Вариатор тороидальный – Тороидные вариаторы — Энциклопедия журнала «За рулем»

Содержание

Тороидные вариаторы — Энциклопедия журнала "За рулем"

Схема тороидного вариатора

В тороидном вариаторе между двумя колесами со сферической (тороидной) рабочей поверхностью зажимается ролик. Одно колесо является ведущим, а другое — ведомым. Передача крутящего момента обеспечивается силами трения между рабочими поверхностями колес и ролика. Изменение положения оси ролика в поперечной плоскости приводит к изменению передаточного числа вариатора, равного отношению радиусов окружностей проходящих через точки контакта колес с роликом.
В зависимости от угла поворота ролика ведомое колесо может вращаться с той же скоростью, что и ведущее (если ролик горизонтален), с большей, или меньшей (если ролик поворачивается). При использовании тороидного вариатора в трансмиссии автомобиля так же, как и в случае клиноременного, необходимо обеспечить возможность получения заднего хода и отключения вариатора от двигателя с помощью сцепления.
Первый патент на конструкцию трансмиссии с тороидным вариатором был получен Чарльзом Хантом еще в 1877 г. Такие трансмиссии производства Perbury-Hayes предлагались для автомобилей в 1930-е гг., однако они отличались недостаточной величиной передаваемого крутящего момента и низкой долговечностью из-за отсутствия соответствующих материалов и технологий. Основная проблема заключается в том, что передача крутящего момента целиком зависит от трения в контакте ролика с колесами, и чем выше передаваемый момент, тем больше должна быть сила трения, причем при очень малой площади контакта. Для увеличения трения давление между деталями вариатора должно быть выше, что может привести к повреждению вариатора.

В 1999 г. компания Nissan начала устанавливать на некоторых из своих автомобилей, предназначенных для японского рынка, коробки передач Extroid. В этой коробке передач используется сдвоенный тороидный вариатор, разделяющий поток мощности с целью уменьшения размеров узла. Коробка передач была сконструирована для продольной установки на мощные заднеприводные автомобили и может передавать крутящий момент до 300 Н•м, что на сегодняшний день является рекордом для коробок передач с вариаторами.
Возможность передачи таких усилий обеспечена применением высококачественных сталей и специальных трансмиссионных масел. Усилия сжатия колес и роликов вариатора составляют величину до 10 т. При таких усилиях сжатия повернуть ролик для изменения передаточного числа вариатора не просто. Nissan использует оригинальную систему поворота роликов, в которой ролики поворачиваются автоматически при их небольшом смещении относительно оси вращения. Совместно с вариатором в коробке передач Extroid работает гидротрансформатор. Для включения заднего хода используется планетарная передача, управляемая с помощью многодискового мокрого фрикционного сцепления.

Коробка передач Mazda с тороидным вариатором

На Токийском автосалоне 1999 г. компания Mazda продемонстрировала трансмиссию, которая включает в себя два тороидных вариатора, двухступенчатую планетарную передачу и два автоматических сцепления. При троганьи автомобиля с места планетарная передача понижает передаточное число, в целях получения высокого крутящего момента. На большой скорости привод на колеса осуществляется непосредственно от тороидного вариатора. Коробка передач включает в себя и главную передачу с дифференциалом и предназначена для поперечной установки на переднеприводные автомобили.

wiki.zr.ru

Тороидальный вариатор

Вам может быть интересны также другие типы вариаторов:

В далеком 1878 году, задолго до изобретения ременного вариатора, в качестве игрушки, был изобретён тороидальный вариатор английским изобретателем Ч. Хантом. С тех пор о нём забыли до 1930-хх годов. Схема впервые была использована на практике забытым автомобильным брендом Austin. Его неоднократно пытались совершенствовать, но материалы не позволяли создать ролики подходящей прочности. Возвращение тороидальной коробки произошло благодаря японской компании Jatco в сотрудничестве с концерном Nissan в 1999 году. Тогда плодом их труда стала легендарная машина модели Skyline. Своё название устройство получило из-за поверхностей, напоминающих середину тора, которые образует пара шкивов.

Работа осуществляется за счёт пары роликов, касающихся разных диаметров ведущего и ведомого шкивов, имеющих форму полутора. В итоге передаточное отношение изменяется.

Основные особенности тороидного вариатора

Он имеет ряд отличительных свойств:

  • Для этого вида коробок нельзя применять обычное масло. Сложная субстанция на огромных скоростях вращения превращается в пленку, способствующую увеличению фрикционных взаимодействий.
  • Материал роликов – дорогостоящая углеродистая сталь. В точке прижима к тороидной поверхности возникает усилие до 10000 кг.
  • Этот тип коробок очень дорогой в обслуживании, но он позволяет при компактных размерах выжать максимум крутящего момента.

Где применяются такие вариаторы

Одним из самых знаменитых применений является передача усилия с турбины двигателя на электрогенератор в английском истребителе вертикального взлёта Hurrier. Огромная стоимость изготовления позволяет устанавливать его только на самые дорогие элитные автомобили. Конструктора часто называют его излишеством и желанием изобретателей выделиться на общем фоне. КПД этой коробки не настолько велик, чтобы можно было платить за присутствие 2-5% крутящего момента. Поэтому их использование является вопросом финансовых возможностей и целесообразности. В России этот вид трансмиссии является наименее изученным в силу его недоступности.

variator-cvt.ru

Тороидальный вариатор вместо дифференциала - Что такое вариатор на машине и как работает клиноременный и тороидальный вариатор

Двигатели внутреннего сгорания выдают максимальные показатели по крутящему моменту и мощности в довольно узких диапазонах по частоте вращения коленчатого вала. Передача и преобразование усилия происходит через механизмы трансмиссии, состоящей из сцепления, коробки переключения передач или вариатора и редуктора.

