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 шестерні, що входять у зачеплення один з одним. Далі ми розглянемо пристрій варіатора і принцип роботи трансмісії даного типу, а також які переваги і недоліки має варіаторна коробка передач.

Коробка передач варіатор: що це таке і як працює

Отже, варіатор або варіаторна 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 ДВЗ.

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

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 CVT.

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 варіаторна коробка Extroid Nissan.

Загальна конструкція варіатора передбачає наявність наступних базових елементів:

• Пристрій для передачі крутного моменту від ДВЗ на трансмісію, а також дозволяє від'єднати КПП від силової установки (аналогічно нейтральній передачі);
• Варіаторна 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 ГДТ дозволяє домогтися найбільш плавного перетворення крутного моменту, підвищити комфорт і збільшити термін служби варіаторної 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 по поверхні з мінімальним опором.

На початковому етапі кліноременні варіатори отримували ремінь з гуми, проте термін служби такого ременя не перевищував 50 тис. км., також ремінь був недостатньо гнучким. В результаті дещо 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.

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

Також деякі виробники замість ременя використовують металевий ланцюг варіатора в пристрої коробки даного типу (кліноцепний варіатор). Ланцюг дозволяє домогтися ще більшої гнучкості та ефективності в порівнянні з кліноременними варіаторами. Кліноцепний 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 синхронну зміну діаметра шківів варіатора в точній відповідності з режимом роботи ДВЗ. 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 варіаторна 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 вариаторі не продиктовано будь-якою 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 синхронна зміна діаметрів шківів в залежності від того, в якому режимі працює двигун в певний момент.

Можливість змінити діаметра шківа реалізована за допомогою використання приводу. Коли автомобіль з варіатором розганяється, провідний шків варіатора має найменший діаметр, конічні диски знаходяться в повністю розціпленому 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 ДВЗ 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 тороідні варіатори. Так ось, за конструкцією тороідний варіатор має два співвісних вала. Ці вали мають сферичну поверхню.

Між валами з тороідною (сферичною) поверхнею знаходяться спеціальні ролики. Щоб змінити передавальне число, в варіаторі 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 встановлюють в парі з потужними двигунами, так як агрегати не розраховані на високі навантаження. Іншими словами, машини з варіатором CVT 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 рівня масла. Необхідно міняти масло в варіаторі кожні 30-40 тис. км., при цьому використовувати тільки оригінальні трансмісійні рідини, рекомендовані самим виробником авто або коробки.

Ще варіаторна КПП боїться різких стартів, високих обертів ДВЗ, їзди по бездоріжжю, буксирування причепа або інших авто, тривалих пробуксовувань в снігу або на льоду (особливо якщо версія коробки з гідротрансформатором).

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 ДВЗ і КПП.

Джерело: krutimotor.ru