Просматривая каталоги автомобилей, многие люди сталкивались с таким утверждением: «Автомобиль оснащен бесступенчатым вариатором». Или вы могли видеть эту фразу в таблице технических характеристик. Все знают, что такое механическая коробка передач (кроме американцев), все привыкли к автоматике (особенно американцы). Но вариатор — это малоизвестный зверь. Однако это не является новинкой.
Вы удивитесь, но это изобретение принадлежит не Honda, и даже не Mercedes. Патент на вариатор был выдан в конце 19 века! Более того, первый вариатор был изобретен в 1490 году. Его автором был добродушный бородатый Леонардо да Винчи.
Однако первый действующий автомобиль с таким типом трансмиссии появился не в эпоху Возрождения, а позже — через пятьсот лет, в 1950 году. Вариатор пошел в серийное производство на грузовиках DAF (в то время под этой маркой выпускались не только грузовые, но и легковые автомобили). Позже нечто подобное было построено для Volvo, но эти вариаторы не получили широкого распространения до настоящего времени.
Вообще-то вариатор (наиболее распространенное английское обозначение — CVT — continuously variable transmission) — это, извините за тавтологию, разновидность автоматической коробки передач. Автомобиль, оснащенный ею, на первый взгляд ничем себя не выдает — есть только две педали и рычаг для переключения режимов коробки передач — P, R, N, D — такой же, как в автомобиле с традиционной автоматической коробкой передач. Все идет своим чередом. Но вариатор работает совсем по-другому. У него нет фиксированной первой, второй или десятой передачи. Попробуйте представить, сколько звезд в нашей Вселенной или сколько песчинок на всех пляжах Земли вместе взятых — у вариатора все равно гораздо больше шестеренок. Причем «переключение» между ними происходит плавно и незаметно.
Поэтому при запуске и переключении передач нет толчков. Не зря мы ставим слово в инвертированных запятых — сдвигов не происходит. Вариатор непрерывно и плавно изменяет передаточное число при ускорении или замедлении автомобиля.
Существует несколько типов вариаторов: ременные шкивы с переменным диаметром, цепные шкивы, тороидальные шкивы…. Первый тип является наиболее распространенным. Давайте посмотрим, как это работает.
Вариатор MINI с клиновым ремнем
Вот наглядный пример: возьмем два карандаша (цилиндра), лежащие параллельно на определенном расстоянии друг от друга. Стяните их резинкой и начните скручивать одну из них. Сразу же другой начинает крутиться с той же скоростью. Однако если карандаши разного диаметра, то начинается совсем другая история — пока один карандаш, более крупный, делает один оборот, другой, скажем, делает два.
Вариатор аналогичен, только диаметр «карандашей» постоянно меняется. Он имеет два шкива, каждый из которых выполнен в виде пары конусов, обращенных друг к другу острыми концами. Между шкивами зажимается клиновой ремень.
Изменяя радиус ремня вокруг ведущего и ведомого шкивов, можно плавно менять передаточное число.
Теперь, если каждая пара конусов может перемещаться относительно друг друга, мы имеем шкивы с переменным рабочим диаметром. Потому что когда конусы раздвигаются, ремень, соприкасающийся с ними своими ребрами, так сказать, попадает в центр шкива и обходит его по малому радиусу. А когда конусы сближаются, они бегут вокруг него по большому радиусу.
Остается только оснастить оба шкива системой (обычно гидравлической, но может быть и другой сервопривод), которая будет перемещать половинки первого шкива и отводить половинки второго шкива друг от друга в тесной синхронизации. А если один шкив находится на ведущем валу (который идет от двигателя), а другой — на ведомом валу (который идет к колесам), то можно организовать изменение передаточного числа в очень широком диапазоне.
Осталось добавить узел, отвечающий за изменение направления вращения выходного вала (для реверса), и это может быть, скажем, простая планетарная коробка передач. Вот она, вариаторная коробка.
Кстати, интересный вопрос — что за ремень здесь используется? Очевидно, что обычный ремень из резины и ткани, такой как те, что вращают генераторы и другое навесное оборудование, не прослужит здесь и тысячи километров. Клиновые ремни в ременных вариаторах имеют сложную конструкцию.
Ремень в вариаторах, как видите, вовсе не ремень, а металлическая полоса.
Это может быть стальная лента с покрытием или стальной канат (полотно) сложного сечения, на который нанизано большое количество стальных пластин тонкого сечения и трапециевидной формы, края которых соприкасаются со шкивами. Кстати, таким образом им удалось создать толкающий ремень, который передает мощность не только через половину, идущую от звездочки к ведущему колесу, но и через противоположную половину. Обычный ремень просто складывается при попытке передать сжимающее усилие, но стальной ремень с диском увеличивает жесткость.
