Двигатель вариатор что это такое
Автомат или вариатор: что лучше и надежнее?
Содержание:
Автоматические трансмиссии на автомобилях зачастую называют одним общепринятым наименованием «автомат», однако по принципу действия и конструкции они могут кардинально отличаться друг от друга.
На сегодняшний день существует множество видов автоматических трансмиссий, однако на легковых автомобилях чаще всего применяют коробки передач трех типов: классические гидромеханические автоматические трансмиссии, роботизированные коробки передач, а также бесступенчатые вариаторы, которые часто обозначают аббревиатурой CVT.
Конструктивно все они отличаются и имеют как свои преимущества, так и недостатки. Однако раньше всех широкое распространение получили классические автоматы, которые уже больше 70 лет применяются на легковых машинах.
Следом широко начали устанавливать роботизированные трансмиссии, которые долгое время вызывали скепсис у автовладельцев из-за не очень надежной конструкции. Впрочем, с годами они модернизировались, и кризис недоверия к роботизированным коробкам передач был успешно пройден.
А сейчас все большее распространение на современных машинах начали получать бесступенчатые вариаторы, которые идут по пути, уже когда-то пройденному «роботами». Так что давайте разбираться, что собой представляет вариатор, как он работает, какие у него минусы и плюсы, а также насколько он надежнее и лучше в сравнении с классическим автоматом.
Что такое вариатор и как он работает?
Вариатор — это вид автоматической коробки передач, который передает крутящий момент от двигателя к колесам и способен плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения может производиться автоматически, по заданной программе или вручную. В автомобилестроении такой тип трансмиссии также обозначают аббревиатурой CVT (Continuously Variable Transmission).
Удивительно, но изобрели вариатор даже гораздо раньше, чем обычные «автоматы», но применяли его все же не на автомобилях. Патент на вариатор был выдан еще в конце XIX века и сначала он использовался для изменения скорости вращения валов на станках.
А первый автомобиль с таким типом трансмиссии появился лишь в 1950-х. Вариатор впервые начал устанавливаться серийно на автомобили марки DAF, которая в те годы производила не только грузовики, но и легковушки. Потом их начали устанавливать на некоторые модели Volvo, а конце 1990-х и начале 2000-х вариатор c фирменном наименованием Tiptronic использовался на младших седанах Audi. Но по-настоящему широкое распространение вариаторы получили лишь сейчас.
Вариаторы бывают нескольких типов: клиноременные со шкивами переменного диаметра, цепные, тороидальные. Первый тип — самый распространенный. Так что рассмотрим, как он устроен и работает.
Автомобиль, оборудованный такой трансмиссией, на первый взгляд ничем не отличается от машин с обычным автоматом — педалей всего две, и рычаг переключения режимов трансмиссии с положениями P, R, N, D, схожий с машинами с традиционной АКП. Но работает вариатор совершенно по-другому, а именно в нем нет фиксированных передач. Изменения передаточного отношения происходит не «переключениями», а плавно и незаметно, благодаря ремню или цепи, который в разных положениях вращается по специальным коническим шкивам.
В зависимости от диаметра шкивов в месте вращения ремня или цепи меняется и передаточное отношение и изменяется скорость вращения и крутящий момент выходного вала, который дальше передает тягу на приводы и колеса. Поэтому при работе вариатора нет толчков при трогании с места, и тем более нет никаких «переключений передач».
Что такое вариатор (CVT) и как им пользоваться
Вариатор (CVT) — вид КПП, подразумевающий бесступенчатое изменение передаточного числа, что обеспечивает плавный разгон и снижение скорости без рывков, как это происходит в классическом «автомате». Такая «коробка» выделяется большей эффективностью, сниженным расходом горючего, отсутствием шума и постоянной тягой. Ниже рассмотрим, как появилась вариаторная КПП, из каких элементов она состоит, и как работает. Отдельно выделим виды, плюсы и минусы, а также советы по использованию такой трансмиссии.
История появления вариатора
Первопроходцем в вопросе изобретения «постоянно меняющейся трансмиссии» считается Леонардо да Винчи. Именно он придумал устройство еще в конце XV века. При этом официальный патент получен только через несколько столетий, что существенно затормозило развитие направления.
В середине XX века CVT (Continuously Variable Transmission) стали использоваться в мотоциклах, в еще спустя полвека они стали востребованы в авиации. Первую машину с вариатором выпустил производитель Daf в 1958-м. Используемые в то время механизмы имели низкий уровень надежности. Так, резиновые ремни быстро выходили из строя, а трансмиссия часто нуждалась в ремонте.
