Вариаторная коробка передач – это обиходное название вариатора – коробки передач, не имеющей ступеней и обеспечивающей плавное нарастание или снижение передаточного числа. Благодаря такой особенности, вариатор максимально эффективно использует мощность силового агрегата, снижая тем самым расход горючего и увеличивая динамику авто.
Схема вариатора была придумана еще в XV веке легендарным Леонардо да Винчи. Но первая машина с такой трансмиссией увидела свет в 50-х годах ушедшего века. Вариатор применялся на легковых моделях DAF, а потом перекочевал на машины марки Volvo. Однако широкое применение вариаторная коробка передач нашла лишь в наши дни, когда удалось полностью совершенствовать ее конструкцию.
Коробка передач CVT (это общепринятое название вариатора) имеет такие основные составляющие элементы: вариаторная передача, устройство, разъединяющее вариатор и силовой агрегат, то есть обеспечивающее нейтральное положение, механизм заднего хода и управляющая система.
В современных авто применяют два типа вариаторных передач: клиноременный и тороидный вариатор. Первый содержит два шкива, размещенные на разных осях и соединенные клиновидным ремнем. Каждый шкив содержит два конусных диска, обращенных вершинами конусов друг к другу. При изменении расстояния между дисками, изменяется и диаметр шкива. При полностью раздвинутых дисках он будет минимальным, а при полностью соединенных – максимальным. Получается, что при плавном изменении расстояния между дисками, ремень, соединяющий шкивы, передает разное передаточное число на ведомый шкив.
В вариаторных коробках маломощных двигателей скутеров и пр. техники применяются резиновые ремни. Однако ввиду достаточно большой мощности агрегатов современных автомобилей, в них применяются ремни, состоящие из стальных пластин конической формы. В некоторых CVT вместо ремня применяется металлическая цепь. Их называют клиноцепными.
В тороидном вариаторе нет ремня или цепи. Он содержит два вала, размещенных на параллельных осях и имеющих сферическую поверхность. Между валами зажаты ролики, благодаря которым и передается крутящий момент. Передаточное число изменяется путем синхронного изменения положения роликов. Отметим, что тороидные вариаторы применяются значительно реже клиноременных.
Для разъединения мотора и вариаторной коробки применяют несколько типов механизмов: электромагнитное сцепление, имеющее электронное управление; автоматическое центробежное сцепление; мокрое многодисковое сцепление, также имеющее электронное управление; гидротрансформатор.
Стоит отметить, что ввиду конструктивных особенностей, вариатор не может обеспечить езду задним ходом. Поэтому в вариаторных коробках передач (CVT) введены специальные механизмы, обеспечивающие реверсивное движение. Чаще всего это планетарный редуктор.
Управляющая система на современных CVT в подавляющем большинстве электронная. Главная функция управляющей системы – синхронное изменение диаметра шкивов в зависимости от режима работы силовой установки. Кроме того, электроника управляет сцеплением и планетарным редуктором.
Как же работает вариатор? Перед началом езды диаметр ведущего шкива вариатора минимален, то есть его диски полностью разведены. Ведомый шкив наоборот имеет максимальный диаметр при полностью сжатых дисках. При увеличении оборотов мотора электроника при помощи специального привода синхронно сводит диски ведущего шкива вариатора и разводит диски ведомого. В результате передаточное число плавно уменьшается.
Автомобиль, оборудованный вариаторной коробкой передач внешне не имеет отличий от авто с классическим «автоматом». Тот же селектор переключения скоростей, те же две педали. Правда, водителя может несколько смущать отсутствие фиксированных передач, некоторых замедлений и толчков при их переключениях. Ведь CVT разгоняет машину плавно и уверенно, без рывков. Современные автопроизводители решили эту психологическую проблему, реализовав при внедрении вариаторной коробки передач возможность выбора водителем нескольких фиксированных положений передаточных чисел. В таком случае имитируются классические передачи. Причем сидящий за рулем может принудительно переключать их.
Несмотря на множественные преимущества, CVT имеет и свои недостатки. Во-первых, он способен передавать крутящий момент лишь до определенной мощности силового агрегата. То есть применять его на мощных машинах нет возможности. Правда, современные технологии позволили установить вариаторную коробку передач к примеру на Audi A4 2.0, мощностью 200 «лошадей» или на Nissan Murano с 3500-кубовым мотором V6, выдающим 234 л.с. Второй недостаток вариаторов – дороговизна их обслуживания. Так, каждые 100-150 тыс. км нужно менять недешевый ремень, а каждые 40-50 тыс. км – трансмиссионную жидкость.
Однако, несмотря на это, вариаторные коробки передач все чаще применяются в автомобилестроении. Ведь вариаторы позволяют двигателю работать в максимально выгодных режимах, обеспечивающих высокую экономичность при солидной динамике, чего не скажешь об АКПП.