Широкая цепь из стального листа также может быть использована в качестве клинового ремня, края которого соприкасаются с конусами. Именно такой «ремень» работает в вариаторах Audi.
Эта цепь используется в вариаторах Audi
Интересно, что цепь смазывается специальной жидкостью, которая меняет свое фазовое состояние под воздействием сильного давления, возникающего в точке контакта со шкивом. Это позволяет цепи передавать значительное усилие практически без проскальзывания, несмотря на очень малую площадь контакта.
То, как вариатор изменяет передаточное число при ускорении, зависит от выбранной программы управления. Если в обычном автомобиле вы разгоняете двигатель на каждой передаче, затем переключаете передачу и так далее, то при разгоне автомобиля с вариатором двигатель остается на тех же оборотах (скажем, максимальный крутящий момент), но передаточное число плавно меняется.
Это создает несколько странное ощущение. Вы нажимаете на газ до пола, двигатель выходит на высокие обороты и остается там на протяжении всего разгона, завывая, как гувернер. Но скорость ускорения высока, и время на переключение между этапами не тратится.
Однако в некоторых случаях вариатор настроен так, что разгон с ним напоминает увеличение скорости с обычной коробкой передач, с постепенным повышением оборотов двигателя.
Конечно, при попытке ехать в гору и замедлении автомобиля, несмотря на нажатие акселератора, умный вариатор не оставит высшую передачу «включенной». Шкивы для уверенного подъема на холм будут быстро смещены к задней части — для увеличения крутящего момента из коробки.
Кроме того, на некоторых машинах можно выбрать режим с несколькими «виртуальными» передачами (с 6 или даже 8), установленными электронным способом. Передачи, между которыми вариатор будет перескакивать, как в классической автоматической коробке передач. В этом случае также можно произвольно переключать «передачи». Это как автомат с последовательным ручным режимом.
Поэтому вариатор имеет множество преимуществ. Но есть и отрицательные стороны. Например, относительно небольшой по современным меркам «перевариваемый» объем двигателя. Не зря именно с таких коробок началось шествие автомобилей малого класса по всему миру. И сейчас все мощные автомобили поставляются с «механическими» или классическими «автоматическими», то есть роботизированными коробками передач.
Но прогресс продолжается. Невозможно не упомянуть о рекордах. Скажем лишь, что клиноременный вариатор Multitronic (с цепью) Audi A4 2.0 TFSI без проблем справляется с потоком в 200 «лошадей».
Вариатор Audi может передавать на колеса более двухсот лошадиных сил.
На это можно возразить, что D-класс — это еще не все. Для автомобилей представительского и бизнес-класса, не говоря уже о больших внедорожниках, 200 лошадиных сил — не такая уж большая проблема. Однако на этом достижения современных вариаторов не заканчиваются. Так, ременный вариатор X-Tronic устанавливается на кроссовер Nissan Murano с 3,5-литровым V6 мощностью 234 лошадиные силы. Это одна из самых больших и тяжелых моделей, оснащенных вариатором. Что ждет нас завтра?
Второй недостаток вариаторов — относительно дорогое обслуживание и ремонт, а также специальная, а потому недешевая, трансмиссионная жидкость. Вариаторы с ременной передачей могут требовать замены ремня каждые 100 000 — 150 000 км. Масло стоит немного дороже, чем для автоматической коробки передач, но менять его можно чуть реже — через 40-50 000 км для разных моделей автомобилей.
Между тем, вариаторы становятся все более популярными в различных классах автомобилей, кроме того, они стоят несколько дешевле хороших автоматических коробок передач классического типа.
Поскольку вариаторы имеют бесконечное число передаточных чисел, они позволяют двигателю работать в наиболее благоприятных условиях — нужна ли нам максимальная мощность (для гонок по автостраде) или, наоборот, плавность и минимальный расход топлива (для плавного движения). Поэтому при прочих равных условиях вариаторные модели выделяются высокой экономичностью, которая сочетается с не менее достойной динамикой.
Кстати, в последнее время наблюдается тенденция к увеличению количества передач в классической автоматике. Последние модели уже имеют восемь передач (в автомобиле). Он создан именно для сочетания высокой динамики и экономичности. Увидим ли мы автоматику с десятью или даже двенадцатью ступенями? Вариаторы уже там, куда обычная автоматика с ее переключаемыми планетарными рядами никогда не доберется. В конце концов, количество передач в вариаторе бесконечно.
Источник: drive.ru
