Принцип работы вариатора на автомобиле

Основные механизмы вариатора (из чего состоит CVT?)

Бесступенчатая коробка включает гораздо большее число механизмов. Её работа невозможна без целого ряда узлов, которые обеспечивают полноценную работу трансмиссии. Например, вариатор не может самостоятельно обеспечить задний ход автомобиля. За это отвечает планетарный редуктор. Если бы не было сцепления, то крутящий момент сразу же поступал на колеса. Чтобы автомобиль начинал движение и ускорялся плавно, в конструкции CVT предусмотрено автоматическое сцепление. Оно может быть:

• центробежным (CVT Transmatic);
• многодисковым «мокрым» (CVT Multitronic);
• электромагнитным (CVT Hyper);
• гидротрансформаторным (CVT Xtronic, Autotronic, Multidrive).

Гидротрансформаторное сцепление встречается повсеместно, другие разновидности встречаются намного реже. Сцепление с гидротрансформатором максимально плавно передает момент, продлевая срок службы коробки передач. Также такое сцепление исключает проскальзывание на высоких оборотах, но может перегреваться, о чем подскажет мерцающий индикатор на приборной панели. Конечно, все устройства должны работать под управлением единого «мозгового» центра, которым в вариаторе выступает блок управления. К нему поступают сигналы от датчиков, считывающих данные самых разных систем.

Программная часть обрабатывает информацию и изменяет режим работы коробки передач. Водителю достаточно выбрать нужный режим – «спортивный», «экономичный». Некоторые модификации вариаторной коробки позволяют ступенчато в ручном режиме переключать передачи. Главной технической жидкость выступает трансмиссионное масло, которое поступает в нужные масляные каналы за счет работы гидроблока.

Внутри корпуса можно найти фильтры (грубой и тонкой очистки), магниты, улавливающие металлическую стружку – продукт износа механических частей коробки.

Выбираем масло в вариатор (по марке)

В связи с тем, что CVT быстро перегревается, ему требуется отдельный радиатор. Это устройство охлаждает моторное масло и отводит лишнее тепло.

Основные ошибки при езде на вариаторе

Неправильный стиль вождения автомобиля с вариаторной коробкой обходится слишком дорого из-за необходимости преждевременной замены АКПП. Большинство изготовителей гарантируют нормальную работу вариатора до 200 тыс. км пробега. Однако нарушение рекомендуемых правил эксплуатации может сократить этот ресурс в 2–3 раза.

Резкий разгон и высокая скорость

Вариатор удобен в эксплуатации, обеспечивает плавное незаметное переключение передач и предназначен для водителей, предпочитающих спокойный стиль вождения. Резкие старты приводят к проскальзыванию шкива или цепных конструкций, что влечет за собой их перегрев и механическое повреждение. К такому же результату может привести и многократное резкое торможение. При длительном движении на скоростях, близких к максимальным, происходит интенсивный нагрев подшипников и всей конструкции CVT. Поэтому нормальная скорость не должна превышать 2/3 от предельной и увеличиваться только на момент обгона.

Движение по бездорожью

Сложные условия передвижения при отсутствии дороги с твердым покрытием создают вероятность пробуксовки колес с резким увеличением оборотов двигателя. Происходит то же самое, что и при резком старте с места, а следовательно, шкив быстро нагревается и изнашивается. Поэтому скорость автомобиля с вариатором в условиях бездорожья должна быть минимальной. Это позволит избежать пробуксовки и увеличить ресурс АКПП.

Транспортировка прицепов и автомобилей

Изготовители машин с коробками CVT не запрещают использование прицепов, но в инструкциях по эксплуатации часто можно прочитать дипломатичную фразу о том, что этот автомобиль предназначен для перевозки людей и багажа. Проблема буксировки прицепа заключается в том, что на силовой агрегат и АКПП при разгоне и торможении начинают действовать серьезные дополнительные нагрузки. Поэтому в той же инструкции производитель пишет: «Скорость движения при буксировке прицепа не должна превышать 70 км/час по городу и 90 км/час за его пределами». Кроме этого, приобретая прицеп, посмотрите в технических характеристиках вашей машины допустимую массу автомобиля. Загруженный прицеп вместе с авто не должен превышать этой величины.