Вариатор позволяет плавно изменять крутящий момент

Изменения крутящего момента в этой цепочке происходит во втором звене и от его устройства во многом зависят динамические характеристики автомобиля.

Большая часть серийных автомобилей выпускается с механическими или автоматическими коробками передач. Вариаторы получили меньшее распространение, вместе с тем их доля постепенно увеличивается.

Каждое из названных устройств имеет свои сильные и слабые стороны, происходит постоянное совершенствование конструкций, увеличивается надежность, они становятся технологичнее.

Два принципиально разных устройства: вариатор или автомат, что лучше? Для ответа на этот вопрос следует изучить оба механизма их конструкции и особенности.

Сравнение автоматической КПП с вариатором наиболее корректно ввиду того, что управление обоими осуществляется электронными процессорами и практически без участия человека. Водитель фактически только задает режим, а далее все происходит без его вмешательства.

Само название вариатор произошло от латинского слова, означающего в переводе «изменитель». В среде специалистов этот механизм принято называть аббревиатурой CVT, что расшифровывается в английском языке как continuously variable transmission или по-русски «постоянно изменяющаяся трансмиссия». Другие наименования данного механизма: вариаторная коробка, АКПП вариатор или клиноременный вариатор.

Обозначений много, пусть и не все точные, но устройство и принцип действия конструкции при этом не меняется.

По сути, название клиноременный вариатор относится только к одному из видов, который впервые был применен на транспорте. Уже в 1910 году мотоцикл марки Zenith с трансмиссией Gradua-Gear такой конструкции участвовал в гонках и показал хорошие результаты.

После этого участие машин с вариаторами в соревнованиях было запрещено ввиду явного превосходства последних над традиционными коробками передач.

История данного типа трансмиссии в автомобилестроении начинается в 1928 году, когда британская Clyno Engineering Company впервые применила эту схему.

Следующей был голландский автопроизводитель, выпустивший легковую машину DAF 600, оснащенную клиноременным вариатором собственной конструкции Variomatic. Именно эта модель и является первой серийной моделью с данным типом трансмиссии.

На DAF 600 был использован вариатор Variomatic

В последующем вариатор клиноременного типа стал доминирующей, но отнюдь не единственной применяемой в автомобилестроении схемой. Ведущие мировые производители разработали собственные конструкции:

  • Fiat устанавливали на свои машины Transmatic;
  • Mercedes-Benz – Autotronic;
  • Subaru – Lineartronic;
  • Honda- Multimatic;
  • Audi – Multitronic.

Компания Ford пошла еще дальше и запустила в производство два вариатора: Ecotronic и Durashift CVT, ее примеру последовали и японская Nissan с Xtronic и Hyper.

Перечень можно продолжать и дальше. О больших возможностях такой трансмиссии говорит и запрет на ее использование в гонках болидов Формула-1 просуществовавший вплоть до 1994 года.

Для ответа на этот вопрос необходимо разобраться в назначении и устройстве этого механизма.

Вариатор позволяет плавно изменять крутящий момент в заданном диапазоне регулирования, в этом состоит его главное отличие от коробки передач. КПП предполагает ступенчатые преобразования, которые происходят при разрыве потока мощности, что отрицательно сказывается на равномерности.

Видео поясняет что такое вариатор и как он работает:

Вариаторная коробка передач имеет довольно сложное устройство и состоит из следующих частей:

  • Механизм, выполняющий функции сцепления, обеспечивающий трансмиссии состояние аналогичное нейтральной передаче КПП.
  • Вариатор.
  • Устройство для реверса, изменяющее направления вращения на противоположное.
  • Процессор с исполнительным механизмом, управляющий работой вариатора.

В качестве устройства, передающего крутящий момент с силового агрегата на вариатор и разъединяющего поток мощности, используются такие виды автоматического сцепления:

  • центробежное — типа Transmatic;
  • электромагнитное — технология Hyper;
  • мокрое многодисковое — модели Multitronic и Multimatic;
  • гидротрансформаторы.

Последнее устройство наиболее популярное и используется подавляющим числом автопроизводителей. Данное устройство обеспечивает максимально плавную без рывков передачу усилия от двигателя, что способствует увеличению ресурса вариатора.

Управление работой всего комплекса механизмом осуществляется электронным блоком, в функции которого входит:

  • Изменение соотношения между ведущим и ведомым валом вариатора в зависимости от режима работы силового агрегата.
  • Управление механизмом сцепления.
  • Обеспечение работы реверсного устройства и планетарного редуктора.

Действия водителя по управлению вариатором мало отличаются от аналогичных манипуляций с автоматической коробкой переключения передач. Он только выбирает режим — все остальное происходит без его участия.

Существует также возможность фиксации передаточного соотношения в вариаторе, что позволяет реализовать некоторые возможности, присущие традиционным коробкам передач. В силу сложившихся стереотипов большинство водителей не всегда способны правильно воспринимать разгон машины при постоянной частоте оборотов коленвала.

В автомобильной промышленности применяются два варианта механизмов, различающиеся по устройству. Речь идет о клиноременном и тороидном вариаторах, которые имеют разные конструкции.

Тороидный вариатор не имеет в своем составе ремня, промежуточными элементами являются ролики. Такая конструктивная схема используется реже, но в ней заложен большой потенциал.

Клиноременный

Этот вариант механизма получил наибольшее распространение у компаний, производящих автомобили.

Клиноременный вариатор состоит из одной (реже двух) передач. На двух валах: ведущем и ведомом установлены шкивы, через которые перекинуто кольцо клиновидного ремня. На первых порах при его изготовлении использовалась армированная резина, затем ей на смену пришли стальные конструкции.

Устройство клиноременного вариатора автомобиля

Ведомый и ведущий шкивы состоят из двух частей: конусов, стенки которых имеют наклон около 70 градусов к оси вала. Взаимное перемещение шкивов обеспечивает изменение радиусов и, как следствие, передаточного отношения вариатора.

