Как работает вариатор — принцип работы, устройство

Как отличить автомат от вариатора визуально фото

Как стремительно летит время, буквально 8-10 лет назад автомобилей с автоматической коробкой переключения передач можно было пересчитать по пальцам, а сейчас АКПП стоит на подавляющем числе легковых машин. Сегодня интерес автолюбителей вызывает вариатор, которым оснащаются все дорогостоящие авто. Многие ещё слабо представляют себе строение и принцип работы этого механизма, и задают вполне справедливый вопрос, чем отличается вариатор от автомата и что из них лучше выбрать, при покупке автомобиля?

Чтобы снять все восклицательные знаки, была написана эта статья, в которой мы всё разложим по полочкам и сделаем правильный вывод по поводу: вариатор или автомат — что надежнее и эффективнее, какая трансмиссия предпочтительней!

Устройство автомата и вариатора

В составе автомата находятся два основных узла — это гидротрансформатор и редуктор. Гидротрансформатор призван для плавного переключения передач, если проще, то он заменил сцепление.

Редуктор автоматической коробки передач представляет собой, законченный механизм с несколькими ступенями, в нём все парные шестерни находятся в постоянном зацеплении.

Бесступенчатый вариатор — данный механизм работает без привычного всем переключения передач. Как устроен: он имеет 2 конусных шкива (ведомый и ведущий), которые находятся один против другого и связаны между собой металлическим трапециевидным ремнём или на некоторых моделях могут стоять цепи.

Вот так шкивы связаны с помощью ремня

Как работает вариатор?

Конусные шкивы не цельные, а состоят из сдвижных частей. Когда ведущий шкив максимально раздвинут, то металлический ремень ходит по маленькому диаметру (низкая передача), что равносильно первой передачи. При сдвинутом шкиве, ремень проходит уже по большему диаметру (высокая передача), что равносильно пятой или более высокой передаче.

Вот так и работает вариатор, сдвигая и раздвигая шкивы, что приводит к изменению передаточного числа, и соответственно, меняется скорость автомобиля.

Видео: принцип работы вариатора.

Плюсы и минусы автомата и вариатора

Чтобы лучше понять отличие вариатора от автомата, нужно рассмотреть их эксплуатационные характеристики.

1. Автоматическая коробка передач повышает комфорт вождения автомобиля за счёт отсутствия надобности в переключении передач. Водитель, например, в пределах города, получает большую раскрепощенность и лёгкость в управлении машиной. Ввиду самостоятельного переключения передач автоматом, мотор не испытывает перегрузок и снижается его износ.

Есть и недостатки: автомату присущ низкий КПД, ввиду потерь в гидротрансформаторе, что ведёт к увеличению расхода топлива. Ещё минус АКПП заключается в худшей динамике разгона по сравнению с вариатором.

2. Вариатор находится под управлением компьютера, который от условий движения машины очень точно выбирает передаточное число и поэтому мотор работает в экономичном режиме, без излишних нагрузок. Автомобиль оснащённый вариатором, разгоняется с места очень плавно (комфорт езды сказочный!) и отсутствие (как такового) переключения скоростей, также улучшает качество езды.

Ещё коробка вариатор имеет отличие от автомата в том, что у ней есть большое число передач и это дозволяет мотору работать только в щадящем режиме.

3. Автоматическую коробку и вариатор очень сложно ремонтировать. Но, здесь автомат лидер, потому что его обслуживать и ремонтировать берутся почти все автосервисы, АКПП изучена и применяется на автомобилях уже приличное время.

Вариатор — это пока ещё новый механизм, его массовая установка на транспортные средства началась не так давно, он мало изучен и не наработал своей статистики. Найти специалиста по его ремонту проблематично и само обслуживание выльется в круглую сумму. Также, вариаторные коробки требуют только своего масла, которые для каждого механизма разные.

Моё мнение, если вы приобретаете новый автомобиль с гарантией, то берите с вариатором, в случае чего, гарантийное обслуживание выручит. А если предстоит покупка без гарантии, то стоит выбор сделать в пользу автомата, меньше потратите нервов в случае поломки.

