Вариаторы, как один из видов автоматических трансмиссий

Испокон автомобильных веков ведутся споры о том, какие виды трансмиссий и коробок передач лучше, а какие хуже. И, наверное, спор этот так и будет бессмысленным. Каждый вид трансмиссий привлекателен одним и отталкивает потребителя другим. Сколько людей, столько мнений.

На «гражданских» автомобилях применялись и применяются следующие виды и способы передачи крутящего момента на ведущие колеса:

  • механические коробки передач;
  • вариаторы;
  • полуавтоматические коробки передач;
  • автоматические коробки.

В этой статье мы остановимся только на одном виде. А именно, рассмотрим что же такое вариатор.

Вообще-то, простейшие вариаторы, как механизмы, известны со средних веков. Да и для автомобилестроения идея использования в трансмиссии вариаторных передач не нова.

Еще на самой заре в 1895 году швейцарский инженер Рудольф Эгг связал двигатель с ведущими колесами автомобиля с помощью ременной передачи. Шкивы в ней были не сплошными, а состояли из половинок, которые с помощью рычагов можно было сдвигать или раздвигать. Этим уменьшался или увеличивался диаметр обкатки приводного ремня, а с ним изменялось передаточное отношение. Но громоздкая, ненадежная и создающая немало неудобств во время управления машиной конструкция не выдержала конкуренции со стороны обычных, а затем и автоматических коробок передач, и была надолго забыта.

Однако, спустя некоторое время идея ременной передачи снова возникла. Автомобилистам напомнил о существовании альтернативных «трансформаторов» крутящего момента голландец Хуберт ван Дорн, который оснастил клиноременным вариатором небольшую машинку DAF Daffodil. Случилось это в 1958 году.

Итак, по существу. Клиноременный вариатор означает то, что поперечное сечение ремня вариатора представляет собой клин. Каждый же из двух шкивов, как уже говорилось, разрезной, и напоминает две тарелки, повернутые донышками друг к другу. Что заставляло подвижные половинки шкива перемещаться? При нажатии на педаль газа двигатель автомобиля увеличивал обороты, при этом росло разряжение во впускном коллекторе мотора. Вот этим разряжением ван Дорн и воспользовался: при увеличении оборотов двигателя половинки ведущего шкива сдвигались, а ведомого — раздвигались, что заставляло ведомый вал вариатора и связанные с ним по трансмиссии колеса автомобиля вращаться быстрее. Разумеется, при сбросе газа порядок действий был обратным. Собственно, по аналогичному принципу работают и современные вариаторы, только управляют ими уже, естественно, гидравлика и электроника.

Одним из основных преимуществ вариатора над другими типами коробок передач является легкое устранение недостатков других КПП, связанных с неоптимальностью выбора передачи. Наверняка очевидно, что как точно ни выверяй момент включения той или иной передачи будь то в механической коробке, будь то в гидромеханическом автомате, обороты двигателя хоть не намного, но никогда не будут соответствовать оптимальным для данного режима движения. Как не будет соответствовать идеалу и расход топлива. Можно, конечно, увеличивать число передач, и это несколько сгладит ступенчатый характер переключения и изменения нагрузки на мотор и узлы трансмиссии. Однако здесь следует иметь в виду, что каждая дополнительная передача — это усложнение конструкции, увеличение габаритных размеров, веса и стоимости коробки. Поэтому, в основном существует предел — 6-7 передач.

Вариатор же с легкостью позволяет реализовать бесконечное множество передач. При этом передаточное отношение вариатора изменяется плавно, и также плавно, а не скачкообразно, трансформируется крутящий момент к ведущим колесам. В результате мощность, отдаваемая двигателем, почти идеально согласуется с динамикой движения автомобиля. Отсюда снижение износа двигателя и агрегатов трансмиссии при одновременном улучшении топливной экономичности вследствие оптимальной работы мотора на большинстве эксплуатационных режимов и отсутствия разрыва «потока» крутящего момента, который случается при переключении передач.

Однако, при всем этом вариаторы до сих пор не вытеснили из производства механические коробки передач и гидромеханические автоматы.

Изначально проблема заключалась исключительно в низкой надежности клиноременных вариаторов. Их ремни, изготовленные из резинокордной ткани, быстро растягивались, начинали проскальзывать на шкивах, интенсивно изнашивались и, наконец, разрывались. Этот неприятный момент наступал в среднем через каждые 20-30 тыс. км пробега.

