Что надежнее автомат или вариатор?
Понятие «вариатор» появилось в середине прошлого века, и на данный момент этот тип трансмиссии уже занял заслуженное место у производителей скутеров, байков и снегоходов. Современная автоиндустрия начала осваивать данную коробку передач не так давно, но ведущие компании уже выпустили модели, укомплектованные коробкой этого типа. В среде автолюбителей возникают сопутствующие вопросы: что лучше выбрать, автомат или вариатор; какая коробка надежнее; в чем состоит их отличие; какие преимущества и недостатки у данных коробок? Для того чтобы разобраться в этих вопросах следует выяснить, что представляют собой эти типы трансмиссий.
Вариатор (бесступенчатая коробка передач) — это устройство, которое передает крутящий момент от двигателя к колесам автомобиля. Благодаря тому, что работа вариаторам не требует переключения передач, он способен очень плавно менять скорости вращения дисков.
Автомат — тип трансмиссии, состоящий из 2 основных компонентов: гидротрансформатора, обеспечивающего функцию сцепления, а также переключение передач и редуктора.
Основные отличия вариаторов от автоматов
Транспортные средства, укомплектованные как вариатором, так и автоматом, имеют по 2 педали, что значительно упрощает процесс вождения и позволяет водителю не отвлекаться. Управление бесступенчатой коробкой происходит с помощью компьютера, именно он после анализа условий движения, выбирает наиболее приемлемое передаточное отношение. Благодаря этому работа двигателя происходит в щадящем режиме, плавно и без рывков. Также благодаря оптимизации работы двигателя, при наличии вариатора отсутствует звук, характерный для набора скорости.
Обе коробки требуют больших затрат при ремонте. Причем при поломке вариатора необходимо обращаться только к официальным дилерам, в связи с малоизученностью трансмиссии этого типа. Ремонт автомата, провести легче, но он потребует больших финансовых вложений.
Обе коробки требуют регулярной замены масла. Трансмиссионная смазка для вариатора отличается высокой ценой, но ее требуется меньше, а саму замену нужно проводить реже. Масло в автомате можно менять самостоятельно, в продаже есть огромный ассортимент смазочных материалов для АКПП, но заниматься заменой нужно чаще и требуемый объем масла гораздо больше.
Автомобили с вариатором и автоматом требуют специального режима при буксировке и имеют ряд ограничений для этого.
Сравнение бесступенчатых коробок и автоматов
Автомобили, оснащенные вариатором, имеют ряд преимуществ и недостатков по сравнению с автоматами.
Основные достоинства бесступенчатых КПП:
- Разгон у них более стремительный, без рывков, что объясняется отсутствием необходимости переключения передач; набор скорости происходит без «провалов», в отличие от автоматов.
- Автомобили, укомплектованные трансмиссией этого типа, прощают водителям некоторые ошибки при вождении. Например, на светофоре машина не заглохнет, не покатится назад при движении в гору, а процесс движения с места всегда будет плавным и комфортным, независимо от навыков и опыта водителя.
- Благодаря выбору оптимального режима работы двигателя, автомобили с вариатором более экономичны.
- Нагрузки на двигатель и другие элементы привода оптимизированы, по сравнению с автомобилями, укомплектованными автоматом, они в меньшей мере подвержены износу и требуют более редкого ремонта.
- Уровень шумов, которые издают автомобили с бесступенчатой КПП, примерно вдвое ниже, чем у оборудованных автоматом.
- Также уровень выброса вредных веществ в отработанных газах у транспортных средств с такой коробкой намного меньше.
Кроме преимуществ, автомобили с вариаторами имеют и ряд недостатков:
- Бесступенчатая коробка в основном не устанавливается на автомобили с мощным двигателем.
- После отключения на длительное время аккумуляторной батареи, включается режим принудительной калибровки работы КПП, который длится на протяжении первых 100 километров пробега.
- Ремонт вариаторов обойдется значительно дороже, к тому же специалистов, способных его произвести, найти тяжело.
- У автомобилей с этой КПП имеются ограничения при буксировке прицепа или другого транспортного средства.
- Для правильной работы вариаторов учитываются показатели огромного количества датчиков: скорости, положения коленчатого вала, контроля АБС, давления и многих других; при их выходе из строя трансмиссия будет работать некорректно.
Надежность вариаторов, используемых в автомобилях Тойота Королла
Короллы, оснащенные вариатором, появились еще в 2006 году. Надежность коробок этого типа у моделей до 11 поколения не является высокой и вызывала нарекания владельцев. Это было обусловлено такими причинами:
- Вариаторы работали в основном за счет трения, что вызывало интенсивный износ ремня и рабочих поверхностей самой коробки.
- Корректная работа этой КПП зависит от показаний большого количества электронных приборов; выход из строя одного из них способен вызвать сбой работы вариатора.
Исходя из этого, можно заключить, что у автомобилей Тойота Королла, выпущенных до 2013 года, коробка автомат надежнее, чем бесступенчатая КПП.
У Королл 11 поколения после долгой и кропотливой работы указанные недостатки вариаторов удалось устранить, поэтому новые модели с автоматом не выпускаются. Новая бесступенчатая коробка передач CVT Mulridrive S позволяет чувствовать себя надежно и уверенно за рулем автомобиля, а также существенно экономить на расходе топлива.
