Вариатор в машине — что это такое, принцип работы, плюсы и минусы

Внешняя скоростная характеристика двигателя внутреннего сгорания наглядно показывает некоторые его недостатки. Максимальная мощность достигается на так называемых номинальных оборотах, выше которых ДВС не раскручивают, он быстро изнашивается, а отдача падает. Крутящий момент, равный отношению текущей мощности к скорости вращению вала, распределён по кривой неравномерно. Часто он просто растёт с увеличением оборотов, а путём усложнения конструкции его стараются максимально выровнять и сместить в сторону малой частоты. Это непросто, поэтому многое возлагается на трансмиссию, преобразующую и увеличивающую момент. В идеале она должна быть бесступенчатой, то есть оптимизировать передаточное число при любой скорости. Так и работает вариатор. Это единственный тип трансмиссии, который близок к идеалу. Что такое вариатор на автомобиле поможет понять подробное рассмотрение его конструкции.

Почему именно вариатор

Прежде всего потому, что это автоматическая коробка передач. У КПП с ручным переключением остаётся всё меньше поклонников, обычно это спортсмены или люди, вынужденные экономить на каждой мелочи. Но не всякая автоматическая коробка обладает уникальными способностями вариатора.

1. В англоязычной литературе вариаторы именуют CVT, что раскрывается как Continuously Variable Transmission. Именно так, единственный теоретически безразрывный поток тяги. Любая другая АКПП вынуждена плавно манипулировать двигателем, переключать генератор крутящего момента с одной пары шестерён на другую (условно, строго говоря, там не так всё устроено), а потом сглаживать неизбежные скачки с применением проскальзывания. Вариатор просто плавно переведёт свои конусы на другой режим.
2. Множество дискретных передач даёт неизбежный рост объёма оборудования. Если заглянуть внутрь суперсовременной классической АКПП, например, где наворочены 8–9 передач, то от обилия зубчатых колёс зарябит в глазах. Вариатор тоже непрост, но два конуса, ремень и немного обвеса — только это составляет необходимый минимум при бесконечном количестве передаточных чисел.
3. Автоматы были признаком относительно дорогого и сложного автомобиля. А уж если речь идёт о мотоцикле, то это вообще за гранью. CVT же ставят на любой дешёвый китайский мопед. Или на престижную Ауди, вариатору всё равно, он будет трудиться и станет уместен где угодно.

При таких достоинствах может возникнуть непонимание — а где это чудо было раньше. Кто заставил многие поколения автомобилистов вручную передвигать муфты с синхронизаторами и без них на протяжении столетия? Проблема именно в простоте. Полёты в космос для детей тоже кажутся предельно понятными, разогнаться и улететь. Но пришлось ожидать развития важных и сложных технологий, материалов, а также набить немало шишек на испытаниях. Это сейчас, когда всё уже получилось, многим известно, что такое вариатор в машине, а ремень на скутере могут поменять даже школьники, купив его на сэкономленные карманные деньги. К сожалению, на автомобилях до сих пор это не так.

Принцип действия и состав

Принципиально вариатор образован двумя шкивами переменного диаметра. Поскольку передаточное число равно отношению действующих радиусов, по которым движется клиновой ремень, то его можно менять в широких пределах, сделав шкивы раздвигающимися и синхронно переставляя ремень на нужную траекторию. Это и определяет принцип работы вариатора и объём оборудования, относящегося к современному блоку автоматической бесступенчатой трансмиссии:

• ведущий и ведомый конические шкивы;
• ремень, набранный из металлических пластин с тонкими стальными лентами, иногда используется примерно такая же по форме цепь;
• гидротрансформатор на входе, состоящий из двух турбинных колёс и реактора, полностью аналогичен таковому в гидромеханической коробке;
• масляный насос, создающий управляющее давление рабочей жидкости;
• гидроблок, содержащий электрогидравлические клапаны, масляные магистрали и датчики давления, преобразующий электрические команды в перемещение исполнительных механизмов;
• фрикционные мокрые сцепления рабочего хода и реверса;
• дополнительные редукторы или главные передачи с дифференциалами;
• шаговый двигатель, он же степ-мотор, непосредственно занимающийся синхронным перемещением половинок шкивов;
• масляные фильтры тонкой и грубой очистки.

Иногда применяются дополнительные устройства, поскольку конструкции отличаются разнообразием, что связано как с компоновкой и инженерным подходом, так и с дальнейшим развитием бесступенчатого направления. Так, например, имеются коробки в гибридном исполнении, где кроме пары шкивов наличествует дополнительная двухступенчатая планетарная передача, заимствованная из классической АКПП. Такое решение заметно облегчает жизнь ремня и шкивов, не заставляя их работать с большим потоком мощности в крайних положениях, что может резко сократить ресурс. Добавочный редуктор автоматически переключает передачу по достижении определённой пороговой скорости, действуя как демультипликатор.

