Прежде чем мы разберемся в принципе работы вариатора, необходимо дать ему правильное определение.
Вариатор — это устройство благодаря которому происходит плавное изменение передаточного числа в различных узлах и агрегатах. Изменение происходит в автоматическом режиме, плавно, в зависимости от оборотов двигателя и возникающей внешней нагрузки в конкретный момент времени.
Примеров использования вариаторов можно приводить много, наиболее понятным будет пример, когда с помощью данного устройства происходит согласование скорости вращения лестницы на эскалаторе в метрополитене с ее поручнями.
Вариаторы нашли большое применение в станках, химической, текстильной промышленности, машиностроении.
Широкого распространения они получили на мотоциклах, снегоходах, скутерах и других маломощных транспортных средствах, так как раньше вариаторы не были предназначены для передачи большого крутящего момента от двигателя к трансмиссии.
Из-за того, что первые разработанные устройства были не совершены, имели малый срок службы, были не надежны, в автомобилестроении они начали появляется только с 1958 года, когда в Голландии был создан двухдверный автомобиль DAF 600.
Автомобиль имел маломощный двигатель в 22 л.с., обладал малым весом, что и позволило установить на него вариаторную коробку передач, которая все равно была далека от совершенства.
За 60 с лишним лет многое изменилось и теперь вариаторную коробку передач можно встретить на многих современных автомобилях.
Чтобы для покупателей автомобилей было понятно, какая трансмиссия установлена на автомобиль, машины с вариаторной коробкой передач получили аббревиатуру CVT.
Peugeot 40082.0E CVT Active.
Полученные преимущества
Все что внедряется в новые автомобили имеют одну главную цель, получить какое-то преимущество, не исключением является и внедрение вариатора.
В сравнении с другими трансмиссиями, вариаторная коробка дает автомобилю следующие преимущества:
- Улучшенное рациональное применение мощности двигателя;
- Более качественное согласование оборотов двигателя с нагрузкой на автомобиль;
- Более мягкая езда автомобиля, чем повышается комфортность;
- Уменьшение расхода топлива;
- Постоянная корректировка крутящего момента в автоматическом режиме.
Недостатки:
- Применение вариаторов пока еще ограниченно легковыми автомобилями из-за больших возникающих нагрузок на детали устройства;
- Сложное конструкторское решение, которое, в конечном счете, влияет на повышение цены автомобиля, хотя оно проще, чем у АКПП;
- Ненадежность клиноременного соединения (резиновые ремни);
- Сложность технологического решения, обеспечивающего надежность контактов дисков и роликов (тороидный вариатор);
- Невозможность их применения на автомобилях с двигателями большой мощности (грузовые автомобили);
- Начинающему водителю нужно время для привыкания к вариаторной коробке передач.
Что касается п. 5, то на данный момент на автомобиле Audi A6 с трансмиссией Multitronic установлен клиноременной вариатор, который способен выдержать мощность двигателя не более 220 л.с., а для тороидного типа пока 240 л.с. (Nissan Cedric и Gloria).
Общее устройство
Вариаторная коробка передач состоит из:
- Электронной системы управления;
- Самого вариатора;
- Узлов и деталей, которые передают крутящий момент и включают нейтральную передачу;
- Планетарного механизма, для движения задним ходом.
В вариаторы, в зависимости от производителя и модели, могут быть внедрены различные конструктивные решения, которые в большинстве случаев касаются сцепления.
Виды сцеплений:
- Вариатор Transmatic – автоматическое центробежное сцепление;
- Multimatic, Multitronic – мокрое сцепление, многодисковое с электронным управлением;
- Hyper – сцепление электромагнитное с электронным управлением;
- Autotronic, Extroid, Ecotronic, Multidrive, Lineartronic, Xtronic – с гидротрансформаторами.
Гидротрансформаторы работают при трогании машины с места, затем они блокируются. Они очень мягко, без рывков, передают крутящий момент за что и получили большую популярность среди владельцев автомобилей.
В систему управления входят датчики, блок управления и сервоприводы.
Типы вариаторов
Как вы уже заметили, выше упоминались только два типа таких устройств.
Во многих узлах и агрегатах нашли широкое применение различные конструкторские решения вариаторов, которые плавно изменяют передаточное число от двигателя к колесам, но в автомобилестроении ужились пока только два их типа:
- Клиноременной;
- Тороидный.