Все вышесказанное относится и к случаю, когда приходится буксировать другую машину на тросе.

Буксировка автомобиля с вариатором

При невыполнении определенных правил буксировка может стать причиной серьезной поломки. Если же требуется транспортировка машины с CVT, то сразу вызывайте эвакуатор. Тащить вариатор на буксире крайне нежелательно.

В исключительных случаях, когда нет возможности воспользоваться эвакуатором, разрешается буксировка на расстояние не более 50 км, при соблюдении следующих пунктов:

1. Двигатель автомобиля должен быть в заведенном состоянии.
2. Ручка селектора переведена в положение нейтраль «N».
3. Буксировка выполняется на скорости не более 50 км/ч.

Принцип работы и конструкции вариатора

Проще всего принцип работы вариатора можно рассмотреть на примере самого распространенного типа устройства: клиноремённого.

На валу, который соединён с валом двигателя находится ведущий шкив, выполненный из двух половинок. Половинки могут передвигаться по валу (оси своего вращения). Аналогичный (состоящий из двух половинок) шкив расположен на другом валу, соединённом с приводами колес автомобиля. Этот шкив называют ведомым. Между собой ведущий и ведомый диски соединены ремнём, клиновидным в сечении.

На низких оборотах двигателя половинки ведущего шкива раздвинуты и ремень «провален» к оси вращения, а на ведомом шкиве наоборот: ремень «выдавлен» максимально далеко от оси вращения.

Таким образом, за счёт трения в месте контакта ремня с поверхностями половинок шкивов образуется ремённая передача, схематично изображённая на следующем рисунке.

То есть ведущий вал как бы аналогичен шестерёнке малого диаметра, а ведомый – большого. Соответственно, на малых оборотах угловая скорость ведущего шкива существенно выше, чем ведомого, к которому передаётся максимальное тяговое усилие (и минимальная угловая скорость).

Сдвигает половинки ведущего шкива торцевое усилие, формируемое в зависимости от конструкции вариатора инерционными силами (от роликов внутри одной половинки шкива, перемещающихся за счёт центробежных сил – простейший случай) или гидравликой, получающей команды от электронного блока управления (современные системы).

Помимо центробежных, системы передачи крутящего момента с электронным управлением могут быть электромагнитными или многодисковыми, но наибольшее распространение благодаря доведенности конструкции получили гидротрансформаторы.

На высоких оборотах картина обратная: «шестеренка» ведущего шкива становится большого диаметра (ремень выдавливается к периферии шкива) а у ведомого половинки раздвигаются и ремень «проваливается» к центру («шестерёнка» малого диаметра). Трение, необходимое для изменения расстояния между половинками ведомого шкива и натяжение ремня обеспечивает пружина.

По принципу действия помимо клиноременных существуют ещё торовые вариаторы.

В них роль составных шкивов выполняют конусообразные диски, а роль ремня – ролики грибовидной формы, имеющие возможность не только вращаться вокруг своей оси, но и перемещаться относительно оси вращения дисков. При различных положениях роликов они по различного диаметра окружностям соприкасаются с дисками, и за счёт этого меняется передаточное отношение между дисками. На практике торовые вариаторы встречаются существенно реже клиноременных.

Казалось бы, если всё так просто и принцип работы устройства хорошо известен, почему на автомобилях вариаторы стали применяться сравнительно недавно?

Дело в том, что материал ремня, используемый в вариаторах скутеров и снегоходов, не рассчитан на уровень нагрузок, которые возникают в автомобилях. И только современные технологии позволили разработать привод вариатора, выдерживающий высокие нагрузки.

Ремень современного автомобильного вариатора металлический, состоящий из двух металлических лент и вставленных в них набора упругих металлических звеньев.

От ведущего шкива наиболее зажатое в нем звено передаёт толкающее усилие к следующему звену и далее по цепочке. Получается, что такой наборный ремень не тянет, а толкает ведомый шкив и это позволяет передавать на него бо́льшие усилия, чем в обычной клиноремённой передаче. Именно такой тип привода получил максимальное распространение в современных вариаторах.

В некоторых марках автомобилей (прежде всего Audi) встречается привод в виде многозвенной цепи вместо ремня.

