Вариаторы: доверять — не доверять?
Визуально различить по селектору КП тип трансмиссии не всегда возможно. Одна из подсказок — наличие на CVT режимов S и/или L вместо цифровых обозначений первых двух-трех передач в обычной АКПП. Однако если коробка имеет отдельный «ручной» режим, внешние различия сводятся к нулю
Еще лет 15 назад казалось — вот он, идеальный трансмиссионный агрегат. При одинаковых с механическими и автоматическими коробками габаритах вариаторы обладают неоспоримыми преимуществами. Плюсы скрыты в самом названии — CVT: Continuously Variable Transmission. То есть — непрерывно варьируемое передаточное отношение, которое обеспечивает максимальную эффективность работы двигателя в любой момент времени. В плюсе лучшая динамика и топливная экономичность, чем у МКП, при том же комфорте передвижения, что и у АКП. Заманчивое сочетание, которое, по логике вещей, должно было поставить под вопрос само существование «механики» и «автомата». По крайней мере, на основной массе автомобилей. Но сейчас мы видим, что автомобильный мир по отношению к CVT раскололся. Есть фирмы, которые к вариаторам «прикипели», однако большинство производителей бесступенчатые коробки игнорируют. Что готовят подобные трансмиссии при эксплуатации? Какова их надежность, ресурс и перспективы развития?
Принцип работы клиноременного вариатора (говорить мы будем в основном о нем) прост. Недаром считается, что первые его прототипы были изобретены еще в XV веке самим Леонардо да Винчи. Ключевой узел — два шкива, состоящих из пары конусов, обращенных узкими сторонами друг к другу. Один из шкивов посажен на вал, связанный с двигателем, то есть ведущий. Второй — на ведомый вал, соединенный с колесами. Между шкивами натянут ремень, передающий крутящий момент от ДВС. Изменение передаточного отношения получается путем сдвижения или раздвижения конусов. При этом ремень либо «проваливается» ближе к оси шкивов, либо отдаляется от нее. К примеру, если ремень вращается на ведущем шкиве по малому радиусу, а на ведомом по большому, то подобное сочетание соответствует низшей передаче. Обратная ситуация — это уже высшая передача. А между ними — уйма вариантов передаточных чисел. Причем силовой диапазон, то есть отношение высшей и низшей передач, у вариаторов ограничен только диаметром шкивов. Теоретически можно получит значение в 12, в то время как у современных 9-ступенчатых АКП силовой диапазон не дотягивает и до десяти.
С точки зрения голой механики, изменение передаточных отношений в вариаторе, пожалуй, даже проще, чем в МКП, и тем более в «автомате». Но до 80-х годов прошлого века не было «прочностной» технологий обработки металлов, необходимой в пятне контакта. И масла, которое бы под давлением могло не уменьшать, а увеличивать коэффициент трения
Набранный из металлических сегментов ремень имеет в своей основе стальные ленты. Для первых, толкающих шкивы своими боковыми поверхностями, критична свежесть масла и тем более его отсутствие. Вторые повреждаются при ударных нагрузках и «устают» от работы по малому радиусу. Продолжительная езда в пробках и на максимальных скоростях снижает ресурс ремня
Переварить момент
Сравнительная простота конструкции вкупе с таким преимуществом заинтересовала инженеров еще в конце XIX века — патент на вариатор был выдан в 1886 году. На рубеже столетий бесступенчатую передачу момента использовали в промышленности, на ткацких производствах. Правда, не обязательно, что это были именно клиноременные механизмы. Конструкций вариатора наберется с десяток. Ну а известный нам агрегат обрел популярность ближе к 50-м годам прошлого века — на мопедах и мотороллерах. Первое же использование клиноременной CVT на автомобилях относится к 1958 году. Тогда подобную трансмиссию получил седанчик DAF 600 с мотором в 590 «кубиков» и 22 л.с. Но ремень использовался еще резиновый. К стальному, набранному из пластин, пришли только во второй половине 80-х годов. Благодаря этому внимание на вариатор обратили Ford и Fiat. Чуть позже то же сделали японские компании. Точнее, те из них, которые выпускали кей-кары.
