Вариатор CVT

Вариатор CVT

Автомобильные технологии в наше время развиваются с бешеной скоростью, и мы не заметили, как новый вид трансмиссии плавно вошел в наши будни. Речь в этой статье пойдет о вариаторе CVT. Вы наверняка уже слышали об этом агрегате и многие производители уже давно предлагают его вместо привычной нам автоматической коробки передач. Но как согласиться на такую опцию, если не знаешь что этот такое и как оно работает. Многих беспокоит, долго ли проработает и лучше оно или хуже автомата, а какой будет расход, а как будет разгоняться ваш автомобиль. Я могу продолжать, но нет смысла, вы уже сами представили себя на месте покупателя. Я попробую «без воды» и особо технических терминов доступно объяснить, что такое вариатор CVT, как он работает, что он вам дает.

Почему вариатор CVT лучше обычной автоматической коробки передач. Общие понятия

Разберемся, почему этот вид трансмиссии предпочтительнее обычной автоматической трансмиссии. Вы по определению должны знать, что вам предлагают в автосалоне. Да и стоять на месте тоже не вариант, я считаю нужно двигаться в ногу со временем и пользоваться новыми технологиями.

Вариатор CVT компании Nissan. Общий вид вариатора. Фото: nissan.

Вариатор CVT компании Nissan. Общий вид вариатора.
Фото: nissan.

Без истории и того, что было раньше. Чтобы не запутать приступим непосредственно к тому что имеем на 2011 год и рассмотрим сразу вариаторы CVT, которые устанавливаются на современные автомобили. Тем более что принцип их работы одинаков, какой бы фирмы производителя вариатор не был. Начнем с общих принципов, а затем немного углубимся (для тех, кому нужен просто принцип и понимание того, что он покупает, хватить и первых 2-х абзацев). Вариатор CVT (Continuously Variable Transmission) – по-русски, непрерывно меняющаяся передача или бесступенчатая трансмиссия. Что это значит? А значит, что вариатор CVT не имеет привычных нам фиксированных передач. Вариатор сам автоматически определяет передаточное число («передачу»), наиболее подходящее для данного момента езды и делает это постоянно, непрерывно. Что такое передаточное число? Официально, передаточное число — это отношение, скорости вращения двигателя к скорости вращения колес. А если проще, то это определенное значение (передача: 1-ая, 2-ая или 5-ая), которое мы выбираем, включая ту или иную передачу, двигаясь на автомобиле. Если понять этот момент, то все остальное покажется очень простым. Вообще, зачем нужна коробка передач? Для того, чтобы автомобиль с постоянными оборотами двигателя, мог двигаться с разной скоростью. То есть, переключая передачу, мы всегда меняли передаточное число. Дек вот вариатор CVT делает это каждую секунду пока вы в движении, сам руководствуясь многими данными: скоростью движения, оборотами двигателя и тем как сильно вы нажали педаль «газа». Как это достигается, разберем позже. Получаем, что вариатор не имеет фиксированных передач, как раньше в виде множества пар шестеренок разного размера, а значит, не имеет рывков и четко выделенных ступеней при разгоне. Вы можете сказать, что коробка автомат тоже сама выбирает передачу в зависимости от тех же факторов и делает это довольно быстро и без особых рывков. Но, привычный нам автомат, ограничен только несколькими фиксированными передачами (передаточными числами), а у вариатора их великое множество. Этот факт позволяет вариатору выбирать то передаточное число («передачу»), которое наиболее подходит для данного режима езды. Что нам дает использование вариатора CVT вместо обычной автоматической коробки передач? Во-первых, мы получаем плавный разгон автомобиля без рывков. При этом разгон по сравнению с самым быстрым «автоматом» происходит намного интенсивнее, то есть автомобиль оснащенный вариатором CVT разгоняется быстрее. Во-вторых, обороты двигателя при езде на вариаторе, почти постоянные и не гуляют от малых до максимальных. Наверное, вы замечали, что двигаясь на автомобиле с автоматической коробкой передач, двигатель работает так сказать «навзводе», когда мы дергаем педаль «газа» туда-сюда. А иногда вообще трудно добиться от «автомата» внезапного ускорения – «тупит». С вариатором все по другому, как раз помогает постоянный поиск вариатором нужного передаточного числа («передачи»). Вариатор CVT подбирает их очень точно, в зависимости от того, что вы хотите от автомобиля, внезапное ускорение или замедление. Как следствие, более ровная езда, меньше нагрузки на двигатель и трансмиссию в целом. Плюс получаем экономию топлива, и незамедлительное интенсивное ускорение. Ну вот, с общими сведениями о вариаторе CVT пока все, а теперь капнём глубже внутрь вариатора и посмотрим, как всего этого добились конструкторы.