Устройство и принцип работы клиноременного вариатора.
В основу устройства клиноременного вариатора входят два шкива конической формы и одна или двух ременная передача.
Ремень имеет клиновидную форму и может быть изготовлен из резины, набора металлических пластин или цепи. Но это только влияете на надежность работы всей системы, но никак на принцип ее работы.
Конструктивно предусмотрено раздвигание и сдвиганье шкивов, благодаря чему и происходит изменение их диаметров.
Резиновый ремень.
Благодаря клиновидной формы ремня, соприкасается он со шкивом боковыми сторонами, что обеспечивает надежную передачу вращательного момента продолжительное время (для резиновых ремней 50 000 км, но это еще не предел).
Изменение передаточного числа происходит за счет сдвигание и раздвигание, ведущего и ведомого шкивов.
При малых оборотах двигателя диски ведущего шкива разжаты, соответственно имеют малый диаметр. Ведомые диски, наоборот, сжаты и имеют больший диаметр.
При увеличении оборотов двигателя под воздействием центробежных сил и различных приводов, диски ведущего шкива сжимаются, а ведомого, наоборот, разжимаются, при этом уменьшается передаточное число.
Чтобы диаметры шкивов изменялись синхронно с возникающими нагрузками на двигатель, в автомобиле с вариаторной коробкой передач предусмотрена электронная система управления, которая также совместно управляет и работой планетарного редуктора и сцепления.
Планетарный редуктор обеспечивает движение автомобиля задним ходом, так как конструктивно вариатор не может обеспечить такое движение.
Благодаря электронной системы управления, после выхода автомобиля на крейсерскую скорость, вариатор поддерживает те обороты двигателя, которые наилучшим образом будут подходить для хорошей динамики движения автомобиля.
Во время различных экспериментов было установлено, что оптимальный угол наклона внутренних стен шкива должен быть 20 градусов.
В разных устройствах сдвигание и раздвиганье шкивов происходит за счет гидравлики, пружин или центробежных сил.
Резиновые передачи в клиноременных вариаторах зарекомендовали себя плохо, поэтому сейчас в основном устанавливают передачи из цепи или металлических пластин.
Это в значительно мере повысило надежность и увеличило ресурс работы системы и уменьшило шумы во время движения авто.
Так же, как разновидность, существуют клиноцепные вариаторы, передача крутящего момента в которых происходит с помощью металлической цепи в основе которой лежат специальные пластины, соединенные осями.
КПД взаимодействия со шкивами в таких устройствах в значительной мере выше, чем в обычных клиноременных вариаторов, а значит, потери вращательного момента в них минимальны.
Для управления вариатором используется специальный рычаг селектора.
Клиноременной вариатор устанавливается на многих зарубежных автомобилях, у каждого производителя он конструктивно может отличаться и иметь свое название, к примеру:
Тороидный вариатор.
Как видно из рисунка тороидный вариатор состоит двух вращающихся в противоположные стороны соосных валов имеющих тороидную (сферическую) форму.
Между валами зажаты ролики, их тоже видно на рисунке выше, которые изменяя свое положение меняют передаточное число от ведущего к ведомому валу, при этом крутящий момент передается от роликов к валам за счет сил трения.
Основной проблемой, влияющей на надёжность работы всей системы и на КПД передачи крутящего момента, является пятно контакта роликов со сферическими валами.
Усилие прижатия в пятне контакта может быть колоссальным, в некоторых вариаторах оно может достигать 10 т., поэтому, помимо того, что материал в них должен быть высокотехнологичным, система управления тоже должна быть очень надежной.
К примеру, на вариаторе Extroid, который применяется на некоторых моделях Nissan, установлен специальный гидравлический механизм управляемый электроникой, перемещая ролики с диапазоном в микроны.
В заключение можно отметить, что за вариаторами будущее, так как по сравнению с обычной АКПП, они проще в конструкции, а значит, дешевле, они мягче передают крутящий момент, а значит, поездка становится комфортней, они экономят топливо, а значит поездка становится дешевле.
И несмотря на все еще имеющие недостатки, они уже уверенно заняли свои позиции в автомобилестроении.
Мощности транспортных средств, на которые они устанавливаются, постоянно возрастают, а значит, в скором времени мы их увидим и на грузовых автомобилях.
Вариатор или бесступенчатая трансмиссия — видео.