Такую передачу ещё называют клиноцепной. В отличие от металлического наборного ремня пятно контакта торцевых участков такой цепи с конусной поверхностью шкивов существенно меньше, и это обстоятельство предъявляет повышенные требования к материалу и сочленениям цепи. У цепной передачи самый высокий КПД передачи усилия от ведущего шкива к ведомому, неплохие показатели долговечности, достаточно простая замена в случае необходимости. Но при этом цепь – достаточно дорогой привод.

К особенностям конструкции вариатора ещё следует отнести необходимость встраивания в устройство механизма заднего хода – прямой реверс шкивов вариатора невозможен. Практически это решается так же, как и в автоматических коробках передач: в конструкции предусмотрен планетарный редуктор.

Устройство клиноременной коробки CVT

Поскольку тороидальный вариант достаточно дорог в производстве и применяется только на премиумных автомобилях, имеет смысл рассказать об устройстве только клиноременного типа.

Как и робот, вариатор устанавливается либо продольно, либо поперечно. Основные его компоненты:

• Система сцепления. Простейшее устройство, предназначенное для соединения двигателя с трансмиссией и, при необходимости, ее отключения (так называемая «нейтралка»).
• Гидротрансформатор, использующийся также и в обычной АКПП.
• Валы с изменяющимися конусами.
• Ремень или цепь для их соединения. Кстати, оба компонента изготавливаются только из прочных металлов, поскольку на них приходится большая нагрузка.
• Масло, применяющееся для снижения трения между валами, а также для нагнетания давления.
• Насос, создающий то самое давление. Оно необходимо для правильной работы конусных частей. Иногда он может отсутствовать (в таких случаях за изменение диаметра шкивов отвечает либо гидравлика, либо пружина).
• Гидроблок, выполняющий функцию подачи масла по различным каналам к обоим шкивам. Кстати, если при работе вариатора возникают различные толчки или пробуксовки, чаще всего это свидетельствует о поломке гидроблока.
• Система фильтров, не позволяющая масляным каналам забиваться отложениями и металлическим мусором.
• Радиаторы, отводящие тепло от коробки передач. К сожалению, без них такая трансмиссия довольно быстро перегревается, особенно во время пробуксовки или езды по бездорожью.
• Электронная система управления, получающая команды от ЭБУ и изменяющая диаметр каждого из валов в зависимости от скорости и нагрузки.
• Устройство, отвечающее за включение реверсного хода.

Плюсы и минусы бесступенчатой трансмиссии

Автомобили с вариаторами в первую очередь славятся высоким КПД и уровнем комфорта во время езды: плавность хода, быстрый разгон, незаметное изменение скорости, отсутствие рывков. CVT обеспечивает оптимальные обороты двигателя и максимальный крутящий момент. Двигатель не глохнет на светофоре и при движении в пробках. Подъём в гору проходит быстрее, без снижения скорости.

Это основные плюсы коробки передач CVT, минусов, к сожалению, больше.

1. Бытует мнение, что CVT часто выходит из строя. Однако это не совсем так: проблем с вариатором не возникает, пока действует гарантия на новый автомобиль. Чаще выходят из строя CVT, если владелец автомобиля нарушает правила эксплуатации, рекомендованные производителем (подвергает авто высоким нагрузкам, предпочитая агрессивную езду).
2. Помимо замены дорогостоящего оригинального масла требуется и замена фильтров (каждые 30 тыс. км).
3. В виду конструктивных особенностей область применения вариаторов ограничена: их нельзя использовать в ТС с мощными двигателями (не более 220 л.с.). Также недопустимо эксплуатировать автомобиль на высоких скоростях.
4. Ещё одно ограничение касается буксировки: автомобиль с вариатором можно буксировать только на эвакуаторе.

Вердикт знатоков: экономия или надежность?

В конце статьи хотелось бы ответить на главный вопрос автовладельцев – что лучше CVT или автомат? С экономической точки зрения выгоднее покупать автомобиль с вариатором, поскольку именно бесступенчатая коробка передач обеспечивает оптимальный расход топлива. Да и двигатель в паре с вариатором работает дольше (испытывает меньше нагрузок).

