Как работает вариатор

История вариатора насчитывает уже более ста лет. Запатентована эта разработка была в 19-м веке. Но прижилась в автомобилях не сразу, лишь спустя полвека появились первые машины, на которых был установлен вариаторный механизм. Первыми автомобилями с коробкой передач такого типа стали голландские DAF. Но пик использования пришелся на 80-е и 90-е годы прошлого века. Причем не только в автомобилях применялся вариатор, но и в скутерах. Вариатор – это разновидность АКПП, даже выбор режима ничем не отличается от автомата, построенного по классической схеме. Постараемся рассмотреть более детально, что такое вариатор и как он работает.

Основные узлы вариатора

Типов вариаторных механизмов сегодня существует очень много. Но принцип работы одинаков – плавно изменяется передаточное число между коленчатым валом двигателя и приводами колес. В автомобильной индустрии широкое распространение получили два типа передач:

1. Ремнем клинообразной формы.
2. Тороидальный тип передачи.

Вариаторы с клинообразным ремнем

Основа конструкции – это два шкива в форме конуса. Между ними натянут один или два ремня, имеет он форму клина – как на приводе генераторов некоторых автомобилей (например, отечественной классики). Изготавливаются ремни из высококачественной резины, металлических цепей или набора пластин. В зависимости от того, какой материал использован при изготовлении, можно судить о надежности и ресурсе коробки, принцип работы же остается неизменным.

Конструкция выполнена таким образом, что шкивы могут сдвигаться или раздвигаться. За счет этого изменяются их диаметры. Так как ремень соприкасается со шкивами боковой стороной, увеличивается ресурс механизма – даже резиновые образцы способны прослужить не менее полусотни тысяч километров. Более совершенные конструкции с применением металла выдерживают и больший срок.

Принцип работы вариатора заключается в том, что шкивы изменяют положение относительно друг друга – сближаются или отдаляются. На маленьких оборотах коленчатого вала диски на ведущем валу разжимаются, а ведомые сжимаются. Вследствие этого первые обладают диаметром меньшим, нежели вторые. Когда частота вращения коленвала увеличивается, происходит постепенное разжимание ведомых дисков и сжатие ведущих. В таком случае передаточное число становится меньшим.

Система управления вариаторной коробкой передач электронная, на основе микропроцессоров. Она следит за тем, чтобы диаметры обоих шкивов изменялись равномерно, в зависимости от нагрузки на двигатель автомобиля. Также система управления контролирует работу сцепления и планетарного механизма. Стоит отдельно упомянуть и про редуктор планетарного типа, который необходим при движении задним ходом. Если бы не он, то АКПП вариаторного типа не смогла бы выполнить реверс, то есть на автомобиле невозможно было бы двигаться задним ходом.

Электронная система управления коробкой передач позволяет на крейсерской скорости держать именно те обороты двигателя, которые обеспечат минимальный расход топлива, а также хорошую динамику движения. За многие годы было проведено немало экспериментов, которые выявили одну особенность – внутренние стенки шкивов должны иметь угол наклона, равный 20 градусам. Это оптимальное значение, поэтому производители делают шкивы именно такой формы.

Коробка передач вариаторного типа работает за счет того, что шкивы сдвигаются и раздвигаются. Это обеспечивается гидроприводом, пружинами или центробежными силами. Передача крутящего момента с помощью резинового ремня, конечно же, проста и дешева, но плохо показала себя, так как ресурс в 50 000 километров – это крайне мало. Намного эффективнее показывают себя коробки, в конструкции которых  используют цепи из металлических пластин. У них большой ресурс, а вероятность обрыва крайне мала. Но самое главное – намного меньше посторонних шумов.

Передача момента с помощью цепи надежна и обладает высоким КПД. А это значит, что потерь практически не будет, весь крутящий момент уйдет от двигателя к приводам колес. Управление таким вариатором происходит при помощи рычага выбора режимов, расположенного в салоне автомобиля. В зависимости от марки автомобиля, клиноременные вариаторы могут отличаться конструкцией.

