Варіатор від А до Я
Зміст
Трансмісія варіаторного типу із салону авто, що не рухається, практично не відрізняється від звичного автомата. Тут видно важіль селектора та знайомі літери PNDR, відсутня педаль зчеплення. Як влаштована безступінчаста трансмісія CVT в сучасних автомобілях? У чому відмінність тороїдального та клинопасового варіатора? Про це йтиметься у статті.
Варіатор – безступінчаста трансмісія
Серед різновидів трансмісій виділяється безступінчастий варіатор, який відповідає за передачу моменту, що крутить. Спершу невелика історична довідка.
Історія варіатора
Коли йдеться про передісторію варіаторного устрою, згадується особистість Леонардо да Вінчі (1452-1519). У роботах італійського художника і вченого можна знайти перші описи безступінчастої трансмісії, що серйозно змінилася до XXI століття. Мельникам Середньовіччя також був відомий покладений основою пристрою принцип. Використовуючи ремінну передачу та конуси, мукомоли вручну впливали на жорна та змінювали швидкість їх обертання.
До появи першого патенту на винахід пройшло майже 400 років. Йдеться про запатентований 1886 року в Європі тороїдальний варіатор. Успішне використання варіаторних трансмісій на гоночних мотоциклах призвело до того, що на початку XX століття в рамках змагань запроваджувалась заборона на участь оснащеної варіаторами техніки. Для збереження здорової конкуренції подібні заборони давалися взнаки протягом усього минулого століття.
Перше застосування автомобільного варіатора датовано 1928 роком. Тоді зусиллями розробників британської компанії Clyno Engineering було отримано автомобіль із трансмісією варіаторного типу. Зважаючи на нерозвиненість технології, машина не відрізнялася надійністю і високою ефективністю.
Новий виток історії відбувся у Голландії. Власник концерну DAF Ван Дорн розробив та впровадив конструкцію Variomatic. Продукція заводу – перший варіант масового застосування.
Сьогодні всесвітньо відомі компанії з Японії, США, Німеччини активно практикують встановлення безступінчатих трансмісій на автомобілі. Щоб відповідати умовам часу, пристрій постійно вдосконалюється.
Що таке CVT
Абревіатура CVT – це Continuous Variable Transmission. У перекладі з англійської це означає «передача, що безперервно змінюється». Насправді безперервність проявляється тим, що зміна передавального числа не відчувається водієм (відсутня характерні поштовхи). Передача моменту, що крутить, від мотора до провідних колес реалізується без використання обмеженої кількості ступенів, тому трансмісію називають безступінчастою. Якщо у маркуванні комплектації авто зустрічається позначення CVT, то йдеться про те, що використовується варіатор.
Види варіаторів
Елементом конструкції, що відповідає за передачу моменту, що крутить, від провідного валу до веденого, можуть бути клиноподібний ремінь, ланцюг або ролик. Якщо в якості основи для класифікації вибрати вказану конструктивну особливість, вийдуть такі варіанти CVT:
- клинопасовий;
- клиноцепний;
- тороїдальний.
Зазначені види трансмісій застосовуються переважно в автомобільній індустрії, хоча варіантів пристроїв, які відповідають за плавну зміну передавального відношення, набагато більше.
Навіщо потрібна безступінчаста передача
Завдяки безступінчастій передачі ДВС у будь-який момент своєї роботи передаватиме момент, що крутить, без затримок. Такі затримки відбуваються за зміни передатного відношення. Наприклад, коли водій переводить важіль МКПП в інше положення або автоматична коробка виконує свою роботу. За рахунок безперервної передачі авто плавно набирає швидкість, зростає ККД двигуна, досягається певна економія палива.
Пристрій та принцип роботи варіатора
Питання про те, яким є пристрій варіатора і який принцип його роботи, будуть розібрані докладніше. Але спочатку необхідно позначити, які є основні елементи конструкції.
Основні компоненти
До складу варіаторної трансмісії входять ведучий та ведений шківи, що з'єднує їх ремінь (ланцюг або ролик), система управління. Шківи розташовані на валах і виглядають як дві половинки конічної форми, звернені один до одного вершинами конусів. Особливість конусів у тому, що можуть сходитися і розходитися у заданому діапазоні. Точніше рухається один конус, а інший залишається нерухомим. Рух шківів на валах контролюється системою керування, яка отримує дані від бортового комп'ютера автомобіля.
Також основними компонентами CVT є:
- гідротрансформатор (відповідає за передачу моменту, що крутить, від двигуна на первинний вал трансмісії);
- гідроблок (подає масло до шківів, що обертаються);
- фільтри для захисту від вироблення металу та відкладень;
- радіатори (відводять тепло від коробки);
- планетарний механізм, що забезпечує реверсне рух авто.
Клиноременний варіатор
Клиноременний варіатор представлений двома шківами, що зрушуються і розсуваються, з'єднаними металевим ременем. За рахунок зменшення діаметра ведучого шківа відбувається одночасне збільшення діаметра веденого, що свідчить про знижувальну передачу. Збільшення діаметра ведучого шківа дає передачу, що підвищує.
Зміна тиску робочої рідини впливає переміщення конуса провідного шківа. Ведений шків змінює діаметр завдяки натягнутому ременю та поворотній пружині. Навіть незначна зміна тиску трансмісії позначається на передатному відношенні.
Пристрій ременя
Ремінь CVT у формі стрічки складається із металевих тросів або смуг. Їхня кількість може доходити до 12 штук. Смуги знаходяться один над одним і скріплюються між собою за допомогою сталевих скоб. Складна форма скоб дозволяє як скріпити смуги, а й забезпечити необхідний роботи трансмісії контакт зі шківами.
