Вариатор (CVT) — бесступенчатая вариаторная коробка передач
Вариатор (CVT) представляет собой передачную систему без фиксированных ступеней, которая обеспечивает непрерывное и максимально плавное изменение передаточного отношения в определенном диапазоне. Одним из основных преимуществ вариаторной коробки передач перед традиционными системами является ее эффективное использование мощности двигателя в различных ситуациях.
Коробка передач CVT (от английского Continuously Variable Transmission, что можно перевести как "непрерывно изменяющаяся трансмиссия") оптимальным образом регулирует крутящий момент, передаваемый от двигателя к колесам, учитывая разнообразные факторы, такие как нагрузка на двигатель, скорость движения автомобиля и другие. Благодаря этому вариатор позволяет достичь высокой экономичности топливопотребления.
Отличительные особенности, устройство и принцип работы вариатора
Для начала, стоит отметить, что на сегодняшний день существует несколько разновидностей вариаторных коробок передач (ВКПП), но на автомобилях наиболее распространены клиноременные и тороидальные вариаторы, при этом первые встречаются гораздо чаще.
Устройство современной коробки-вариатора включает в себя следующие компоненты:
Специальный механизм, отвечающий за передачу крутящего момента от двигателя к вариатору, а также разъединяющий коробку передач и двигатель при переключении на нейтраль.
Сама коробка-вариатор, также известная как "вариаторная передача", и дополнительный механизм, который обеспечивает движение автомобиля назад.
Электронная система управления коробкой с входными и выходными датчиками.
Для передачи крутящего момента от двигателя могут использоваться различные механизмы, такие как гидротрансформатор, центробежное автоматическое сцепление, электромагнитное сцепление (управляемое электроникой) и многодисковое сцепление. Наиболее часто вариаторы оснащаются гидротрансформатором (ГДТ), что обеспечивает плавность работы и увеличивает срок службы вариаторной коробки передач.
Что касается самой коробки передач, клиноременный вариатор содержит одну или две ременные передачи. Эти передачи по сути представляют собой два шкива, соединенных клиновидным ремнем. Шкивы состоят из пары конических дисков, которые могут сдвигаться и раздвигаться, что позволяет изменять диаметр шкива.
Для регулировки конических дисков используется гидравлическое давление, сила пружины и центробежная сила. Диски размещены под углом 20°, что позволяет ремню перемещаться по поверхности шкива с минимальным сопротивлением.
На первых этапах развития вариаторов ремень изготавливался из резины, но его срок службы был ограничен. В настоящее время используются металлические ремни вариаторов, которые обладают прочностью и гибкостью, снижают уровень шума при работе и имеют значительно больший срок службы по сравнению с резиновыми аналогами.
Передача вращения в вариаторе происходит благодаря силе трения между шкивами вариатора и боковой поверхностью ремня. В некоторых вариаторах также может использоваться стальная цепь, что характерно для клиноцепных вариаторов.
Клиноцепной вариатор отличается от клиноременного тем, что крутящий момент передается через торцевую поверхность цепи в момент ее точечного контакта с коническими дисками. Эти конические диски выполнены из прочной стали, и клиноцепной вариатор считается наиболее эффективным среди всех типов вариаторов.
Важно отметить, что вариатор сам по себе не способен обеспечить задний ход автомобиля. Для обеспечения этой функции в коробку передач интегрируют различные механизмы, чаще всего планетарный редуктор, который активно используется в автоматических коробках передач.
Управление вариатором осуществляется с помощью электронной системы, которая регулирует диаметр шкивов с учетом режимов работы двигателя автомобиля. Также система управляет сцеплением и планетарным редуктором.
Водитель управляет коробкой передач с помощью селектора, и режимы работы напоминают режимы гидромеханических автоматических коробок передач. Более того, в вариаторной коробке можно выбирать фиксированные передаточные отношения, что позволяет водителю вручную переключать передачи, аналогично системе Tiptronic на автоматических коробках передач.
Тороидный вариатор, в отличие от описанных выше ременных и цепных вариаторов, имеет два соосных вала с сферической или тороидальной поверхностью. Между этими валами находятся ролики.
Для изменения передаточного числа в таком вариаторе необходимо менять положение роликов. Крутящий момент передается через силу трения между рабочими поверхностями вала и роликов.
Как работает вариатор в автомобиле
Принцип работы вариаторной коробки основан на непрерывном изменении диаметра шкива вариатора, и это изменение осуществляется с помощью сервопривода. При старте двигателя и начальном движении автомобиля ведущий шкив вариатора имеет минимальный диаметр, что означает полное разведение конических дисков.
С другой стороны, ведомый диск в этот момент имеет максимальный диаметр, когда конические диски максимально сжаты. При увеличении оборотов двигателя диаметр ведущего шкива увеличивается, а диаметр ведомого уменьшается, что приводит к уменьшению передаточного отношения.
Этот механизм позволяет вариатору поддерживать двигатель в оптимальном режиме работы, обеспечивая максимальную мощность и лучшую динамику автомобиля.
Плюсы и минусы вариатора
Прежде всего, стоит отметить, что вариаторная трансмиссия характеризуется отсутствием фиксированных передачных ступеней, что означает отсутствие необходимости переключаться между так называемыми "ступенями" во время движения. Вместо этого происходит непрерывное и бесступенчатое преобразование крутящего момента, и нет задержек между переключениями передач.
Этот подход обеспечивает максимальный комфорт при вождении автомобиля с вариатором, так как переключения передач происходят плавно и незаметно для водителя. Однако следует учитывать, что у вариаторов есть и свои недостатки. В первую очередь, они имеют ограничения по мощности и крутящему моменту, поэтому их не устанавливают на автомобили с мощными двигателями. Кроме того, вариаторные коробки передач имеют сложную структуру, что сказывается на их ремонтопригодности, и процесс ремонта может быть дорогим.