Видео ролик, поясняющий процесс перемещения шкивов CVT:

Для создания управляющего усилия, направленного на смещение конусов друг к другу используются пружины, давление жидкости или центробежная сила.

Принцип работы клиноременного вариатора обеспечивает непрерывность передачи потока мощности и позволяет создать оптимальные условия для работы двигателя. Так, при наборе скорости или, напротив, сбросе силовой агрегат автомобиля получает возможность работать при постоянных оборотах. Тем самым достигается заметная экономия топлива, снижается его износ и как следствие увеличивается ресурс.

Наиболее уязвимой частью такого вариатора является клиноременная передача, узел подвергается значительным нагрузкам. В настоящее время используются стальные конструкции, состоящие из пакета лент, между собой они соединяются пластинами сложной формы.

Передача усилия в таком случае происходит по всей площади контакта боковой поверхности ремня со шкивом за счет возникающего трения.

Устройство ремня вариатора

В другом варианте применяется стальная цепь, а вариатор по аналогии получил наименование клиноцепного. Каждое звено данной конструкции в своем составе имеет несколько пластинок, объединенных цилиндрическими втулками-осями, обеспечивающими минимальный радиус изгиба.

Передача усилия происходит за счет контакта боковой части цепи с рабочими поверхностями конусовидных дисков.

Малая площадь соприкосновения вызывает значительные нагрузки на детали, для изготовления которых применяется высокопрочная сталь. Вариатор клиноцепного типа обладает наибольшим КПД среди аналогичных конструкций.

С другой стороны его цена выше, нежели у клиноременного механизма из-за применения более дорогостоящих материалов.

Стальная цепь для вариатора

Автомобильные вариаторы в силу особенностей своей конструкции не могут обеспечить вращения в обратном направлении и соответственно заднего хода. Для решения данной задачи трансмиссия снабжается дополнительным механизмом, в большинстве случаев – это шестеренчатый редуктор планетарного типа. По принципу действия он совпадает с аналогичным устройством АКПП.

Тороидный

Такой механизм получил меньшее распространение, в основном его разработкой занимается японская компания Nissan. Оригинальный агрегат получил наименование Extroid и устанавливается он на ряде моделей автомобилей.

В устройстве тороидного вариатора имеются два соосных диска: ведущий и ведомый. В сечении они имеют форму равнобедренного треугольника, боковые стороны которого являются частью окружности.

Устройство тороидного вариатора

Между рабочими дисками находятся два ролика плотно прижатых к ним своими боковыми поверхностями. Указанные элементы подвижны и могут изменять свое положение, синхронно раскачиваясь вокруг осей перпендикулярных к основному валу.

Передача усилия происходит через ролики за счет возникающей в зоне контакта силы трения. Изменение соотношения радиусов приводит к увеличению или уменьшению частоты вращения ведомого вала.

Компания Nissan спроектировала сдвоенную коробку, способную передавать усилие до 300 Нм. Это рекордный показатель для трансмиссий этого типа.

Вариатор с 1999 года устанавливается на ряд мощных заднеприводных моделей, выпускаемых для внутреннего рынка. Агрегат совмещен с планетарным понижающим редуктором, при больших скоростях передача крутящего момента происходит напрямую. В переднеприводных моделях коробка совмещается с дифференциалом и главной передачей.

Управление автомобилем, оснащенным данным видом трансмиссии, не представляет особой сложности. Последовательность действий водителя такая же, как и на автомобилях с автоматическими коробками переключения передач.

Вариатор управляется рычагом селектора, который имеет несколько основных положений. Они обозначены буквами латинского алфавита:

В некоторых продвинутых агрегатах имеется также и фиксированный режим, при котором передаточное соотношение остается неизменным. Он используется некоторыми водителями при разгоне из-за особенностей устойчивого стереотипа.

Вопрос «как пользоваться вариатором?» часто задается автолюбителями, впервые столкнувшимися с таким устройством. На деле все достаточно просто:

  • Водитель запускает двигатель и выжимает педаль тормоза.
  • На ручке селектора имеется кнопка блокиратора, которую необходимо утопить, и перевести рычаг в положение D.
  • Плавно отпускаем педаль тормоза и нажимаем акселератор.
  • Машина начинает движение и постепенно ускоряется, при этом обороты двигателя остаются неизменными.

В процессе движения водитель действует только педалями газа, ускоряя движение и тормоза, замедляя его. Никаких других манипуляций с вариатором в ходе поездки производить не нужно.

При кратковременных остановках достаточно просто выжать педаль тормоза. При более длительной стоянке с заведенным двигателем селектор переводится в положение паркинг.

Управление такой трансмиссией значительно проще, нежели механической коробкой передач.

Все изменения передаточного соотношения в вариаторе происходят автоматически под управлением электронного блока. Получить наглядный урок того, как пользоваться вариатором поможет видео ролик, приведенный в конце статьи.

Как показывает практика, быстрее осваиваются с вариатором водители, имеющие опыт управления автомобилями с АКПП и, как это ни странно, новички. Тем, кто ездил исключительно на машинах с механическими коробками, требуется некоторое время, чтобы отучиться от прежних привычек переключения передач.

Несмотря на сложность конструкции и дороговизну, данный тип трансмиссии получает все большее распространение. Как и любое другое устройство, вариатор имеет определенные плюсы и некоторые минусы.

Для более точной оценки механизма следует определиться с критериями, а лучше проанализировать достоинства и недостатки в сравнении с другими наиболее близкими по функциям механизмами.

Основные плюсы вариатора:

  • Непрерывность потока мощности, передаваемого от двигателя на ведущие колеса.
  • Плавное без толчков и рывков изменение передаточного соотношения.
  • Возможность обеспечения оптимального режима работы двигателя.
  • Низкий уровень шума от работающего механизма, слегка изменяющееся характерное жужжание.
  • Уменьшение расхода топлива.
  • Максимальная оптимизация нагрузок на силовой агрегат и другие элементы привода.