Правила использования бесступенчатых коробок автомобилей Тойота Королла
Для большей надежности работы вариатора следует соблюдать основные правила их эксплуатации:
- При использовании в зимний период не стоит давать на вариатор сильных нагрузок, особенно, если он не успел прогреться. Оптимальный температурный режим значительно продлит срок его эксплуатации.
- Состоянию и уровню жидкости в коробке этого типа нужно уделять особое внимание, вовремя ее менять и доливать.
- Так как этот тип трансмиссии не приспособлен для участия в гонках, не стоит ее перегружать.
- Своевременно производите осмотр датчиков, проверяя их целостность и работоспособность.
- При обнаружении каких-либо неполадок в вариаторе не пытайтесь устранить их самостоятельно, лучше обратитесь на специализированную СТО.
Другие статьи
Что надежнее — вариатор или «автомат»? В чем разница? Преимущества и недостатки
Управление автомобилем с МКПП требует внимательности, а современный человек всегда куда-то спешит. Автоматическая трансмиссия в этом плане значительно проще. Электроника сама подумает за водителя и выполнит все необходимые действия – можно не отвлекаться от дороги. Но устройство автоматических коробок передач значительно сложнее, чем МКПП. А чем сложнее конструкция, тем ниже ее надежность. В истории автомобилестроения есть масса неудачных гидротрансформаторных коробок, вариаторные системы еще мало изучены. Попробуем выяснить, что надежнее, – вариатор или «автомат».
АКПП: история
Первая автоматическая коробка передач появилась в 1903 году, но использовалась она не в автомобилях, а в судостроительной отрасли. Изобретателем конструкции является немецкий профессор Феттингер. Именно этот человек впервые показал и предложил гидродинамическую передачу, которая могла бы развязать винт и силовой агрегат кораблей. Так на свет появилась гидравлическая муфта, которая является очень важным узлом для любых АКПП.
Позже, уже в 1940 году, американцы начали использовать АКПП «Гидроматик» на автомобилях «Олдсмобайл». Нужно сказать, что конструкция автоматической трансмиссии практически не менялась с того времени. АКПП состоит из двух основных узлов. Это гидротрансформатор и редуктор. Первый выполняет функцию сцепления, а цель его работы – плавные переключения без рывков. Редуктор представляет собой пары шестеренок, находящихся в зацеплении. Это дает возможность получить цельный, достаточно компактный механизм, имеющий сразу несколько ступеней.
АКПП: техническая часть
Давайте посмотрим, как работает коробка передач «автомат». Эта система отработана вдоль и поперек. В течение многих лет эту конструкцию доводили до совершенства. В целом, техническая часть отличается достаточной прочностью и надежностью.
В гидротрансформаторных коробках вращательный момент от силового агрегата передается на ведущие колеса через «бублик».
В нем отсутствует жесткое зацепление. Работает эта система благодаря маслу, что циркулирует под давлением. Когда жесткого зацепления нет, то и ломаться особо нечему. Но в конструкции имеются также валы с передачами планетарного типа и фрикционные диски. Пакеты фрикционов в АКПП заменяют сцепление. Когда они сжимаются или разжимаются, подключаются муфты, соответствующие конкретной передаче.
В устройстве АКПП есть такие узлы, как насос высокого давления, а также гидроблок. Это основа любой автоматической трансмиссии.
Что обычно ломается в АКПП
Если посмотреть статистику поломок автоматических коробок, то можно видеть, что большинство из них случаются по причине несвоевременного обслуживания. Не все владельцы меняют рабочее масло даже после больших пробегов. В результате засоряется гидроблок, радиатор АКПП, забиваются фильтры. Все это приводит к тому, что насос не может создавать необходимое рабочее давление. Из-за этого прокручиваются фрикционы, перестают включаться передачи. Появляются дергания и толчки.
Ресурс АКПП
Трудно сказать, что надежнее, – вариатор или «автомат». На первый взгляд кажется, что вариатор, так как он имеет немного другое устройство, без гидравлического оборудования. Но при качественном и своевременном обслуживании ресурс классической АКПП может быть очень большим.
Встречались случаи, когда в случае замены масла через каждые 40 тысяч километров пробега коробка работает более 400 тысяч без поломок. Специалисты считают, что самые надежные «автоматы» – это старые японские четырехступенчатые коробки.
Чтобы увеличить ресурс автоматической трансмиссии, необходимо соблюдать определенные правила:
- Требуется проводить замену масла по регламенту. Если производитель рекомендует заменять масло через каждые 60 тысяч, не стоит игнорировать этот срок. Это касается и так называемых необслуживаемых «автоматов», где залитая производителем жидкость рассчитана на весь срок службы. Такого не бывает — масло нужно менять. Оптимальный вариант – это полная замена с промывкой на стенде. Это обеспечит трансмиссии надежную и продолжительную работу.
- Вместе с АТФ-жидкостью меняют и масляный фильтр. Своевременная его замена способна продлить ресурс коробки на 20 процентов.
