Вариатор — автомобильная коробка передач будущего? Научные исследования и разработки. Эмуляция ручной коробки на вариаторе

Он сконструирован на базе существующей модели CVT7 и предназначен для компактных переднеприводных автомобилей. Первой моделью, которая получит новинку, станет Nissan Lannia.

Nissan Motor хорошо известна тем, что особое внимание уделяет распространению вариаторных трансмиссий в своей линейке, и тому появляется очередное подтверждение. Компания объявила о начале производства нового вариатора, получившего обозначение CVT7 W/R. Он разработан совместно со специалистами Jatco.

Новинка сконструирована на базе CVT7 - первой модели с внешним дополнительным редуктором. Существенным отличием CVT7 W/R, как утверждается, является значительно снижение потерь на трение, благодаря установке новых ремней и шкивов. Кроме того, компании поработали над тем, чтобы управление автомобилем, в котором установлена CVT7 W/R, стало приятнее за счет улучшившейся динамики. Утверждается, что оптимизирован алгоритм передачи момента при начале движения во избежание пробуксовки и одновременного обеспечения наилучшей динамики. Сделать вариатор более отзывчивым на педаль акселератора должна технология D-step.

Разработчики говорят о существенном улучшении показателей экономичности, но чтобы говорить о них более наглядно, потребуется сравнение характеристик одной и той же модели с прежней версией вариатора и CVT7 W/R.

Такая возможность, судя по всему, скоро представится, но прежде этим вариатором будет оснащена совершенно новая модель - Nissan Lannia. Продажу этого седана Nissan Motor планирует начать в Китае в следующем месяце. Позднее усовершенствованные вариаторы получат более широкое распространение.

Для Lannia вариаторы будет производить на заводе Jatco в китайской провинции Гуаньчжоу. Не уточняется, где будут собирать CVT7 W/R для других моделей Nissan.

Nissan и Jatco разработали новый вариатор

Для Nissan создан новый вариатор

Вариатор сегодня заслужил довольно много симпатий... и вместе с ними разочарований владельцев, которых, впрочем, не так много. Но факт остаётся неизменным: несмотря на то, что вариатор был придуман очень давно, на сегодняшний день эта система является ещё достаточно "сырой" и не до конца доработанной даже самыми ведущими автопроизводителями .

В этой статье мы рассмотрим, что такое вариатор, как работает вариатор в типичном среднеразмерном автомобиле, чем он лучше АКПП и механической коробки - всё это мы узнаем, ответив на несколько вопросов на нашем пути:

• Чем вариатор лучше по сравнению со старой-доброй планетарной автоматической коробкой передач?
• Из каких частей состоит вариатор и как эти части работают?
• Какие недостатки имеет CVT по сравнению с обычными ?
• Какое впечатление производит вариатор на водителя при управлении машины с ним?
• Какие марки и модели включают CVT?
• Есть ли другие варианты использования CVT, кроме автомобилей?

Во-первых, давайте рассмотрим, чем отличается вариатор от автомата и сравним его с традиционной автоматической коробкой передач.

Так выглядит вариатор "вживую"

Хронология инноваций в вариаторе

• 1490 - да Винчи показал общественности свои эскизы бесступенчатой ​​трансмиссии (к автомобилям она, разумеется, не имела в то время никакого отношения).
• 1886 - подан первый патент на тороидальную CVT.
• 1935 - Dodge получает патент США на тороидальный вариатор.
• 1939 - впервые введена полностью автоматическая коробка передач на основе планетарной системы передач.
• 1958 - Daf (Нидерланды) также начинает оснащать свои автомобили вариатором.
• 1989 - Subaru Justy GL - первое американское производство автомобилей на вариаторах.
• 2002 - Saturn дебютирует с коробкой-вариатором.
• 2002 - Российские Лады (2112) получили возможность оснащаться вариатором вместо механической КПП.
• 2014 - Всё большее число иностранных марок оснащаются вариаторами, и доля рынка автомобилей на CVT приближается к доле таковых на автомате.