Как работает вариатор CVT? Что внутри?

В этой части я расскажу, как конструкторы добились того, что вариатор так четко подбирает передаточное число («передачу») для определенного момента вождения. Подробно разбирать конструкцию вариатора не собираюсь, просто объясню принцип работы с технической точки зрения. Начну с того, что вариатор устроен намного проще, чем автоматическая коробка передач.

Рисунок 1. Основные части вариатора в сборе. Желтая линия показывает, по каким частям передается мощность от двигателя через вариатор к колесам.  Фото: Autogurnal.

Рисунок 1. Основные части вариатора в сборе. Желтая линия показывает, по каким частям передается мощность от двигателя через вариатор к колесам.
Фото: Autogurnal.

В его конструкции не используется наборы шестерен или фрикционных дисков. Во главе конструкции находятся два главных шкива 1 и 2 (см. рисунок 1). Один, грубо говоря, связан с двигателем, а другой с ведущими колесами. Один крутит другой посредством специального ремня 3 (см. рисунок 1). Получаем что? Один валик крутит другой через ремешок. Все, наверное, видели (если заглядывали под капот) ремень генератора, вот тут так же все происходит только с хитростями. Вот так передается движение от двигателя к колесам, посредством вариатора CVT. Многие могут задать вопрос: «Как ремень выдерживает такую огромную нагрузку и не рвется?». Вот с этим и боролись конструкторы последний десяток лет и нашли решение. Специально для вариатора CVT был разработан не то цепь, не то стальной канат, а принято называть его ремень. Конструкция ремня представляет собой набор множества пластинок определенной формы в виде клина, которые нанизываются на ленту из высокопрочной стали (см. рисунок 2). Кстати, пластинки тоже изготовлены из высокопрочной стали. Поэтому ремень получился очень прочным и в виде клина. Пластины ремня выполнены в форме клина, который точно повторяет угол конуса шкива, по которому бегает ремень. Эта конструкция позволяет ремню не растягиваться и как бы толкать множеством пластин шкивы. Что имеем на данном этапе? Получается два шкива и клиновой ремень, а это обычная клиноременная передача.

Рисунок 3. Ремень для вариатора CVT. Прочный ремень состоит из стальных пластин, которые собраны на ленте из высокопрочной стали. Фото: Autogurnal

Рисунок 3. Ремень для вариатора CVT. Прочный ремень состоит из стальных пластин, которые собраны на ленте из высокопрочной стали. Фото: Autogurnal

Идем дальше. Понятно, что двигатель соединен с одним шкивом, который через ремень передает вращение на другой шкив, соединенный с ведущими колесами. Дек вот если скорость вращения одного шкива поделить на скорость вращения другого, то и получим наше трудное передаточное число. Теперь встает другая задача – нужно его как то изменять, чтобы скорость вращения колес увеличивалась или уменьшалась. Вот мы и подошли к сути работы вариатора CVT. А суть в том, что шкив, по которому бегает ремень, имеет свойство раздвигаться и сдвигаться. Тем самым радиус шкива, по которому бегает ремень становиться больше или меньше (см. рисунок 3). То же самое происходит со вторым шкивом, разница только в том, что движение первого регулируется электроникой, а второй просто подпружинен и не дает ослабеть натяжке ремня. Так как ремень клиновой, он спокойно движется по конусу шкива от середины до края и может останавливаться в любом положении. Вот это множество положений ремня в конусе и есть то множество «передач», из которых вариатор выбирает при движении автомобиля. На рисунке обозначены основные элементы, о которых говорится, и что происходит и что куда движется.

Рисунок 3. Схема положения ремня вариатора, в зависимости от движения шкивов. Из схемы понятно, что если вариатор отводит половинку управляемого шкива, то ремень по конусу шкива опускается к центру. Вследствие чего, второй подпружиненный шкив, вынужден сдвинуться под действием пружин, так как натяжение ремня падает. И во втором случаи вариатор начинает сдвигать половинку управляемого шкива, вследствие чего ремень стремится по конусу к краю шкива. А подпружиненный шкив вынужден раздвинуться, так как натяжение ремня увеличивается. Фото: Autogurnal.