Но если взять во внимание и другие факторы (короткий, в сравнении с КПП, срок службы, высокая цена оригинального масла, стоимость возможного ремонта), покупка авто с CVT уже не выглядит столь рациональной. К сожалению, ремонт обходится дорого

Стоимость в разы увеличивается, если появляется необходимость в ремонте гидротрансформатора или оказывается, что нужных запчастей в наличии нет (необходимо заказывать). Нередко речь заходит о полной замене CVT: вариаторы не отличаются долговечностью – 150-200 тыс. км пробега (отсюда и низкий спрос на вторичном рынке). К тому же, мастеров, способных осуществить такой сложный ремонт и полную замену, немного (соответственно и стоимость на их услуги выше)

К сожалению, ремонт обходится дорого. Стоимость в разы увеличивается, если появляется необходимость в ремонте гидротрансформатора или оказывается, что нужных запчастей в наличии нет (необходимо заказывать). Нередко речь заходит о полной замене CVT: вариаторы не отличаются долговечностью – 150-200 тыс. км пробега (отсюда и низкий спрос на вторичном рынке). К тому же, мастеров, способных осуществить такой сложный ремонт и полную замену, немного (соответственно и стоимость на их услуги выше).

Поэтому и с точки зрения надежности, и с точки зрения экономичности выгоднее приобретать ТС с АКПП или МКПП (такие авто продаются не намного дороже). Исключение составляют лишь некоторые модели вариаторов, отличившиеся увеличенной степенью надежности и улучшенными эксплуатационными характеристиками (X-tronic, цепной Lineartronic, цепной Multitronic с адаптивным режимом «Спорт»).

Каким авто отдавать предпочтение? Зависит от вас: ваших финансовых возможностей (рассматриваете покупку нового авто или ищите на вторичном рынке, готовы ли вкладываться в дорогостоящее обслуживание), как долго планируете ездить, насколько важно выгодно перепродать автомобиль, какой стиль вождения вы предпочитаете. Автомобили с CVT подходят ответственным водителям, предпочитающим размеренную езду по городу или по трассе, высоко ценящим комфорт во время езды

Устройство вариатора

Конструктивно вариатор CVT состоит из следующих элементов:

1. Привод клиноременный, состоящий из шкивов и ремня.
2. Пакет сцепления или преобразователь крутящего момента — предназначен для отключения трансмиссии от двигателя и обеспечения нейтральной передачи (наличие зависит от конкретной модели).
3. Планетарный механизм представляет собой устройство, предназначенное для изменения направления вращения входного вала (режим реверса).
4. Дифференциал — устройство для распределения крутящего момента двигателя на ведущие колеса автомобиля.
5. Блок управления трансмиссией представляет собой электронную систему, которая считывает данные датчиков и передает соответствующие сигналы, изменяющие режим работы вариатора. В некоторых моделях вариаторов предусмотрена возможность ручного изменения скорости с помощью настроек электронного управления. При этом переключение происходит ступенчато, аналогично автоматической коробке передач. Также могут быть предусмотрены функции экономичного или спортивного режима.
6. Трещотка — устройство для блокировки движения при парковке (парковке П).
7. Гидравлическая система.
8. Датчики (частоты входного и выходного вала, температура рабочей жидкости, положение селектора).
9. Рамки.

Шкивы механизма CVT управляются гидросистемой, которая должна обеспечивать синхронное движение конусов или роликов бесступенчатой ​​передачи. Состоит из:

• Гидравлический насос;
• Блок гидрораспределителей;
• Гидроцилиндры управления;
• Фильтр.

Насос приводится в действие коленчатым валом двигателя и постоянно работает во время работы двигателя.

Рабочая жидкость CVT

Масло CVT специально разработано для использования в бесступенчатых трансмиссиях. При рабочей температуре масла (от +60ºС до +70ºС) начинают проявляться его фрикционные свойства.

При более высоких скоростях движения автомобиля (более 150 км/ч) масло может перегреваться (температура выше +80ºC), что сокращает срок службы вариатора. Охлаждение масла в зависимости от модели может осуществляться за счет дополнительно устанавливаемого корпуса радиатора (масляного радиатора).

На правильную работу вариатора также влияют давление и уровень масла. Снижение его уровня может привести к проскальзыванию ремня (цепи) и фрикционов.

Строение ремня и цепи

Отдельного внимания заслуживают такие детали, как цепь и ремень вариатора. Последняя представляет собой сборную металлическую ленту. Он состоит из нескольких проволок или полос (до 12 штук), которые сложным образом скреплены стальными пластинами (скобами.

