Бесступенчатый вариатор тойота что это
Что такое Бесступенчатая коробка передач или Вариатор
В настоящее время увеличилась доля автомобилей, оборудованных вариатором или АКПП из-за комфортности при вождении. Надежность вариаторов повышается с каждой новой моделью, но требует тщательного обслуживания и определенной манеры вождения. CVT создан для плавного вождения в городских условиях и не ставится на мощные автомобили.
Отличие вариатора от автоматической КПП
Вариатор (CVT) многими людьми ошибочно относится к автоматическим КПП. Он является отдельной разновидностью трансмиссии.
Различия АКПП и вариатора:
Что такое автоматический и ручной режим вариатора
Движение на автомобиле, оборудованном вариатором, может осуществляться как в автоматическом режиме, так и с ручным выбором режимов. Выбор режима осуществляется селектором, различные положения обозначены надписями.
Покупать ли автомобиль с такой трансмиссией
Вариатор очень требователен к режимам эксплуатации, обслуживанию, но обеспечивает комфортную езду и легкость управления машиной даже для новичка.
Плюсы автомобиля с вариатором:
Минусы автомобиля, оборудованного вариатором:
Вариатор имеет значительные различия по сравнению с АКПП как в конструкции, так в эксплуатации и обслуживании. Транспортное средство, оборудованное такой коробкой, рекомендуется использовать при движении в городе без существенных разгонов и экстренных торможений.
CVT крайне требователен к качеству трансмиссионной жидкости. Замену расходников в вариаторе следует производить своевременно. Соблюдение определенных рекомендаций при управлении автомобилем с CVT значительно отодвинет срок возникновения неисправностей.
Вариаторы Toyota. Мифы и реальность
Как известно, в любом автомобиле есть коробка передач. Она помогает мотору приспособиться к различным скоростям и нагрузкам, но вот беда: и механика, и автомат – по сути набор пар шестерёнок с фиксированным отношением. Чтобы поменять отношение, эти пары надо переключать и на время смены отсоединять двигатель от ведущих колёс. При этом возникают рывки и мотор работает ступенчато – то на высоких, то на низких оборотах. Но есть способ соединить его с колёсами без ступеней. Такая трансмиссия называется вариатор, и основной её принцип – бесступенчатое изменение передаточного отношения.
В теории вариатор устроен просто: два раздвижных шкива с коническим ремнём между ними. Раздвигая и сдвигая половинки шкивов, можно менять диаметр, на котором работает ремень. Меняя диаметр, мы меняем и передаточное отношение. Вообще-то вариаторы далеко не новинка. Уже более ста лет их используют во всевозможном оборудовании, например, в печатных станках. Однако там они слишком громоздкие и выдерживают лишь небольшие нагрузки. Поэтому главными проблемами при вживлении вариатора под капот автомобиля стали уменьшение размеров и увеличение перевариваемого крутящего момента. Разные компании шли разными путями, и не у всех дело заканчивалось удачно. Первые вариаторы – и для стационарного оборудования, и для автомобилей – были с резиновым ремнём. И представьте, это работало, пока мощность мотора измерялась парой-тройкой десятков лошадиных сил, а крутящий момент не превышал 50 Нм. Но очень скоро стало понятно, что резина в качестве главного передающего звена в мощных автомобилях не годится. Исследования и эксперименты привели к выводу, что единственный материал, выдерживающий необходимые нагрузки, это сталь. И сегодня мы расскажем об одной из самых успешных, проверенной годами конструкции – вариаторе Toyota RAV4 со стальным ремнём.
Именно этот ремень, зажатый между двумя парами конусных шкивов, и меняет бесступенчато передаточное отношение трансмиссии. То есть одну пару шкивов крутит двигатель, другая соединена с ведущими колёсами. Когда первая пара максимально раздвинута, вторая, наоборот, сдвинута вплотную — это при старте. А по мере разгона вторые шкивы расходятся, ремень проваливается на меньший радиус, а первые синхронно сдвигаются — радиус растёт. Поскольку конусы шкивов гладкие, положений ремня (а значит, и передаточных отношений) может быть бесконечное количество – никаких ступеней, в каждый конкретный миг работы мотора можно обеспечить самое оптимальное с точки зрения экономии или самое мощное, если надо разгоняться, передаточное отношение. Что это даёт? Дело в том, что у мотора есть самая выгодная частота вращения – пик мощности. Обороты в стороне от этого пика тоже возможны и, в общем, используются в механических коробках и обычных автоматах, но эффективность силовой установки вне пика ниже. И только вариатор даёт возможность при нажатой в пол педали газа производить разгон точно на максимуме мощности. При этом вместо шагов по ступеням лестницы передач, ситуация больше напоминает плавный эскалатор.
