Вариатор: принцип работы

Вариатор (распространённое англоязычное обозначение - CVT - continuously variable transmission), по своей сущности, - это в некотором смысле разновидность автоматической коробки передач. И оборудованный им автомобиль имеет те же две педали и рычаг переключения КПП с теми же режимами трансмиссии, как и у машины с обычной АКПП. Но принцип работы вариатора совершенно иной. В нём отсутствуют фиксированные передачи с определенным передаточным числом, но зато последнее может изменяться в очень широких пределах плавно и незаметно для водителя, т.е. "переключений" как таковых, в привычном смысле слова, в вариаторе не происходит. В нем непрерывно бесступенчато изменяется передаточное число по мере ускорения или замедления автомобиля.

Вариаторы бывают нескольких типов: клиноремённые со шкивами переменного диаметра, цепные, тороидальные. Самый распространённые - это клиноремённые.

Приведем наглядный пример того, как он устроен: возьмём два карандаша (цилиндра), лежащих параллельно на некотором расстоянии друг от друга. Стягиваем их резинкой и начинаем вращать один из них. Вслед за ним с такой же скоростью начинает вращаться и другой. Но если эти карандаши будут разных диаметров, то и вращаться они будут с разными скоростями - пока один, который большего диаметра, делает один оборот, второй, допустим, два.

Вариатор устроен похожим образом, только диаметр этих, как мы их вообразили, "карандашей" постоянно меняется в процессе работы. У вариатора два шкива, каждый из которых сделан в виде пары конусов, острыми концами обращённых друг к другу. А между шкивами находится плотно зажатый клиновый ремень.

И если заставить каждую из пар конусов передвигаться друг к другу и обратно, то получаются 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 (от двигателя), а второй - на ведомом (к колёсам), то можно получать изменение передаточного отношения в очень широких пределах.

Остаётся ещё добавить узел, отвечающий за изменение направления вращения выходного вала (для заднего хода), а это может быть, к примеру, обычная планетарная передача. И вот коробка-вариатор готова.

Ну и конечно же ремни в клиноремённых вариаторах имеют 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.

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. Зато темп разгона - высокий, да и на переключения между ступенями время не тратится.

Впрочем, в некоторых случаях вариатор настраивают так, чтобы разгон с ним больше напоминал увеличение скорости с обычной коробкой передач, с постепенным ростом оборотов мотора.

Разумеется, при попытке заехать на холм и при замедлении авто, несмотря на нажатие педали газа, умный вариатор не оставит "включённой" высокую передачу. Шкивы для уверенного штурма высоты быстро передвинутся обратно - чтобы увеличить крутящий момент на выходе из коробки.

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.

Таким образом, у вариатора масса достоинств. Но есть и недостатки. Например, сравнительно небольшая, по современным меркам, "перевариваемая" мощность двигателя. Не зря такие коробки начали своё шествие по миру на машинах малого класса. Да и сейчас мощные автомобили - все сплошь и рядом укомплектованы либо "механикой", либо классическими "автоматами", либо роботизированными коробками.

Правда, прогресс идёт. И тут нельзя не вспомнить рекордсменов. Скажем, на Audi A4 2.0 TFSI клиноременный вариатор Multitronic (с цепью) без проблем справляется с потоком в 200 "лошадей".

Можно возразить, что класс D - это ещё не всё. Для автомобилей представительского и бизнес-класса, и тем более для крупного внедорожника - 200 сил уже не назовёшь такой уж большой величиной. Но достижения самых современных вариаторов на этом не исчерпываются. Так, на кроссовер Nissan Murano с 3,5-литровым V6 мощностью 234 лошадиные силы ставят клиноремённый вариатор X-Tronic. Это одна из самых крупных и тяжёлых моделей, оснащённых вариатором. А что будет завтра?

Второй недостаток вариаторов - сравнительно дорогое обслуживание и ремонт, специальная, а значит, недешёвая, трансмиссионная жидкость. Ременные вариаторы могут через каждые 100-150 тысяч километров пробега требовать замены ремня. Масло при этом стоит несколько дороже, чем для "автомата", но зато менять его можно чуть реже - ориентировочно через 40-50 тысяч километров для разных моделей автомобилей.

И всё же вариаторы получают всё большее и большее распространение на машинах самых разных классов, к тому же и стоят они, обычно, дешевле хороших "автоматов" классического типа.

Поскольку вариаторы располагают бесконечным числом передач, они позволяют двигателю работать на наиболее выгодных режимах - нужна ли нам максимальная мощность, или, напротив, плавность и наименьший расход топлива. Потому модели с вариаторами отличает высокая экономичность, сочетающаяся с не менее приличной динамикой.

И в последнее время наметилась тенденция к росту числа передач у классических "автоматов". И делается это именно для сочетания высокой динамики и экономичности. А вот вариаторы уже находятся там, куда обычные автоматы с их переключаемыми планетарными рядами никогда не придут. Ведь число передач у вариатора бесконечно. © www.drive.ru