- Также периодически необходимо снимать радиатор. Его продувают и промывают. Затем очищают дно корпуса от мусора – там может быть стружка, нагар и много чего.
Кстати, стружка скапливается на специальных магнитах. Как выглядит это явление, можно увидеть на фото внизу.
Если соблюдать эти правила, ресурс АКПП значительно увеличится. Коробка сможет пройти от 300 тысяч и более. Из-за этого многие и выбирают эту трансмиссию.
Коробка-«автомат»: преимущества и недостатки
Рассмотрим основные плюсы АКПП:
- Процесс управления автомобилем с АКПП значительно упрощается – больше не нужно задумываться, как сдвинуть машину с места, насколько медленно отпускать сцепление, какую передачу лучше включить. Компьютер сам все сделает.
- Также АКПП выбирают за надежность. При качественном уходе автоматические коробки способны ходить более 300 000 км. Также еще одно преимущество – высокая ремонтопригодность. Конструкция хорошо изучена, а отремонтировать АКПП может большое количество специалистов.
- Масло – это также плюс АКПП. Для автоматических трансмиссий необходима специальная жидкость, но требования к ней гораздо ниже, чем для вариаторной. Да и цена ее меньше.
- Рывки и количество передач – это также плюс. Сегодня уже встречаются многоступенчатые коробки. Встречаются даже 12-ступенчатые модели. Они имеют больший максимальный скоростной порог – двигатель не будет реветь на четвертой передаче. Скорости переключаются мягко и незаметно для водителя.
- Еще одно существенное преимущество – небольшое количество электроники. Это к вопросу о том, что надежнее – вариатор или «автомат». Да, АКПП работает вместе с ЭБУ, но электроники в конструкции не более 30%.
Теперь перейдем к недостаткам:
- АКПП не может похвастаться такой динамикой, как вариатор или «механика». Коробка также отличается более низким КПД. В АКПП двигатель и трансмиссия не имеют жесткого сцепления – все берет на себя гидротрансформатор. Поэтому часть энергии затрачивается на передачу крутящего момента. При переключениях возникают ощутимые толчки, чего нельзя сказать про вариатор. За и против него мы рассмотрим ниже.
- Также в АКПП необходимо заливать больше масла – примерно 8-9 литров. В это же время вариатор требует не более 6 литров. Еще один минус – повышенный расход топлива. На автомобилях с вариатором CVT он такой же, как на «механике».
Если подвести итоги, то высокая надежность перекрывает все минусы этих агрегатов. При правильной эксплуатации и регулярных заменах жидкости коробка легко отходит более 300 тысяч км, чего нельзя сказать о ее оппоненте.
Вариаторы: краткая история
Многие считают, что CVT-трансмиссию изобрели позже, чем АКПП. Но это не так. Принцип работы был изобретен еще Леонардо Да Винчи в 1490 году. Но внедрить агрегат он не мог, так как тогда еще не было ДВС. Затем про систему забыли и вспомнили лишь в начале 19 века на промышленных станках. В автомобилях вариаторы стали применять в 58 году, когда Хуберт ван Доорн создал Variomatic. Затем ее устанавливали на автомобили DAF.
Устройство и принцип действия
Это один из видов АКПП. Коробка-вариатор и «автомат» – в чем разница? Она заключается в отсутствии передач на CVT-трансмиссии. Конструкция представляет собой два шкива, на которых натянут ремень (сейчас, конечно, он металлический). Конусы – это не цельная конструкция, как раньше, а из сдвижных половинок. Если ведущий шкив не соединен, ремень вращается по малому диаметру конуса. Когда шкив сдвинут, образуется малое передаточное число, что соответствует нижним передачам АКПП.
Двигая шкивы, можно очень плавно уменьшать передаточные числа, то есть переключать передачи (хоть их и нет). Эти числа полностью соответствуют ступеням в АКПП. Если выбирать, коробка-«автомат» или вариатор, то последний более эффективен. Здесь максимальное КПД, так как передача момента — жесткая.
Что ломается?
Конструкция очень любит качественное обслуживание. Масло следует менять через каждые 60-80 тыс. км. Меняют жидкость всегда. Если не заменить ее, появятся проблемы, и восстановление коробки будет стоить очень дорого.
Среди проблем – засоряющиеся гидроблоки и масляные насосы. Из-за этого валы не могут зажимать или разжимать ремень. В результате он пробуксовывает. Это негативно влияет на его ресурс. Материал быстрее изнашивается, и в один момент ремень попросту обрывается. И тогда внутри разрушится буквально все. Также задираются рабочие поверхности валов, что не лучшим образом влияет на состояние ремня. Коробка-вариатор и «автомат» – в чем разница? В большом, просто огромном количестве электроники, которая может составлять до 50% конструкции.
Ресурс CVT
Здесь, так же как и у АКПП, необходимо четко по регламенту менять масло. Если этого не выполнять, то коробка выйдет из строя уже через 100 тысяч. Также раз в 120 тысяч нужно менять ремень. Что надежнее – вариатор или «автомат»? Выходит, что «автомат». На вариаторе проехать 300 тысяч не получится, даже если регулярно менять масло.