Для защиты от износа и скольжения ремешок имеет специальное покрытие. При работе вариатора ремень контактирует с конусами шкивов по краям пластин, обеспечивая необходимые осевые свойства с обеих сторон без потери гибкости и без деформации.

Обычные кожаные или силиконовые ремешки имеют слишком короткий срок службы и поэтому не используются в коробках передач. Ремень вариатора можно заменить только стальной цепью (цепной вариатор), которая также состоит из пластин, соприкасающихся со шкивами (конусами).

Технология CVT (вариатор)

CVT, Continuously Variable Transmission — общее обозначение бесступенчатых трансмиссий, т.е. трансмиссий, способных плавно изменять коэффициент передачи (отношение скоростей вращения и вращающих моментов двигателя и движителя) во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий. Трансмиссии CVT бывают электрические, гидрообъемные, гидродинамические (гидротрансформатор), вариаторные и комбинированные. Однако в мировом автомобилестроении аббревиатура CVT по исторически-маркетинговым причинам обозначает только вариатор.

Ключевым недостатком всех вариаторов является их фрикционный принцип действия, что прямо ведет к принципиальной невозможности передачи значительного момента, крайне низкому ресурсу под нагрузкой и высокой стоимости ремонта/замены (до трети стоимости всего автомобиля). В силу этого приобретение даже новых автомобилей с CVT категорически не рекомендуется. Кроме, разве что, столетних бабушек — ездить в церковь по воскресеньям.

Ключевой особенностью вариатора является плавное изменение передаточного числа («бесконечное» количество передач). Таким образом, вариатор позволяет при разгоне удерживать двигатель на оборотах максимального крутящего момента и разгонять машину наиболее эффективно. В силу этой особенности вариатор, по оценке компании Nissan, превосходит по эффективности обычные 4-ступенчатые коробки передач примерно на 15-20% и обеспечивает плавный разгон без рывков.

Т.к. все предшествующие автомобильные трансмиссии приучили водителей к изменению оборотов и звука двигателя по мере разгона, вариаторы первого поколения, всегда при разгоне державшие двигатель на одних и тех же высоких оборотах (см. диаграмму выше), сменились вариаторами второго поколения, способными имитировать некоторое заранее фиксированное количество передач (обычно шесть). Таким образом, нудный постоянный воющий звук двигателя при разгоне сменился более привычной картиной ступенчатого нарастания тона. Данный момент является превосходной иллюстрацией сознательного ухудшения эффективности техники в угоду маркетингу и потребительской психологии.

Существует множество разновидностей вариаторов: лобовые, конусные, шаровые, многодисковые, торовые, волновые, дискошариковые, клиноременные, цепные, высокомоментные.

В настоящее время в автомобилестроении применяются три типа вариаторов: клиноременной, цепной и торовый.

Клиноременной вариатор состоит из двух раздвижных шкивов и натянутого между ними ремня. Ведущий шкив соединен с двигателем, ведомый — с ведущими колесами. Шкивы раздвижные, состоят из двух половинок. Если половинки шкива сближаются, ремень выталкивается наружу, если раздвигаются, ремень проваливается внутрь. Получаются шкивы с переменным рабочим диаметром. Изменение радиусов шкивов производится синхронно — когда один шкив увеличивает радиус, другой его уменьшает. В итоге плавно изменяется передаточное отношение: пока радиус ведущего шкива меньше, чем ведомого, имеем пониженную передачу; если радиусы равны — передача прямая; если же ремень на ведущем шкиве вращается по большему радиусу, чем на ведомом — получаем повышенную передачу.

Торовый (тороидальный) вариатор вместо раздвижных шкивов использует конусовидные диски, а вместо ремня — ролики. Ведущий диск так же соединен с двигателем, ведомый — с трансмиссией. К дискам прижимаются ролики, которые могут вращаться вокруг горизонтальной оси, передавая крутящий момент, и смещаться относительно вертикальной, соприкасаясь с дисками в разных точках. Изменяя положение роликов, можно менять передаточное отношение. Если ролик соприкасается с ведущим диском по малому радиусу, то с ведомым он контактирует по большому — получаем понижающую передачу. При вращении по одинаковым радиусам передача будет прямой, а если ролик прижат к ведущему диску по большему радиусу — повышающей.