Добавить ресурса резиновому ремню оказалось непросто. Лишь в середине 1980-х дело опять сдвинулось с мертвой точки. Ремень стал металлическим, состоящим из нескольких сотен стальных сегментов, нанизанных на гибкие направляющие, опять же стальные. Следует отметить, что этот факт и стал причиной возрастания популярности вариаторов. Их получили некоторые модели различных производителей, таких как Fiat, Ford, Honda, Nissan, Subaru, Suzuki, Volvo.

Но теперь на первый план вышел другой недостаток вариаторов — небольшие величины крутящего момента, которые они способны были обеспечивать. По этой причине бесступенчатые коробки передач устанавливались только на автомобилях компактного и малого классов, причем лишь на их модификациях с самыми маломощными двигателями.

Чтобы разорвать очередной порочный круг, потребовалось еще десятилетие. В 1997 году Honda доказала, что вариатор вполне дееспособен для работы со 115 л.с. мощности и 145 Нм крутящего момента, которыми располагал 1,6-литровый «шестнадцатиклапанник» Civic. В следующем году Nissan представил модификацию Primera, в котором вариатор был агрегирован с двухлитровым бензиновым двигателем. Тем самым была преодолена планка в 140 л.с. и 180 Нм, а это означало, что бесступенчатые трансмиссии стали доступными и машинам среднего размерного класса.

Технологической сенсацией 1999 года стала модель Audi A6 Multitronic, в которой V-образная «шестерка» объемом 2,8 л работала в паре с вариатором, спокойно отрабатывавшем 193 л.с. и 280 Нм. Двигателя. Правда, Audi пришлось заново изобретать ремень вариатора. В итоге он превратился в многорядную стальную цепь, при этом со шкивами контактировали не сегменты ремня, как было в прежних конструкциях, а скошенные торцы соединительных осей звеньев.

Примечательно, что до появления Audi A6 Multitronic вариаторы еще так и не смогли оправдать возлагавшиеся на них надежды в плане улучшения показателей расхода топлива: предполагаемую экономию «съедал» сам вариатор — внутренние потери, низкий КПД. Но теперь все встало на свои места. Впрочем, в сравнении с 5-ступенчатой механической КПП разница была не особенно заметна: расход топлива на 100 км пробега уменьшился всего на 0,2 л. Однако когда Multitronic сравнили с автоматической трансмиссией Tiptronic, то вариатор переиграл автомат по всем статьям: по экономии топлива — на 0,9 л/100 км, в разгоне до 100 км/ч — на 1,3 с.

Тогда же фирма ZF Transmission произвела автоматическую коробку передач, аналоги которой используются на большинстве европейских автомобилей, и выкупила у Ford завод по производству приводов, чтобы перепрофилировать его под… выпуск вариаторов. И в 2004 году автопроизводителей по-настоящему «прорвало» на машины с вариаторами.

Благодаря электронному управлению, современные вариаторы несколько изменили алгоритм работы. Они обеспечивают плавный, без рывков разгон, поддерживая обороты двигателя в оптимальной, с точки зрения экономичности, зоне. Но если водитель вдавил педаль газа в пол, требуя от машины энергичного ускорения, то вариатор сымитирует известный по классическим автоматам режим Kick-down. Кроме того, чтобы угодить спортивно ориентированным водителям, предусматривается ручное управление — для этого в вариаторе имеется несколько фиксированных передач.

Параллельно Mazda и Nissan ведут работы по тороидальным вариаторам. Причем не только ведут, но и потихоньку выпускают машины с такими коробками для нужд внутреннего рынка Японии. В Европе подобными конструкциями занимался Rover, до момента возникновения финансовых проблем.

Крутящий момент в тороидальном вариаторе передается через силовые ролики, перекатывающиеся по ведущему и ведомому дискам, имеющим форму тора (отсюда название). Изменяя положение роликов относительно оси дисков, можно менять передаточное отношение трансмиссии. Специалисты уверяют, что для таких вариаторов и 300 Нм крутящего момента — не предел. Впрочем, тороидальные вариаторы принципиально отличаются от клиноременных, поэтому на этом разговор о вариаторах пока закончим. Тем более, что многие автопроизводители усовершенствуют свои АКПП приближая их к вариаторам по плавности переключений и другим параметра. Это привело к так называемому «двойному сцеплению» и АКПП с системой DSG, но это уже материал другой статьи.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, средний: 5,00 из 5)
✪Устройство автомобиля Авто⚡сайт №❶