Что ж, давайте подведём итог, чем отличается вариатор от автомата:

• вариатор наделяет автомобиль динамичным разгоном (быстрее АКПП);
• автомобиль с вариатором имеет меньший расход топлива (автомат кушает больше);
• вариатор требователен к маслу, но, объём масла у него меньше и сроки замены масла больше, чем у автомата;
• вариатор не имеет гидротрансформатора и поэтому он плавно меняет передаточное число, нет переключения передач;
• вариатор очень сложно и дорого ремонтировать, также требуется после пробега 120-150 тысяч километров замена металлического ремня.

Классификация

Далее будет рассмотрена коробка передач CVT: что это такое с точки зрения конструкции и принципа функционирования. На основе данного критерия рассматриваемые агрегаты подразделяют на пять типов.

Электрическая передача. В таких механизмах основной двигатель приводит генератор, а колеса вращают электромоторы.

Гидрообъемная передача. Двигатель вращает гидронасос, подающий в приводящие колеса масло.

Гидродинамическая передача (гидротрансформатор). Данное устройство представляет собой механизм, состоящий из двух колес с лопатками, создающих поток масла. Не используется в качестве коробки передач, а является компонентом АКПП и вариаторов, где служит для преобразования крутящего момента от двигателя.

Механическая передача (вариатор). В данном случае передача момента происходит путем трения через промежуточное тело, которое может быть представлено шариком, ремнем либо роликом. Изменение передаточного отношения осуществляется перемещением данного тела в любую точку радиуса ведомого либо ведущего колеса. Именно такой агрегат называется CVT (коробка передач). Что это такое более подробно рассмотрено далее, так как данные агрегаты чаще всего применяют на легковых автомобилях.

Комбинированная трансмиссия. Предусматривает бесступенчатую передачу лишь небольшого момента, в то время как основная его часть передается через механические передачи.

CVT трансмиссия: преимущества и недостатки

Как может показаться на первый взгляд, коробка передач вариатор выгодно отличается от аналогов

Сразу отметим, хотя имеется ряд очевидных плюсов, также нужно обращать внимание и на недостатки СVT. Давайте рассмотрим сильные и слабые стороны вариатора более подробно

Прежде всего, к плюсам вариатора можно отнести комфорт, экономичность и высокие показатели КПД. Общий принцип работы и отсутствие фиксированных «ступеней» позволяют реализовать плавный и эффективный, а также достаточно быстрый разгон автомобиля.

На машине с вариатором не тратится время на переключения передач, поток мощности на колеса не разрывается, двигатель работает в диапазоне оптимальных оборотов и максимального крутящего момента. Также коробка CVT работает менее шумно, чем многие гидромеханические АКПП или «роботы», двигатель в штатном режиме не раскручивается до высоких оборотов.

Если же говорить о минусах вариатора, тогда можно выделить следующее:

• Начальная стоимость CVT не намного ниже «классических» гидромеханических АКПП или DSG;
• Такая коробка не рассчитана на высокие нагрузки, то есть вариатор не ставится в паре с мощными ДВС. Как правило, CVT ставится на машины с двигателями, мощность которых не превышает 200 л.с.;
• На вариаторе нельзя ездить агрессивно (резкий разгон с места, интенсивное торможение, рваный стиль езды). Также следует избегать продолжительного движения на высоких оборотах;
• Вариатор требует качественного и частого обслуживания (замена фильтров и масла в вариаторе должна выполняться каждые 30 тыс. км.). Использовать нужно только оригинальную дорогостоящую трансмиссионную жидкость. Еще рекомендуется каждые 80-100 тыс. км. менять ремень вариатора;
• Общий срок службы вариатора меньше по сравнению с АКПП или РКПП. Как правило, вариатор имеет ресурс, ограниченный отметкой около 200 тыс. км.
• Низкая ремонтопригодность, дорогостоящий ремонт, нехватка оригинальных запчастей и квалифицированных специалистов, а также сложности с настройкой системы управления вариатором.
• Чувствительность к малейшим сбоям в работе ЭСУД автомобиля (выход одного из датчиков может привести к сбоям в работе всей вариаторной трансмиссии).

