Принцип работы вариатора на автомобиле: плюсы и минусы

История появления вариатора

Первопроходцем в вопросе изобретения «постоянно меняющейся трансмиссии» считается Леонардо да Винчи. Именно он придумал устройство еще в конце XV века. При этом официальный патент получен только через несколько столетий, что существенно затормозило развитие направления.

В середине XX века CVT (Continuously Variable Transmission) стали использоваться в мотоциклах, в еще спустя полвека они стали востребованы в авиации. Первую машину с вариатором выпустил производитель Daf в 1958-м. Используемые в то время механизмы имели низкий уровень надежности. Так, резиновые ремни быстро выходили из строя, а трансмиссия часто нуждалась в ремонте.

Через некоторое время инженер из Нидерландов Хуб Ван Дорн придумал ремень из стали, который придал системе большей надежности и позволил использовать вариаторную КПП на мощных автомобилях, а в 1980-х стартовал полноценный выпуск машины с такими коробками.

В течение длительного времени вариатор был существенно доработан. В частности, стали использоваться более качественные материалы, изменился диаметр, улучшилась гидравлическая составляющая, оптимизирован вопрос электронной части и т. д.

Отличие вариатора от других коробок передач

Механическая коробка (МКПП) имеет пять скоростей, автоматическая (АКПП) – восемь, а вариатор обладает неограниченным количеством передач. Но это не главная разница. Для уяснения ситуации, немного опишем принцип действия двигателя, чтобы понять, в чем удобство использования вариатора.

Устройство механической коробки передач

Итак, в привычных ступенчатых коробках передач есть существенный недостаток – они имеют фиксированные передаточные числа, которых на дороге порой недостаточно. Даже при езде по абсолютно ровной поверхности двигатель должен, разгоняясь преодолевать внешнюю нагрузку – силу инерции, а затем, достигая идеального соотношения количества оборотов и передаточного числа, он набирает скорость. А после этого передача становится низкой. Для ее повышения необходимо использовать большее количество ступеней, а в коробках передач их заложено определенное количество. Да еще при переходе на каждую из них происходит рывок. Поэтому возникло решение убрать ступени трансмиссии. В результате получили вариатор. Он представляет собой идеальный вариант, в котором смена скоростей происходит плавно без скачков.

Этот аппарат постепенно изменяет крутящий момент на ведомом и ведущем диске. Он начинает свое движение плавно, в отличие от других коробок передач. Авто, оснащенное им, ведет себя так, как будто на нем стоит мощный электродвигатель. Скорость машины увеличивается плавно, без постороннего шума. Из-за того, что вариатору не требуется переключения передач, авто с ним набирает скорость быстрее, чем с другими КПП.

Клиноцепной вариатор

К тому же автомобиль с вариатором намного проще в управлении. С ним под силу справиться даже начинающему автолюбителю, так как такой вид трансмиссии не реагирует на манеру вождения водителя и не способен заглохнуть. Даже при стремительном разгоне двигатель работает очень тихо, по сравнению с другими коробками. Если полностью притопить педаль газа, то произойдет молниеносное ускорение автомобиля без характерного «рычания».

Как ездить на вариаторе

Некоторым не нравиться, что мотор никак себя не проявляет при смене скорости, но это непривычно тем, кто привык ездить на автоматике или спортивных машинах, где «рёв» добавляет адреналина водителю.

Эта трансмиссия обладает большими возможностями, это подтверждает и тот факт, что до 1994 года на гонках болидов Формулы-1 ее нельзя было использовать.