С другой стороны, вышеперечисленные достоинства достигаются за счет высокой сложности механизма и наличия целого ряда устройств, обеспечивающих его работу.

Это влечет за собой удорожание конструкции и увеличение эксплуатационных расходов. В вариаторы заливаются специальные трансмиссионные технические жидкости, которые обеспечивают охлаждение деталей и удаление продуктов износа из рабочей зоны.

При выборе автомобиля оцениваются его технические и эксплуатационные характеристики. Наиболее близкими по своим возможностям являются вариаторы и автоматические коробки переключения передач.

Автомат и вариатор в чем разница

Сравнивая эти типы трансмиссий, специалисты обращают внимание на целый ряд особенностей каждого из названных механизмов.

Выбирая между коробкой автоматом или вариатором, учитываются их плюсы и минусы.

АКПП – более распространенный вид трансмиссии с отлаженным сервисом и достаточно высокими параметрами.

Видео — сравнение разных видов трансмиссий:

Вариатор обеспечивает максимально благоприятные условия для работы двигателя и отличную динамику при разгоне. Не происходит переключения передач и разрыва потока мощности.

Общее потребление топлива при этом на 10 -15 % ниже, нежели у автомобиля равного по мощности с автоматической коробкой. В условиях постоянного роста цен на топливо, это обстоятельство становится достаточно весомым аргументом в пользу CVT.

Платой за это является высокая сложность агрегата и, как следствие, большие затраты на его техническое обслуживания. В нашей стране сервис для такого рода трансмиссий практически отсутствует, а цены на запасные части довольно высокие.

Отдельный разговор об эксплуатационных жидкостях, в агрегат заправляется от 8 до 10 литров специального и довольно дорогостоящего масла.

Выбирая между автомобилем с вариатором или автоматом, следует учитывать достоинства и особенности той и другой трансмиссии.

CVT имеет лучшие технические характеристики, нежели АКПП, а с другой стороны, регламентное обслуживание и ремонт его обходятся достаточно дорого. Вариатор имеет значительный потенциал для дальнейшего развития с учетом внедрения новых перспективных технологий.

Если заметили, что пинается АКПП, причины могут быть разные. Желательно выполнить диагностику.

Как расшифровать VIN код можно прочитать здесь. Расшифровка дает много информации об автомобиле.

Видео о различных видах трансмиссий (МКПП, АКПП, робот, вариатор), их плюсах и минусах:

Как быстро избавиться от царапин на машине

Защитить автомобиль от грязи поможет жидкое стекло

Надоело чистить салон своего авто? Это поможет >>>

Как защитить себя от слепящего солнца и фар за рулем?

У вариатора есть еще одно достоинство — только он позволяет наиболее полно использовать мощность двигателя. Двигатель работает при постоянных оборотах, поэтому загружается полностью.

Устает спина за рулем? Полезный подарок водителю!

Материалы: http://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/avtoustrojstva/transmissiya/variator/ili-avtomat-chto-luchshe.html

provariator.ru

Что такое вариатор на машине

Чтобы понять, что такое вариатор на машине, стоит вспомнить смысл использования в ней коробки передач как таковой. Её наличие в автомобиле вызвано необходимостью увеличивать или уменьшать количество оборотов, которое выдаёт двигатель. Это связано с тем, что двигатель на разных оборотах имеет разную мощность, крутящий момент и потребление топлива.

Как правило, сценарий движения автомобиля выглядит так: низкие обороты двигателя — автомобиль трогается — обороты растут — машина разгоняется — обороты упираются в потолок возможностей двигателя — КПП повышает передаточное число — обороты двигателя падают и начинают расти снова.

Таким образом, КПП имеет несколько низких и высоких передач, которые выбираются водителем или автоматикой, исходя из текущей дорожной ситуации. Но в конечном итоге значение имеет только диапазон передаточных чисел — разница между самой высокой и самой низкой передачей. И перемещаться по этому диапазону рывками, от передачи к передаче вовсе необязательно.

Как работает вариатор на машине

Механические или автоматические коробки передач на легковых машин имеют, как правило, 5-8 передач с фиксированным передаточным числом. Вариатор же имеет бесконечное количество передач, так что никаких переходов между ними не ощущается — передаточное число плавно нарастает и так же плавно снижается. Для такой бесступенчатой работы применяется одна из двух главных схем вариаторной передачи: клиноременная и тороидальная.

Клиноременный вариатор

иллюстрация работы клиноременного вариатора

Иллюстрация работы клиноременного вариатора

Оба шкива — ведущий и ведомый — состоят из двух половинок в виде усечённых конусов, которые направлены друг к другу усечёнными вершинами. Между половинками ведущего шкива зажимается ремень, что передаёт крутящий момент ведомому шкиву, половинки которого так же зажимают между собой ремень.

Чтобы повысить передачу, половинки ведущего шкива сходятся, ремень ползёт по наклонной стороне половинок вверх, в сторону края шкива. В результате, ремень обегает больший диаметр — передаточное число растёт. Для понижения передачи, половинки ведущего шкива расходятся, и ремень сползает ближе к центру шкива. Как правило, регулировать расхождение половин можно у обоих шкивов, поэтому диапазон передаточных чисел у вариатора очень широк.

Цепные вариаторы — подмножество клиноременного типа, только с металлической цепью вместо ремня. Цепь используется там, где нужно управлять большими мощностями, а также ради хорошей устойчивости к износу. Её КПД выше, чем у обычных ремней, благодаря лучшему сцеплению с поверхностями шкивов.

Тороидальный вариатор

иллюстрация работы тороидального вариатора

Иллюстрация работы тороидального вариатора

На первый взгляд, устройство тороидального вариатора куда проще. Вместо двух шкивов, состоящих из двух половинок, здесь используются только два диска в форме верхней половинки юлы или волчка. Диски направлены друг на друга этими криволинейными поверхностями. Передача от ведущего диска к ведомому производится роликом, который касается криволинейных поверхностей своими краями.