Два десятилетия назад произошел некий технологический прорыв. У Honda CVT соседствовала уже с полуторалитровым мотором и передавала момент в 133 Нм. Бесступенчатая трансмиссия на Nissan Primera была способна «обработать» еще больше — почти 200 Нм. А десять лет назад вариатор примерил 3,5-литровый ниссановский же VQ35DE, развивавший 333 Нм. Сейчас для агрегата с клиновым ремнем это рекорд. Впрочем, в конце 90-х годов к этой гонке вооружений подключилась Audi. Имея аналогичную конструкцию, немецкая CVT, названная Multitronic, несет в себе одно принципиальное отличие. Вместо наборного металлического ремня в ней используется стальная многорядная цепь. Контакт со шкивами у нее происходит не всей боковой поверхностью, как у ремня, а только осями звеньев. Тем не менее, передаваемый момент достигает 330 Нм. Что любопытно, у Subaru цепной вариатор Lineartronic, работающий в паре с турбомоторами, способен на большие подвиги — 400 Нм.
DAF 600 стал первым автомобилем, примерившим клиноременный вариатор. Его использование — заслуга владельца фирмы Хуба Ван Доорна. Чуть позже, ради продолжения работ над CVT, он продал DAF Volvo и создал компанию VDT. Стальной ремень родился именно в ней
Дырка от бублика
Пока одни инженеры были всецело поглощены усовершенствованием клиноременного вариатора, другие думали над тем, как к автомобилю приспособить вариатор иной конструкции — торовый или тороидальный. В его основе два диска, профиль рабочих поверхностей которых напоминает геометрическую фигуру тор, проще говоря, бублик. Один расположен на ведущем валу, второй на ведомом. Между ними — ролики, вращающие в горизонтальной плоскости и поворачиваемые в вертикальной. Именно они передают момент от одного диска к другому. Если ведущий диск обкатывается роликами по минимальному радиусу, а ведомый по максимальному, получается пониженная передача. В противоположном случае — повышенная.
Запатентовано торовое устройство было даже раньше ременного, в 1877 году. В XX веке его не раз пытались скрестить с автомобилем. Но дальше опытных образцов дело не шло (разве что до Второй мировой войны подобный агрегат устанавливался на британские малолитражки Austin 7). Пока за работу не взялась трансмиссионная фирма Jatco и компания NSK, выпускающая подшипники. Более двух десятилетий экспериментов дали качественный результат. В 1999 году вариатор Extroid появился на Nissan Cedric/Gloria и через пару лет на Skyline. Самые заряженные из моторов развивали до 400 Нм. Одновременно Mazda представила концепт кроссовера Nextourer с трехлитровым V6 и тороидальным вариатором Jatco. В то же время британская фирма Torotrak испытывала торовую CVT, установленную на Ford Expedition с 5,4-литровой «восьмеркой», момент которой достигал почти 450 Нм.
Известно, что эксперименты англичане продолжают, поговаривают даже о кооперации с Aisin. А вот Mazda свой концепт до конвейера не довела. О торовых вариаторах от нее больше не слышно. С Nissan такая же ситуация. После окончания выпуска указанных седанов в середине 2000-х по поводу дальнейших разработок — тишина. На моделях с продольным расположением двигателя используется 7-ступенчатый «автомат». Перспективнее? Скорее всего, дешевле. Ведь по материалам основной узел торового вариатора очень сложен. Давление в пятне контакта дисков с роликами может доходить до 10 тонн. Поэтому для изготовления тех и других используют особую подшипниковую сталь с большим процентом углерода, чтобы сделать рабочие поверхности тверже. Плюс дорогое масло, под такой нагрузкой превращающееся в тончайшую пленку, способную передавать момент. Но в других условиях выполняющее обычные функции — смазывающее или обеспечивающее работу фрикционов. Готовы ли за это платить потребители? А производители, которым нужно уложиться в определенную себестоимость? Характерно, что по Extroid в России нет даже внятного эксплуатационного опыта — настолько он редок.