Плюсы и минусы
Здесь радует более динамичный разгон, сниженное потребление топлива. Отсутствуют рывки, КПД выше на 10%, чем у АКПП. Автомобилем легко управлять. Но на этом все преимущества заканчиваются.
Продолжаем рассматривать вариатор, плюсы и минусы конструкции. Ремонтировать такие коробки очень сложно – конструкция плохо изучена, а специалистов в этой отрасли еще мало. Необходима периодическая замена ремня. Это дорого, да и не в каждом СТО берутся за такую работу. В конструкции имеется сложная электроника. Ну и, наконец, еще один существенный минус – масло. Оно дорогое и его трудно найти.
Что лучше?
Итак, мы рассмотрели обе трансмиссии. Пришло время решить, какая коробка лучше – «автомат» или вариатор. Вариатор лучше АКПП в плане динамики и расхода. Но в случае поломки ремонт будет очень дорогим, и не везде эту КПП можно восстановить или хотя бы обслужить. Также регулярной замены требует ремень, а сама конструкция нуждается в качественном масле. АКПП здесь выигрывает более чем полностью.
Заключение
Мы рассмотрели вариатор, плюсы и минусы его. Вердикт такой: если приобретается новый автомобиль, на который будет гарантия, тогда покупать CVT можно. Если это автомобиль с пробегом более 100 тысяч километров, тогда лучше обратить внимание на «автомат».
Этот страшный вариатор – мифы и правда о бесступенчатых коробках
«Слушай, а не страшно брать, с вариатором-то?» – все время спрашивают те, кто собрались покупать подержанный Nissan Qashqai или, скажем, Audi A5. Бесступенчатых трансмиссий боятся… Справедливо ли? Все зависит от конкретного типа коробки – «вариантов вариатора» очень много.
История часто несправедлива в отношении вариатора. То это перспективная трансмиссия, то символ дешевой и неудачной автоматической КПП… После выпуска первых легковушек DAF 600 с вариатором и попыток применения аналогичных конструкций с ремнями на машинах Вольво прошло уже более тридцати лет, и изящная идея все еще пытается обрести столь же изящное техническое воплощение.
За прошедшие годы вариаторы из экзотики превратились во вполне себе обычный тип «автомата», особенно на японских машинах, успев пережить несколько кризисов, набирая и теряя баллы репутации и претерпев несколько крайне значительных изменений конструкции. Причем сейчас в серийном производстве присутствуют все они вместе взятые. Обычно вопрос «что выбрать» не стоит выбора типов трансмиссий на одной модели машины нет, максимум можно выбирать между механической КПП и вариатором (редкие исключения только подтверждают правило), но этот материал будет полезен для понимания того, с чем придется столкнуться в процессе эксплуатации.
Принципиальная конструкция
Напомню, что суть вариаторной трансмиссии довольно проста. Передаточное отношение меняется в определенном диапазоне плавно, без ступеней, при этом обороты мотора могут находиться в оптимальной зоне для данного режима движения, что повышает экономичность и улучшает тяговые возможности машины. Это в теории.
На практике же различные конструктивные исполнения могут иметь множество недостатков, порой перечеркивающих их достоинства. Есть несколько способов передавать крутящий момент, плавно меняя передаточное отношение. Самый простой и очевидный способ – это передача момента ремнем через шкивы, диаметры которых постоянно изменяются. Конструкции такого рода были известны с древности – обычный кожаный ремень мог двигаться по коническому шкиву, удерживаемый от сползания роликом натяжения.
Диаметр второго шкива при этом оставался неизменным или же, как и в современных конструкциях, шкивы были сложными и составными, а ремень просто зажимался с боков – с одной стороны пружиной внутри шкива, обеспечивающей натяжение, а на другой шкив мог регулироваться. Последняя конструкция ближе всего к существующим поныне автоматическим трансмиссиям.
Старинный вариант
Предприятие братьев Ван Дорн, входившее в промышленную империю DAF, использовало простую схему с тянущим мягким ремнем – но уже не кожаным, а металлокордным – для своих легковушек. После покупки DAF компанией Volvo схему попытались применить на более крупной машине – Volvo 340, но не очень удачно. Трансмиссия получилась очень большой, заняв много места в багажнике, – у машины была схема трансэксл, когда двигатель расположен спереди, а КПП – на заднем мосту. Открыто расположенные шкивы загрязнялись, а ремни пробуксовывали, растягивались и горели. Опыт был признан неудачным.
Впрочем, сама конструкция не исчезла. Не пригодившись на автомобилях, она завоевала себе место под капотом мотороллеров и снегоходов, вполне соответствуя применению этих транспортных средств. С меньшим крутящим моментом она прекрасно справлялась, недорогой тянущий ремень можно было менять раз в сезон, а то и чаще, эта простая операция не требовала серьезных затрат, а малая масса и простота обеспечила самое широкое распространение. В общем, обычная схема с тянущим ремнем жива и поныне. Причем чувствует она себя очень уверенно, ни о какой замене на сложные наборные ремни или цепи речи даже не идет.