Основы работы АКПП для понимания работы вариатора

Если Вы читали о структуре и функции автоматов , то Вы знаете, что работа такой трансмиссии являет собой изменение отношения передач между двигателем и колёсами автомобиля в автоматическом режиме. Другими словами, совсем без коробки передач автомобили будут иметь только одну передачу - оборудование, которое позволило бы автомобилю поехать на нужной скорости, и скорость эта зависела бы только от оборотов двигателя. Представьте себя на минуту за рулём автомобиля, который оборудован только первой передачей или машины только с третьей передачей. Первый автомобиль будет достаточно быстро ускоряться с места и сможет подняться на крутой холм, но его максимальная скорость будет ограничена до нескольких десятков километров в час. Второй автомобиль, с другой стороны, сможет ехать во многих случаях и более 100 км/ч по шоссе, но практически не сможет стартовать с места, особенно, в крутые холмы.

Таким образом, трансмиссия использует ряд передач - от низкого к высокой, чтобы сделать более эффективным использование крутящего момента двигателя на фоне изменения дорожных и скоростных условий машины. А шестерни в коробке передач могут заменяться вручную или автоматически.

В традиционной автоматической коробке передач шестерни - это буквально шестерни - взаимосвязанные, зубчатые колёса, которые помогают передавать и изменять вращательное движение и крутящий момент от двигателя к колёсам машины. Сочетание планетарных передач создаёт более различные передаточные числа, и передача может производить, как правило, до чётырех передач переднего хода в старых коробках и до 8 передач в новых коробках, а также одну передачу заднего хода . Когда циклы переключения передач сменяют друг друга, водитель может почувствовать толчки каждый раз, особенно, при быстром ускорении.

Как работает вариатор?

Если совсем не разбираться в работе вариатора, то может показаться, что внутри автомобиля сидят человечки и обеспечивают плавную езду машины - примерно как на рисунке

В отличие от традиционных автоматических коробок передач, бесступенчатая ​​коробка передач (что и есть вариатор) не имеет определённого количества передач как такового, что означает, что она не имеет зубчатых шестерён. Наиболее распространённый тип вариатора работает на гениальной системе шкивов, что позволяет наличествовать бесконечным числом передач за счёт изменений толщины между двумя валами: ведущим и ведомым - без каких-либо дискретных шагов. А теперь поподробнее о самом главном: как же работает вариатор - каков общий принцип работы CVT?

В основе работы вариатора лежит принцип рычагов. Давайте постараемся визуализировать работу вариатора (а затем взглянем на картинку ниже). Представьте себе 2 вала, находящиеся рядом друг с другом, на разных концах которых прикреплены по конусообразному наконечнику. Эти валы расположены так, что конусы расположены на одном уровне рядом друг с другом (и каждый из конусов направлен в противоположные стороны). Теперь соединим эти два вала с конусами ремнём или цепью и придумаем такую конструкцию, чтобы мы могли перемещать валы вдоль их оси (перпендикулярно этому ремню), но этот ремень или цепь оставались на одном уровне. Таким образом, мы получим самый настоящий вариатор: представим, что один из этих валов ведущий (приводится в движение двигателем), а другой - ведомый (он раскручивается первым валом). Теперь, так как наконечники у нас конусообразные, мы, смещая один из валов (например, ведомый) немного назад, уменьшим изгиб ремня вокруг него, а сместив ведущий ремень также назад, мы, наоборот, увеличим радиус изгиба уже вокруг конуса ведущего ремня. Таким образом, мы получим такую ситуацию, когда ведущему валу надо сделать всего, к примеру, 2 оборота, чтобы раскрутить ведомый вал на 10 оборотов - получается, что при одном количестве оборотов двигателя, автомобиль будет ехать очень быстро. Если мы сместим теперь оба вала, наоборот, вперёд, то мы аналогично достигнем того, что ведущий вал сделает 10 оборотов, а ведомый - всего 2, что позволит нам забраться в крутую горку, тронуться с места или тянуть за собой тяжёлый груз.

