Що таке коробка варіатор: конструктивні особливості, переваги та недоліки

Коробка варіатор – це безступінчата трансмісія, яка здатна плавно змінювати передавальне число. На відміну від східчастих КПП (механічна коробка, гідромеханічна АКПП або роботизована трансмісія), варіатор не має так званих фіксованих передач.

Під фіксованими передачами (ступенями) слід розуміти що входять у зачеплення один з одним шестерні. Далі ми розглянемо пристрій варіатора і принцип роботи трансмісії даного типу, а також які переваги і недоліки має варіаторная коробка передач.

Коробка передач варіатор: що це таке і як працює

Отже, варіатор або варіаторная коробка передач зазвичай скорочено позначається як CVT (від англ. Continuously Variable Transmission), що означає трансмісію, яка постійно змінюється.

Варіатор в порівнянні з аналогами має ряд переваг. Перш за все, даний тип КПП дешевше у виробництві, ніж АКПП. Ще варіатор дозволяє найбільш ефективно використовувати потужність і крутний момент ДВС.

Завдяки конструктивним особливостям вдається гнучко змінювати передавальне число. Якщо просто, двигун завжди працює в оптимальному режимі, який повністю відповідає конкретним умовам і навантажень.

Також відсутність моменту перемикання передач означає, що розриву потоку потужності не відбувається. В результаті вдається домогтися високих показників паливної економічності та розгінної динаміки, а також забезпечити максимум комфорту при їзді на автомобілі з варіатором СVT.

Відзначимо, що існує кілька типів воротарів, проте в автоіндустрії використовуються кліноременний і тороідний варіатор. При цьому кліноременний варіатор поширений набагато більше.

Першим варіатором даного типу став Variomatic, який встановлювався на автомобілі в самому кінці 50-х, пізніше з'явилася версія Transmatic, яка потрапила на конвеєр в 1984 році.

Сьогодні кліноременний варіатор активно використовують різні світові автовиробники (наприклад, Toyota Multidrive, Multitronic Audi, Xtronic Nissan і т.д.). Що стосується менш поширеного тороідного варіатора, одним з найбільш відомих є варіаторная коробка Extroid Nissan.

Загальна конструкція варіатора передбачає наявність наступних базових елементів:

  • Пристрій для передачі крутного моменту від ДВС на трансмісію, а також дозволяє від'єднати КПП від силової установки (аналогічно нейтральній передачі);
  • Варіаторная коробка передач, а також механізм задньої передачі.
  • Система управління варіатором (ЕБУ і набір датчиків);

Існує кілька видів так званого зчеплення АКПП:

  • відцентрове автоматичне зчеплення;
  • електромагнітне зчеплення;
  • багатодискове зчеплення;
  • гідротрансформатор;

При цьому найбільш поширеним рішенням є гідротрансформатор, так як саме ВМД дозволяє домогтися найбільш плавного перетворення крутного моменту, підвищити комфорт і збільшити термін служби вариаторной КПП.

Якщо говорити безпосередньо про пристрій самої коробки CVT, тоді слід почати з кліноременних воротарів. Такий варіатор має одну або дві ремінні передачі. Ремінна передача передбачає пару шківів, які з'єднані між собою за допомогою клиновидного ременя.

Шків, в свою чергу, складається з двох конічних дисків, які мають можливість зрушуватися і розсуватися. Завдяки цьому можна змінювати діаметр шківа.

Щоб зблизити конуси, може бути використано гідравлічний тиск, конуси також зближуються за допомогою відцентрової сили або під впливом зусилля пружин. Самі конічні диски знаходяться під кутом нахилу в 20 градусів, що дозволяє ременю переміщатися про поверхні з мінімальним опором.

На початковому етапі кліноременниє варіатори отримували ремінь з гуми, проте термін служби такого ременя не перевищував 50 тис. Км., Також ремінь був недостатньо гнучким. В результаті кілька обмежувалася можливість ефективно змінювати передавальне число.

Далі в пристрої варіаторних коробок почали застосовувати гнучкий металевий ремінь, виготовлений з декількох сталевих смуг. Передача крутного моменту виробляється за допомогою тертя бічною поверхнею ременя і шківа.

Рекомендуємо також прочитати статтю про те, що таке варіатор X Tronic. З цієї статті ви дізнаєтеся про особливості та відмінності вариаторной трансмісії даного типу, а також які сильні і слабкі сторони має вказаний варіатор.

Сталевий ремінь варіатора виявився міцнішим, гнучким, відрізняється збільшеним терміном служби, КПП створює менше шуму під час роботи. Завдяки такому ременя варіатори стали масовими.

Також деякі виробники замість ременя використовують металевий ланцюг варіатора в пристрої коробки даного типу (кліноцепной варіатор). Ланцюг дозволяє домогтися ще більшої гнучкості та ефективності в порівнянні з кліноременним варіаторами.Кліноцепной варіатор має найвищий ККД, так як втрати мінімальні.

Справа в тому, що крутний момент передається торцевою поверхнею ланцюга. Іншими словами, ланцюг більш "щільно" контактує з конічними дисками. Щоб уникнути прискореного зносу в місцях контакту, конічні диски виконані з міцної сталі.

