Автошколам и частным инструкторам

Вход или Регистрация

 
 
Начало Библиотека Устройство и эксплуатация Устройства коробки вариатор, принцип работы

Устройства коробки вариатор, принцип работы

Что такое вариатор? Чтобы дать ответ на этот вопрос, давайте вспомним, сколько скоростей имеют механическая и автоматическая коробки передач. Первая – пять, вторая - до девяти – ответят грамотные водители. Так вот, вариатор имеет ступеней переключения скоростей намного больше, по сути – бесконечное количество.

Итак, вариатор – это бесступенчатая трансмиссия, которая даёт водителю возможность изменять передаточное число не рывками, а плавно, в соответствии с оборотами двигателя и внешней нагрузкой, что позволяет использовать мощность мотора максимально эффективно и обеспечить комфорт во время движения.

На современные автомобили устанавливают вариаторы двух типов: клиноременной и тороидный, хотя в технике подобных конструкций существует великое множество.

Вариаторы клиноременного типа известны достаточно давно. Главными деталями этого вариатора являются раздвижные шкивы и трапецеидальный в сечении ремень, который их соединяет. Если в ведущем шкиве сдвинуть его половинки, они вытолкнут ремень наружу подобно попавшему между ними клину (именно потому данный вариатор имеет такое название). При этом радиус шкива, с которым работает ремень, увеличится, что, в свою очередь, приведёт к увеличению передаточного отношения. Если же половинки ведомого шкива раздвинуть, ремень уйдёт внутрь, а радиус его работы уменьшится, что повлечёт за собой уменьшение передаточного отношения. При работе обоих шкивов в промежуточном положении передача будет прямой.

Устройство клиноременного вариатора

Составляющими клиноременного вариатора являются одна или две ременные передачи, в которых шкивы образуются из конических дисков, которые за счёт своего сдвигания или раздвигания способны изменять диаметр и, соответственно, передаточное число. Различные автопроизводители выпускают вариаторы, отличающиеся друг от друга конструктивными особенностями. Так, в Audi (трансмиссия Multitronic) ремень заменён цепью, а в Honda передаточный ремень состоит из металлических пластин. Но принцип работы во всех вариациях остаётся неизменным.

Чтобы автомобиль сдвинулся с места, используют обыкновенное сцепление или же компактный гидротрансформатор, который блокируется вскоре после начала движения. Управление дисками, из которых состоят шкивы, происходит при помощи электронной системы из сервоприводов, а также датчиков и блока управления.

Начнём с того, что попроще. Почему ремень имеет клиновидную форму? Трапециевидный в разрезе ремень входит в шкивы только боковыми своими поверхностями, оставаясь при этом в хорошей сцепке с ними.

Каким образом изменяется передаточное число? Ведущий шкив, который вращается при помощи коленвала, устроен таким образом, что под воздействием центробежных сил его щёки плавно сжимаются и выталкивают трапециевидный ремень всё дальше от центра шкива. При этом ведомый шкив, напротив, разжимается, и ремень погружается всё глубже, приближаясь к центру шкива. Чем выше у двигателя обороты, тем сильнее сжимается ведущий и разжимается ведомый шкив, что приводит к изменению передаточного числа от коленвала к ведущему мосту.

Тороидный вариатор

Тороидный вариатор имеет другое устройство. Он состоит из дисков и роликов, которые передают крутящий момент от диска к диску. Чтобы изменить передаточное число, необходимо поменять положение роликов и радиусы, по которым ролики обкатываются вокруг дисков. И поскольку основное усилие сосредотачивается в пятне контакта, поворот роликов требует применения особых устройств, способных преодолеть силу, с которой ролик прижимается к диску.

К примеру, в вариаторе Extroid от Ниссан применяется специальная система, в которой управляемый при помощи электроники гидравлический прецизионный механизм передвигает обоймы с роликами вниз или вверх на микроскопические величины, а ролик, из-за возникшего относительно дисков сдвига, поворачивается далее самостоятельно.

Принцип устройств, называемых ныне вариаторами, не является новоизобретённым. Идеи о бесступенчатых трансмиссиях приходили в головы конструкторов ещё тогда, когда на транспорте начали применяться поршневые ДВС. А развитие современных технологий производства материалов и достижения электроники позволили усовершенствовать конструкции вариаторов, которые сегодня получают всё большее распространение на автомобильном транспорте. При этом принцип их работы, несмотря на новые конструкторские находки, остаётся неизменным.

Несмотря на множество исследований и испытаний, современные вариаторы пока не удалось избавить от некоторых проблем, которые весьма существенно влияют на их работу.

Так, «слабым звеном» в работе клиноременного вариатора является ремень, а в тороидном – пятно контакта ролика с диском, в котором сила давления может достигать десяти тонн. С этими проблемами пытаются бороться путем использования специальных высокотехнологичных материалов, что в значительной степени повышает надёжность вариаторов, приближая её к показателям надёжности гидромеханических автоматов. Тем не менее, из-за повышенных нагрузок на пятно контактов или ремень вариаторы пока не устанавливаются на грузовые машины и не работают с двигателями больших мощностей.

Современным рекордом для вариатора клиноременного типа является двигатель мощностью в 220 л.с. и 300 Нм, на которые способен шестицилиндровый двигатель Audi A6, оснащённой трансмиссией Multitronic. Тороидный вариатор-рекордсмен установлен на Nissan Gloria и Cedric, оснащённых 3-литровыми двигателями Extroid с показателями 240 л.с. и 310 Нм.

Несмотря на невозможность применения бесступенчатых передач на грузовиках, их применение на легковых автомобилях, по мнению экспертов, имеет большое будущее, которое обеспечат совершенствующиеся технологии производства материалов.

Сравнение динамических характеристик автомобилей, оснащённых вариаторами, может вызвать недоумение: на одной и той же модели легкового автомобиля разгон без вариатора происходит быстрее, чем с вариатором. Казалось бы, повышенная эффективность использования мощностей двигателя должна привести к противоположному результату! Оказывается, в случае адекватной настройки блока, разгон автомобиля с вариатором происходит, всё же, быстрее, чем без него. А недовольство некоторых автомобилистов объясняется привычкой слышать при разгоне нарастающий шум мотора, тогда, как в случае установки вариатора этот звук остаётся равномерным.  Многие фирмы идут в этом вопросе навстречу пожеланиям  и настраивают блок таким образом, чтобы не лишать водителей привычного радующего слух шума разгоняющегося мотора.

В завершение хотим отметить, что, в сравнении с традиционными коробками-автоматами, вариаторы являются значительно более совершенным типом трансмиссии. Их преимущество проявляется в значительно более высоких показателях динамики разгона, экономии топлива, плавному процессу езды. Весте с тем, конструкция вариаторов проще, чем у автоматических коробок, что сказывается на их стоимости и надёжности. Думается, что оснащённые вариаторами автомобили достаточно скоро вытеснят машины с «автоматами» и заметно потеснят «механику».