Еще следует отметить, что часто в случае поломки вариатора решить вопрос путем приобретения контрактного агрегата б/у не получается. Дело в том, что с учетом небольшого ресурса решение приобрести недорогой контрактный вариатор с пробегом означает, что такая коробка также будет изношена и возникают нарекания на работоспособность.

При этом стоимость новой КПП данного типа или коробки CVT с подтвержденным минимальным пробегом и большим остаточным ресурсом оказывается достаточно высокой. Также в списке минусов вариатора можно выделить тот факт, что многие автовладельцы, которые знают о недостатках коробки, избегают автомобилей с CVT на вторичном рынке, отдавая предпочтение АКПП.

Простыми словами, при продаже подержанный автомобиль с вариаторной коробкой передач заметно теряет в цене по причине относительно небольшого спроса. Если же планируется покупка такого авто, необходимо проводить комплексную диагностику, а также быть готовым к возможным сложностям и затратам через небольшой промежуток времени, если пробег подержанной машины превысил отметку в 150 тыс. км.

Еще одним минусом, который отмечают многие владельцы машин c коробкой CVT, можно считать отсутствие ощутимого переключения передач при разгоне, ровные обороты двигателя и характерный однотонный шум при разгоне.

С одной стороны, это нельзя считать недостатком, однако субъективное мнение многих водителей говорит об обратном. Более того, сами производители, прислушиваясь к отзывам потребителей, стараются учитывать этот момент, оснащая вариаторы «виртуальными» ступенями (аналог Типтроник), когда шкивы имеют фиксированные положения, тем самым имитируя переключения ступенчатой коробки.

Как определить тип АКПП автомобилей: масло, vin и марка

Большая часть производителей автомобилей указывает информацию о модели коробки передач на специальных табличках, которые можно найти на самой коробке или на кузове. Обычно запись представляет из себя бессмысленный, на первый взгляд, набор цифр и букв, но этой информации будет достаточно для заказа запчастей, если обратиться к продавцу-консультанту.

Если такой таблички нет (она может быть утеряна или надписи стерлись), то стоит попытаться найти АКПП по номеру кузова, двигателя и году выпуска либо по vin-номеру, если он имеется.

АКПП А140L для автомобиля Тойота Камри

Если разбираться в номенклатуре и обозначениях, можно точно определить модель коробки и что она из себя представляет.

Рассмотрим, к примеру, АКПП А140L производство Тойота, разработанную для автомобиля Тойота Камри.

A140L A — АКПП 1 — серия 4 — число передач 0 — передаточное отношение или емкость D — с режимом overdrive L — с муфтой блокировки E — ECT с муфтой блокировки H,F — 4WD с муфтой блокировки

Современные АКПП сильно отличаются по конструкции и принципам работы, от типа коробки сильно зависят особенности эксплуатации КПП и поведение автомобиля. Рассмотрим основные из них.

Что такое вариатор в машине

Вариатор в автомобиле – это автоматическая, бесступенчатая коробка передач. Простыми словами – КПП, которая не имеет фиксированных передач. То есть, в ней нет шестеренок, которые отвечают за передачу крутящего момента от мотора к колесам.

Если в классической АКПП есть определенный набор шестерёнок, которые включаются и выключаются на определенных скоростях и оборотах двигателя, то здесь подобной конструкции нет. Все передачи виртуальные. Они запрограммированы в ЭБУ и в зависимости от определенных условий, происходит «магия» изменения передаточного числа. На приборке вы можете видеть цифры «1», «2», «3» – это индикаторы выдуманных передач, чтобы вам было спокойно, и вы знали, что как бы включена какая-то скорость.

Хотя нет, обманул, есть планетарная передача. Она отвечает за движение автомобиля задним ходом – это задняя скорость. А передача крутящего момента от силового агрегата к колесам происходит через ремень или ролики.

В первом случае – используется ременная или цепная передача. Во втором случае – вместо ремня применяются ролики, он называется тороидальный. Конструктивно такой вариатор немного отличается от клиноцепного или клиноременного (первого варианта).

Рекомендую прочитать:

Роликовая или тороидальная бесступенчатая КПП отличается от классической ременной наличием роликов в механизме передачи момента. Они используются вместо ремня или цепи. В ней конусообразные пластины неподвижные. Изменение передаточного числа осуществляется за счет изменения положения роликов относительно конусных пластин шкивов.

