывки и толчки.
РКПП второго поколения — это коробки серии Direct Shift Gearbox (DSG). Такие КПП (известны как преселективные «роботы») дополняются двумя дисками сцепления, один из которых отвечает за переключение четных передач, второй — нечетных. Это распределение позволило устранить недостатки, характерные для РКПП предыдущих поколений. За счет наличия двух дисков сцепления в преселективных «роботах» постоянно включены 2 передачи. Такое конструктивное решение позволило устранить рывки и толчки, возникавшие при наборе скорости.
Преселективные роботизированные КПП по характеру работы сопоставимы с вариатором. Но эти «роботы» отличаются более сложной конструкции, что делает обслуживание коробок дороже.
Плюсы и минусы вариаторов
Среди достоинств бесступенчатых трансмиссий выделяют:
- быстрая и незаметная смена передачи, что обеспечивает плавный набор скорости;
- водитель может подобрать оптимальный режим работы мотора и степень нажатия на педаль газа;
- способность адаптироваться к стилю вождения;
- наличие возможности изменять стиль вождения, что не сказывается на характере поведения автомобиля;
- прогнозируемость работы вариатора;
- быстрая реакция на управление крутящим моментом;
- снижение расхода топлива за счет уменьшения потерь на трение;
- поддерживается оптимальная работа мотора;
- малая потеря скорости при увеличении крутящего момента;
- ровная тяга в условиях низкого сцепления колес с дорогой;
- широкий диапазон передаточных чисел;
- компактные размеры и малый вес.
Благодаря бесступенчатой трансмиссии при наборе скорости задействуется максимальная мощность, которую выдает двигатель. Но несмотря на сказанное, такие коробки передач не лишены недостатков:
- неспособность передавать крутящий момент у двигателей большой мощности;
- монотонность при разгоне (отсутствие динамики, которую помогают добиться механические КПП);
- небольшой срок службы шкивов и ременных приводов;
- завышенная цена на трансмиссионное масло;
- склонность к перегреву при движении на максимальных оборотах и других нагрузках;
- дорогостоящее обслуживание.
К минусам вариаторов также относят неспособность выдерживать постоянные высокие нагрузки. Поэтому такие коробки не устанавливаются на внедорожники и пикапы.
Рекомендации к эксплуатации
Во избежание проблем с вариатором при эксплуатации необходимо учитывать особенности каждого режима работы коробки:
- P, или режим парковки. Рычаг рекомендуется переводить в такое положение, если машина будет долго стоять. При подключении режима парковки детали конструкции вариатора блокируются. При этом переводить рычаг КПП в положение «P» можно после полной остановки и включения стояночного тормоза. Такой порядок объясняется тем, что в вариаторах блокируются не колеса, а вал.
- D, или режим «Драйв». Запускается при движении автомобиля вперед.
- N, или «Нейтральная передача». Включается при передвижении автомобиля на спуске. Выбирать данный режим нельзя, когда машина находится в дорожной «пробке».
- L. При включении этого режима двигатель раскручивается до высоких оборотов и повышается эффективность работы тормозной системы. Рычаг вариатора рекомендуется переводить в положение «L» во время пересечения сельской местности или при подъеме в гору.
При эксплуатации автомобилей с вариатором нужно учитывать, что для таких КПП характерны следующие проблемы:
- Передачи не переключаются. Эта проблема возникает из-за несоблюдения интервала замены трансмиссионного масла. Передачи не переключаются из-за того, что на шкивы попали продукты износа КПП и жидкости.
- «Пробки» в гидравлических блоках. Это проблема также считается следствием несвоевременной замены трансмиссионной жидкости. В подобных обстоятельствах насос не способен поддерживать необходимое давление в системе.
При эксплуатации автомобиля с вариатором важно своевременно заменять трансмиссионное масло. В случае несоблюдения этого требования повышаются риски обрыва ременного или цепного привода, что может привести к выходу из строя КПП.