Обозначения селектора

Чтобы знать, как правильно ездить на вариаторе, необходимо быть достаточно осведомленным в обозначениях, используемых на селекторе. Буквы, которые стоят на коробке вместо цифр, используемых на механике, обозначают следующее:

1. «P» — режим парковки. Применение этого режима необходимо при помещении авто на стоянку. Используя этот режим, вы минимизируете возможность движения автомобиля без вашего ведома.
2. «D» — движение авто. Эта буква показывает на движение машины вперед. Передаточное число изменется автомобилем самостоятельно, а электронные системы позволяют обеспечивать большую результативность работы.
3. «R» – задний ход. Устройство вариатора не предусматривает движение задним ходом из-за отсутствия реверсного движения ведомого вала, который передает вращение на ведущие колеса. Эта возможность движения была добавлена дополнительно.
4. «N» — аналог «нейтралки». Данное положение отключает силовую установку от коробки. Не желательно использование нейтрального положения во время каждой остановки. Особенностью пользования данным режимом вариатора является блокировка вала КПП во время парковки, а не колес. Из-за этого при остановке авто педалью тормоза необходимо перевести селектор в положение N, активировать ручник, отпустить тормоз и снова на него нажать. После этого можно перевести селектор в положение парковки.

Обозначение букв на коробке

Следующие режимы являются дополнительными и могут присутствовать только на некоторых моделях автомобилей.

1. «L» — повышение оборотов и эффект торможения двигателем. Езда с использованием данного режима управления обеспечивает тягу на ведущих колесах. Режим предназначен для сложных условий использования автомобиля.
2. «S» — спортивный. Используется при необходимости экстремального способа вождения.
3. «E» — экономичный. Данный режим обеспечивает небольшое потребление топлива благодаря максимальному взаимодействию мотора с КПП.

Две проблемы вариатора JF015E

У модели Jatco JF015E есть два проблемных места – солнечная шестерня и подшипник входного вала. «Солнышко» здесь довольно хрупкое, сварной шов недостаточно надежный, известны случаи, когда даже на машинах с пробегом 5-10 тыс. км шестерня полностью разрушалась, что приводит к трудностям в эксплуатации автомобиля. Понять, что именно эта деталь вышла из строя можно по следующему характерному поломке симптому: машина движется либо только вперед, либо только назад. На станции технического обслуживания можно установить усиленную деталь, но стоит она довольно-таки недешево.

Еще одно слабое место – подшипник входного вала. Подшипник довольно слабый, он достаточно быстро разрушается особенно, если автолюбитель предпочитает агрессивный стиль вождения. Основной признак износа детали, как уже говорилось выше, посторонний шум в трансмиссии с переходом на нейтральную передачу или паркинг. На высоких скоростях надоедливый шум появляется вновь. После последней модернизации Jatco JF015E, которую провел АвтоВАЗ специально для автомобиля Лада Веста, вариатор оснастили новым роликовым подшипников, который пусть и не исключает полностью поломку, то как минимум серьёзно её отстраняет.

Обслуживание или как продлить жизнь вариатору

Существует ряд особенностей эксплуатации и рекомендаций, как защитить машину на вариаторе с передним приводом, а также полно- или заднеприводной версии.

Следите за датчиками

Особенность CVT состоит в зависимости от работы датчиков. Поломка любого из них может привести к выходу из строя вариатора. Вот почему нужно контролировать их исправность и производить замену на станции Jatco в случае необходимости. Провести диагностику и устранить неполадки любой сложности можно в «Центре по ремонту вариаторов №1».

Получите дополнительную информацию по телефонам: Москва – 8 (495) 161-49-01, Санкт-Петербург — 8 (812) 223-49-01. Принимаем звонки из любого региона.

Своевременная замена трансмиссионного масла

Периодичность заливки нового масла в автомобиле с вариатором указана в инструкции эксплуатации. В среднем замену нужно осуществлять раз в 40 000 км. При использовании авто в сложных режимах лучше сделать замену через 30-35 тысяч.

Особенно это нужно учесть при:

• злоупотреблении буксировкой;
• агрессивной манере езды;
• длительном нахождении в пробках;
• частых поездках по бездорожью.