Варьируем материал ремня
Вариаторы, столь успешно прижившиеся в мототехнике, на машинах долгие годы не применялись, но простота и удобство схемы не давали конструкторам покоя. Основные проблемы были уже давно выявлены – при хорошем динамическом диапазоне такой АКПП ей все же очень мешали снижение КПД при крайних передаточных отношениях (когда разница между диаметрами ведущего и ведомого шкивов становилась слишком большой) и большая нагрузка на ремень при этом.
Сильно улучшило позиции вариатора изобретение компанией братьев Ван Дорн наборного стального ремня. Конструкция его состояла из нескольких несущих стальных лент-ремней и перпендикулярно нанизанных на них стальных пластин сложной формы, позволяющей передавать вращение со шкивов.
Для трогания с места предусматривалось обычное фрикционное сцепление (как на «механике»), а для расширения динамического диапазона и заднего хода еще и планетарная передача, знакомая по классическим АКПП. Поначалу вариаторы оснащались еще и повышающими редукторами для снижения передаваемого момента, но серийные конструкции были устроены уже немного проще.
Ресурс таких конструкций возрос до вполне приемлемых 80-120 тысяч километров пробега, но недостатков хватало. И в первую очередь не хватало надежности в работе. Особого распространения схема не получила, так как дальнейшее небольшое усовершенствование схемы работы ремня значительно улучшило характеристики трансмиссии.
Основные недостатки касались вибраций и (все еще) крайних передаточных отношений. При минимальном диаметре одного из шкивов ремень на нем сильно изгибался и к тому же пробуксовывал из-за недостаточной площади соприкосновения. Любые рывки тяги провоцировали пробуксовку еще сильнее. Пробуксовка быстро изнашивала ремень и шкивы. Возникающие при пробуксовке вибрации попутно вредили трансмиссии и снижали комфорт. В результате даже такая усовершенствованная конструкция применялась только на малолитражных машинах. Наиболее популярная из них – это Nissan Micra K11, дебютировавшая в 1992 году.
На фото: Nissan Micra K11
Тянущий вариант и гидротрансформатор
Исправить ситуацию помог гидротрансформатор вместо фрикционного сцепления и изменение схемы работы ремня. «Бублик», который был задействован при трогании машины, позволял избежать рывков тяги, а заодно и облегчить старт. А значит, можно было ограничиться меньшим передаточным отношением при трогании и заодно снизить вероятность пробуксовки из-за смягчения рывков ГТД.
Второе важное новшество – применение так называемого «толкающего ремня». В этом случае крутящий момент передавался не на той ветви ремня, что тянул ведущий шкив, а на той, что он толкал. Стальные бандажи, основа ремня, не испытывали больше нагрузки на растяжение, а все усилие передавалось через пакет пластин.
Это нововведение уменьшило износ ремня и улучшило условия его работы. А все вместе позволило применять вариатор на весьма мощных моторах. Изначально моторы 1,6 литра были пределом, но сейчас аналогичные конструкции применяют уже и на моторах 2,5, а то и 3,5 литра. Например, так устроены самые распространенные конструкции вариаторов Jatco, применяемые на многих японских машинах, например, бестселлерах Nissan Qashqai и X-Trail, а за ними – Renault Megane и Fluence, Mitsubishi Outlander и ASX…
На фото: вариатор Jatco jf011e
Путь от первых конструкций, на первый взгляд, не так уж велик… Но на деле в эти годы шла долгая кропотливая работа по улучшению вариатора такой схемы, позволившая сделать его весьма надежным, простым в эксплуатации и ремонте, сохранив при этом относительно недорогую конструкцию.
Вариации на тему
Схема с толкающим ремнем на слабых моторах может применяться и без ГТД, что демонстрируют вполне неплохие конструкции на некоторых китайских машинах. Простого сцепления хватает для обеспечения нужных характеристик, пусть и машины с упрощенными трансмиссиями едут уже не столь хорошо. Зато цена совсем невелика, а конструкция даже проще, чем у иной «механики». Собственно, один из первых удачных вариаторов с толкающих ремнем на Subaru Justy был устроен именно так.
На фото: Subaru Justy
Вариант с цепью
Использовать вместо ремня цепь кажется очень разумной затеей. Благо вариант это проверенный, роликовая цепь давно заменила ременную передачу там, где возможностей ремня уже не хватало, в тех же мотоциклах или промышленных передачах. Вот и в вариаторах цепь пришла на смену ремню, когда показалось, что тянущий ремень уже не справляется.
Разумеется, у вариаторов нет зубцов для зацепления, так что мощная пластинчатая цепь просто зажимается с боков шкивами. Серьезными преимуществами являются меньший возможный радиус закругления и большая прочность на сжатие. Да и растяжение цепи зависит в основном от износа в ее подшипниках, а значит, теоретически есть возможность сделать ее очень ресурсной, ограниченной только по износу контактных площадок.
В результате вариатор с цепью может быть заметно прочнее, меньше боится пиковых нагрузок и позволяет расширить динамический диапазон трансмиссии. Есть и экспериментальные конструкции, где один из шкивов зубчатый, а натяжение обеспечивается дополнительным роликом, но в серийном производстве пока господствует более компактная схема с двумя подвижными шкивами и передачей момента простым фрикционным зацеплением.