Ниже на картинке визуально представлено то, что описано абзацем выше, за исключением лишь того, что конусы в реальном вариаторе не простые, а имеют по два шкива (на каждом валу по два шкива, которые обращены друг к другу и между которыми проходит ремень):

Видите, как меняется окружность двух концов ремня по мере того, как сужаются и расширяются конусы - именно за счёт этого меняется передаточное число между двигателем и колёсами автомобиля!

Если сравнить вариатор с автоматом - точнее, с планетарной системой автоматической коробки передач, то в последней Вы увидите сложный мир передач, тормозов, муфт, масляных каналов и регулирующих устройств. Для сравнения, вариатор по своему принципу работы является истинным идеалом простоты. Большинство современных вариаторов имеют только три основных компонента:

• Цепь высокой мощности или резиновый ремень особо состава также высочайшей прочности
• 2 конусообразных шкива, обращённых друг к другу, на ведущем валу
• 2 конусообразных шкива, обращённых друг к другу, на ведомом валу

Ну и, конечно же, работу вариатора очень сложно себе представить без отточенной работы бортового компьютера , который обеспечивает изменение положения шкивов в зависимости от нагрузки и скорости автомобиля. Таким образом, вариатор состоит из различных микропроцессоров и датчиков, но три компонента, описанные выше, являются ключевыми элементами, которые составляют "сердце" технологии работы вариатора.

Каждый шкив состоит из двух 20-градусных конусов, обращённых друг к другу. Ремень или цепь входит в паз между двумя конусами. В случае с вариатором клиновидные (в виде трапеции, если смотреть в разрез) ремни являются предпочтительными, если ремень выполнен из резины. Клиновые ремни, собственно, и получили своё название от того, что ремни имеют V-образное сечение, что увеличивает площадь соприкосновения и, соответственно, трение при сцеплении ремня со шкивами.

Когда два конуса шкива находятся далеко друг от друга, ремень движется глубже в образовавшейся канавке, и радиус петли ремня вокруг шкива уменьшается. Когда шкивы сближаются (когда диаметр уменьшается), ремень поднимается в канавке, и радиус петли ремня вокруг шкива, соответственно, становится больше. В вариаторах могут использоваться гидравлическое давление, центробежная сила или натяжение пружины, чтобы создать силу, необходимую для сближения половинок-шкивов.

Шкивы с переменным диаметром должны всегда располагаться парами. Один из шкивов, известный как ведущий шкив, соединён с коленчатым валом двигателя. Ведущий шкив также называют "входным ", потому что в этом случае энергия от двигателя "входит" в коробку передач. Второй шкив называют ведомым шкивом, потому первый шкив поворачивает его.

Расстояние ремня от центра шкивов, где проходит этот ремень, известно как "радиус основного тона ". Когда шкивы далеко друг от друга, радиус основного тона уменьшается. Когда шкивы близко друг к другу, ремень поднимается, и радиус увеличивается. Отношение радиуса основного тона на ведущем шкиве к радиусу на ведомом определяет сложный механизм, управляемый компьютером. Когда один шкив увеличивает свой радиус, другой, напротив, уменьшает свой радиус, и происходит это синхронно, что позволяет удержать ремень натянутым. Поскольку эти два шкива изменяют свои радиусы относительно друг друга, они создают бесконечное число передаточных чисел - от самого низкого к максимально высокому и всему, что находится между ними. Например, когда радиус основного тона мал у ведущего шкива и большой у ведомого шкива, то скорость вращения ведомого шкива уменьшается, что приводит к более низкой передаче. А когда наоборот, то достигается более высокая передача, имеющая свой максимум. Таким образом, в теории, вариатор имеет бесконечное число "передач".

Простота и бесступенчатая природа CVTs делают его идеальным вариантом коробки и чётко даёт ответ на вопрос что лучше: вариатор или автомат. Между тем, вариаторы используются не только в автомобилях, но и для различных машин и устройств. Так, CVT использовались в течение многих лет в электроинструментах и, в частности, сверлильных станках. Они также используются в различных других транспортных средствах, в том числе тракторах, снегоходах и мотороллерах.