А теперь о самом интересном в конструкции вариатора Aisin, который как раз и стоит на внедорожнике Toyota RAV4. Дело в том, что металлический ремень, который и есть сердце вариатора, крайне необычно устроен и работает не на растяжение, а на сжатие. Серебристая змейка набрана из плоских пластин, нанизанных на стальную ленту свёрнутую кольцом. На шкиве, где ремень изогнут, пластинки расходятся латинской «V», но стоит ветви ремня выйти на прямую между шкивами, пластинки встают в плотную стопку, отлично передающую любое усилие. Вариаторный ремень касается шкивов только боковыми поверхностями – тонкими торцами пластинок – и не пробуксовывает. Разумеется, для этого надо точно регулировать сжатие шкивов, расстояние между ними. Этим занимается гидроблок – система управления коробкой. А её электроника общается с системой управления двигателем.
Однако есть ещё момент старта машины, и тут, как в большинстве автоматов, работает гидротрансформатор. Он первым встречает поток мощности от двигателя и способен не только плавно сдвинуть машину с места, но и увеличить крутящий момент. Хотя его работа скоротечна: как только машина тронулась, срабатывает блокировка, и дальше в дело вступает наш старый знакомый – ремень. Конечно, на самом деле вариатор устроен немного сложнее, и кажущаяся простота двух пар шкивов и ремня окружена многочисленными инженерными решениями. Но мы не будем погружаться в такие глубины — инженерный гений уже решил все задачи и нам остаётся только наслаждаться бесшумной и плавной работой механизма. Большинство так и поступает, но некоторые считают, что если вы продвинутый драйвер, то вариатор вам не подойдёт. Ничего подобного! Поверьте, и бесступенчатым трансмиссиям хорошо знакомы режимы спортивной езды, принудительно включённой передачи и торможения двигателем. «Какие передачи? – спросите вы. – Здесь же их нет». Действительно, фиксированных передач нет, но они существуют виртуально, так сказать, программно. Сотни лучших инженеров Toyota и Aisin десятилетиями доводили работу своего бесступенчатого агрегата до совершенства. И, прежде чем отправлять вариаторные машины на экспорт, тщательно испытывали их на внутреннем рынке, собрав массу информации по тонкостям настроек и научив заметно экономить топливо. Но вот европейскому клиенту, привыкшему к механике, непременно подавай ручное переключение на любой трансмиссии. Ну что тут скажешь? Клиент всегда прав, и если он хочет управлять всем, то пусть управляет.
В вариаторе Sport Sequential Shiftmatic такая возможность реализована. Стоит перевести селектор в режим М – и появится возможность менять рычагом семь диапазонов работы трансмиссии, однако электроника всё равно не даст вам сломать коробку. Как только обнаружится, что ваши желания идут вразрез с возможностями силового агрегата и включённая пониженная передача может привести к забросу оборотов, прозвучит двойной зуммер. Принудительное ограничение особенно полезно на затяжных спусках, когда надо экономить тормоза. Водитель может выбирать семь различных темпов замедления, но если вам лень оперировать вручную, есть и автоматическое управление вариатором при езде по холмистой местности – всё для комфорта и плавности хода. Кстати, и при разгоне в обычном режиме вариатор RAV4 умело имитирует переключения передач, не раздражая пользователя монотонным воем при разгоне. Ещё одна система бережёт топливо на светофорах и не позволяет скатиться назад на подъёме. Если трансмиссия определила, что вы остановились и селектор остался в положении D, мотор на время стоянки уменьшит дозу впрыскиваемого топлива. Обороты упадут, что снизит нагрузку и на мотор, и на коробку. Но так будет только в случае остановки на ровной поверхности – на уклоне холостые останутся неизменными, что даст дополнительную небольшую тягу на колёсах и не позволит скатиться назад.
Притча во языцех – перегрев трансмиссии. Многие его боятся, однако в реальности нужно очень постараться, чтобы действительно заметно нагреть масло в коробке. Хотя, конечно, при большом желании и вариатор можно перегреть. Для того чтобы этого не произошло, встроенная защита заранее уведомит водителя сообщением на приборной панели.
Кстати, о масле. Точнее, специальной жидкости для CVT. Вариаторы действительно очень требовательны к его качеству. Причина понятна – усилие к колёсам ремень передаёт при помощи трения, а значит, неизбежен износ стальных пластинок. Так же как и в моторе, и вообще в любом узле со смазкой, именно масло аккумулирует в себе мельчайшие частицы износа и переносит их в фильтр, заодно охлаждая стальные детали. По регламенту контролировать состояние масла надо каждые 40 тыс. км пробега, но если вы любитель активной езды или часто используете машину для буксировки и бездорожья, то лучше превентивно поменять масло в диапазоне 40–60 тысяч. Но даже без этого ваш вариатор прослужит никак не меньше обычного автомата, а с учётом отсутствия в нём фрикционов – даже больше. И, поверьте, это не миф!
А мифов немало, и первый, самый распространённый – «металлический ремень ненадёжен». Так вот, ресурс вариатора с толкающим ремнём не ниже, чем у коробок-автоматов традиционной конструкции, а уж тем более у роботизированных трансмиссий. Реальных отказов по причине износа ремня практически нет, а подавляющее большинство водителей, эксплуатирующих машины с бесступенчатой трансмиссией, даже не знают, какой тип коробки у них стоит.