Конструкция с тянущей цепью была успешно реализована компанией Volkswagen в сотрудничестве с LuK для машин с продольным расположением двигателя в конце девяностых годов и применяется вплоть до сегодняшнего дня. Речь идет о вариаторах Multitronic – они выдерживают крутящий момент до 310 Нм. Применение цепи позволило заметно поднять передаваемый момент, а все недостатки трансмиссии оказались конструктивными и мало связанными с самой схемой.
Разве что ресурс цепи получился сравнительно невелик, около 100 тысяч километров пробега, но с учетом относительно небольшой ее цены и простоты замены это можно считать вполне успешным результатом. Помощь в разработке цепи и шкивов оказывала компания LuK, она же предложила свои услуги компании Subaru, когда та решила создать свой клиноцепной вариатор Lineatronic.
Результат впечатляет, новая трансмиссия «переваривает» момент двухлитрового турбомотора и при этом умеет быть экономичной и спортивной одновременно. Без ГТД и тут не обошлось. Для Субару это не первый опыт работы с вариаторами, они были одними из пионеров внедрения вариаторов с толкающим ремнем, выпустив в 1984 году свой вариант ECVT для модели Justy, но от дальнейших разработок отказались, хотя первый опыт и был весьма успешным.
Вариации в форме тора
Европейские производители пошли по пути роботизации вальных КПП (Volkswagen DSG, Ford PowerShift и т.п.), а японские компании, объединив усилия, продолжают работу над вариаторами. Следующим шагом в развитии стал отказ от ремня и цепи при передаче крутящего момента в пользу трения шкивов.
Подобные конструкции применялись и ранее, но фрикционная передача с коническими валами и промежуточным роликом слишком громоздка для применения в автомобиле. Но на помощь пришла схема с тороидальными поверхностями, так называемый «тороидальный вариатор». В этом случае вращение передается с ведущего тороидального конуса на ведомый с помощью промежуточного ролика.
Хитрость конструкции в том, что расстояние между точками на прямой, пересекающей оси вращения промежуточного ролика и тороидальных поверхностей, всегда одинаковое. А значит, не нужна цепь – один ролик вращается, одним краем касаясь малого радиуса конуса, а другой – большого, обеспечивая изменение передаточного отношения. Нет ни цепи, ни ремня, при этом размер точки контакта невелик, но постоянен, контактные поверхности можно изготовить из твердых материалов, а роликов использовать несколько – для увеличения площади контакта.
На практике такую технологию применял только Nissan на своих вариаторах Extroid, ставившихся на ряд мощных моделей вроде не особо распространенных у нас на рынке Cedric и Skyline. На этом пока что все закончилось.
Тороидальные вариаторы выглядят сложнее традиционных – приходится использовать две последовательных передачи для обеспечения нужного динамического диапазона. Проблема в том, что из-за необходимости применять очень дорогой и износостойкий материал для роликов, трансмиссия оказалась дорогой, сопоставимой по цене с традиционными АКПП с «бубликом» и планетарными редукторами.
Впрочем, прогресс не стоит на месте, и очень возможно, что у перспективного Extroid появятся более доступные наследники.
На фото: вариатор Nissan Extroid
Варианты без трения
Сейчас все серийные конструкции вариаторов передают крутящий момент за счет трения в зоне контакта цепи, ремня или роликов, но уже существуют наработки, позволяющие отказаться от передачи трением и воспользоваться возможностями зубчатого зацепления, а значит, повысить КПД и уменьшить износ рабочих элементов конструкции. Причем они есть как для конструкций с цепью, так и для тороидальных вариаторов.
Особый профиль зубьев позволит уменьшить давление в точке зацепления и при этом иметь возможность так же плавно менять передаточное отношение. Вариаторы с цепью и дополнительным натяжным роликом уже сейчас могут обеспечить отсутствие проблем с КПД у передачи в одном из крайних положений валов, но этого недостаточно, чтобы получить преимущество перед более компактными схемами с двумя раздвижными шкивами. До практического применения этой схемы, впрочем, дело пока что не дошло – только до опытных моделей и теоретических изысканий.
В частности, в прошлом году патент на зубчатый вариатор с постоянным зацеплением оформил профессор К.С. Иванов из Казахского института механики и машиностроения. Возможно, именно этот вариант и есть будущее бесступенчатых трансмиссий.
На фото: зубчатый вариатор К.С. Иванова, фото: sovmash.com
Что дальше?
В общем и целом у вариатора есть куда развиваться помимо банального улучшения износостойкости ремня, цепи и конусов у классических конструкций и усовершенствования поверхностей торов и роликов у тороидальных. Теоретически это один из самых перспективных видов трансмиссий для ДВС, и исчезнет он, наверное, вместе с самим ДВС, в результате постепенного отказа от ДВС как основного двигателя и перехода на электрическую тягу.
Читайте также:
Надежны ли коробки-вариаторы?
Надежна ли CVT-трансмиссия?
Технология передачи крутящего момента в транспортных средствах развивается очень быстро, предоставляя автолюбителям все больше вариантов. Казалось бы, еще недавно механическая трансмиссия была самой популярной во всем мире. Но за короткое время механика потеряла свои позиции, уступив дорогу автоматическим коробкам, роботизированным трансмиссиям и вариаторам (CVT). Например, вариаторы в настоящий момент используют многие автопроизводители. Но надежны ли они по сравнению с механическими и автоматическими коробками передач?
