Что такое бесступенчатая трансмиссия?
Бесступенчатая трансмиссия (Continuously Variable Transmission, CVT) – это разновидность автоматической трансмиссии, которая обеспечивает больше полезной мощности, меньший расход топлива и более плавный ход автомобиля, чем традиционная автоматическая КПП.
Как работает вариатор или CVT
В обычной автоматической коробке используется набор передач, которые обеспечивают определенное количество передаточных чисел (скоростей). Трансмиссия переключает передачи, чтобы обусловить оптимальное передаточное число для конкретной ситуации: нижние передачи для начала движения, средние ¬– для ускорения и обгона, и высшие – для езды в топливосберегающем режиме.
В бесступенчатой трансмиссии вместо шестерен используется два шкива переменного диаметра, каждый из которых имеет форму пары конусов, обращённых острыми концами друг к другу, между которыми передвигается металлический приводной ремень. Один шкив соединен с двигателем (ведущий вал), другой – с ведущими колесами (ведомый вал). Половинки каждого шкива подвижны, при их сдвижении ремень передвигается выше по шкиву, увеличивая посадочный диаметр шкива.
Изменение рабочего диаметра шкивов влияет на передаточное число (число вращений ведущего вала, приходящихся на каждый оборот двигателя), по тому же принципу 10-скоростной велосипед направляет цепь по бо́льшим или меньшим шестерням, чтобы изменить передаточное число. При уменьшении рабочего диаметра ведомого шкива и, соответственно, увеличении диаметра ведущего шкива уменьшается передаточное число (большое число оборотов двигателя дает малую частоту вращения колес), что приводит к высоким оборотам при низкой скорости. По мере разгона автомобиля шкивы меняют свой диаметр, чтобы снизить число оборотов двигателя, в то время как скорость автомобиля растет. То же самое происходит и в обычной коробке передач, но бесступенчатая трансмиссия, вместо того, чтобы изменять передаточное число поэтапно, по мере переключения передач, делает это плавно, без привязки к заданным интервалам, ступеням – отсюда и название.
Управление автомобилем с бесступенчатой трансмиссией
Бесступенчатая трансмиссия имеет те же элементы управления, что и автоматика: две педали (газ и тормоз) и схема переключения скоростного диапазона P-R-N-D-L. При езде с бесступенчатой трансмиссией вы не услышите и не почувствуете переключения передач – она просто варьирует скорость вращения двигателя в зависимости от ситуации на дороге, увеличивая число оборотов при разгоне и уменьшая для достижения средней эксплуатационной скорости, способствующей экономии топлива.
Многие люди при знакомстве с бесступенчатой трансмиссией приходят в замешательство из-за непривычного поведения машины. При резком нажатии на педаль газа двигатель разгоняется на холостом ходу, что обычно бывает при пробуксовке сцепления или выходе из строя автоматической трансмиссии. На самом деле это нормально – бесступенчатая трансмиссия регулирует число оборотов двигателя, чтобы обеспечить оптимальную скорость для разгона. В некоторых случаях бесступенчатую трансмиссию можно запрограммировать на более привычный для водителя режим – ¬то есть таким образом, чтобы изменять передаточное число поэтапно, как в обычной автоматической трансмиссии.
Преимущества бесступенчатой трансмиссии
Двигатель не развивает постоянную мощность на всех скоростях. Он имеет особые скорости, на каждой из которых достигает своего максимального значения одна из характеристик двигателя – крутящий момент (тяговое усилие), мощность (в лошадиных силах) или топливная экономичность. В отсутствие передач, которые привязывали бы определенную скорость движения автомобиля к определенной частоте вращения двигателя, бесступенчатая трансмиссия может варьировать число оборотов по необходимости, чтобы достичь максимальной мощности и топливной экономичности. Это позволяет бесступенчатой КПП обеспечивать более быстрый разгон при минимальном расходе топлива по сравнению с автоматической или механической трансмиссией.
Недостатки вариатора
Самая большая проблема бесступенчатой трансмиссии – отношение к ней водителей. Так как бесступенчатая КПП позволяет увеличивать число оборотов на любой скорости, звуки из-под капота кажутся странными для уха, привыкшего к традиционной автоматической или механической трансмиссии. Плавное изменение скорости двигателя звучит так, как звучало бы «скольжение» в трансмиссии или пробуксовка сцепления – признаки неисправности в обычной коробке передач, но для бесступенчатой КПП такие звуки – совершенно нормальное явление. Если утопить в пол педаль газа в машине с автоматической трансмиссией, вы почувствуете рывок и резкий всплеск мощности, в то время как то же действие в автомобиле с бесступенчатой КПП вызовет плавное, но стремительное возрастание мощности до максимума. Такое поведение машины создает у некоторых водителей обманчивое ощущение слишком медленного разгона, но на самом деле в том, что касается ускорения, бесступенчатая трансмиссия даст фору любому автомату.
Автопроизводители прикладывают немалые усилия для того, чтобы бесступенчатая трансмиссия «чувствовалась» как обычная коробка передач. Многие бесступенчатые трансмиссии запрограммированы на то, чтобы имитировать ощущение понижения передачи (кик-даун) при резком нажатии на педаль акселератора, как на традиционной автоматике; кроме того, в некоторых бесступенчатых КПП есть ручной режим управления, имитирующий обычную ступенчатую трансмиссию с переключением передач при помощи подрулевых лепестковых переключателей.
Первые бесступенчатые трансмиссии имели ограничения по мощности, поэтому их долгосрочная надежность вызывала сомнения. Благодаря современным передовым технологиям они стали более надежными и выносливыми. Бесступенчатыми трансмиссиями оснащено более миллиона автомобилей Nissan по всему миру, и, по словам специалистов этой компании, их долгосрочная надежность сопоставима с традиционными трансмиссиями.
Трансмиссия с разветвлением потоков мощности
Некоторые гибридные автомобили, такие как семейство Toyota Prius имеют особый вид трансмиссии, который называют трансмиссией с разветвлением потоков мощности. По ощущениям, она ведет себя как бесступенчатая трансмиссия, но в ней используется не ременная, а планетарная передача, которая получает крутящий момент как от бензинового двигателя, так и от электромотора. Варьирование скорости электромотора изменяет скорость и бензинового двигателя, что позволяет бензиновому двигателю либо работать с постоянной скоростью во время разгона машины, либо совсем остановиться.
История создания и развития бесступенчатой трансмиссии
Бесступенчатую трансмиссию схематически изобразил еще Леонардо да Винчи в 1490 году. Применение ей впервые нашел голландский автопроизводитель DAF, оснастив ею свои автомобили в конце 1950-х, но из-за технических ограничений такая трансмиссия не подходила для работы с двигателями, мощность которых превышала 100 лошадиных сил. В конце 80-х и начале 90-х бесступенчатая трансмиссия появилась в малолитражке Subaru Justy, а в конце 90-х – в высокоэкономичном автомобиле Honda Civic HX. В конце 90-х и начале 2000-ых были разработана усовершенствованная бесступенчатая трансмиссия, совместимая с более мощными двигателями, и в настоящее время такими коробками передач оснащены автомобили Nissan, Audi, Honda, Mitsubishi, и других марок.