Ще додамо, що конструкція варіатора не здатна забезпечити автомобілю можливість рухатися заднім ходом. Щоб автомобіль з варіатором мав задню передачу, конструктори застосовують додаткові пристрої. Якщо точніше, варіатор CVT має планетарний редуктор для руху заднім ходом. Планетарна передача аналогічна влаштуванню класичної гідромеханічної АКПП.

Працює коробка варіатор під управлінням електронної системи. Електроніка відповідає за синхронне зміна діаметра шківів варіатора в точній відповідності з режимом роботи ДВС. Також система управляє зчепленням і планетарним редуктором задньої передачі.

Що стосується включення режимів, управління варіатором здійснюється за допомогою важеля (селектора), який знаходиться в салоні автомобіля.Самі режими аналогічні режимам АКПП (P-R-N-D-L, спортрежим, зимовий, економічний і т.д.), так як виробники прагнуть максимально полегшити і спростити взаємодію з КПП для водія.

Ще відзначимо, що варіатор також може мати режим ручного перемикання передач (Привід). Хоча варіаторная КПП конструктивно не має ступенів (передач), однак програмно ЕБУ в ручному режимі починає працювати за алгоритмом включення заздалегідь запрограмованих фіксованих передавальних відносин (подібно Tiptronic на АКПП).

Появи такої функції на вариаторе НЕ продиктовано будь-якої необхідністю, безпосередньо пов'язаної з експлуатацією і поліпшенням характеристик. Справа в тому, що для багатьох водіїв проблемою є однакові обороти двигуна при розгоні, а також відсутність відчуття зміни передачі (ступені). Ручний режим дозволяє домогтися явного перемикання "вгору" або "вниз" по аналогії з механікою або АКПП.

Принцип роботи клиноремінного варіатора і тороідного CVT

В основі роботи кліноцепних і кліноременних воротарів лежить синхронне зміна діаметрів шківів в залежності від того, в якому режимі працює двигун в певний момент.

Можливість змінити діаметр шківа реалізована за допомогою використання приводу.Коли автомобіль з варіатором розганяється, провідний шків варіатора має найменший діаметр, конічні диски знаходяться в повністю розціпленого стані.

У свою чергу, ведений диск має найбільший діаметр, тобто конічні диски повністю стиснуті. Як тільки обороти двигуна починають збільшуватися, діаметр ведучого шківа також стає більше, при цьому відбувається зменшення діаметра веденого шківа.

Завдяки такій зміні діаметрів шківів відбувається зменшення передавального числа. Далі система управління варіатором "підбирає" таке співвідношення діаметрів, щоб підтримувати двигун в діапазоні оборотів, коли від ДВС можна отримати найбільшу потужність і крутний момент.

Так досягається і підтримується оптимальний режим роботи, при цьому зберігається динаміка одночасно з економією палива. Ще додамо, як уже було сказано вище, крім кліноременних існують і тороідний варіатори. Так ось, за конструкцією тороідний варіатор має два співвісних вала. Ці вали мають сферичну поверхню.

Між валами з тороідний (сферичної) поверхнею знаходяться спеціальні ролики.Щоб змінити передавальне число, в вариаторе даного типу змінюється положення роликів. При цьому передача крутного моменту здійснюється за допомогою сили тертя, що виникає між поверхнями роликів та валів.

Плюси і мінуси варіатора

Розібравшись з тим, що значить коробка варіатор в машині і як влаштований агрегат, можна розглянути основні плюси і мінуси автоматичної КПП даного типу.

Перш за все, серед основних плюсів виділяють високі показники ККД трансмісії, а також паливну економічність і комфорт при їзді, так як водій не відчуває моменту перемикання передач.

Якщо говорити про недоліки, варіатори мають відносно невеликий ресурс, їх зазвичай не встановлюються в парі з потужними двигунами, так як агрегати не розраховані на високі навантаження. Іншими словами, машини з варіатором СVT не можна експлуатувати агресивно, такі автомобілі більше підходять для спокійної їзди.

Якщо ж коробку навантажувати, термін служби трансмісії різко скорочується. Також коробка варіатор чутлива до якості і рівню масла. Необхідно міняти масло в варіаторі кожні 30-40 тис. Км., При цьому використовувати тільки оригінальні трансмісійні рідини, рекомендовані самим виробником авто або коробки.

Рекомендуємо також прочитати статтю про те, як їздити на вариаторе правильно. З цієї статті ви дізнаєтеся про особливості експлуатації варіатора CVT, а також що потрібно враховувати, щоб збільшити термін служби даної трансмісії.

Ще варіаторная КПП боїться різких стартів, високих обертів ДВС, їзди по бездоріжжю, буксирування причепа або інших авто, тривалих пробуксували в снігу або на льоду (особливо якщо версія коробки з гидротрансформатором).

Окремої уваги також заслуговує питання, як буксирувати авто з варіатором в разі поломки. Необхідно суворо дотримуватися всіх правил і рекомендацій. Також слід зазначити низьку ремонтопридатність варіатора і високу вартість запчастин.

Наостанок зазначимо, що з урахуванням перерахованого вище ряду особливостей варіатори зазвичай встановлюються на легкові авто і кросовери. На практиці, дана трансмісія оптимально підходить для моделей, які експлуатуються в межах міста або використовуються для їзди по трасі без особливих навантажень на ДВС і КПП.