Для общего сведения. Вариаторные коробки первыми стали использовать на мопедах и скутерах. Позже они появились на снегоходах, легковых и грузовых автомобилях DAF.

В поисках компромисса

На самом деле вопрос в стиле «что лучше?» заранее обречен на то, чтобы быть слишком поверхностным. Лучше в каком смысле? В плане комфорта, динамики, топливной экономичности, надежности или стоимости обслуживания или ремонта? Увы, лучшего во всех отношениях варианта не существует, а значит, придется искать компромисс из возможных вариаций. То есть выбор типа коробки зависит от того, какие качества на первом месте, а какими можно пожертвовать.

Так, классический гидромеханический «автомат» по-прежнему считается лучшим в плане комфорта: самые мягкие переключения и отсутствие рывков в любом диапазоне скоростей и в любом режиме движения и ускорения. При этом современные коробки по части «скорострельности» приближаются к преселективным «роботам». По большому счету пенять можно разве что на топливную экономичность: несмотря на явный прогресс, в этом плане гидромеханические коробки все равно «расточительнее» остальных типов автоматических трансмиссий.

То ли дело «роботы»! Конструктивно они близки к механическим коробкам, но — с автоматическим управлением, что обеспечивает эффективность. Некоторые «роботы» демонстрируют даже лучшую топливную экономичность, чем «механика», обыгрывая усредненного водителя просто за счет заложенных алгоритмов работы. Преселективные коробки с двумя сцеплениями, кроме того, обеспечивают необычайную скорость: разрыва потока мощности при переключениях практически нет.

Однако по части комфорта «роботы» пусть немного, но уступают «автоматам». Особенно коробки с сухими сцеплениями, особенно в городских условиях, когда используется «ползущий» режим — редкая коробка обходится без подергиваний в эти моменты. Переключения хоть и быстрые, но не такие мягкие, как у «автомата». Активный водитель этого, возможно, и не заметит, но спокойный и ценящий комфорт наверняка отметит для себя этот недостаток.

А ведь есть еще и простенькие «роботы» с одним сцеплением. Вот это уже чистая «механика» с актуаторами — и пока еще ни одному из производителей (а брались многие!) не удалось приблизить эту коробку к «автомату» по части как комфорта, так и «скорострельности». В итоге сейчас такие «роботы» используются лишь на недорогих моделях, а к их преимуществам помимо экономичности можно отнести разве что небольшую стоимость.

Главной «фишкой» вариатора является возможность беспрерывно изменять передаточные числа: ведущий шкив увеличивает свой радиус, ведомый параллельно его уменьшает. Автомобиль разгоняется, а двигатель постоянно «поет» на одних оборотах, приближенных к максимальному крутящему моменту. Это и обеспечивает высокую эффективность вариатора. А когда надо ехать на установившейся скорости, коробка выставляет уже оптимальное для данного режима соотношение.

Но со временем от такого «троллейбусного» характера отказались в пользу фиксированных передач, как на «автоматах» и «роботах», — и тем самым лишили вариатор одного из преимуществ. А вот по части комфорта и топливной экономичности CVT располагается где-то между «автоматами» и «роботами».

Впрочем, приведенные выше преимущества и недостатки разных типов трансмиссий следует считать условными. Во-первых, конструкции продолжают совершенствоваться, что изменяет их потребительские качества. Во-вторых, один тип коробок включает в себя множество самых разных моделей со своими особенностями (как минимум настройками), так что все относительно.

Коробка вариатор плюсы и минусы

Автомобиль с вариатором, в конечном счете, будет более экономичным, чем обычный автомобиль, особенно для остановки / начала движения или когда вы постоянно меняете скорость. Старт автомобиля будет более гладким и более тихим. Однако, чем больше этих преимуществ вы получаете, тем больше автомобиль чувствует себя на моторной лодке, где вы получаете странное ощущение увеличения скорости при неизменных оборотах двигателя. Если вы можете жить с этим, и это не придаст вам никакого дискомфорта, то вариатор вполне вам подойдет. Более детально о плюсах и минусах вариаторов ниже.