Через некоторое время инженер из Нидерландов Хуб Ван Дорн придумал ремень из стали, который придал системе большей надежности и позволил использовать вариаторную КПП на мощных автомобилях, а в 1980-х стартовал полноценный выпуск машины с такими коробками.
В течение длительного времени вариатор был существенно доработан. В частности, стали использоваться более качественные материалы, изменился диаметр, улучшилась гидравлическая составляющая, оптимизирован вопрос электронной части и т. д.
Устройство вариатора и принцип работы
Вариатор CVT работает за счет бесступенчатого изменения момента вращения в определенных пределах моментов. Это становится возможным, благодаря использованию следующих составляющих:
В роли последнего узла могут использоваться следующие виды сцепления:
Наиболее распространенным является гидротрансформаторный вариант, обеспечивающий плавность движения автомобиля и продлевающий срок службы КПП. Одним из слабых мест является риск перегрева механизма, из-за чего многие автовладельцы жалуются на зажигание соответствующей лампочки на приборной панели. Для снижения трения применяется масло CVT, обеспечивающее безошибочную работу устройства.
Основная контрольная функция ложится на управляющий блок. Именно он берет на себя задачу управления сцеплением, увеличения/уменьшения скорости, контроль редукторного механизма и работу реверса. Для корректной работы на электронный блок поступают данные от многих датчиков, контролирующих тормозную систему, давление в колесах, обороты мотора и т. д.
Принцип действия прост. Водитель выбирает режим движения с помощью ручки КПП, после чего начинает работать вариатор. Устройство само выбирает необходимое передаточное число с учетом скорости движения и нажатия на педаль газа. В этот момент происходит раздвижение или сближение шкивов, соединенных ременной передачей, и, соответственно, изменение передаточного числа.
Когда шкивы раздвигаются, ремень вращается с небольшим диаметром. Если сравнивать с МКПП, это характерно для максимальной скорости. В ситуации, когда устройства сдвигаются, ременная передача работает по максимальному диаметру. В результате машина движется медленно, как на самой низкой скорости для МКПП (первой).
Разновидности вариаторов
При использовании CVT необходимо понимать, что они бывают нескольких видов. Кратко рассмотрим особенности каждого из вариантов:
Разница между вариатором и классической АКПП
Автовладельцы-новички часто не могут выбрать, что лучше —вариатор или автомат(обычная АКПП). В обоих случаях речь идет об автоматическом переключении скоростей, но принцип действия отличается. В отличие от CVT, который обеспечивает плавное изменение передач, в стандартной коробке-автомат процесс происходит ступенчато.
Конструктивно АКПП состоит из управляющего механизма (гидравлика, электроника), гидротрансформатора для сцепления и планетарной «коробки». Устройство работает следующим образом:
Иными словами, в классической АКПП функцию сцепного устройства берет на себя гидравлический трансформатор. В отличие от рассмотренной выше коробки, ремень вариатора обеспечивает плавное изменение момента без малейших дерганий в момент переключения.
Достоинства и недостатки
При рассмотрении особенностей вариаторной КПП необходимо понимать ее слабые и сильные места.
К преимуществам CVT можно отнести:
Несмотря на преимущества, CVT имеет и ряд минусов:
Производители постоянно работают над совершенствованием вариатора и устраняют недостатки. Многие слабые места, связанные с низкой надежностью, остались в прошлом. Но ресурс устройства во многом зависит от самого автовладельца и следования ряду правил.
Рекомендации для водителя по эксплуатации CVT
Для продления срока службы вариатора важно знать особенности его эксплуатации и соблюдать некоторые рекомендации. К наиболее важным моментам стоит отнести:
Итоги
Вариаторные КПП — привлекательный вариант с позиции плавности хода, КПД, ускорения и расхода топлива. Но такой вид трансмиссии требует внимания в процессе обслуживания и правильной эксплуатации. Ошибки в вопросе применения могут привести к выходу из строя механизма, необходимости его ремонта или даже замены.
Принцип работы вариатора
Вариатор: Что это такое
Описание вариатора
Вариатор является бесступенчатой трансмиссией с внешним управлением от электронного модуля. Он позволяет автоматически плавно изменять передаточное число. Узел оптимально подбирает передачу, исходя из внешней нагрузки и оборотов с которыми работает двигатель. Благодаря этому удается максимально эффективно использовать мощность силовой установки.