Пример использования вариатора в велосипедах

Как устроен клиновидный ремень?

Внедрение новых материалов делает вариаторы еще более надежными и эффективными. Одним из наиболее важных достижений была разработка и создание металлических "клиновидных " ремней для подключения шкивов в качестве замены резиновым ремням и цепям. Эти гибкие ремни состоят из нескольких (обычно от 9 до 15) тонких полос из стали, которые все вместе составляют высокопрочный состав.

Устройство клиновидного ремня

Плюсы клиновидных ремней заключаются в том, что они не скользят и очень прочны, что позволяет вариаторам работать с большими значениями крутящего момента двигателя. Они также тише, чем резиновые ремни.

Цепь и клиновидный ремень вариатора

Как работает тороидальный вариатор?

Хотя система тороидального вариатора кажется значительно более другой, все компоненты аналогичны системе вариатора со шкивами и ремнём и приводят к тем же результатам - бесступенчатой работе коробки передач. И вот как это работает:

1. Один диск подключается к двигателю. Это эквивалентно ведущему шкиву.
2. Другой диск соединяется с приводным валом. Это эквивалентно ведомому шкиву.
3. Колёсики, расположенные между дисками, действуют как ремень, изменяя передаточное число, передаваемое с одного диска на другой.

Колёсики могут вращаться по двум осям. Они вращаются вокруг горизонтальной оси и наклоняются вокруг вертикальной оси, что позволяет им касаться дисков в различных областях.

Чем хорош вариатор? Все его плюсы и минусы

Вариаторы становятся все более популярными в автомобилях, и не зря. Они могут похвастаться целым рядом преимуществ, которые делают их привлекательными как для водителей, так и для экологов. В таблице ниже приведены некоторые из ключевых особенностей и плюсов вариаторов.

Тем не менее, несмотря на существенные и многочисленные плюсы вариатора, он не так хорошо, как может показаться на первый взгляд. Давайте перечислим недостатки вариаторов:

1. Вариаторы, несмотря на свою простоту, требуют всё же регулярного обслуживания, которое выходит за рамки простой диагностики. Всё дело в ремне CVT, который достаточно быстро изнашивается (это не относится только к цепным ремням), и потому его нужно менять примерно каждые 50-60 тысяч километров (в зависимости от модели авто и вариатора, соответственно, замена может понадобиться раньше или позднее). Для сравнения, только диагностическое ТО автомата требуется проводить в среднем на пробеге от 60 до 100 тысяч километров (опять-таки, цифры разнятся в зависимости от модели).
2. В силу своей конструкции вариатор плохо пригоден для сильных нагрузок, и потому его редко используют для автомобилей, предназначенных для езды по тяжёлым дорожным условиям (внедорожников, в частности).
3. Общий срок службы вариаторов довольно низок опять-таки в силу их конструкции.
4. По причине под номерами 1 и 3, в общем-то ряд сервисных центров официальных дилеров попросту отказываются ремонтировать вариатор в случае его поломки, потому что нередко его полная замена намного легче. Но владельцу авто это может обойтись в цену до 30-40% от стоимости всего автомобиля.
5. У вариатора есть некоторый эффект "задумчивости" - для переключения передач ему требуется около 1-2 секунд, что для некоторых водителей не очень комфортно.

Таким образом, отвечая на вопрос "что надёжнее: вариатор или автомат?", можно смело отдать предпочтение АКПП, несмотря на гораздо более сложную конструкцию последнего.

Многие из тех, кто покупает автомобиль, имеют довольно туманные познания о его работе, устройстве и принципе движения. А еще меньшее количество водителей знают, что такое вариатор в машине, где он находится и как правильно эксплуатировать вариатор. Вариаторной коробкой передач называют специальную механическую конструкцию, функция которой заключается в передаче энергии мотора колесам, и делают они это бесступенчатым методом. Чтобы было понятней, то можно сказать, что это АКПП, которая работает совсем по другому принципу, то есть в ней нет ступеней. Принцип работы вариатора и его особенности предлагаем рассмотреть подробнее.