Основной узел торового вариатора тоже прост. Сложно было получить нормальный зацеп в пятне контакта и добиться целостности металла. Для этого материал насыщали углеродом, однако конструкция на автомобилях все-таки не прижилась
Mazda Nextourer должна была стать еще одним автомобилем, оснащенным торовым вариатором. Концепт в серию не пошел, а работы над такой трансмиссией в Mazda, судя по всему, прекратили
Ниссановский Extroid переваривал без малого 400 Нм. В том числе благодаря тому, что вариаторных узла было два. Однако на конвейере агрегат просуществовал менее пяти лет
Современнее и сложнее
Давление в месте контакта ремня или осей цепи и шкивов меньше, чем в торовом вариаторе. И все-таки именно этот узел — основное слабое звено CVT. Впрочем, стоит отметить, что за годы развития над ним работали. Поэтому всего лишь как страшный сон вспоминаются порванные беспричинно и при небольших пробегах ремни на Nissan Cube первого поколения. Закончившимся кошмаром кажутся вставшие на прикол из-за пробуксовок в узле пяти-, шестилетние Honda Civic середины 90-х. А современный сервис вполне способен бороться со сложными ремонтными случаями. Вариатор, если так можно выразиться, стал человечнее, превратился из некой «страшилки» в обычный агрегат, подобный «автомату» или «механике». Причина, конечно, и в том, что последнее десятилетие потребитель имел дело, в основном, с дилерскими машинами. А это гарантия и запас ресурса по пробегу.
И вместе с тем нынешние CVT стали сложнее. Подобно современным автоматическим трансмиссиям, у вариаторов, например, датчики давления работают по другому принципу. В клапанных механизмах теперь располагаются дополнительные блоки управления. Гидротрансформаторы блокируются едва ли не с первой передачи. Пакеты «мокрых» фрикционов, иногда их заменяющие (скажем, на Multitronic в Audi), работают с постоянными пробуксовками. Именно такой алгоритм позволяет экономить топливо и по динамическим характеристикам делать вариаторы лучше механических коробок. На другой чаше весов жесткие температурные режимы работы и активно загрязняющаяся жидкость. Результаты подобного воздействия — изношенная отходами фрикционов «клапанка», соленоиды, втулки. При забитом фильтре и масляном голодании худший вариант — вышедшие из строя подшипники, «планетарка», масляный насос. Но иногда к тому времени автомобиль уже перестанет ехать либо ремень будет дико буксовать. Старение жидкости для вариатора, пожалуй, еще более критично, чем для «автомата». Все же ATF в АКП передает момент по фрикционным дискам, и так имеющим хороший коэффициент сцепления. А всякие вариаторные HMMF и NS-1 должны «спаивать» металл с металлом, что определяет несколько иные требования. Это общий диагноз, касающийся всех CVT. Но есть и фирменные сюрпризы.
Как и «автомат», вариатор не обходится без клапанного механизма. Последний, в свою очередь, также страдает от грязной жидкости, которая уничтожает соленоиды и «прогрызает» алюминиевую плиту
Nissan
Несмотря на то что Nissan отказался от Extroid и испытывал на рубеже веков определенные проблемы с клиноременными вариаторами, эта фирма стала первой в мире, серьезно поставившей на бесступенчатые трансмиссии. Сейчас половина моделей из тех, что официально предлагаются на российском рынке, агрегатируются CVT или, как она называется у марки, Xtronic. Фактически это три вариатора, созданные давним партнером компании фирмой Jatco. Первый (RE0F09A/B или JF010E) появился еще в 2002 году на Murano и далее устанавливался на модели с 3,5-литровыми V6. После модернизации его продолжают использовать на кроссовере последнего поколения. Своеобразная коробка. С одной стороны, ее ремень вполне может отходить до 150 тыс. км, что ранее было недоступно. С другой, она обладает рядом врожденных недостатков. Так, ремень, а точнее, его ленты, очень чувствительны к постоянному изгибу по малому радиусу — такой получается при продолжительной езде на низких скоростях, например, в пробках. От загрязнения жидкости и перегрева часто заклинивает клапан контроля давления, отчего последнее падает и повышенному износу подвергается ремень со шкивами (клапан меняется вместе с крышкой насоса — 12 000-17 000 руб.). До 100 тыс. км, если не обновлять масло, придется менять гидроблок (14 000 руб.). Горит пакет фрикционов, отвечающий за движение вперед. При любом ремонте приходится резать и восстанавливать гидротрансформатор.