На автомобилях применяются два основных вида бесступенчатой трансмиссии: клиноременная и тороидальная. Первая получила большее распространение и ее часто комплектуются как легковые автомобили, так и кроссоверы.
Клиноременной вариатор был изобретен задолго до начала его использования на автомобилях. Автором первой бесступенчатой трансмиссии является Леонардо да Винчи. Он сконструировал вариатор в 1490 году.
Оценить преимущества использования бесступенчатой трансмиссии на автомобиле водители смогли лишь в 1950-х годах. Однако CVT таких транспортных средств не были надежными и долговечными. Недостатки вариаторов тех лет заставили автомобильные компании отложить выпуск машин с CVT на полстолетия.
Тороидальный тип вариатора редко встречается на автомобилях. Он также бесступенчато меняет передаточное число. Тороидальный вариатор имеет более сложное строение. Его настройка и точность изготовления требуют больших временных затрат. Именно по этим причинам клиноременные бесступенчатые трансмиссии смогли занять 95-97% машин с CVT.
Конструктивные особенности
Вариаторы, условно, можно разделить на две группы: со стальным ремнем и цепью. В бесступенчатых трансмиссиях присутствует и гидротрансформатор. Он нужен, прежде всего, для старта с места. Примечательно, но Multitronic обходится без него. В этих коробках используется пакет сцеплений и двухмассовый маховик.
Коробка вариатор имеет ряд серьезных ограничений, которые инженеры пока так и не смогли обойти. Например, по конструктивным причинам, ни цепь, ни, тем более, стальной ремень не в состоянии передать высокий крутящий момент. Из-за этого область применения CVT в настоящее время ограничена максимальным крутящим моментом двигателя на уровне 350-400 Нм. Впрочем, этот порог перекрывает показатели многих современных двигателей. Тем не менее, в Audi уже начинают отказываться от использования бесступенчатых коробок «Multitronic».
В тоже время, другие производители упорно работают над усовершенствованием конструкции вариатора. Так Subaru демонстрирует все новые модели, оснащенные бензиновыми двигателями с турбонаддувом, полным приводом и бесступенчатой коробкой CVT (например, Lineartronic для Levorg).
Принцип работы вариатора
В клиноременном вариаторе смена передаточного числа происходит путем изменения диаметра шкивов. Каждый из них выполнен из двух половинок конической формы, которые посажены на один вал. Конусы имеют возможность расходиться и сходиться. В результате диаметр в точки соприкосновения ремня со шкивом постоянно варьируется в зависимости от скорости и нагрузки. Такое бесступенчатое изменение передаточного числа неспособно обеспечить обычная автоматическая или механическая коробка передач.
Когда автомобиль трогается с места необходимо максимальное усилие. Для того, чтобы снизить нагрузку на двигатель, конусы ведущего вала разводятся и в точке соприкосновения с ремнем шкив имеет самый малый диаметр. При этом на ведомой оси конусы сводятся. Это позволяет получить максимальный диаметр шкива в точке соприкосновения с ремнем. При таком состоянии вариатора ведущий вал должен сделать несколько оборотов, чтобы ведомый сделал один круг.
По мере того как происходит разгон, передаточное число изменяется. Конусы ведущего шкива начинают сходиться, увеличивая его диаметр. На ведомом валу происходит обратное действие. Конусы расходятся, а диаметр убавляется.
При достижении автомобилем высокой скорости шкив ведущего вала имеет максимальный диаметр. При этом на ведомом валу конусы полностью разведены, что обеспечивает минимальный размер шкива в точки соприкосновения с ремнем. При этом один оборот ведущего вала соответствует нескольким вращениям ведомого. На изображении ниже показаны принцип действия вариатора, схема расположения конусов и как работает бесступенчатая трансмиссия.
В клиноременном вариаторе смена передаточного числа происходит путем изменения диаметра шкивов. Каждый из них выполнен из двух половинок конической формы, которые посажены на один вал. Конусы имеют возможность расходиться и сходиться. В результате диаметр в точки соприкосновения ремня со шкивом постоянно варьируется в зависимости от скорости и нагрузки. Такое бесступенчатое изменение передаточного числа неспособно обеспечить обычная автоматическая или механическая коробка передач.
Тороидальный вариатор имеет схожий принцип действия, но устроен совершенно по другому. В нем усилие передается не с помощью ремня, а специальными роликами. Они зажаты между валами и расположены на одной оси. Ролики имеют тороидальную форму, откуда и происходит название вариатора.