Когда ролик наклоняется в одну сторону, место соприкосновения с диском передвигается ближе к краю — передаточное число растёт. При наклоне в противоположную сторону, место контакта сползает к центру диска, и передаточное число падает. Также ролик может передвигаться по высоте целиком.

Несмотря на относительную простоту устройства, сейчас тороидальные вариаторы редко применяются. Их производство очень требовательно к точности и прочности деталей, и поэтому ощутимо дороже. Чтобы тороидальный вариатор выдавал приемлемое КПД и работал долго без поломок, необходимо использовать специальные дорогостоящие масла. 

Видео о вариаторе

Плюсы и минусы вариатора на машине

вариаторная КПП в разрезе

Вариаторная КПП в разрезе

Чем же отличается в лучшую сторону езда на машине с вариатором от езды на такой же машине, но с обычной «механикой» или АКПП?

  • Машина ускоряется равномерно, без рывков, на одних и тех же оборотах двигателя, которые программа вариатора считает оптимальными.
  • Скорость набирается ощутимо быстрее, так как отсутствуют колебания крутящего момента и затраты времени на переключение передач.
  • Передаточное отношение мгновенно подстраивается под дорожную ситуацию, предотвращает от провалов мощности на подъёме или при обгоне.
  • Точное, интеллектуальное управление передачей экономит топливо — расходуется ровно столько, сколько необходимо в текущих условиях.
  • Мощность двигателя расходуется с максимальной отдачей, поэтому двигатель большую часть времени работает тише и спокойнее, что продлевает ресурс всей трансмиссии.
  • Отсутствие резких скачков в работе двигателя снижает концентрацию вредных продуктов горения в выхлопных газах.
  • Вариатору можно задать режим экономии топлива, максимальной мощности или скорости, который он будет выдерживать максимально эффективно.

К сожалению, вариаторы имеют и ряд недостатков, которыми объясняется такое нечастое их применение на машинах:

  • Максимальная мощность двигателя, с которой смог работать серийный вариатор, составляет порядка 240 л.с. — это не очень много по нынешним меркам.
  • Через каждые 100-200 тысяч километров пробега нужно менять недешёвый ремень или цепь, и в несколько раз чаще — специальную жидкость, которая дороже обычного масла.
  • За уровнем жидкости в вариаторе нужно постоянно следить, не допуская снижения уровня, при этом нельзя заменять её на какую-то другую или смешивать.
  • Ремонт вариатора в кустарных условиях — верный способ доломать его окончательно, ввиду очень сложной электронной начинки.
  • Точность и эффективность работы вариатора зависит от исправности всех электронных систем машины, так как от них вариатор получает всю нужную информацию.
  • Есть затруднения в буксировке машины с вариаторной коробкой передач, а также с реализацией заднего хода.

Сильные стороны вариаторов намного серьёзнее их слабостей, поэтому ведущие мировые автоконцерны непрестанно занимаются совершенствованием вариаторов, и стараются внедрить их в массовое использование. Судя по тому, что традиционные коробки передач движутся в сторону наращивания количества ступеней, вариаторы — конечный пункт эволюции автомобильных КПП.

Похожие статьи

avtonov.com

Extroid тороидальный вариатор - Тороидальный вариатор,

Многие производители наряду с механическими, автоматическими и роботизированными коробками переключения передач предлагают своим клиентам трансмиссии вариаторного типа

В салоне припаркованного автомобиля вариатор легко перепутать с обычным автоматом или роботизированной коробкой — отсутствует педаль сцепления, селектор напоминает классический рычаг «автомата» — но на ходу почти сразу становится понятно, что это совершенно другая система.

При этом не только по особенностям поведения автомобиля вариатор стоит особняком: относительно высокая цена, фактическая непригодность к ремонту и множество окружающих клиноременные КПП ограничений — всё это заставляет удивляться, зачем же их нам предлагают обычно не склонные к необдуманным решениям автопроизводители?

Попробуем разобраться.

Зачем нужен вариатор

Двигатель внутреннего сгорания проявляет себя по-разному в зависимости от оборотов, на которых работает: так, максимальный крутящий момент реализуется на одних оборотах, а максимальная мощность на других — причем в диапазоне, редко используемом, например, при городской езде. И почти наверняка расход топлива в этих режимах работы двигателя не будет оптимальным (хотя, справедливости ради, нужно отметить, что расход зависит от множества факторов помимо числа оборотов двигателя).

Любая коробка передач нужна в автомобиле в первую очередь для того, чтобы изменять в широком диапазоне крутящий момент — а следовательно, и тяговое усилие и скорость вращения колёс автомобиля. При этом получает коробка передач этот крутящий момент с коленчатого вала двигателя, имеющего четко ограниченный рабочий диапазон.

При разгоне, когда нам нужна максимальная динамика, мы уводим двигатель в режим повышенных оборотов и стараемся в нем оставаться, пока необходимость в максимально быстром ускорении не отпадёт. При плавном ускорении на загородной трассе мы так же будем переключаться по мере необходимости. Именно по этой причине для более полного использования возможностей двигателя выгодно внедрить большее число «коротких» ступеней с узким рабочим диапазоном — чем сейчас и занимаются производители традиционных трансмиссий — но этот подход неизбежно ведёт к увеличению стоимости, сложности и веса коробки передач.

Принципиально же иной подход к этому вопросу состоит в разработке системы, позволяющей в заданном диапазоне передаточных чисел бесступенчато изменять передаточное число трансмиссии. Именно такой системой и является вариатор.

История

Первые наброски бесступенчатой вариаторной трансмиссии (СVT — Continuous Variable Transmission — Постоянно Изменяемая Трансмиссия) можно найти в работах Леонардо да Винчи, датированных примерно 1490 годом. Неизвестно, нашёл ли применение тогда этот принцип, но в Европе к теме вернулись уже в 19 веке — в 1886 году выдан европейский патент на тороидальный вариатор.