Важным элементом CVT является его рабочая жидкость — специальное вариаторное масло. Над обеспечением его свойств много потрудились, заменить его ничем нельзя, это надо знать при самостоятельном обслуживании. И чем оно качественнее — тем лучше, ресурс пока остаётся одним из самых слабых мест данной трансмиссии. Жидкость на уровне компромиссов сочетает многие с виду несовместимые свойства, основные из которых заключены в необходимости обеспечить смазку передающих большую мощность пар трения ремня о шкивы при одновременном исключении проскальзывания. Любое трение выделяет тепло, масло разогреется, потеряет свойства, и весь узел будет непоправимо разрушен. Частично проблему решает масляный радиатор, но перегрев остаётся основной страшилкой к применению вариаторов в тяжёлых условиях.

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.

Достоинства и недостатки вариатора

Все преимущества группируются вокруг бесступенчатого характера выбора передачи, как главного принципа работы вариатора:

• полная незаметность переключений без принятия специальных мер, заметить смену чисел можно только по положению стрелки тахометра, отсюда комфорт и отсутствие разрушающих рывков в трансмиссии;
• возможность всегда выбрать самый оптимальный режим мотора для данной скорости и степени нажатия акселератора, не затуманенный дискретным характером всех прочих коробок;
• прогнозируемость работы, быстрые реакции на управление тягой, возможность реализации широкого набора стилей вождения, хорошая адаптация под водителя;
• минимальные потери на трение в трансмиссии, отсюда дополнительная экономия топлива;
• сберегающий режим для двигателя, который всегда находится в нужном диапазоне оборотов;
• ровная тяга в условиях пониженного сцепления с дорогой, отсутствие провокаций на срыв в скольжение, малая потеря скорости при мобилизации повышенного крутящего момента;
• лёгкость выполнения экологических норм за счёт простоты выбора режимов мотора;
• широкий диапазон передаточных чисел, особенно в гибридном исполнении;
• максимальное использование мощности при динамичном разгоне;
• компактность и малая масса всей конструкции.

Без недостатков не бывает, а их у CVT немало, и они также определены тем, как работает вариатор, и какие сложности возникают у его конструкторов:

• проблемы с передачей большой мощности, несмотря на проникновение бесступенчатых передач даже в премиальные сегменты, до грузовиков такие трансмиссии ещё не добрались и вряд ли доберутся;
• некоторая психологическая монотонность разгона на максимуме, когда мотор выходит сразу на номинальные обороты, на которых и зависает, приходится даже делать искусственное разбиение на виртуальные передачи, имитируя дискретное переключение;
• недостаточная долговечность ремня и шкивов, с чем производители пытаются бороться с переменным успехом;
• высокая цена вариаторного масла, этот недостаток постепенно нивелируется, да и остальные масла недёшевы;
• склонность к перегреву в предельных режимах;
• проблемы с буксировкой прицепов и движением при повышенном сопротивлении со стороны дороги, подъёмы и глубокая грязь;
• высокая цена деталей при ремонте.

Можно сказать, что новая машина с CVT порадует водителя однозначно, но по мере выработки ресурса сомнения усиливаются, начинаются более реальные размышления на тему вариатор, плюсы и минусы. Что усугубляется пока ещё низкой популярностью вариаторных комплектаций на вторичном рынке.

Неисправности и ремонт

Починить вариатор «на коленке» вряд ли получится. Потребуются хорошие знания матчасти, набор инструмента и приспособлений, немалый опыт и владение вопросами приобретения запчастей и ремкомплектов. Хотя наиболее распространённые модели уже достаточно изучены. Как и причины выхода трансмиссии из строя:

• утратившее свои качества масло при несвоевременной замене нарушает работу гидроблока, ремень проскальзывает, разрушает поверхность шкивов, и начинаются рывки при работе;
• иногда срезаются механические детали из-за стремления производителей к компактности;
• не отличаются долгим сроком службы подшипники, особенно при работе с грязным маслом;
• отказывает маслонасос, особенно его регулирующий клапан;
• очень быстро выходят из строя механизмы после ремонта, если были использованы рыночные запчасти низкого качества, в случае вариатора эти трюки не проходят и заканчиваются однозначно плохо;
• при ремонте не были заменены шкивы или была некачественно выполнена их шлифовка, которая и так не всегда помогает.

Сервис вариаторов вообще больная тема. Мало кто способен грамотно выполнить все дефектовки и процедуры. И если механика многое простит, то бесступенчатый автомат нуждается в комплексном подходе, а это достаточно дорого по запчастям, даже если к высокой цене за работу автомобилистов уже приучили классические АКПП.

После обзора вариаторной техники становится понятней, что такое вариатор на автомобиле. Возможно, это отметёт многие опасения, ведь в целом преимущества CVT всё равно перевешивают его немногие ещё не изжитые минусы. И неуклонное повышение числа машин с этим типом трансмиссии тому подтверждение.