В отличие от традиционных АКПП, бесступенчатая не имеет передач, то есть лишена зубчатых шестерен. Внешне и по особенностям езды определить автомобиль с вариатором не удается. Его даже не так просто отличить от АКПП. Различия все же есть и заключаются они в принципе работы:

• нет фиксированных передач;
• нет толчков в момент движения;
• плавные изменения на разгоне или торможении передаточного числа.

Именно за это многие предпочитают бесступенчатый вариатор cvt обычной трансмиссии.

Есть два вида вариаторов: тороидный и клиноременной.
Более распространенным является второй тип и, в большинстве случаев, приходится иметь дело именно с ним.

Клиноременной вариатор

Клиноременной состоит из таких деталей: 2 раздвижные шкива, ремень, соединяющий их. Движение шкивов приводит к удару друг с другом. А ремень – это металлическая лента (другой материал не способен выдержать подобные нагрузки). В момент сближения шкивов ремень выталкивается и становится клинообразным, а если они раздвигаются -то уходит внутрь. В это же время уменьшается передаточное отношение и радиус. В промежуточном положении ремень прямой.

Вариаторы делятся на два типа: тороидный и клиноременной

Движение шкивов осуществляется за счет специального гидравлического привода. А он управляется в современных авто электроникой. Водителю достаточно выбрать режим – спортивный, стандартный – а электроника соответствующим образом настраивает работу вариатора. Вот на этом основан принцип действия вариатора клиноременного типа.
Тороидная модель устроена немного иначе. Главные элементы здесь – ролики и соосные диски, между которыми передается крутящий момент. Для изменения отношения должно поменяться положение роликов.
Стоит сказать, что практически каждый автопроизводитель разрабатывает свой тип коробки. Это означает, что вариаторы от разных производителей могут значительно отличаться друг от друга. Отличия заключаются в типе ремня, особенностях шкивов.

Тороидный вариатор

Особенности вариатора, его плюсы и минусы

Безусловно, имеет вариатор плюсы и минусы, которые влияют на выбор конкретной модели авто. Но от этого популярность не перестает расти, что обусловлено их преимуществами. «За» выступают экологи, а также водители.

Особенности и преимущества вариатора

• Постоянное ускорение от полной остановки до крейсерской скорости. Машина едет плавно, нет рывков во время езды.
• Отличная реакция на изменение условий движения, например, наклон дороги, скорость движения Меньше выбросов в окружающую среду.
• Меньший процент потери мощности по сравнению с обычной АКПП. Автомобиль почти никогда не замедляется, даже при повышенных нагрузках.
• Лучшая работа двигателя. Улучшенные динамические показатели.
• Простая конструкция и малое количество составляющих. Меньшая масса вариатора по сравнению с трансмиссионной коробкой.
• Машина удерживается в определенном диапазоне мощности, независимо от скорости движения.
• Экономия топлива.

Тем не менее, несмотря на приведенные достоинства, есть и недостатки вариатора . И они следующие:

1. Несмотря на кажущуюся простоту, нуждается в регулярном уходе, обслуживании, что далеко выходит за рамки обычной диагностики. Главная проблема — в ремне, который изнашивается довольно быстро, и каждые 50-70 тыс. км надо его менять.
2. Конструкционные особенности вариатора делают его практически непригодным для сильных нагрузок, поэтому его редко устанавливают на машины, предназначенные для езды в плохих условиях.
3. Срок службы вариатора – назвать его долговечным нельзя.
4. Из-за причин, описанных в пункте 1 и 3 сервисные центры неохотно берутся за ремонт cvt, так как обычно его полная замена производится намного легче. Правда, владельцу это обойдется примерно в 30-40% от стоимости машины.
5. Не всем водителям нравится его «задумчивость», ведь для переключения передач надо несколько секунд.