Ведущие автомобильные производители наладили выпуск моделей вариаторов, создаваемых на своем предприятии, а чтобы выделить их из основной массы каждая фирма дала определенное название изобретению. Бесступенчатая КПП «Lineartronic» была разработана Subaru, «Multimatic» производит Honda, Autotronic — Mercedes-Benz, Multitronic — Audi, а «Multidrive» — Toyota. Некоторые фирмы выпустили по два варианта вариатора:

• «X-Tronic» и «Hyper» от Nissan;
• «Ecotronic» и «Durashift CVT» — творения от Ford

Чтобы автолюбителям сразу было понятно, что на машине стоит вариатор ему присвоили обозначение CVT. В ней зашифровано три слова – постоянно изменяющаяся трансмиссия (Continuously Variable Transmission).

Принцип работы вариатора и его устройство

Бесступенчатая коробка плавно изменяет крутящий момент в заданных промежутках регулирования. Это достигается за счет ее особой конструкции, которая состоит из следующих компонентов:

• вариатора;
• механизма сцепления;
• аппарата для передачи реверса;
• процессора с исполнительным устройством.

В качестве автоматического сцепления выступают разные виды устройств. Без них крутящий момент сразу же передавался бы на колёса, а так указанный узел будет отвечать за плавную передачу движения. Сцепление может быть:

• центробежным – технология «Transmatic»;
• мокрым многодисковым – представители «Multimatic» и «Multitronic»;
• электромагнитным — вариатор «Hyper»;
• гидротрансформаторным.

Последний вид применяется на большинстве авто. Он обеспечивает плавную работу двигателя без рывков и продлевает жизнь вариатору. На высоких оборотах входит в режим полного зацепления, при котором исключается проскальзывание. Но часть его мощности может уходить в нагрев. А бывают случаи, что он перегревается, об этом становиться известно по зажигающейся красной лампочке на приборной доске.

Устройство вариатора

Работа вариатора осуществляется с помощью электронного блока. Он отвечает за следующие функции:

• управление сцеплением;
• изменение передаточного отношения между валами вариатора;
• контролирование работы планетарного редуктора;
• обеспечение действия реверсивного аппарата.

К электронному блоку передается информация от множества датчиков. Поэтому его работа взаимосвязана с показателями оборотов двигателя, давления в шинах, ABS и т. д. Сбор информации фильтруется в аппарате, и он автоматически настраивается на нужное передаточное число.

Но вариаторы не могут самостоятельно производить задний ход авто, поэтому для этих целей предусмотрен планетарный редуктор. Принцип действия, которого схож с работой в автоматической коробке.

Водитель при управлении транспортом с CVT проделывает практически те же действия, что и при использовании АКПП. Но они немного упрощаются, он выбирает только режим, а остальное выполняет за него удобное устройство вариатора. Также оно позволяет повторить некоторые манипуляции, возможные в привычных КПП. Например, можно зафиксировать определенное передаточное соотношение. Некоторые водители не чувствуют разгона машины, и потому относят постоянную частоту оборотов коленвала к недостаткам аппарата, но к этому надо привыкнуть и со временем удобство бесступенчатой коробки станет очевидным.

Виды вариаторов

Есть несколько видов вариаторных коробок:

• клинноременная,
• тороидная,
• цепная.

Рассмотрим устройство первых двух, являющихся наиболее популярными.

Клинноременный вариатор

Это наиболее распространенный тип вариаторных коробок. Клинноременный вариатор состоит из двух шкивов (ведущего и ведомого), соединенных между собой клиновидным ремнем из металла.

Каждый из шкивов состоит из двух дисков конусовидной формы, обращенных друг к другу острыми концами. Эти конусы могут двигаться навстречу друг другу и обратно. Во время движения конусов относительно друг друга плавно меняется диаметр шкива, что приводит к к увеличению или уменьшению силы трения при перемещении ремня и изменению радиуса огибания ремнем шкивов и тем самым — к плавному изменению передаточного числа.

Диаметр шкивов синхронно регулируется электронным модулем управления в зависимости от работы силового агрегата.

Ремень в клиноременной коробке вращается только в одну сторону, что обеспечивает движение автомобиля только вперед. Для езды задним ходом предусмотрено редукторное устройство, которое отвечает за изменение направления вращения выходного вала.