Смотрите также: 6 причин почему коробки передач с большим количеством скоростей бессмысленны
Для начала давайте узнаем, что же представляет собой вариатор в автомобиле?
Вариатор, или сокращенно CVT, в отличие от традиционной классической коробки-автомат, использующей шестерни передач, задействует два шкива, которые соединены между собой ременной передачей (износостойкая металлическая лента).
В некоторых вариаторах вместо металлического ремня производители используют цепь. Главный шкив соединен с коленвалом. Второй шкив (ведомый) соединен с приводными валами, которые передают крутящий момент на колеса автомобиля.
Главный, или, как его еще называют, ведущий, шкив постоянно при изменении оборотов двигателя меняет свой диаметр. Это необходимо, чтобы поддерживать обороты мотора на самом эффективном для конкретной ситуации уровне во время движения машины.
За счет изменения диаметра главного шкива вариатора ремень, используемый в коробке, натягивается или ослабляется, в результате чего изменяются передаточные числа.
Кстати, ведомый шкив также меняет свой диаметр, но только за счет инерции. Благодаря такой конструкции коробки передач автомобиль фактически получает бесконечное количество передач. То есть фактически вариатор избавляет автомобиль от фиксированного набора передач, которые есть в механической и автоматической трансмиссии. Благодаря этому уходит ощущение переключения передач. Иначе говоря, при разгоне машины с вариатором вам будет казаться, что она разгоняется постоянно на одной передаче.
Вот видеоролик от компании Тойота, который рассказывает, как работают их коробки-вариаторы (CVT), а также демонстрирует нам различные преимущества перед классическими «автоматами».
Оснащать преимущественно вариаторами свои автомобили в последние годы стала не только компания Тойота. Например, такие компании, как Ниссан, Хонда и Субару, также стали массово использовать на своих авто в качестве стандарта коробки-вариаторы.
Не переживайте, механические и классические автоматические трансмиссии также по-прежнему устанавливаются этими автопроизводителями. Правда, к сожалению, на многих моделях обычный автомат теперь идет либо в качестве опции, либо устанавливается в более дорогих комплектациях.
Также вариаторы устанавливаются и на европейские автомобили, такие как VW, Audi.
Есть ли недостаток в этих коробках передач?
Конечно, есть, как, в принципе, в любой коробке передач, которая имеет как плюсы, так и, естественно, минусы. Сами понимаете, что чудес не бывает, также как и не существует в мире идеального безупречного универсального товара / изделия.
Давайте на этом остановимся подробнее, не вдаваясь в сложные технические детали, как это любят делать на различных автофорумах.
Смотрите также: Механическая коробка передач против автоматической
Во-первых, стоит отметить, что многие автолюбители, купившие автомобиль с коробкой-вариатором, в процессе эксплуатации машины часто жалуются на необычную работу трансмиссии.
Дело в том, что поскольку вариаторы, как правило, управляются электроникой и специальной программой, то часто они запрограммированы так, что сбивают с толку водителей, которые ошибочно считают, что вариатор вышел из строя. Но в большинстве случаев это не так.
Почему же вариаторы дают такое ощущение во время движения? Дело как раз в бесступенчатости коробки передач и в отсутствии ощущения переключения передач. В итоге многих водителей это начинает смущать. Ведь, например, за рулем автомобиля с обычной АКПП переключения передач четко ощущаются, когда как за рулем авто с вариатором нет такого ощущения. В результате часто водители могут ошибочно судить о своих ощущениях, принимая подобную работу вариатора за недостаток.
Кстати, автопроизводители знают об этой проблеме и в настоящий момент работают над тем, чтобы как-то улучшить ощущения владельцев автомобилей, оснащаемых вариатором.
Естественно, каждый автопроизводитель по-своему программирует работу бесступенчатой трансмиссии. В результате у всех производителей вариаторы работают по-разному. Безусловно, любой автопроизводитель в рекламе своей продукции обязательно подчеркивает уникальность своей коробки-вариатора. Хотя в целом конструкция большинства вариаторов примерно одинакова и, в принципе, работа трансмиссии больше зависит от технических характеристик двигателя и программы, которая управляет вариатором.
Во-вторых, многие владельцы автомобилей с бесступенчатыми коробками передач CTV недовольны частым ревом моторов, работающих в паре с вариаторами, на довольно-таки высоких оборотах двигателя. Причем это, как правило, не связано со скоростью авто, что, согласитесь, не очень приятно. Ведь на автомобилях с классическими трансмиссиями мы обычно связываем увеличение оборотов двигателя с разгоном автомобиля. То есть при разгоне обороты двигателя начинают расти до тех пор, пока коробка автоматически не переключит повышенную передачу (обычно, например, на автомобилях с классическим «автоматом» обороты двигателя постоянно колеблются, чтобы соответствовать изменяющимся условиям движения при переключении передач).