Плюсы вариатора

Основным  преимуществом вариатора является эффективность, которую он может предложить. Транспортные средства, которые включают CVT, оценены среди самых эффективных транспортных средств и могут предложить значительную экономию топлива. Сегодня почти все гибриды используют вариатор для максимальной экономии топлива. Еще одно преимущество CVT замечено при движении по крутым склонам. Нормальные автоматические коробки передач могут иногда испытывать трудности при большой нагрузке, когда вариатор почти сразу может найти точное соотношение, необходимое для плавного обеспечения мощности без каких-либо переключений. Эти плавные переключения передач являются еще одним преимуществом для водителя, поскольку они могут предложить чрезвычайно плавные поездки, даже не чувствуя «сдвига» транспортного средства.

Минусы вариатора

Хотя вариатор может предложить непревзойденную экономию топлива, у него есть существенный минус. Основной  недостаток данных трансмиссий — это ценник, с которым они продаются. Типичная замена трансмиссии часто может стоить от 2 000 долларов в случае поломки. Из за особенностей устройства, блок CVT не будет работать так же долго, как обычная автоматическая коробка передач. В среднем срок службы этой трансмиссии составляет 150 – 200 тысяч километров

Еще более важно отметить тот факт, что, когда они выходят из строя, в 9 из 10 раз они должны быть заменены. Причиной этого является то, что детали очень дороги, их может быть трудно, если не невозможно найти, и, как правило, цена за замену деталей получается такая, что дешевле будет произвести полную замену

Другим недостатком вариатора является то, что они не могут выдержать мощность, которую может выдержать автоматическая или механическая коробка передач. По этой причине блок CVT не используется в машинах с большой производительностью.

Что лучше вариатор или автомат

Чтобы ответить на вопрос «вариатор или автомат» нужно понимать, для чего вы хотите автомобиль, и какой размер и тип двигателя вам нужен.

Если автомобиль часто используется в условиях интенсивного движения и является в первую очередь инструментом для передвижения, то с точки зрения удобства, меньшей уставаемости и общего комфорта лучше использовать автоматическую коробку передач. Также, лучше использовать автомат лучше, когда в машине установлен дизель.

Если автомобиль будет использоваться в основном для отдыха, имеет небольшой объем двигателя с высокой выходной мощностью или сам по себе небольшой и используется для получения удовольствия от вождения в условиях низкой интенсивности движения, то вариатор – лучший вариант.

Более детальную информацию о преимуществах той или иной трансмиссии вы можете получить, посмотрев видео:

Устройство клиноременных и цепных вариаторов

Большинство КПП данной конструкции имеет одну или две клиноременные передачи. В таком агрегате присутствуют ведомый и ведущий шкивы. Первый из них связан с коленчатым валом, с которым связана коробка. Передача CVT вариатора крутящего момента от двигателя происходит через него. Второй шкив передает момент к колесам.

Один из шкивов или оба имеют раздвижные боковины (диски). Зазор между ними в простейшем варианте определяется центробежным регулятором, хотя иногда применяют нагрузочные муфты. Диски выполнены в форме конусов и направлены остриями друг к другу.

Для привода дисков ведущего шкива служит электронная система, включающая датчики, сервоприводы и блок управления.

Ременные и цепные варианты аналогичны по принципу функционирования. Отличие состоит в конструкции и материале самого натяжного элемента. Ремни могут состоять из резины либо из металлических звеньев и армированы стальной проволокой для предотвращения растягивания. В любом случае цепь либо ремень пролегает в желобе между дисками шкивов. Отличие цепных механизмов состоит в том, что цепь размещена в масляной ванне.

Для начала движения применяют гидротрансформатор, блокируемый после этого, либо обычное сцепление.