Ремень в клиноременном вариаторе имеет непростое строение и представляет собой наборную металлическую ленту, состоящую из стальных лент меньшего размера и имеющих сложное сечение. На этих лентах в большом количестве располагаются тончайшие поперечные металлические пластинки трапециевидной формы, которые своими краями обращены к шкиву. Такое строение позволяет сохранять жесткость ремня в любой момент времени и на всем протяжении его длины.

Для смазки ремня используется специальная жидкость, которая изменяет свое фазовое состояние под действием возрастающего давления в месте соприкосновения со шкивом. Это позволяет стальному ремню сохранять сцепление со шкивом без проскальзываний, несмотря на крайне малую площадь контакта.

Тороидный вариатор

Состоит из двух дисков клиновидной формы, направленных друг к дугу узкими концами. Диск, идущий от двигателя, является ведущим, диск, направленный к кардану — ведомым. Между этими дисками располагаются ролики, которые вращаются вокруг своих осей и двигаются от одного диска к другому.

Крутящий момент передается за счет силы трения, которая возникает между поверхностями дисков и роликов. Положение роликов определяет передаточное число в вариаторе. Сейчас тороидные коробки практически не применяются при сборке автомобилей из-за своей сложной технологии и низкой надежности, уступив более практичным клинноременным коробкам.

Чем вариатор отличается от «автомата»

Внешне машина с вариатором и классическим автоматом не имеют различий. Вариаторная коробка передач имеет такие же режимы работы, как и автомат. Различия начинают чувствоваться только во время движения.

При ускорении автомобиль не издает характерных звуков, идущих от нарастающих оборотов двигателя. Звук работающего мотора практически не меняется во время езды, несмотря на торможения и быстрый разгон. Водителя без опыта управления машины с вариатором это сильно сбивает с толку. При этом возникает чувство, что автомобиль как бы «тупит», плохо отзывается на нажатие педали газа, а во время быстрого разгона что-то сильно сдерживает автомобиль. Но эти чувства обманчивы. Автомобиль с вариатором разгоняется также, как и автомобиль с автоматом.

Такой непривычный отклик связан с тем, что у вариатора нет так называемых ступеней передач, по сути она только одна. Передаточное число увеличивается и уменьшается абсолютно плавно. При разгоне работа двигателя осуществляется максимально эффективно: обороты соответствуют скорости автомобиля в текущий момент. Это приводит к ощущению «зависания» двигателя.

При ступенчатой коробке передач при разгоне происходит нарастание оборотов двигателя с последующим переходом на более высокую ступень передачи. Машина с вариатором позволяет двигателю работать на одних и тех же оборотах плавно меняя передаточное отношение.

Чтобы сделать вариаторы более «привычными», некоторые производители применяют эффект нарастания шума двигателя соответственно увеличению скорости машины.

В время езды с постоянной скоростью вариатор выбирает максимально эффективное передаточное отношение, при котором расходуется минимум топлива. Поэтому автомобили с вариатором, являются очень экономичными.

Эффективность вариатора при разгоне сменяется неэффективностью при торможении, так как вариатор подбирает оптимальное передаточное отношение, но при этом выключается торможение двигателем, при котором желательно уменьшить передаточное отношение.

Вариатор: основные правила эксплуатации

Особых сложностей в освоении процесса, как ездить на вариаторе, нет.

Достаточно соблюдать следующие рекомендации:

1. При активированном режиме «Drive» не следует нажимать вместе тормоз и газ. Быстро стартовать не получится, в отличие от АКПП, а вот масло перегреется, что нежелательно.
2. Никаких пробуксовок! Опять же, из-за это греется масло, механизмы подвергаются огромным физическим нагрузкам, изнашивается ремень, на шкивах могут появиться деформации и задиры.
3. Выезды на бездорожье лучше ограничить, чтобы продлить жизнь механизму. Регулярные поездки по пересеченной местности приведут к тому, что очень скоро придется задуматься, как менять вариатор, а это накладно.
4. Даже при непродолжительных стоянках нужно активировать режимы “N” или “P”, чтобы разгрузить ремень.
5. Автомобиль с CVT – не тягач! Опять же, чтобы не изучать, как заменить вариатор, лучше не использовать авто с такой трансмиссией для буксировки даже компактных малолитражек.