Рисунок 3. Схема положения ремня вариатора, в зависимости от движения шкивов. Из схемы понятно, что если вариатор отводит половинку управляемого шкива, то ремень по конусу шкива опускается к центру. Вследствие чего, второй подпружиненный шкив, вынужден сдвинуться под действием пружин, так как натяжение ремня падает. И во втором случаи вариатор начинает сдвигать половинку управляемого шкива, вследствие чего ремень стремится по конусу к краю шкива. А подпружиненный шкив вынужден раздвинуться, так как натяжение ремня увеличивается. Фото: Autogurnal.

Из вышесказанного понятно, что один шкив то становиться большим, а другой маленьким или наоборот и есть еще куча промежуточных положений («передач»). Сейчас я расскажу и покажу, как меняется положение ремня на шкивах в зависимости от скорости движения. На рисунке 4 представлено 3 состояния ремня.

Рисунок 4. Положение ремня вариатора CVT в зависимости от скорости движения. Нужно учитывать, что ремень будет перемещаться из положения 1 в положение 3, только при постоянно высоких оборотах. Фото: Autogurnal.

Рисунок 4. Положение ремня вариатора CVT в зависимости от скорости движения. Нужно учитывать, что ремень будет перемещаться из положения 1 в положение 3, только при постоянно высоких оборотах. Фото: Autogurnal.

О чем говорит эта схема? Если со стояночного положения автомобиля резко нажать педаль «газа» в пол, то двигатель выставит максимальные обороты и ремень равномерно перейдет из положения 1 в положение 3, а автомобиль от 0 км/ч разгонится до максимальной скорости равномерно и максимально быстро. Но нам не всегда нужно бешено срываться с места и стремиться к максимальной скорости. Что же происходит когда, вы начинаете «играть с педалью газа»? Для наглядности разберем на рисунке 5 еще 2 случая и посмотрим, как отреагирует вариатор:

1. Вы едете за дедушкой около 40км/час, удачный момент для обгона и нажимаете педаль «в пол».
2. Двигаетесь со скоростью 100км/ч и резко отпускаете педаль «газа».

Как же реагирует автомобиль в первом случае? Чтобы внезапно ускориться, двигатель сначала выставит очень высокие обороты, а ремень перейдет из положения 1 в 2. Получается что в первый миг мы движемся с такой же скоростью, но при более высоких оборотах двигателя. Затем ремень начинает смещаться обратно к 1-ому положению, но скорость вращения двигателя уже больше и поэтому скорость тоже быстро возрастает. Похоже на то если бы мы переключились с 4-ой на 3-ю передачу.
Во втором случае, когда вы движетесь с постоянной скоростью и резко отпускаете педаль «газа», автомобиль реагирует немного по-другому. Когда вы резко отпускаете педаль «газа», ремень переходит из 1-ого положения во 2-е, вследствие чего обороты увеличиваются, а затем постепенно затихают, немного притормаживая автомобиль (если двигаться не под гору, то ощущения схожи с автоматом или механикой на нейтрали, но чувство управления не покидает). Причем если вы двигаетесь под горку, то автомобиль не будет самопроизвольно разгоняться как на «автомате» без системы помощи при спуске. Автомобиль начнет разгоняться под горку без команды, вариатор зафиксирует положение ремня и обороты двигателя, а скорость останется неизменной.

Рисунок 5. Типичные ситуации при вождении и реакция вариатора в этих ситуациях. Фото: Autogurnal.

Рисунок 5. Типичные ситуации при вождении и реакция вариатора в этих ситуациях. Фото: Autogurnal.

Вот примерно так ведет себя вариатор CVT при разных режимах езды. И существует множество положений клинового ремня, которой зависит от многих факторов, датчиков, манеры движения. Смысл в том, что принцип передачи движения от двигателя к колесам кардинально изменился благодаря вариатору CVT. Я представил вниманию только основные моменты, что бы объяснить главное, а список того что может вариатор очень большой. Например, вы можете дополнительно выставлять несколько режимов движения для экономии топлива или для спортивной езды. Так же можно принудительно повышать или понижать передаточное число («передачу»), как если бы вы переключали передачи вручную и другие опции. Надеюсь, что вышеизложенное хоть немного внесло ясности в вопрос: «Что такое вариатор CVT, и как он работает?»