Таким образом, говоря про надежность вариатора, можно смело выбирать АКПП, несмотря на более сложную конструкцию последней детали. Упомянутые виды вариаторов уже давно распространены в странах Европы, на наши дороги они попали недавно. Но все больше водителей знают про кпп вариатор, понимают, что это и выбирают для езды.

Как правильно эксплуатировать вариатор?

Рычаг переключения передач на вариаторе

Если водитель слышал, что такое вариатор на машине, то это уже хорошо, но для управления авто обычного понимания недостаточно. Ремонт, точнее замена данного узла, обойдётся дорого (о чем уже ранее упоминалось). Надо обязательно знать, как пользоваться вариатором, чтобы не допустить серьезных повреждений.
Подобно классическому «автомату», вариатор лишен педали сцепления. А вот по принципу работы и конструкционным особенностям они полностью отличаются. Чтобы разобраться с тем, как правильно ездить на вариаторе, познакомимся с режимами его работы:

“P» – означает паркинг. Применяют при подъезде к месту длительной остановки. С этого положения запускается мотор;

“D” – движение, драйв. Режим обычного движения;

“N” — нейтраль. Используют во время остановок на наклонной плоскости. Водитель должен остановить автомобиль педалью тормоза, перевести рычаг в данное положение, активировать ручник, отпустить тормоз и повторно его выжать;

“L” – низкий. Данный режим применяется при буксировке и в сложных условиях передвижения. Его можно сравнить с первой передачей «механики»;

“S” – спортивный. Режим, когда используется максимальный потенциал. Его оценят любители полихачить и те, кто не упускает возможности стартовать со светофора;

“E” – экономный. Полная противоположность приведенному выше режиму.
Если почитать про бесступенчатый вариатор отзывы, то станет понятно, что он любит уход. В частности, надо периодически менять трансмиссионное масло. Жидкость надо использовать специальную, которая, несмотря на свою специфику, стоит не так дорого. Если вовремя не заменить жидкость или не долить ее, то это приведет к проскальзыванию ремня, из-за чего могут разрушиться диски.

Эксплуатация вариатора зимой

Эксплуатация вариатора при низких температурах

Еще один важный вопрос: «Как прогреть вариатор зимой?». В условиях нашего климата это более чем актуально. Когда столбик термометра опускается ниже нуля, то с вариаторной КПП происходит следующее:

1. Густеет жидкость, которая залита в коробку. Это снижает смазывающие свойства масла, что повышает нагрузку на все узлы. Правда, возможно подобное только при достаточно низких температурах.
2. Снижается эластичность резиновых компонентов.
3. Металл имеет свойство сжиматься на морозе, и это может привести к изменению регулировочных параметров.

Оставляя про коробку вариатор отзывы, водители делятся опытом эксплуатации в холодное время года. Единого мнения о том, как правильно прогревать, нет, и на тематических форумах ведутся жаркие споры на эту тему. Прогревать можно в движении, на стоянке. Авторитетные специалисты говорят, что повысить ресурс вариатора поможет правильный прогрев, характер которого напрямую зависит от температуры воздуха.

Правильный прогрев продлит жизнь вариатора

• При температуре от 0 до -5: прогрев не требуется
• От -10 до – 15 градусов: 3-5 минут на стоянке и 5-7 минут в движении
• От -15 до -23 градусов: 5-10 минут на стоянке и 10-15 минут в движении
• От -23 до -30 градусов: 10-15 минут на стоянке и 15-20 минут в движении.
• При температурах ниже -30 градусов эксплуатация только в случае необходимости и только в щадящем режиме.

Сегодня водители встают перед дилеммой — вариатор или механика, что лучше – и выбор обычно делают в пользу первого. Если вы готовы смириться с недостатками, то преимущества станут наградой за испытанные неудобства. При правильной эксплуатации узел прослужит долго и безупречно, но если придется ремонтировать, то обойдется дорого. Мы довольно подробно разобрали устройство вариатора автомобиля, чтобы каждый мог открыть для себя новые технологии и повысить комфорт жизни.

А для большей наглядности — посмотрите видео на нашем сайте про устройство вариатора, его особенности, преимущества и недостатки