Действительно ли ненадежны?

Вариатор вариатору рознь и утверждение, что любой из них априори ломучий мы считаем не вполне корректным, хотя знаем несколько случаев, когда такие агрегаты выходили из строя в гарантийный период. Так, например, коробка передач Jatco с внутризаводским обозначением JF011E, которая, в частности, ставилась на Nissan Qashqai и X-Trail с 2,0- и 2,5-литровыми двигателями не имеет каких-то выраженных конструктивных недостатков. То же самое можно сказать и о вариаторе Jatco JF010E, известному по Nissan Murano и Teana с 3,5-литровыми «шестерками». Сервисмены отмечают, что эти CVT способны выхаживать вплоть до 200 тысяч километров, а из строя выходят, в частности, из-за износа конусов и их подшипников, а также ремня.

Обратная картина с агрегатом JF015E, который сочетается с 1,6-литровым атмосферным двигателем на таких моделях Renault-Nissan как Nissan Juke и Qashqai, Renault Fluence и Kaptur. Он отличается двухступенчатой планетарной передачей, позволившей сделать конструкцию компактной. При этом изнашивается она довольно быстро. Одна из причин — невысокое качество металла и, как следствие, стружка в гидросистеме. По словам сервисменов, пробег свыше 100 тысяч километров с такой коробкой передач можно считать удачей. Если JF015E вышел из строя, его ремонт не имеет особого смысла. Предпочтительнее приобрести новый агрегат.

Плюсы и минусы вариатора

Разберем плюсы и минусы вариаторов.

Начнем с преимуществ:

• Обеспечение исключительно плавного хода. Никаких толчков и рывков, а переключение передач как таковое отсутствует вовсе.
• Динамичность разгона. Мощность в данном случае не проседает (как в случае с классической коробкой, когда вы бросаете акселератор перед тем, как выжать сцепление). CVT (вариаторная коробка), таким образом, позволяет раскрыть весь мощностной потенциал машины.
• Высокий КПД двигателя. Вариатор дает больший коэффициент полезного действия – на 5-10 % больше, чем в состоянии обеспечить автоматическая коробка передач.
• Экономичность. В сущности, она вытекает из факта высокого КПД. К тому же сам вариатор потребляет меньше энергии, чем классические коробки передач, благодаря малому числу трущихся деталей и скромному механическому сопротивлению. Кроме того, вариатор обеспечивает работу мотора в наиболее эффективном режиме, то есть при тех оборотах, когда силовой агрегат выдает наибольшую работу при минимальном потреблении топлива.
• Минимум вибраций и шумов. В вариаторе просто нечему шуметь.
• Простота конструкции. Если посмотреть на схему устройства вариатора, то даже неопытному новичку становится понятно, как его регулировать. Как следствие, это обеспечивает большую надежность трансмиссии.

А теперь о недостатках:

• Полностью электронный контроль управления. Электронный блок управления ориентируется на показания многочисленных датчиков, и если какой-то из них будет поврежден, то возникнет риск аппаратной или даже системной ошибки, устранить которую можно лишь с привлечением высококвалифицированных специалистов.
• Возможность перегрева. Вариатор не переносит длительной поездке в режиме «газ в пол». Также плохо переносится пробуксовка. Передающий ремень в данном случае изнашивается очень быстро.
• Обслуживание вариатора (в плане тонкой настройки) стоит очень дорого: начиная от масла, цена которого намного выше, чем у моторного, и заканчивая самим ремнем, который нужно менять каждые 100 тыс. км.