Вариаторы тороидальноного типа

Такой тип вариатора получил меньшее распространение, нежели клиноременной. Основа – это пара сферических соосных валов, в которых зажимаются ролики. Сферические валы вращаются в разные стороны. Изменение передаточного числа зависит от положения роликов относительно поверхности вала. Ролики передают движение валам при помощи силы трения и только. У такой коробки передач один большой недостаток – износ в тех местах, в которых ролик соприкасается с поверхностью вала.

Стоит заметить, что усилие, с которым ролики прижимаются к поверхности сферы, может достигать десяти тонн. Отсюда следует, что материалы должны использоваться самые лучшие, а управление системой должно осуществляться надежным и безотказным устройством. В качестве примера можно привести вариаторы Extroid, которые до сих пор устанавливаются на автомобили производителя Nissan. В нем имеется гидропривод, управление которым происходит при помощи блока управления. Он способен перемещать ролики относительно сферы вплоть до микрон.

Плюсы и минусы вариаторной АКПП

Основные преимущества, конечно же, поражают:

• плавность разгона;
• простая конструкция;
• экономия топлива в сравнении с классической АКПП;
• дешевизна (ремонт и обслуживание не ударят по кошельку);
• увеличение ресурса двигателя за счет того, что его работа происходит в нормальном режиме;
• малый уровень шумов;
• экологичность.

Но без минусов не обойтись, главный – повышенные нагрузки вариаторная коробка передач не может выдерживать. Вариаторы чаще можно встретить на маломощных мопедах, а вот на автомобилях с несколькими сотнями лошадок под капотом стараются не устанавливать. Хотя некоторые модели Ауди оснащаются АКПП вариаторного типа, но с применением новейших разработок, которые позволяют работать мощным двигателям с такой коробкой. Так что чаще можно встретить АКПП вариаторного типа на бюджетных автомобилях, мощность двигателя которых невелика. И если вы являетесь владельцем такой машины, то должны знать, что тянуть прицеп можно, если его общая масса небольшая. В случае прегруза можно повредить коробку передач.

В мототехнике используют ремни из высокопрочной резины с армированием, но в автомобильной индустрии их использовать бесполезно, надежнее оказываются металлические цепи. И если у вас вариатор, то “порысачить” с ним не получится. Такие автомобили для тех, кто предпочитает спокойную езду с плавными разгонами. Да, есть режим «Спорт», но при частом и долгом его использовании элементы коробки быстро изнашиваются.

Недостаткам можно отнести и то, что буксировка автомобилей с АКПП вариаторного типа возможна на 50-100 километров. Так что, если возникла необходимость в буксировке, дешевле окажется снять приводы, чтобы безболезненно доставить машину в нужное место. Но можно и методом частичной погрузки, если имеется такая возможность. Что касается поездок по бездорожью, то лучше отказаться от них, потому как это приведет к быстрому износу АКПП.

Замена ремня в вариаторной КПП производится каждые 150 тыс. км, а смена трансмиссионного масла необходима раз в 50 тыс. км. От этого зависит то, как работает вариатор и его эффективность. И если на мототехнике ремень – это расходный материал, который меняется быстро и минимальным набором инструментов, то в автомобиле такое занятие может быть осложнено тем, что не каждая СТО имеет квалифицированного специалиста, способного проделать всю работу качественно.

Но многое зависит от электронной системы управления, необходимо внимательно следить за ее работой. Если возникнут какие-либо ошибки, следует их сразу же устранять. Но в целом же поездка на автомобиле с вариаторной коробкой обходится намного дешевле, нежели на автомобиле с классической АКПП. И на это влияет то, что топлива расходуется намного меньше, ремонт дешевле, узлы в конструкции дешевые и простые.