Этот страшный вариатор – мифы и правда о бесступенчатых коробках

149119 17 48
Поделиться: 0 16 0 5 0 27

«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:



Теги: Практика
Понравилась статья? 0 16 0 5 0 27

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.
Руслан Гаджиев

На Тойота Rav4 очень надёжный вариатор был 2 литра поный привод 2010 года, продал при пробеге больше 150 тыс ездил по бездорожью и плохим дорогам, до сих пор ездит главное часто менять жижу оаз в 50 тыс и будет вам счастье)

Руслан Гаджиев

На Toyota Rav4 очень надёжный вариатор был 2010г, бездорожье и ужасные дороги без проблем продал на 152 тыс до сих пор ездит, главное менять жижу вовремя

Алексей Рукин

Были ли когда-либо эксперименты по электрической передаче от ДВС к колесам? То есть на ДВС ставить мощный электрогенератор, а колеса приводить в действие электродвигателями, как в троллейбусах.

Про мотор-колёса почитайте )) давно всё придумано до Вас.

Неее, давай по другому. Поставим электро мотор за место коробки или за место сцепления. Ротор будит закреплен к двигателю, а статор к приводам. Для трансформации вращения будем подавать разное значение возбуждающего напряжения. В гидротрансформаторе вращение трансформировалось через масло, а тут будит через магнитное поле. Точно! получится элетромагнитное сцепление! Блин посмотрел в гугле оказывается оно уже создано и используется в автомобилях.

Борис Игнашин

Карьерные самосвалы так ездят.

Тепловозы

Раньше бывали грузовики и автобусы, но механическая передача усовершенствовалась, а аэлектрическая осталась уж слишком тяжелой. Есть проекты передачи с общим статором генератора и мотора, возможно, такая система будет легче, чем отдельные блоки, но не позволит гибко компоновать машину

Ytsuken Ytsuken

Вариатор от проф. Иванова это же гениально!!! Просто и дешево, наверняка недорого, почему его до сих пор не устанавливают, не добились надежности?!

Валентин

машины с вариатором надо брать заведомо тем кто планирует мало ездить. У меня был ниссан с вариатором. Я накручивал на нем в среднем 35т.км в год. И при таких накрутках ох какой он капризный. Перегрева, буксовки не терпит вообще начинает вонять. Масло сразу практически под замену. Датчики по валам постоянно глючили, менял 3 раза. При этом пробег машины был в районе 120-200т. Ремонт того вариатора (это 5лет назад) столи в районе 150т.р. Купить контрактный 25-40т.р. Вот и все. Для себя решил что больше вариатор не хочу. Лучше обычный тупой автомат чем он.

Андрей Чепелев

Да, пока стоит подождать еще лет 5-10, когда конструкцию окончательно доведут до ума.

Андрей Чепелев

Спасибо, сейчас спрошу у автора, что он скажет про коробку Приуса!

Михаил Снисаренко

"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....."

А как же платетарная КПП от Тойоты Приус - ведь в ней ещё с 1998 года применяется по сути "ЗУБЧАТЫЙ ВАРИАТОР" - абсолютно неубиваемая вещь.

Андрей Чепелев

Спросил у автора. у Приуса не вариатор 🙂 А просто планетарный редуктор, бесступенчатый принцип смены передаточных чисел там не реализован.

Алексей

Про Honda забыли как то. У них как раз был толкающий наборный ремень. И ресурс вариатора был далеко за 200. По опыту владения такой машиной 9 лет.

Андрей Чепелев

Автор говорит, что на Хондах конструктивно такой же CVT, как и на Ниссане.

Юля Ларионова

Насколько я понимаю, Боря рассматривал типы вариаторов, не ставя задачи упомянуть всех производителей.

Но спасибо! Я спрошу у него, если у Хонды в CVT есть свои особенности, мы допишем.

Вячеслав Сазонов

была у меня ауди а 4 с вариатором,2 раза ломалась,и третий уже начала глючить но я ее к тому времени продал.Теперь онли ручка

Юля Ларионова

А пробег-то большой был? И чего ломалось?

Главная новость
Новости / Новинки
Volkswagen рассекретил седан Polo нового поколения

В Бразилии состоялась официальная премьера новой «четырехдверки» VW Virtus. Ожидается, что в России эта модель перевоплотится в Polo Sedan следующей…

12334 4 4
Новые статьи Смотреть все
Статьи / Финвопрос
Раньше было так же: продажи новых машин и цены в октябре 2017 года

Октябрьская статистика продаж на первичном автомобильном рынке порадовала нас в восьмой раз подряд: рост продолжился, а его цифровые показатели остались значительными. Настолько, что оптимистичные прогнозы экспертов на…

932 0 1
Статьи / Премьеры
Дело в бобине: как устроена и как работает катушка зажигания

Катушка зажигания – «потомственный немец». В 1851 году механик из Германии Генрих Румкорф (проживавший, правда, в Париже) изобрел катушку с прерывателем, вырабатывающую импульсы высокого напряжения, а в 1925 году…

6206 0 0
Статьи / Интервью
Оксана Карахова, ДАЙМЛЕР КАМАЗ РУС: мы производим технику такого же качества, как в Германии

Сколько машин удалось продать совместному российско-немецкому предприятию за семь лет его существования, насколько успешно развивается производство грузовиков Mercedes-Benz и Fuso, и как производитель оценивает свои…

2032 0 1
Выбор подержанных авто Смотреть все
Выбор авто / Подержанные авто
Mazda 3 BL с пробегом: очень надёжный автомат и нежная система охлаждения