Вторая коробка — RE0F10A или JF011E — пришла в 2005 году на смену агрегату, который устанавливался еще на Primera, R`nessa или Avenir конца 90-х начала 2000-х. Сейчас это основная CVT Nissan, которая агрегатируется с двигателями от 1,6 до 2,5 л и существует, например, на Qashqai и Teana последнего поколения. Еще недавно эту трансмиссию имела троица Mitsubishi Outlander/Citroen C-Crosser/Peugeot 4007, Jeep Compass и Patriot. Сейчас ею продолжают оборудовать новый Outlander, ASX, Lancer, Suzuki Kizashi. Такая популярность обусловлена неплохой надежностью вариатора. При аккуратной эксплуатации и регулярной замене масла он способен отходить до 200 тыс. км. За чистоту последнего, кстати, отвечают два фильтра — один расположен за поддоном, второй находится снаружи. Ну а обращать внимание придется на шаговый двигатель, меняющий положение конусов, стоящий недорого (около 6 000 руб.) и меняющийся без демонтажа коробки. На масляный насос (порядка 15 000 руб.) и датчик скорости (1 500-2 000 руб.). Реже, чем на CVT Murano, заклинивает клапан давления. Подшипники валов тоже слабое место, однако зачастую они всего лишь воют и терпят до полного капитального ремонта.
По третьему вариатору, используемому на данный момент, почти ничего не известно. Разве только то, что это цепная КП, пришедшая на смену клиноременной CVT на 3,5-литровой Teana нынешней генерации. Слишком молода.
Вариатор, который устанавливается на Qashqai и другие Nissan, наверное, самый популярный в мире, поскольку Jatco предлагала его многим другим автопроизводителям. Что любопытно, на дизельном Qashqai последнего поколения его модернизированная версия способна имитировать АКП даже в автоматическом режиме. Впрочем, для современных CVT это уже становится нормой
Toyota
Похоже, до поры в Toyota к вариатору относились осторожно. Если и ставили эксперименты, то на машинах небольших, B-класса или даже кей-карах. А примерно десять лет назад в компании все-таки пришли к выводу, что от CVT никуда не деться. Сейчас только из официально российских автомобилей вариатор устанавливается на C-классовые модели и RAV4. На других рынках к ним можно добавить Vitz/Yaris, Avensis, Wish и т.д. На всех один агрегат — K311. В общем-то, неплохой. На некоторых экземплярах отходивший более 150 тыс. км. Тем не менее, неприятности бывают. Известно о сгоревших фрикционах и проблемах с электроникой. На RAV4 элементы, передающие момент (те же фрикционы и ремень со шкивами), испытывают повышенную нагрузку. Двигатель-то двухлитровый, и полный привод присутствует со всеми вытекающими из этого обстоятельствами. Но выход из строя подшипников валов объемом мотора и внедорожными упражнениями не объяснить. Очевидно, колебания качества.
По сравнению с другими производителями Toyota, можно сказать, лишь начинает осваивать бесступенчатую трансмиссию. Речь идет только о клиноременных вариаторах, которые компании поставляет Aisin. Проблемы есть, но с таковыми, например, при первых экспериментах Nissan, их не сравнить
Audi и Subaru
Немцы первыми использовали многозвенную цепь в коробке 01J, разработанной совместно с фирмой Luk. И это дало определенные результаты. В отличие от ремня, цепь может работать по меньшему радиусу, что позволило получить больший силовой диапазон и теоретически сделать коробку компактнее. По «железу» коробка способна ходить до 150-200 тыс. км, хотя уже после 100 тысяч, вероятней всего, цепь придется менять — растянется (14 000 руб.). Но еще до этой отметки попросит замены блок управления, расположенный внутри агрегата (около 30 000 руб.; восстановленный вдвое дешевле). Он работает в жестких температурных условиях даже при обычной езде, не говоря уже о максимальных скоростях или интенсивных разгонах. В 2005 году процессор доработали, однако полностью проблема решена не была. Также в группе риска дифференциал и масляный насос.
В 2007 году у Audi появился новый вариатор с индексом 0AW. С прежним по конструкции ничего общего, «безопасный» момент доведен до 400 Нм, сложный демонтаж и ремонт. Комплектующие есть пока не все, блок управления, судя по всему, выполнен невосстанавливаемым. Между тем, случаи перегрева ЭБУ и выхода его из строя уже есть.
По пути Audi пошла Subaru. Когда-то маленькая и гордая фирма в числе первых начала оснащать свои модели вариаторами — клиноременными. Теперь все CVT, которые с 2009 года вытесняли автоматические коробки и на данный момент почти это сделали, — цепные. Увы, о конструктивных недостатках субаровских Lineartronic пока говорить рано, пробеги небольшие. Хотя Murano или Audi в возрасте пяти лет, бывало, уже показывали свой характер. За Subaru это не замечено.
