8 заблуждений о вариаторах. и один реальный недостаток

Главные достоинства и недостатки CVT

Прежде чем перейти к рассмотрению плюсов и минусов вариатора, также стоит несколько слов сказать о другой разновидности бесступенчатой коробки – тороидной. Как уже говорилось, на 95% японских, немецких, корейских и других авто ставят либо клиноременной, либо клиноцепной вариатор. Остальные 5% транспортных средств оснащены тороидным типом CVT. Он не получил должного распространения, так как по многих характеристикам уступает аналогу с ремнем/цепью. Итак, за что любят и недолюбливают вариаторную коробку? Причины следующие:

Каждый автовладелец может найти другие слабые и сильные стороны вариаторной коробки, основываясь на личных предпочтениях, собственном водительском стаже. Есть категория водителей, которая не переносит «молчаливость» силового агрегата. Двигатель в паре с CVT никак не реагирует ни на молниеносное ускорение, ни на планомерные переходы на высокие и низкие скорости.

Кто привык ездить на спортивных машинах с обычной МКПП, вряд ли сможет без характерного «рева» двигателя. Ощутить драйв за рулем машины с бесступенчатой коробкой не получится, отчасти по той причине, что вариатор не ставят на модели с действительно мощными моторами. Решение приобретать авто с CVT или сделать выбор в пользу механики зависит исключительно от желаний и потребностей.

Виды и принцип работы вариатора

В автомобильной промышленности применяются два варианта механизмов, различающиеся по устройству. Речь идет о клиноременном и тороидном вариаторах, которые имеют разные конструкции.

Тороидный вариатор не имеет в своем составе ремня, промежуточными элементами являются ролики. Такая конструктивная схема используется реже, но в ней заложен большой потенциал.

Клиноременный

Этот вариант механизма получил наибольшее распространение у компаний, производящих автомобили.

Клиноременный вариатор состоит из одной (реже двух) передач. На двух валах: ведущем и ведомом установлены шкивы, через которые перекинуто кольцо клиновидного ремня. На первых порах при его изготовлении использовалась армированная резина, затем ей на смену пришли стальные конструкции.

Устройство клиноременного вариатора автомобиля

Ведомый и ведущий шкивы состоят из двух частей: конусов, стенки которых имеют наклон около 70 градусов к оси вала. Взаимное перемещение шкивов обеспечивает изменение радиусов и, как следствие, передаточного отношения вариатора.

Для создания управляющего усилия, направленного на смещение конусов друг к другу используются пружины, давление жидкости или центробежная сила.

Принцип работы клиноременного вариатора обеспечивает непрерывность передачи потока мощности и позволяет создать оптимальные условия для работы двигателя. Так, при наборе скорости или, напротив, сбросе силовой агрегат автомобиля получает возможность работать при постоянных оборотах. Тем самым достигается заметная экономия топлива, снижается его износ и как следствие увеличивается ресурс.

Наиболее уязвимой частью такого вариатора является клиноременная передача, узел подвергается значительным нагрузкам. В настоящее время используются стальные конструкции, состоящие из пакета лент, между собой они соединяются пластинами сложной формы.

Передача усилия в таком случае происходит по всей площади контакта боковой поверхности ремня со шкивом за счет возникающего трения.

Устройство ремня вариатора

В другом варианте применяется стальная цепь, а вариатор по аналогии получил наименование клиноцепного. Каждое звено данной конструкции в своем составе имеет несколько пластинок, объединенных цилиндрическими втулками-осями, обеспечивающими минимальный радиус изгиба.

Передача усилия происходит за счет контакта боковой части цепи с рабочими поверхностями конусовидных дисков.

Малая площадь соприкосновения вызывает значительные нагрузки на детали, для изготовления которых применяется высокопрочная сталь. Вариатор клиноцепного типа обладает наибольшим КПД среди аналогичных конструкций.

С другой стороны его цена выше, нежели у клиноременного механизма из-за применения более дорогостоящих материалов.

Стальная цепь для вариатора

Автомобильные вариаторы в силу особенностей своей конструкции не могут обеспечить вращения в обратном направлении и соответственно заднего хода. Для решения данной задачи трансмиссия снабжается дополнительным механизмом, в большинстве случаев – это шестеренчатый редуктор планетарного типа. По принципу действия он совпадает с аналогичным устройством АКПП.

Тороидный

Такой механизм получил меньшее распространение, в основном его разработкой занимается японская компания Nissan. Оригинальный агрегат получил наименование Extroid и устанавливается он на ряде моделей автомобилей.

В устройстве тороидного вариатора имеются два соосных диска: ведущий и ведомый. В сечении они имеют форму равнобедренного треугольника, боковые стороны которого являются частью окружности.