Признаки неисправностей вариатора

Поломку CVT способен спровоцировать забитый грязью радиатор, из-за чего масло в коробке перегреется.

В этом случае агрегат может издавать гул, хотя посторонние шумы также могут возникать при попадании продуктов износа в подшипники, из-за некачественного трансмиссионного масла, неисправностей в электронном оборудовании при отказе одного из датчиков, после эксплуатации в тяжелых условиях.

Если автомобиль вдруг начал дергаться при плавном наборе скорости, вероятно, «завис» клапан масляного насоса.

Как ремонтируют вариатор

Ремонт вариатора требует обращения в специализированные СТО с опытными мастерами и необходимым оборудованием. Замена любых деталей в механизме невозможна без демонтажа и разборки агрегата.

Цена ремонта коробки CVT зависит от серьезности поломки. К примеру, минимальные расходы на промывку клапанов гидроблока и замену масла (а это обязательная процедура при техническом обслуживании) составят:

• от 6 тысяч рублей – на трансмиссионную жидкость;
• от 10 тысяч рублей – если потребуется замена клапанов;
• от 20 тысяч рубле – на смену гидроблока.

Если новый автомобиль находится на гарантийном обслуживании, возможен бесплатный ремонт коробки CVT в сервисном центре соответствующего бренда.

Замене подлежат ремни, подшипники и другие детали. Шкивы иногда можно восстановить. Но нередко приходится менять гибкую связь с дисками и подшипниковыми узлами. В результате стоимость такого ремонта сопоставима с полной заменой агрегата, что целесообразнее в плане надежности и долговечности трансмиссии.

О надежности CVT

Главным же образом автомобилисты стараются избегать машин с вариатором из-за их ненадежности. Несмотря на относительную простоту конструкции, CVT-коробки склонны к различным болячкам и поломкам.
Особенно плохая репутация у моделей от немецких производителей (например, коробка Multitronic от Audi). В свою очередь вариаторы японской фирмы Jatco в народе считаются достаточно надежными. Меньше же всего проблем водителям создают CVT-трансмиссии от Toyota, которые также ставят на модели премиум-бренда Lexus.
Заметим, что у современных вариаторов существуют проблемы как по механической части (например, выход из строя ремня / цепи), так и по аппаратной. Дело в том, что электронный блок управления бесступенчатой коробки ориентируется на показания многочисленных электронных датчиков. Выход любого из них неизменно отражается на работоспособности трансмиссии.
Говоря о надежности вариаторов, нельзя не отметить, что на рынке также наблюдается определенный дефицит запасных частей для таких коробок. А еще далеко не все механики охотно берутся за ремонт СВТ.
Иначе говоря, даже незначительная поломка может доставить водителю немало головной боли, так как ему придется не только заморочиться с поиском запчастей, но и квалифицированных специалистов, готовых выполнить ремонт.

Интервалы замены масла в вариаторе

Водителю обязательно нужно знать, как часто менять масло в вариаторе, соблюдение интервалов замены технической жидкости – залог эффективной работы механизма, исключения его интенсивного износа, защиты от температурных и физических нагрузок. Средний интервал замены масла в вариаторе – 60-80 тысяч километров, однако, если машина используется в жестких условиях, вынуждена регулярно простаивать в пробках, бывает на дорогах низкого качества, стоит сократить его в полтора, а то и 2 раза.