В 1910 году мотоцикл Zenith с патентованной вариаторной трансмиссией Gradua-Gear настолько успешно участвовал в гонках Hill Climb, что трансмиссии подобного типа были запрещены в этих гонках для сохранения конкурентоспособности традиционных КПП.

В 1912-ом на мотогонках Tourist Trophy та же судьба постигла британцев Rudge-Whitworth с их системой Rudge Multigear. Официальная формулировка также содержала отсылку к необходимости поддержания интриги в гонке.

Запреты вариаторов в спорте продолжались до конца века — так, в 1994 году вариаторы были запрещены в Формуле-1 ввиду опасений, что одна из команд может в будущем получить огромное преимущество, разработав достаточно эффективную трансмиссию на вариаторном принципе.

История вариатора на легковом автотранспорте начинается с 1928 года. Именно тогда третий по величине британский автопроизводитель Clyno Engineering Company устанавливает на автомобиль вариаторную трансмиссию собственной разработки — впрочем, не очень надёжную и эффективную ввиду отсутствия на тот момент необходимых технологий и материалов.

В 1958 году голландский производитель DAF, ныне известный нам по грузовым автомобилям, презентовал легковую машину DAF 600 с вариатором собственной конструкции Variomatic, которая после приобретения патентов компанией Volvo стала называться VDT (Van Doorne Transmissie— в честь владельца компании DAF Губерта Ван Дорна, самостоятельно разработавшего систему). Машина была интересна ещё и тем, что обеспечивала возможность торможения двигателем — для перевода трансмиссии в этот режим достаточно было переключить тумблер на приборной панели. Именно DAF является первым массовым автомобилем с вариаторной трансмиссией.

В конце 80х годов доработанный японскими инженерами вариатор продолжил наступление в нише компактных автомобилей. Знаковым автомобилем стала нацеленная в том числе на американский рынок Subaru Justy с электронным управлением вариатором. Несмотря на ограниченную популярность модели, вариаторы на автомобилях марки продолжали использоваться и в дальнейшем.

Nissan, также начавший эксперименты с бесступенчатыми трансмиссиями на малолитражке March в 1990х, в итоге стал устанавливать на полноразмерные автомобили — примером тому была Nissan Altima с 3,5 литрами под капотом. До того одним из недостатков вариатора считалась именно неспособность работать с большими крутящими моментами.

В результате непрерывного совершенствования вариаторов сегодня мы можем наблюдать надежно работающие вариаторы как на мощных Nissan и Audi, так и на конструкциях, далеких от автомобильного мира: например, трансмиссия вариаторного типа ставится на японский основной боевой танк Type 10 весом в 48 тонн и мощностью силовой установки 1200 л.с.

Принцип работы вариатора

Простейший конусный вариатор Эванса содержит два параллельных шкива конической формы, вершины конусов при этом направлены в противоположные стороны. Вращение с одного шкива на другой передаётся ремнем.

Если сдвинуть жесткий ремень на приводном конусе в сторону его основания, то для сохранения своей длины ремень сдвинется и на втором конусе, но за счет разнонаправленности конусов — на более узкий его участок. При этом передаточное число по мере движения приводного ремня будет плавно увеличиваться.

Чаще всего встречающийся в современных автомобилях клиноременной вариатор отличается в деталях от описанной схемы, но принцип, лежащий в основе данных устройств — общий: плавное изменение передаточного числа путём изменения диаметра приводного шкива.

Техническое устройство вариаторной трансмиссии

В клиноременном вариаторе каждый приводной шкив состоит не из одного, а из двух усеченных конусов, направленных друг на друга. Между ними зажат ремень клиновидного сечения, который при движении этих «полушкивов» навстречу друг другу буквально выдавливается на внешний радиус приводных конусов и одновременно переходя на меньший радиус ведомого вала. Плавной и согласованной регулировкой расстояния между полушкивами — а, как следствие, и выбранного передаточного отношения- в современных автомобильных вариаторах занимается электроника. Помимо электронного управления, в современную вариаторную трансмиссию входит и устройство, обеспечивающее возможность движения задним ходом (чаще всего для этого используется планетарная передача) и узел, компенсирующий отсутствие в вариаторе нейтральной передачи. Производители используют в этом качестве почти все типы сцепления из присуствующих на рынке:

  • гидротрансформатор (используется чаще всего), встречается на вариаторах Autotronic (Мерседес), Ecotronic (Форд), Extroid и Xtronic (Ниссан; первый чаще встречается на дорогих авто, второй — в бюджетном сегменте), Lineartronic (Субару), Multidrive (Тойота).
  • многодисковое сцепление моктрого типа используется в вариаторах Multitronic (Хонда), Multimatic (Ауди)
  • электромагнитное сцепление с электронным управлением встречается на системах Hyper (Ниссан)
  • центробежное автоматическое сцепление ставится на вариаторы Transmatic (старые ДАФ, Форд и Фиат)

Также некоторыми производителями активно используются тороидальные вариаторы, где ремня нет, а функцию передачи крутящего момента от одного вала к другому выполняют ролики разной формы. Наиболее известен двойной тороидальный вариатор Extroid CVT, который ставился на мощные топовые модели Nissan. К сожалению, высокая стоимость и малая распространенность данного типа вариатора не позволяет считать его конкурентом традиционной клиноременной системы.