Вечный «японец»… Как много в этом словосочетании для сердца русского слилось! Как сильно в нём отозвалось! Вечного, конечно, ничего не бывает, даже «японца», но вот действительно хорошие машины на свете существуют.…

2842 1 2
Выбор авто / Подержанные авто
Mazda 3 BL с пробегом: кузов не ржавеет, но салон гремит

Хотите беспроблемную подержанную машину? Допустим, японскую. Что выбрать? Toyota? Скучно, да и по части техники не все модели идеальны. Honda? Дорого, и есть пара вопросов к качеству и к комплектациям. Subaru? Тут…

2824 2 1
Выбор авто / Подержанные авто
Suzuki Grand Vitara с пробегом: вечный автомат и мотор-самоубийца

Есть желание купить Ниву, но хочется настоящего японского качества? Вот, пожалуйста: Grand Vitara. Ржавеют они небыстро, постоянно ремонтировать ходовую им не надо… Предел мечтаний, а не машина. Хотя позвольте: мы же…

45883 15 4
Популярные тест-драйвы
Тест-драйвы / Одиночные
Плюс десять: первый тест-драйв Lifan X70

Это звучит парадоксально, но в России практически нет людей, равнодушных к китайскому автопрому. При этом стопроцентных его фанатов тоже можно по пальцам пересчитать… Кто-то относится к автомобилям из Поднебесной…

33527 2 1
Тест-драйвы / Подержанные авто
Добрая панда из одноэтажной Америки: опыт владения Toyota Sequoia II

В России вершиной пищевой цепочки Toyota является Land Cruiser 200. Брутальный флагман, мечта миллионов – живое олицетворение концепции большого черного джипа. Но в США водится особь покрупнее - что это за зверь?…

18395 4 4
Тест-драйвы / Одиночные
Вы нас не ждали: тест-драйв Hyundai Sonata 2,0 AT

О седане D-класса Hyundai Sonata в России стали как-то и забывать. Не особо удачное поколение с индексом NF, затем шестая генерация машины в 2011 году, не продержавшаяся на российском рынке положенные 4-5 лет, и быстрая…

17856 1 60
Обзоры и тесты гаджетов
Гаджеты / Видеорегистраторы
Cтарый новый приятель: обзор видеорегистратора Mio MiVue C335

Компания Mio для многих - старый приятель! С ней в начале 2000-х мы осваивали первые умные карманные гаджеты - когда еще не существовало смартфонов, модного слова «android», а мобильным устройством от Apple был лишь…

10171 1 6
Статьи / Технологии
Личный экономист, охранник, инструктор и диагност: тестируем универсальный автогаджет

Автомобильные сигнализации в их классическом понимании уступили место продвинутым многофункциональным системам, объединяющим в себе мощный охранный потенциал и «страховую телематику», дающие скидки на КАСКО до 50%,…

9680 10 10
Статьи / Практика
За руль – со смартфоном: обзор охранной системы Scher-Khan Mobicar 2

Когда наступает необходимость оснастить тот или иной редакционный автомобиль охранной системой, мы стараемся воспользоваться случаем и выбрать «сигналку» поинтереснее и понавороченнее, изучив на ее примере свежие…

5073 10 4
Военная техника
Статьи / Военная техника
Непризнанные шедевры: уникальные военные автомобили из Белоруссии

Подавляющую долю мощного потока военных автомобилей, над которыми по заданиям Министерства обороны СССР трудились сотни секретных КБ и заводов, представляли собой экспериментальные поисковые конструкции, созданные в…

27172 2 0
Статьи / Военная техника
Незаметные труженики войны: автомобили-карлики в Советской армии

В самые трудные годы изоляции и «железного занавеса» советские конструкторы не имели равных по числу смелых творческих идей и уникальных опытных разработок, которые негласно находились в авангарде мирового прогресса.…

14960 1 0
Статьи / Военная техника
Плывут все! От мала до велика: уникальные советские военные амфибии

Малоизвестно, что, несмотря на «железный занавес», в Советском Союзе существовало обширное семейство военных плавающих автомобилей, не имевших прямых зарубежных аналогов. И пусть все они создавались под грифом…

7373 2 10
История автомобилестроения
Статьи / История
По стопам Ванкеля: взлёт и падение роторных моторов ВАЗ

На массовых советских легковушках не было особых технических инноваций - ни дизеля, ни автоматической трансмиссии, ни гидропневматической подвески, ни турбонаддува. В огромной стране были востребованы любые автомобили -…

121507 4 3
Статьи / История
Советская мощь: все автомобили с V8 из СССР

Фраза «американский автомобиль с V8» звучит так же логично, как «борщ с пампушками». Фраза «советский автомобиль с V8» до сих пор звучит так же непривычно, как «мороженое с беконом». Меж тем, и мороженое с беконом, и…

35897 1 24
Статьи / История
Они хотя бы попытались: кроссоверы-купе от 50-х и до 2000-х

Десять лет назад, в далеком 2007 году, компания BMW представила миру свое «революционное» творение – кроссовер-купе BMW X6. Как и многие другие очень странные решения, оно получило эпитеты «эксклюзивный» и…

22484 7 6
Внимание

Изображение
Выбрать файл
Добавить цитату
Внимание

Вы уверены, что хотите удалить этот комментарий?

Внимание

Вы уверены, что хотите удалить все комментарии пользователя?

Внимание

Вы уверены, что хотите отклонить комментарий пользователя?

Внимание

Вы уверены, что хотите переместить комментарий пользователя в спам?

Внимание

Вы уверены, что хотите переместить комментарий пользователя в корзину?