Для смены передаточного числа в тороидальном вариаторе требуется изменить положение роликов. Для максимальной тяги они должны быть повернуты в сторону ведомого диска. При высоких оборотах ролики направлены к ведущему диску. Устройство и принцип работы тороидальной бесступенчатой трансмиссии показаны на изображении ниже.
То как именно вариатор меняет передаточное число во время разгона зависит от программы управления. Для максимальной динамики двигатель выводится на обороты, соответствующие наибольшему крутящему моменту. При этом плавно меняется передаточное отношение. Темп разгона высокий, так как не тратится время на переключение между ступенями.
Ездить в вышеописанном режиме не очень удобно. Постоянные высокие обороты мотора приводят к большому расходу топлива и снижают ресурс силовой установки. При этом водитель, привыкший эксплуатировать транспортное средство с обычной коробкой передач, испытывает странные ощущения от монотонной работы мотора. Поэтому часто вариатор настраивают так, чтобы разгон полностью напоминал увеличение скорости с обычной АКПП.
Большинство бесступенчатых трансмиссий способны имитировать работу механической или роботизированной коробки передач. При этом все передаточные числа задаются программно. Вариатор просто переключается между установленными положениями.
Видео
Передаточное число поступает от ведущего шкива, связанного непосредственно с мотором, к ведомому шкиву, который получил связь с приводами и колесами. Каждый шкив состоит из пары конических дисков, которые в процессе работы коробки сдвигаются и раздвигаются. За счет увеличения или уменьшения диаметров шкивов происходит изменение числа. На практике работа вариатора выглядит так:
Как работает задний ход
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.
Как правильно использовать вариатор?
При эксплуатации устройства важно правильно его использовать, иначе можно нанести существенный вред, в результате которого придется делать дорогостоящий ремонт. Для того чтобы CVT прослужил долго, стоит соблюдать следующие рекомендации:
При обнаружении неисправностей не стоит пытаться отремонтировать КПП самостоятельно. Требуется обратиться в то СТО, где имеется специалист, хорошо разбирающийся в данном вопросе (перечень дилеров Renault). Несмотря на довольно простое устройство, вариатор требует внимательного к себе отношения и в ремонте довольно сложен из-за того, что не все механики знают, как правильно с ним работать. Именно поэтому не стоит рисковать, доверяя ремонт непроверенному ремонтнику или делая его самостоятельно, не имея для этого достаточного опыта и соответствующих знаний.
Читайте также: Обзор популярного легкового автомобиля Renault Logan
Обслуживание и уход
Именно замена масла станет главным фактором продления межремонтного пробега. Можно смело рекомендовать его замену каждые 30 тысяч километров, так оно постоянно будет находиться в тонусе, хорошо промывать каналы и механизмы, беречь поверхности трения и подшипники. Как только масло утратит какие-то качества или загрязнится, начнётся лавинообразный процесс гибели сбалансированного организма клиноременной передачи. А ремонт пока ещё очень дорог. Ремень, шкивы и элементы гидроблока своим ценником способны надолго отбить желание покупать машины с CVT, и никакие достоинства никого не убедят.
К обслуживанию можно отнести и стиль езды на вариаторной трансмиссии. Она очень не любит крайностей. Да, низкие старты в духе двухпедального лонча, буксировка и перемешивание густой грязи не для этого механизма. Можно не сомневаться, что он так умеет, но, скорее всего, недолго. И если уже зажглась лампочка перегрева — значит, масло надо менять и больше так не поступать.
Основные отличия вариатора и автомата
Чтобы понять, чем отличается вариатор от автомата – нужно рассмотреть все виды автоматических трансмиссий. Обычные АКПП (гидромеханические трансмиссии) основаны на действии гидротрансформаторов, обеспечивающих связь осей с мотором.
Передаточное число изменяется планетарной передачей. Схема относится к мало экономичным, постоянно совершенствуется (блокировкой рабочих колес, энергосберегающими гидромуфтами, фрикционными муфтами). Достоинства гидромеханической трансмиссии – надежность эксплуатации, отработанность конструкции, простота управления автомобилем (удобная для неопытных водителей).
Автоматическая коробка передач
К минусам распространенной АКПП причисляют повышенный расход топлива, невозможность буксировки, капризы при морозной погоде. Для простых конструкций «автоматов» характерны замедленная реакция на акселератор, рывки при переключении передач.
Для вариаторов (бесступенчатых трансмиссий), не имеющих передач, вначале использовались ременные приводы. Теперь популярны клиновидные цепи, клиноременные вариаторы. Новым словом в технологиях может стать торовый вариатор, разработанный на «Ниссане». Двигатель, агрегатированный вариатором, устойчиво работает на оптимальных оборотах, повышая экономичность. Отсутствуют рывки (нет переключения передач), ход машины отличается плавностью.