Виды ремней вариатора

Главная технически сложная деталь клиноременного вариатора — это, собственно, ремень. Он должен быть крайне жестким и одновременно гибким — чтобы, будучи зажатым гидравликой в приводе иметь возможность работать на разных диаметрах шкивов. Категорически нельзя ему сжиматься или растягиваться. Простые автомобильные ремни — наподобие ремня генератора или газораспределительного механизма — под такие требования не подходят (хотя в вариаторе снегохода, например, используется именно резинотканевый ремень). Чаще всего в автомобильных вариаторах встречается наборный металлический ремень близкого к треугольному сечения. В ряде агрегатов этот ремень применяется как «толкающий» — стальная конструкция ремня при сжатии приобретает дополнительную жесткость, что позволяет передавать вторичному валу большую мощность. Впрочем, иногда проблемы передачи большой мощности с помощью вариатора решают применением вместо ремня широкой цепи, входящей в зацеп с половинами приводных шкивов своими боковыми частями. Дополнительное сцепление цепи, как и в клиноременном вариаторе, обеспечивается специальной трансмиссионной жидкостью, меняющей свою вязкость под давлением в точке контакта ремня и полушкива. Эта жидкость дороже обычного трансмиссионного масла и крайне важна для вариатора.

Ограничения вариаторной трансмиссии и примеры их преодоления

Несмотря на наличие в системе ремня, назвать его расходником нельзя — большая часть производителей даёт на свои вариаторы гарантию в 150-200 тысяч километров. При этом несвоевременная замена жидкостей, выезды на бездорожье, резкие нагрузки и удары неизбежно приводят к снижению срока эксплуатации узла — о чем те же производители часто «забывают» написать. Иногда для продления этого срока замену ремня и валов произвести возможно, но чаще узел заменяется в сборе. Основная беда вариатора заложена конструктивно — цепь или ремень, растянувшийся ввиду неправильного обслуживания или эксплуатации, начинает проскальзывать на шкивах, образуя на них задиры. Со временем даже небольшое разрушение ремня вариатора приводит к катастрофическим последствием для всех узлов вариатора. Помимо этого могут вызвать гибель трансмиссии и проблемы с датчиками скорости или шаговым мотором, управляющим всей системой. Иногда от продолжительного движения на высоких скоростях могут отказать подшипники полушкивов. Также вариаторы, изначально созданные под спокойную езду, плохо переносят резкие старты ввиду повышенной нагрузки на ремень/цепь. Отсюда же вытекают ограничения по буксировке как других автомобилей, так и прицепов, что в принципе — не проблема, если речь идёт о небольшом автомобиле. Кстати, о буксировке автомобиля с вариатором тоже следует сказать отдельно — для этого придётся включать двигатель, чтобы приводной ремень в вариаторе смазывался в движении — но ещё лучше вообще отказаться от буксировки авто на тросе. Вариатор, как система, в немалой степени зависящая от трения, склонен к перегреву при эксплуатации в снегу или на бездорожье. Вне дорог автомобиль с вариатором эксплуатировать вообще не стоит — ударные нагрузки и проскальзывание колес смертельно опасны для ремня вариатора. Все эти технические недостатки постепенно преодолеваются. Сложнее с другим —восприятием водителем вариатора, как некорректно работающего устройства традиционного типа. При необходимости резкого ускорения вариатор, до того находившийся в режиме минимального расхода топлива, сначала дожидается смены режима работы двигателя на оптимальный для разгона. При этом он постоянно меняет передаточное число, чтобы не мешать двигателю перенастраиваться. После чего, позволяя двигателю оставаться на зачастую некомфортных для слуха водителя высоких оборотах, вариатор начинает плавно менять диаметр шкивов в трансмиссии, обеспечивая плавный, но максимально эффективный разгон с сохранением двигателя в неизменном режиме работы с максимальной отдачей крутящего момента. Разгон получается оптимальным, но ускорение без привычного изменения тембра работы двигателя с набором скорости рождает заставляет неискушенного пользователя подозревать автомобиль в некорректной работе узлов и отсутствии динамики. Именно для борьбы с этим субъективным восприятием поведения автомобиля с вариатором производители идут на всяческие ухищрения: добавляют лепестковые подрулевые переключатели виртуальных передач (например, в системе Sportronic у Mitsubishi), изменяют программы управления разгоном так, чтобы выход на оптимальные обороты двигателя происходил постепенно. По сути всё это — скорее дань человеческому консерватизму и маркетинговый компромисс — характеристики авто при этом, пусть и незначительно, но страдают. Ровно по этой же причине рычаг управления режимами вариатора на многих автомобилях до сих пор стилизуют под рукоятку АКПП, хотя можно было бы обойтись и рядом кнопок.

Быть или не быть вариаторам

КПД трансмиссий вариаторного типа — едва ли не выше, чем у всех конкурентов и составляет 75%. При этом необходимо понимать, что одновременно получить рекордную экономичность и непревзойдённую динамику одной лишь установкой вариаторной трансмиссии — невозможно.

provariator.ru

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.


002.jpg

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.


nissan_micra_5-door_1.jpeg

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…


Jatco_JF011E.jpg

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.


subaru_justy_5-door_6.jpeg

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.


GAZ_2daee44984fa44ccb528a98705143ebf.jpg

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.


Variator_C.PNG

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.


Nissan_CVT.jpg

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.


Pic.3,1 (1).jpg Pic.4,1.jpg

На фото: зубчатый вариатор К.С. Иванова, фото: sovmash.com

Что дальше?

В общем и целом у вариатора есть куда развиваться помимо банального улучшения износостойкости ремня, цепи и конусов у классических конструкций и усовершенствования поверхностей торов и роликов у тороидальных. Теоретически это один из самых перспективных видов трансмиссий для ДВС, и исчезнет он, наверное, вместе с самим ДВС, в результате постепенного отказа от ДВС как основного двигателя и перехода на электрическую тягу.


Читайте также:


www.kolesa.ru

Что такое вариатор на машине — Auto-Self.ru

Чтобы понять, что такое вариатор на машине, стоит вспомнить смысл использования в ней коробки передач как таковой. Её наличие в автомобиле вызвано необходимостью увеличивать или уменьшать количество оборотов, которое выдаёт двигатель. Это связано с тем, что двигатель на разных оборотах имеет разную мощность, крутящий момент и потребление топлива.