Вариатор же, увы, работает немного по-иному. Так, например, если вы умеренно нажмете педаль газа и начнете набирать скорость, скорее, вариатор заставит двигатель набрать высокие обороты и удерживать их на этом уровне (на максимально возможном пике) до тех пор, пока вы не достигнете желаемой скорости. Естественно, часто подобная работа вариатора очень раздражает, так как приводит к излишнему и порой неуместному шуму двигателя.
В принципе, подобная настройка коробки, работающей в паре с двигателем, необходима для максимальной эффективности автомобиля (экономичность), независимо от его динамики и режима движения. Но именно из-за специфичной работы вариатора многие водители испытывают за рулем смешанные чувства.
Особенно раздражает, как работает двигатель в паре с вариатором на скользкой заснеженной поверхности. Ведь на автомобиле с обычной АКПП или МКПП мы сразу чувствуем и слышим, когда колеса авто начинают пробуксовывать. В машине с вариатором вы сразу не поймете, буксует ваш автомобиль или просто двигатель работает на повышенных оборотах, в связи с тем что вариатор работает в определенном режиме передачи крутящего момента.
К счастью, постепенно вариаторы в современных авто становятся все лучше. Например, ряд автопроизводителей усовершенствовали свои коробки CVT, сделав их работу в паре с двигателем более приятной и комфортной.
Тем не мене это не все минусы коробки-вариатора. Давайте теперь взвесим как плюсы, так и минусы этой трансмиссии:
|
Плюсы |
Минусы |
|
— Нет переключений передач
— Нет потери времени при разгоне / более плавный разгон
— Проще конструкция
-Дешевле гидромеханической коробки-автомата
— Плавный ход автомобиля
— Более быстрый разгон с места |
— Ремень, используемый в вариаторе, как правило, изнашивается к 150 тыс. км.*
— Нельзя долго ехать на максимальных оборотах двигателя на максимуме мощности
— Частое обслуживание КПП (фильтры + масло)**
— Дороговизна трансмиссионной жидкости для сохранения ремня в вариаторе
— Не терпит грубого стиля вождения (рывки, экстренные торможения и т. п.). Вариатор может быстро выйти из строя
— Дорогой ремонт
— Сложная электронная система управления вариатором, работающая на основе показаний многочисленных датчиков, которые, к сожалению, часто изнашиваются |
- * Но это в идеале и зависит от условий эксплуатации и стиля вождения.
- На практике ремень в коробке изнашивается гораздо раньше.
- Хотя нередко, когда владельцы автомобилей сообщают о ресурсе ремня в вариаторе в 200 тыс. км и даже более.
- ** По сравнению с МКПП и классическим «автоматом».
Надежен ли вариатор в сравнении с обычной механической или автоматической коробкой передач?
Однозначно, конечно, ответить на этот вопрос нельзя. Все зависит от марки, модели автомобиля, от объема двигателя, от производителя трансмиссии, от стиля вождения владельца авто и условий эксплуатации.
Но в целом можно с уверенностью ответить, что, несмотря на то что вариатор имеет более простую конструкцию, чем МКПП или классическая АКПП, управление вариатором основано на сложной электронике, которая контролирует работу бесступенчатой коробки передач с помощью многочисленных датчиков. И если один из датчиков выходит из строя, то весь вариатор может дестабилизироваться.
Кроме того, вариатор – более прихотливая трансмиссия, которая любит за собой уход. Речь идет о регулярном плановом техническом обслуживании, при котором требуется менять трансмиссионную жидкость и фильтры вариатора. Это необходимо, чтобы предотвратить снижение срока службы ременного привода коробки передач. В противном случае замена ремня обойдется владельцу авто в круглую сумму. Однако не стоит ожидать от вариатора каких-то невероятных пробегов, которые обычно показывают механические трансмиссии и некоторые старые АКПП. Тем не менее если вы не будете использовать агрессивный стиль вождения, станете регулярно и своевременно проводить техническое обслуживание вариатора, то ваша бесступенчатая коробка проживет не одну сотню тысяч километров.
С другой стороны, это же касается и обычных трансмиссий: МКПП и АКПП, которые также необходимо обслуживать. Причем даже если по техническому регламенту автопроизводителя масло в коробке не меняется. Помните, что чудес на свете не бывает и законы физики, а также химии никто не отменял. Дело в том, что любое трансмиссионное масло рано или поздно теряет свои физические свойства. В результате со временем масло в коробке передач перестает выполнять роль защиты от нагрева и трения, что может привести к повреждению любой КПП.
Так что, в принципе, коробки-вариаторы в целом также надежны, как и традиционные автомобильные трансмиссии. Остальное дело за вами. Какую машину покупать – решать вам. Ведь это касается ваших потребительских предпочтений.
И, разумеется, обратите внимание на главные минусы вариаторов, которые мы указали выше.
В том числе не забудьте, что стиль езды, к которому вы привыкли за рулем автомобиля, оснащенного механической или традиционной автоматической коробкой передач, может не подойти вам на авто с вариатором. Особенно если вы любите стартовать со всех светофоров, вжимая педаль в пол, и тормозить перед самой стоп-линией. Учтите, что подобный стиль управления автомобилем вариатор не любит. В противном случае вариатор может быстро выйти из строя, что чревато огромными расходами, которые будут куда больше, чем при ремонте классического «автомата».