Цепь, впервые использованная Audi, контактирует со шкивами не боковыми поверхностями звеньев, а их осями. Несмотря на, казалось бы, меньшее пятно контакта, такая конструкция способна передавать момент не меньший, чем клиноременные CVT. В несомненных плюсах — возможность работы на шкивах меньшего диаметра. Звенья же имеют большую гибкость, нежели стальные ленты
Multitronic первого поколения в сервисах уже хорошо изучен, поскольку в ремонте гость частый. Изучение нового агрегата началось, хотя кое-какие неприятные выводы уже есть. Похоже, блок управления, находящийся внутри коробки, по-прежнему работает в жестких температурных условиях
Субаровские Lineartronic уже успели модернизировать, но это все еще очень свежие агрегаты, изучение которых в СТО только начинается
Honda
Модельный ряд этой марки в России сейчас остался без вариаторов. Но еще недавно у нас официально продавался Jazz, а на рынке second hand до сих пор присутствует построенный на его базе универсал Airwave. На них и еще на ряд моделей устанавливалась коробка с индексом SLYA или ее версия M4VA. Эту CVT не раз модернизировали и в итоге получили достаточно надежный агрегат, который способен прожить более 150 тыс. км. Правда, в капитальный ремонт войдет не только замена ремня, но и шкивов и фрикционных пакетов. На фоне стоимости самого автомобиля получится довольно значительная сумма в 60 000-70 000 руб.
Другой вариатор вообще устанавливался только на автомобили для внутреннего рынка Японии. MLPA появился в 2003 году на Odyssey третьего поколения, потом на Stream и Sterpwgn. Несмотря на такой возраст, загадочен, поскольку в первых поколениях модели с ним завозились штучно, а в последних генерациях редки все праворульные «японцы». Одно известно — фильтр в MLPA расположен внутри корпуса, и для его замены необходима полная разборка коробки.
Вариатор Fit/Jazz зарекомендовал себя, в общем-то, неплохо. На иных хэтчбеках первого поколения пробеги уже перевалили за 150 тыс. км. Вот только экономическая целесообразность восстановления агрегата под вопросом. Б/у коробка обойдется вдвое дешевле
Как жить с вариатором в мире, покое и согласии
Нюансы конструкций от разных производителей вовсе не мешают всем без исключения вариаторам одинаково страдать от ряда воздействий. Передача момента ремнем или цепью в принципе ставит под вопрос некоторые устоявшиеся аспекты эксплуатации. Так, жидкость нужно менять даже чаще, чем в «автомате». Через 30-40 тыс. км — оптимальная периодичность, а вот 60 тыс. км, как рекомендуют некоторые компании, слишком смелая оценка ее возможностей. Причем менять жидкость лучше с фильтром, благо, стоит он сравнительно недорого (от 300 до 2 000 руб. в зависимости от расположения).
Неприемлем агрессивный стиль езды. Резкие старты, пробуксовки, особенно в случаях, когда после них следует жесткий «фрикционный» контакт с сухим покрытием, сокращают ресурс основного узла вариатора. К тому же CVT очень зависима от температуры. Продолжительная езда на высокой скорости приводит к перегреву агрегата. Как, впрочем, и жизнь в пробках. Если то и другое — неотъемлемые условия эксплуатации, лучше предусмотреть дополнительный теплообменник. И обязательно следить за чистотой основного радиатора двигателя, в который включен контур охлаждения трансмиссии. При морозах вариатору нужен мягкий прогрев без интенсивных ускорений. В пятне контакта жидкость начинает работать только при температуре, близкой к рабочей, а до этого ремень и цепь при быстрых разгонах будут проскальзывать, изнашивая шкивы.
Более того, приговорить вариатор могут неожиданные воздействия, на которые при эксплуатации «механики» или «автомата» просто не обратишь внимания. CVT противопоказана буксировка на «галстуке» с неработающим двигателем. И никакой долив жидкости, как в АКП, в такой ситуации не поможет. Ведомый вал со шкивом будет вращаться от колес, а цепь или ремень станут «фрезеровать» шкив на заторможенном ведущем валу.
Ремень, напротив, боится ударных нагрузок, которые могут возникнуть, если при движении удариться колесами о препятствие. Или если блок управления потеряет сигнал от вышедшего из строя датчика скорости. Это спровоцирует резкий переход конусов в среднее передаточное отношение, в аварийный режим. Для ремня — тоже нагрузка на разрыв.