Захист від швидкого зношування забезпечується покриттям. Воно ж не дає ременя прослизати по шківах під час роботи. У сучасних автомобілях нерентабельно застосовувати шкіряні або силіконові ремені внаслідок малого ресурсу деталі.
Кліноцепний варіатор
Кліноцепний варіатор схожий на клинопасовий, тільки роль передавача між ведучим і веденим валами грає ланцюг. За передачу моменту, що крутить, відповідає торець ланцюга, який стосується конічної поверхні шківів.
Завдяки більшій гнучкості клиноцепной варіант CVT має високий ККД.
Принцип його роботи такий самий, як у трансмісії з ремінною передачею.
Влаштування ланцюга
Ланцюг складається з металевих пластин, кожна з яких має сполучні вушка. За рахунок рухомого з'єднання між собою пластини конструкції ланцюга забезпечують гнучкість і зберігають крутний момент на заданому рівні. За рахунок розташованих у шаховому порядку ланок ланцюг має високу міцність.
Зусилля на розрив у кола вище, ніж у ременя. Пластини з вушками виготовляють із сплавів, що протистоять швидкому зносу. Замикаються вони за допомогою вкладишів, форма яких є напівциліндричною. Конструктивна особливість ланцюгів вони можуть розтягуватися. Цей факт позначається на роботі безступінчастої трансмісії, тому потребує пильної уваги під час планового ТО.
Тороїдальний варіатор
Тороїдальний тип коробки CVT зустрічається рідше. Примітна особливість пристрою полягає в тому, що замість ременя або ланцюга тут використовуються ролики, що обертаються (навколо своєї осі, маятниковими рухами від ведучого шківа до веденого).
Принцип роботи полягає в одночасному пересуванні роликів поверхнею половинок шківів. Поверхня половинок мають форму тороїда, звідки і назва трансмісії. Якщо контакт з провідним диском реалізується лінії найбільшого радіуса, то точка контакту з веденим диском лежатиме лінії найменшого радіуса. Таке положення відповідає режиму підвищує передачі моменту, що крутить. При переміщенні роликів до веденого валу відбувається зниження передачі.
Варіатор у автомобілебудуванні
Автомобільні бренди розробляють свої варіанти безступінчастої трансмісії. Кожен концерн називає розробку на свій лад:
- Durashift CVT, Ecotronic – американський варіант від компанії Ford;
- Multitronic та Autotronic – німецькі варіатори від «Ауді» та «Мерседес-Бенц»;
- Multidrive (Тойота), Lineartronic (Субару), X-Tronic і Hyper (Ніссан), Multimatic (Хонда) - такі назви можна зустріти у японських виробників.
Плюси та мінуси варіаторної коробки
Аналогічно механіці або автомату безступінчаста коробка передач має позитивні сторони і недоліки. Як плюси відзначаються:
- комфортне пересування на авто (положення «D» на селекторі виставляється перед початком руху, двигун розганяє та уповільнює автомобіль без характерних для механіки та автомата поштовхів);
- рівномірне навантаження на мотор, яке поєднується з точною роботою трансмісії та сприяє економії пального;
- знижену кількість викидів шкідливих речовин у атмосферу;
- динамічний розгін машини;
- відсутнє пробуксування коліс, що підвищує безпеку (особливо якщо йдеться про їзду в ожеледицю).
З мінусів безступінчастої трансмісії звертають на себе увагу:
- конструктивне обмеження на поєднання варіатора з потужними ДВЗ (поки можна говорити лише про кілька екземплярів автомобілів з таким тандемом);
- обмежений ресурс навіть за регулярного ТО;
- дорогий ремонт (купівля);
- високі ризики при купівлі б/у авто з CVT (із серії «кіт у мішку», оскільки достеменно невідомо, як колишній власник експлуатував автомобіль, що продається);
- невелика кількість сервісних центрів, в яких майстри взялися б за лагодження пристрою (все про варіатори знають одиниці);
- обмеження на буксирування та використання причепа;
- залежність від контролюючих датчиків (бортовий комп'ютер у разі несправності даватиме некоректні дані для роботи);
- дороге трансмісійне масло та вимога постійного контролю його рівня.
Ресурс варіатора
Нюанси експлуатації (дорожні умови, стиль водіння) та частота проведення ТО варіаторної трансмісії впливають на ресурс пристрою.
За недотримання приписів виробника, порушення регламенту регулярного обслуговування розраховувати на тривалий термін служби марно.
Ресурс складає 150 тисяч кілометрів, більше трансмісія, як правило, не виходжує. Є поодинокі випадки, коли CVT у рамках гарантійного ремонту змінювалася на автомобілях, що не пройшли 30 тисяч кілометрів. Але це виняток із правила. Головний вузол, що впливає термін служби, – ремінь (ланцюг). Деталь потребує водійської уваги, оскільки при сильному зносі варіаторна коробка може повністю зламатися.
Висновки
Коли мова заходить про автомобілі, на яких діє безступінчаста передача моменту, що крутить, виникає привід для негативних оцінок. Причина – вузол потребує регулярного обслуговування, а ресурс його невеликий. Питання про те, чи купувати авто із CVT, кожен вирішує самостійно. У трансмісії є переваги та вади. На закінчення можна дати попереджувальний коментар - при купівлі вживаного авто, на якому стоїть варіаторна коробка, потрібно бути дуже уважним. Власник уживаної машини може приховати особливості експлуатації, а варіатор у цьому плані – чутливий варіант механічної передачі.