Разновидности вариаторов

Существует несколько видов коробок с вариаторами CVT. Трансмиссия осуществляется в следующих вариантах компоновки:

• клиновидный ремень: включает пару шкивов, соединенных клиновым ремнем. Каждый из шкивов состоит из 2-х дисков, рабочие плоскости которых наклонены в противоположные стороны под углом 20°. Гидравлика регулирует расстояние между дисками. Когда ремень опускается, передаточное число изменяется, обеспечивая плавную работу. В современных моделях вариаторов CVT ремень изготовлен из высокопрочных стальных пластин, что обеспечивает надежную работу;
• клиновидная цепь — с цепью, соединяющей отдельные оси механизма и собранной из нескольких элементов. Гибкое соединение захватывается дисками в виде конуса, что позволяет передавать крутящий момент и изменять передаточное число. Работа устройства сопровождается нагревом от контакта цепи со звездочками дисков, которые выравниваются системой охлаждения. Эти механизмы обладают высокой эффективностью, но пути назад нет, что требует использования дополнительных узлов;
• тороидальный: гибкое соединение в конструкции не используется. Механизм представляет собой пару валов с установленными между ними роликовыми узлами. Изменение скорости происходит за счет изменения положения роликов, а момент передается за счет соприкосновения рабочих поверхностей.

Клиноременные вариаторные трансмиссии

Этот тип трансмиссии чаще всего устанавливается на переднеприводные автомобили. В основе конструкции лежит система, состоящая из двух пар конических дисков и металлической планки. Последний состоит из нескольких пучков стальных полос, которые сложным образом соединяются с металлическими пластинами.

Каждая пара дисков состоит из неподвижного и подвижного элементов, которые фактически являются шкивами. Схема работы устройства следующая:

• Крутящий момент передается с первичного вала на ведущий шкив через гидротрансформатор.
• В гидротрансформаторе момент силы передается после того, как ведущее рабочее колесо подает масло на диск турбины, соединенный с первичным валом.
• Усилие от ведущего шкива к ведомому шкиву передается через ремень и, следовательно, на выходной вал.
• Для движения автомобиля вперед передача крутящего момента на выходной вал осуществляется через планетарную коробку передач с дисковым сцеплением.
• Обратное движение осуществляется реверсивным механизмом (приведение в действие дискового тормоза).
• Через промежуточный вал крутящий момент передается на дифференциал, который дополнительно распределяет усилия трансмиссии на полуось.

Скорость движения автомобиля осуществляется за счет изменения диаметров шкивов. На холостом ходу диаметр шкива трансмиссии вариатора минимален. Диаметр изменяется за счет движения дисков. Например, при сжатии дисков диаметр шкива достигает наименьших размеров, при развинчивании дисков диаметр увеличивается.

Коррекция скоростного режима обеспечивается согласованным изменением диаметров двух шкивов. В таких условиях количество передач практически не ограничено.

Бесступенчатые и тороидальные

Тороидальные передачи менее распространены, чем клиноременные, такие устройства устанавливаются на заднеприводные и полноприводные автомобили с продольным расположением двигателя. Система состоит из ведущего и ведомого дисков, между которыми расположены ролики.

В процессе работы ролики вращаются вокруг горизонтальной оси и одновременно перемещаются по вертикальной оси. Поэтому ролики могут перенаправлять работу, контактируя с разными участками дисков. Перемещаясь по вертикальной оси дисков, ролики изменяют передаточное отношение, а сила трения между ними обеспечивает передачу крутящего момента. То есть система работает следующим образом:

• Top Gear — когда ролики соприкасаются с ведущим диском по краям обода, крутящий момент уменьшается, а скорость увеличивается.
• Низкая передача — когда ролики соприкасаются краями обода с ведомым диском, крутящий момент увеличивается, а скорость снижается.

По надежности непрерывные тороидальные передачи в несколько раз превосходят клиноременные вариаторы. Но если они сломаются, то их нельзя будет починить. В сервисных центрах чаще всего рекомендуют полную замену узла, так как найти запчасти для его восстановления очень сложно.

Заключение

Прежде, чем покупать данный автомобиль, разберитесь, что это такое CVT коробка передач. Вариатор имеет свои плюсы и минусы, поэтому нужно все внимательно изучить и сделать выводы, подойдет ли такой автомобиль для вашего образа жизни. Внешне такие машины выглядят не хуже остальных, и есть любители, которых устраивает данная комплектация. Недостатки вариатора играют важную роль, но если пользоваться автомобилем аккуратно и не нарушать правила, установленные производителем, то механизм прослужит вам долгие годы и никогда не подведет. Помните, что такое CVT и тогда пользуйтесь им правильно.