По узлу управления различают гидромеханические, электромеханические вариаторы. Гидромеханические вариаторы более долговечны. Электронные системы (с электромагнитными приводами) — считаются более современными. Опытные механики отмечают более короткую «жизнь» таких вариаторов. По мнению экспертов, главное, чем отличается вариатор от автоматической коробки передач – меньшая надежность, сложность регулировок, ремонтов.
Лучшими качествами обладают роботизированные коробки DSG. Конструкция Direct-Shift Gearbox, построенная на объединении двух трехступенчатых коробок, автономных сцеплений — самая передовая автоматическая трансмиссия. Мгновенная, плавная работа, не имеющая провалов мощности, обеспечивается попеременной работой коробок.
Как определить какое устройство установлено в автомобиле
Как различить коробки по внешним признакам:
Вариатор отличается от автоматической коробки плавным разгоном и монотонным звучанием. В автомате передачи переключаются с лёгкими толчками.
Разница между вариатором и автоматом с экономической точки зрения
Чей ремонт дешевле: коробки автомат или вариатора? АКПП ставится в автомобили десятки лет. Хорошо изучен. Легко найти мастера или сервис по ремонту конкретной модели. Вместо дорогих фирменных запчастей можно подобрать качественный аналог.
Вариатор отличается от автомата меньшим весом, что отражается на расходе топлива и масла. По эксплуатационным расходам вариатор дешевле. Стоимость масла CVT может быть выше оригинального ATF, но по объему его нужно не более 7 л, в то время, как ATF требуется в среднем от 8 л.
Какое устройство лучше с точки зрения надёжности
Надёжность АКПП или вариатора зависит от модели, эксплуатации и качества обслуживания. При равных условиях ресурс обеих коробок достигает 300 000 км. Агрессивная езда, тяжёлые нагрузки, перегрев — одинаково негативно влияют на работу трансмиссий.
Какая коробка передач лучше для спортивной езды, так это автомат, поскольку вариатор плохо переносит большой крутящий момент. Для CVT подходит равномерное движение со скоростью не выше 150 км/ч.
Новые виды вариаторов
Ежегодно производители автомобилей выпускают модели с бесступенчатой коробкой переключения скоростей. Причем характеристики его работы постоянно улучшаются, оборудование совершенствуется. Совсем недавно компании JATCO и Nissan выпустили общее изобретение — улучшенный вариатор с облегченной и уменьшенной конструкцией. CVT совместил в себе новую коробку и клиноременную систему. У этого аппарата очень хорошие показатели работы:
Учредители автокомпании «Порше» заявили, что в настоящее время проводят разработку по апгрейду CVT и улучшению принципа его работы. Они стараются поднять показатели комфорта во время езды, набора скорости и остановки. Хотят снизить объем потребляемого топлива, но в то же время увеличить коэффициент полезного действия. В планах у создателей — сделать такой тип CVT, принцип работы которого будет похож на восьмиступенчатую трансмиссию.
Усиленная работа над улучшением бесступенчатой коробки переключения скоростей подтверждает еще раз, что будущее за ней. Не исключено, что очень скоро вариатор станет альтернативой всем обычным КПП (автомат, механика и РОБОТ). Особый акцент производители автомобилей делают на его комбинированные модели, при которых работа двигателя будет самой идеальной, энергия будет сохраняться в специальном накопителе и тратиться только на передвижение транспортного средства.
Видео: Эксперт — плюсы и минусы вариатора
Покупать автомобиль с вариатором или не покупать?
Для начала запишитесь на тест-драйв и прокатитесь на каком-нибудь автомобиле с вариатором. Если вам понравится то, как этот автомобиль набирает скорость, как он управляется, то задуматься о машине с вариатором стоит.
Зная, что у вариаторов до сих пор есть проблемы с долговечностью, то приходит в голову мысль о том, что если машина новая или прошла совсем немного, то брать ее стоит. Если же пробег у автомобиля более 50000 км, то уже стоит задуматься.
Стоит так же учесть и условия эксплуатации автомобиля. Если вы ездите по хорошим дорогам, не перегружаете автомобиль, не используете его в качестве такси, то взять вариатор и насладиться его преимуществами можно.
Если же вашему автомобилю суждено испытывать различного рода перегрузки, то лучше присмотреться к автоматической или механической коробке передач.