Словом, покупая автомобиль с вариатором, стоит себя психологически подготовить. Хотя нужно понимать, что аналогичной адаптации сознания требуют и современные автоматические трансмиссии. CVT по эксплуатационным «заморочкам» не далеко от них ушли. Вместе с тем, от них зачастую можно ожидать несколько большего ресурса — если, конечно, соблюдать все условия. Жаль только, что в ряде случаев трансмиссионного выбора нет — предлагается исключительно вариатор.
Вариатор: за и против
Коробка с постоянно изменяемыми передачами – это словосочетание гарантированно вызывает сегодня страх у многих автолюбителей, которые ранее считали, что лучше механической или классической автоматической трансмиссии не существует. Но мир меняется. Также меняется и автопромышленность. В результате в автомире получили распространение и другие виды трансмиссий, которые пугают многих автолюбителей. Наибольшее распространение сегодня получили бесступенчатые коробки передач – вариаторы. К сожалению, многие не хотят приобретать автомобили с подобными коробками, полагая, что они ненадежны и очень капризны. Но в большинстве случаев эти опасения основаны на мифах. Хотя, конечно, как и у любого вида трансмиссии, у вариаторов есть свои и плюсы, и минусы. Почему же тогда многие опасаются покупать автомобили с вариаторами? Что их пугает, и как такие коробки передач функционируют? На эти и другие вопросы читайте ответы в нашем обзоре.
Напомним, что устройство вариатора основано на принципе ременного привода (или цепного) передачи крутящего момента на привод. По сути, на вариаторе используется тот же принцип передачи крутящего момента, что и на велосипедах с несколькими скоростями.
Если на обычных коробках применяется планетарный механизм переключения передач, то вариатор не имеет физических передач вообще. Вместо этого вариатор использует ремень (или цепь) и конусные шкивы, между которыми и вращается ременный привод (цепной).
В результате вариатор обеспечивает автомобилю бесконечное количество коэффициентов передачи крутящего момента от двигателя на колеса.
К сожалению, ранние бесступенчатые коробки передач были крайне ненадежны. Именно поэтому за этими трансмиссиями закрепилась нехорошая репутация, которая и пугает сегодня многих автолюбителей. Чаще всего владельцы автомобилей, оснащенных первыми поколениями вариаторов, жаловались на неправильную работу коробки передач, на проскальзывание передач, а также на странный противный шум трансмиссии. В том числе многие были недовольны тем, что из-за того что вариатор настроен на оптимальную работу только на максимальных оборотах двигателя, даже на небольшой скорости двигатель автомобиля ревет из-за высоких оборотов.
Современные же вариаторы уже практически избавились от многих проблем, с которыми сталкивались автовладельцы автомобилей, оснащенных первыми бесступенчатыми коробками. В итоге новые автомобили с вариаторами стали тише, а работа коробок – более эффективна. Тем не менее все равно даже сегодня вариаторы не идеальны. Но есть и плюсы. Вот краткий обзор главных преимуществ и недостатков вариаторов в современных автомобилях.
Плюсы и минусы коробок CVT (вариаторов)
Преимущества вариаторов
Оптимальная передача крутящего момента и мощности. Если ваша машина оснащена вариатором, то этот тип коробки передач позволяет автомобилю более эффективно использовать топливо. Все дело в том, что машина, оснащенная вариатором, всегда движется на идеальной передаче (правильной) в отличие от машины с автоматической или механической трансмиссией. Знаете ли вы, что бесступенчатая коробка передач запрограммирована так, чтобы крутящий момент на колеса передавался в оптимальном диапазоне мощности, вместо того чтобы когда нужно ускорение поднимать обороты двигателя с нуля до красной линии? В результате использование вариатора не только помогает экономить топливо, но и обеспечивает автомобилю лучшую производительность в определенных ситуациях. Особенно при обгоне другого транспорта.
Экономия топлива. Так как коробка-вариатор позволяет более эффективно передавать мощность и крутящий момент на колеса, это экономит топливо во время движения. В итоге вариатор по сравнению с традиционными трансмиссиями более эффективен. Даже при движении на скорости по шоссе автомобили с бесступенчатой коробкой передач потребляют меньше топлива, чем с АКПП или МКПП.
Простая конструкция вариатора. Общее количество механических частей коробки CVT меньше по сравнению с коробками, оснащенными планетарными передачами. Ведь внутри вариатора используются обычные зубчатые шестеренки, конические шкивы, которые соединены друг с другом цепью или ремнем в зависимости от марки и модели автомобиля.