Как правило, сценарий движения автомобиля выглядит так: низкие обороты двигателя — автомобиль трогается — обороты растут — машина разгоняется — обороты упираются в потолок возможностей двигателя — КПП повышает передаточное число — обороты двигателя падают и начинают расти снова.

Таким образом, КПП имеет несколько низких и высоких передач, которые выбираются водителем или автоматикой, исходя из текущей дорожной ситуации. Но в конечном итоге значение имеет только диапазон передаточных чисел — разница между самой высокой и самой низкой передачей. И перемещаться по этому диапазону рывками, от передачи к передаче вовсе необязательно.

Как работает вариатор на машине

Механические или автоматические коробки передач на легковых машин имеют, как правило, 5-8 передач с фиксированным передаточным числом. Вариатор же имеет бесконечное количество передач, так что никаких переходов между ними не ощущается — передаточное число плавно нарастает и так же плавно снижается. Для такой бесступенчатой работы применяется одна из двух главных схем вариаторной передачи: клиноременная и тороидальная.

Клиноременный вариатор

Иллюстрация работы клиноременного вариатора

Оба шкива — ведущий и ведомый — состоят из двух половинок в виде усечённых конусов, которые направлены друг к другу усечёнными вершинами. Между половинками ведущего шкива зажимается ремень, что передаёт крутящий момент ведомому шкиву, половинки которого так же зажимают между собой ремень.

Чтобы повысить передачу, половинки ведущего шкива сходятся, ремень ползёт по наклонной стороне половинок вверх, в сторону края шкива. В результате, ремень обегает больший диаметр — передаточное число растёт. Для понижения передачи, половинки ведущего шкива расходятся, и ремень сползает ближе к центру шкива. Как правило, регулировать расхождение половин можно у обоих шкивов, поэтому диапазон передаточных чисел у вариатора очень широк.

Цепные вариаторы — подмножество клиноременного типа, только с металлической цепью вместо ремня. Цепь используется там, где нужно управлять большими мощностями, а также ради хорошей устойчивости к износу. Её КПД выше, чем у обычных ремней, благодаря лучшему сцеплению с поверхностями шкивов.

Тороидальный вариатор

Иллюстрация работы тороидального вариатора

На первый взгляд, устройство тороидального вариатора куда проще. Вместо двух шкивов, состоящих из двух половинок, здесь используются только два диска в форме верхней половинки юлы или волчка. Диски направлены друг на друга этими криволинейными поверхностями. Передача от ведущего диска к ведомому производится роликом, который касается криволинейных поверхностей своими краями.

Когда ролик наклоняется в одну сторону, место соприкосновения с диском передвигается ближе к краю — передаточное число растёт. При наклоне в противоположную сторону, место контакта сползает к центру диска, и передаточное число падает. Также ролик может передвигаться по высоте целиком.

Несмотря на относительную простоту устройства, сейчас тороидальные вариаторы редко применяются. Их производство очень требовательно к точности и прочности деталей, и поэтому ощутимо дороже. Чтобы тороидальный вариатор выдавал приемлемое КПД и работал долго без поломок, необходимо использовать специальные дорогостоящие масла. 

Видео о вариаторе

Плюсы и минусы вариатора на машине

Вариаторная КПП в разрезе

Чем же отличается в лучшую сторону езда на машине с вариатором от езды на такой же машине, но с обычной «механикой» или АКПП?

  • Машина ускоряется равномерно, без рывков, на одних и тех же оборотах двигателя, которые программа вариатора считает оптимальными.
  • Скорость набирается ощутимо быстрее, так как отсутствуют колебания крутящего момента и затраты времени на переключение передач.
  • Передаточное отношение мгновенно подстраивается под дорожную ситуацию, предотвращает от провалов мощности на подъёме или при обгоне.
  • Точное, интеллектуальное управление передачей экономит топливо — расходуется ровно столько, сколько необходимо в текущих условиях.
  • Мощность двигателя расходуется с максимальной отдачей, поэтому двигатель большую часть времени работает тише и спокойнее, что продлевает ресурс всей трансмиссии.
  • Отсутствие резких скачков в работе двигателя снижает концентрацию вредных продуктов горения в выхлопных газах.
  • Вариатору можно задать режим экономии топлива, максимальной мощности или скорости, который он будет выдерживать максимально эффективно.

К сожалению, вариаторы имеют и ряд недостатков, которыми объясняется такое нечастое их применение на машинах:

  • Максимальная мощность двигателя, с которой смог работать серийный вариатор, составляет порядка 240 л.с. — это не очень много по нынешним меркам.
  • Через каждые 100-200 тысяч километров пробега нужно менять недешёвый ремень или цепь, и в несколько раз чаще — специальную жидкость, которая дороже обычного масла.
  • За уровнем жидкости в вариаторе нужно постоянно следить, не допуская снижения уровня, при этом нельзя заменять её на какую-то другую или смешивать.
  • Ремонт вариатора в кустарных условиях — верный способ доломать его окончательно, ввиду очень сложной электронной начинки.
  • Точность и эффективность работы вариатора зависит от исправности всех электронных систем машины, так как от них вариатор получает всю нужную информацию.
  • Есть затруднения в буксировке машины с вариаторной коробкой передач, а также с реализацией заднего хода.

Сильные стороны вариаторов намного серьёзнее их слабостей, поэтому ведущие мировые автоконцерны непрестанно занимаются совершенствованием вариаторов, и стараются внедрить их в массовое использование. Судя по тому, что традиционные коробки передач движутся в сторону наращивания количества ступеней, вариаторы — конечный пункт эволюции автомобильных КПП.

Поделитесь с друзьями в соц.сетях:

Facebook

Twitter

Google+

Telegram

Vkontakte

auto-self.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о