Ещё один миф – «вариатор не позволяет двигаться по бездорожью». Трудно сказать, откуда он взялся. Даже теоретически, исходя из того, что вариатор способен поддерживать любое передаточное отношение и плавно менять его в любом диапазоне, выходит, что он как раз лучше других трансмиссий приспособлен к бездорожью. Быстрая смена режимов работы коробки с D на R и обратно тоже не проблема. Такой приём называют раскачкой, и выполнить его на машине с вариатором не составляет труда. Единственное, в чём вариатор действительно может спасовать, это очень долгое буксование на высоких оборотах. Для этого, кстати, существует предупреждение о перегреве. Но, признаем, это далеко не стандартный режим эксплуатации кроссовера.
О специфической рабочей жидкости вариатора мы уже говорили, и требование заливать только специально предназначенный состав, как вы понимаете, выглядит совершенно обоснованным. Ведь контакт «сталь по стали» нуждается в особенной смазке, которая в определённый момент может потерять свои свойства, превратившись практически в клей или в почти в обычное масло.
Ну и последнее предубеждение пытается внушить нам мысль о полной неремонтопригодности вариатора. Оно тоже не соответствует действительности. На самом деле, если уж вам доведётся по-настоящему спалить ремень и шкивы, всё это легко заменить. Причём сложность работы не выше, чем при стандартном ремонте обычного автомата. Так что не верьте никаким мифам и гаражным байкам, а, как говорится, доверяйте профессионалам.
Автомат или вариатор: что лучше и надежнее?
Содержание:
Автоматические трансмиссии на автомобилях зачастую называют одним общепринятым наименованием «автомат», однако по принципу действия и конструкции они могут кардинально отличаться друг от друга.
На сегодняшний день существует множество видов автоматических трансмиссий, однако на легковых автомобилях чаще всего применяют коробки передач трех типов: классические гидромеханические автоматические трансмиссии, роботизированные коробки передач, а также бесступенчатые вариаторы, которые часто обозначают аббревиатурой CVT.
Конструктивно все они отличаются и имеют как свои преимущества, так и недостатки. Однако раньше всех широкое распространение получили классические автоматы, которые уже больше 70 лет применяются на легковых машинах.
Следом широко начали устанавливать роботизированные трансмиссии, которые долгое время вызывали скепсис у автовладельцев из-за не очень надежной конструкции. Впрочем, с годами они модернизировались, и кризис недоверия к роботизированным коробкам передач был успешно пройден.
А сейчас все большее распространение на современных машинах начали получать бесступенчатые вариаторы, которые идут по пути, уже когда-то пройденному «роботами». Так что давайте разбираться, что собой представляет вариатор, как он работает, какие у него минусы и плюсы, а также насколько он надежнее и лучше в сравнении с классическим автоматом.
Что такое вариатор и как он работает?
Вариатор — это вид автоматической коробки передач, который передает крутящий момент от двигателя к колесам и способен плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения может производиться автоматически, по заданной программе или вручную. В автомобилестроении такой тип трансмиссии также обозначают аббревиатурой CVT (Continuously Variable Transmission).
Удивительно, но изобрели вариатор даже гораздо раньше, чем обычные «автоматы», но применяли его все же не на автомобилях. Патент на вариатор был выдан еще в конце XIX века и сначала он использовался для изменения скорости вращения валов на станках.
А первый автомобиль с таким типом трансмиссии появился лишь в 1950-х. Вариатор впервые начал устанавливаться серийно на автомобили марки DAF, которая в те годы производила не только грузовики, но и легковушки. Потом их начали устанавливать на некоторые модели Volvo, а конце 1990-х и начале 2000-х вариатор c фирменном наименованием Tiptronic использовался на младших седанах Audi. Но по-настоящему широкое распространение вариаторы получили лишь сейчас.
Вариаторы бывают нескольких типов: клиноременные со шкивами переменного диаметра, цепные, тороидальные. Первый тип — самый распространенный. Так что рассмотрим, как он устроен и работает.
Автомобиль, оборудованный такой трансмиссией, на первый взгляд ничем не отличается от машин с обычным автоматом — педалей всего две, и рычаг переключения режимов трансмиссии с положениями P, R, N, D, схожий с машинами с традиционной АКП. Но работает вариатор совершенно по-другому, а именно в нем нет фиксированных передач. Изменения передаточного отношения происходит не «переключениями», а плавно и незаметно, благодаря ремню или цепи, который в разных положениях вращается по специальным коническим шкивам.
В зависимости от диаметра шкивов в месте вращения ремня или цепи меняется и передаточное отношение и изменяется скорость вращения и крутящий момент выходного вала, который дальше передает тягу на приводы и колеса. Поэтому при работе вариатора нет толчков при трогании с места, и тем более нет никаких «переключений передач».
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.
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.
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…
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.
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.
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.
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.
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.
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.