Во время движения автомобиля в зависимости от скорости транспортного средства шкивы перемещаются по отношению друг к другу. Таким образом, изменяется передаточное отношение. Эта механическая простота устройства вариатора позволила обеспечить автомобилям оптимальную динамику разгона. Ведь, по сути, нет переключений передач при разгоне, соответственно, нет потери скорости при переключении передач.
Более легкий вес коробки. Благодаря своей конструкции коробки CVT (вариатор) чаще легче и компактнее своих традиционных конкурентов (особое преимущество вариатора заметно при сравнении веса трансмиссии с классической автоматической коробкой).
Снижение веса трансмиссии имеет несколько преимуществ. Но главное преимущество – это, конечно, экономия топлива, достигаемая благодаря простой формуле: чем меньше вес автомобиля, тем меньше расход топлива.
Гладкое переключение передач и динамичный разгон. Любой, кто ездил за рулем автомобиля с механической коробкой передач, знает, что, когда вы выжимаете педаль сцепления для переключения передач, автомобиль ненадолго теряет динамику разгона, а также как бы приседает или даже дергается. В результате разгон авто с МКПП не кажется плавным и комфортным. Вариатор благодаря отсутствию передач легко разгоняет автомобиль без различных потерь, которые неизбежны при физическом переключении передач в обычных КПП.
Минусы вариаторов
Не очень хороший звук. Вариаторы с самого начала имеют один естественный недостаток. Это ужасный звук самой коробки из-за движущегося внутри ремня или цепи. В том числе коробка идеально работает на больших оборотах двигателя. Поэтому многие водители, слыша подобный звук, начинают считать, что их коробка неисправна. Но это не так. Это особенность работы любого вариатора. К этому просто нужно привыкнуть.
При ускорении двигатель работает на максимальных оборотах. Многие жалуются на зависание высоких оборотов двигателя даже при движении на небольшой скорости. Например, часто бывает так, что после разгона высокие обороты двигателя остаются даже при снижении скорости. Это также является особенностью работы всех вариаторов. Но это нормально и не является, как полагают многие водители, какой-то недоработкой и несовершенством конструкции.
Вариатор скучен. Многим водителям, несмотря на отсутствие передач, не нравятся вариаторы за их скучный характер. Все-таки больше вариатор подходит для тех, для кого важна экономия топлива, но не мощность, динамика разгона и скорость. Именно поэтому в спортивные автомобили автопроизводители стараются не ставить вариаторы. Многие водители сравнивают вариаторы с тостерами, которыми мы пользуемся, чтобы поджарить хлеб. Ведь этот процесс не вызывает у нас никаких эмоций. Также и автомобили с вариаторами чаще скучны по сравнению с теми машинами, которые оснащены другими видами трансмиссии.
Надежность. Вы заметили, что вариаторы, как правило, устанавливаются на небольшие современные автомобили? Зачастую это компактные легковые автомобили или компактные кроссоверы, которые созданы больше для практичности, чем для спортивности или для перевозки груза. И это не случайность. Дело в том, что вариаторы не способны обрабатывать большой крутящий момент без вреда конструкции трансмиссии.
Дорогое техническое обслуживание. Это один из самых главных минусов вариаторов. Ремонтные расходы для коробок CVT (вариаторов) огромны. Дело в том, что детали для вариатора стоят очень дорого. Кроме того для ремонта вариатора вам нужен будет узкий специалист, разбирающийся в этом виде трансмиссий. К сожалению, хороших специалистов по вариаторам немного. Как правило, несмотря на простоту конструкции вариатора, стоимость ремонта этой коробки может быть даже больше, чем стоимость восстановления автоматической и механической трансмиссии.
Это главная проблема вариаторов, которых боятся многие водители. И что самое плохое – вариатор проще не ремонтировать, а просто утилизировать, купив новую коробку, которая обойдется в очень большую сумму.
Этот страшный вариатор – мифы и правда о бесступенчатых коробках
«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.
Источник https://www.drom.ru/info/misc/27910.html
Источник https://1gai.ru/baza-znaniy/520820-variator-za-i-protiv.html
Источник https://www.kolesa.ru/article/jetot-strashnyj-variator-mify-i-pravda-o-besstupenchatyh-korobkah-2015-07-09