Замена масла: инструкции, рекомендации, правила

С задачей, как поменять масло в вариаторе, справится и не слишком опытный автомобилист, достаточно минимального набора инструментов, гаража со смотровой ямой или эстакады. Как прогревать вариатор, чтобы техническая жидкость стала менее вязкой? Достаточно поездки протяженностью 8-10 километров в среднем темпе. После этого нужно придерживаться следующего алгоритма:

• Заезд на эстакаду (смотровую яму).
• Остановка мотора и ожидание в течение часа.
• Подстановка под сливное отверстие емкости, выкручивание пробки.
• Демонтаж поддона, промывка.
• По возможности, снятие гидроблока.
• Замена фильтров, установка на место чистого сухого поддона, сливной пробки.
• Заливка нового масла. В инструкции к ТС нужно посмотреть, как проверить уровень масла в вариаторе щупом, заливаемый объем должен соответствовать конкретному автомобилю, слишком низкий или, наоборот, высокий уровень, недопустим.

При замене категорически рекомендовано использовать технические жидкости, рекомендованные производителем. Они идеально соответствуют особенностям, характеристикам механизма, обеспечивают максимальную защиту и эффективность работы.

Новинки вариаторов

С каждым годом все больше автопредприятий ставят на свои модели CVT. При этом постоянно улучшая их характеристики и внедряя в агрегаты новые технологии. Одним из последних изобретений является общее детище компании Nissan и JATCO — облегченный и уменьшенный вариатор. Он выполнен в виде аппарата клиноременного типа совмещенного с новой коробкой передач. Данный вид отличается своими серьезными характеристиками:

• имеет наибольшее передаточное число. Его диапазон увеличен на двадцать процентов от обычного вариатора, поэтому он способен быстрее набирать скорость и тормозить. Это число 7.3:1. Оно выше, чем на автоматической коробке передач с семью ступенями;
• масса нового изобретения уменьшена на 13%;
• оснащен ASC. Эта система подбирает наилучшее передаточное число во время движения, при разгоне и торможении.

Вариатор фирмы JATCO

Сейчас представители компании «Porsche» подтверждают, что ведут разработки по совершенствованию вариатора. Они улучшают характеристики комфортности поездки, разгона и торможения. Увеличивают КПД и уменьшают расход топлива. Хотят сделать такой вариант бесступенчатой трансмиссии, при котором вариатор станет схож с 8-ми ступенчатой АКПП.

Стремление усовершенствовать вариатор и проводимые новые разработки его видов еще раз доказывают, что за ним будущее. Возможно, скоро он полностью заменит привычные механизированные, роботизированные и автоматизированные коробки передач. В особенности делается упор на его гибридные виды, при которых мотор будет работать в оптимальном режиме, а получаемая энергия будет сохраняться в накопителе, а затем расходоваться на движение авто.

Стоит ли покупать автомобиль с вариатором

Для принятия решения нужно обязательно проехать на таком автомобиле и почувствовать как он набирает скорость, как замедляется, какой шум двигателя при этом.

Если вам нравится расслабленная езда в спокойном стиле по относительно хорошим дорогам, то вариатор вполне оправдает ваши ожидания.

Если вы планируете часто ездить по бездорожью, любите наслаждаться быстрым разгоном и высокой скоростью, скорее всего лучше остановить свой выбор на «механике» или «автомате».

В пользу вариатора будет говорить нулевой или совсем небольшой (до 50 000 км) пробег автомобиля. Если автомобиль с большим пробегом, то у него могут иметься проблемы с вариатором, что потребует дорогого ремонта.

Видео: какой вариант коробки передач лучше выбрать

Таким образом, современные автомобили всё чаще оснащаются автоматическими коробками переключения передач и их вариациями — вариаторной и роботизированной. Каждая из них имеет достоинства и недостатки. Общим преимуществом для них являются простота в управлении и обеспечение плавного хода авто. Подбор КП следует осуществлять в соответствии со стилем вождения, собственными предпочтениями и предназначением автомобиля.

Итоги

Вариаторные КПП — привлекательный вариант с позиции плавности хода, КПД, ускорения и расхода топлива. Но такой вид трансмиссии требует внимания в процессе обслуживания и правильной эксплуатации. Ошибки в вопросе применения могут привести к выходу из строя механизма, необходимости его ремонта или даже замены.