Устройство тороидного вариатора

Между рабочими дисками находятся два ролика плотно прижатых  к ним своими боковыми поверхностями. Указанные элементы подвижны и могут изменять свое положение, синхронно раскачиваясь вокруг осей перпендикулярных к основному валу.

Передача усилия происходит через ролики за счет возникающей в зоне контакта силы трения. Изменение соотношения радиусов приводит к увеличению или уменьшению частоты вращения ведомого вала.

Компания Nissan спроектировала сдвоенную коробку, способную передавать усилие до 300 Нм. Это рекордный показатель для трансмиссий этого типа.

Вариатор с 1999 года устанавливается на ряд мощных заднеприводных моделей, выпускаемых для внутреннего рынка. Агрегат совмещен с планетарным понижающим редуктором, при больших скоростях передача крутящего момента происходит напрямую. В переднеприводных моделях коробка совмещается с дифференциалом и главной передачей.

Режимы работы вариатора

• «P» — парковочный режим. Стоянка на продолжительное время, происходит блокировка системы управления. При зажигании необходимо убедиться, что рычаг установлен на этой же отметке.
• «D» — машина в движении. Автомобиль едет вперед с характерной плавной сменой ступеней. Этот режим считается основным в работе вариатора.
• «N» — аналог «нейтралки». В бесступенчатом варианте КПП применяется при парковке с наклоном. Включать нейтраль при кратковременной остановке нельзя. Но допускается при езде в условиях пробок и длительном простое автомобиля.
• «R» — задний ход. Конструктивные особенности вариатора: в КПП отсутствует задний ход ведомого вала, который передает вращение на колеса автомобиля. Поэтому CVT оборудуется дополнительными узлами и механизмами, которые включаются в работу при активации режима R. Чтобы не допустить появления неисправностей, рычаг коробки передач допускается переводить в этом положение после того, как машина полностью остановится. В зависимости от типа авто, для переключения селектора в режим R необходимо дополнительно нажать на специальную кнопку. Сделать это можно только после полной остановки транспортного средства.

• «S» — спортивный. Такое положение актуально использовать при эксплуатации автомобиль в интенсивном режиме работы. Но проблема в том, что вариаторные агрегаты изменяют передаточное число значительно медленнее. Благодаря этому обеспечивается хорошая тяга при повышении количества оборотов ДВС.
• «E» — экономичный. Управляющий модуль после активации настраивает коробку передач таким образом, что силовой агрегат начинает максимально взаимодействовать с КПП. Это обеспечивает минимальное потребление горючего машиной.
• «L» — сложные условия использования. Если водитель включает рычаг КПП в это положение, то вариатор обеспечивает наибольшее передаточное число, что способствует увеличению мощности ДВС. Рекомендован при движении по бездорожью, под уклон, буксировке прицепа (подобие 1 ступени на «механике»).
• «+«, «—» – повышение и понижение передачи (ручное управление). Поскольку в вариаторе передач как таковых нет, то для удобства водителей применяется ручной режим переключения. Но данный режим является лишь эмулятором – вариатор может менять передаточное число на определенные значения, что имитирует ступенчатую коробку. То есть ступенчатое изменение крутящего момента вроде и есть, и его можно менять, кратковременно переводя селектор в «+» или «-», тем самым создавая иллюзию переключения передач, но оно является лишь условным. К тому же, полностью добиться соответствия работы вариатора как ступенчатой коробки не получится – электронные системы все равно будут следить за оборотами двигателя и при надобности самостоятельно изменять передаточное число. Делается это для того, чтобы защитить от перегрузок сам вариатор.

Устройство и принцип работы вариатора

Клиноременной вариатор состоит из нескольких (как правило, одной- двух) ременных передач, где шкивы образованы коническими дисками, за счет сдвигания и раздвигания которых изменяются диаметр шкивов и, соответственно, передаточное число. Разные фирмы разработали каждая свою конструкцию клиноременного вариатора, так на Audi в трансмиссии Multitronic вместо ремня применяют цепь, а Honda ставит набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется.

Для трогания автомобиля с места используются обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.

Начнем с самого простого. Почему клиновидный ремень? Ремень в разрезе имеет трапециевидную форму и «вклинивается» в шкив только своими боковыми поверхностями. При износе этих поверхностей, благодаря своей форме, он врезается глубже в шкив и все равно остается в хорошей сцепке с ним. Как изменяется передаточное число? Устройство ведущего шкива (ведущий шкив вращается коленвалом) таково, что его щеки при воздействии центробежных сил плавно сжимаются и выталкивают клиновидный ремень все дальше и дальше от центра шкива. Ведомый же шкив при этом наоборот, разжимается, и ремень на нем плавно утопает все ближе и ближе к центру шкива. Чем больше обороты двигателя — тем больше сжимается ведущий шкив и разжимается ведомый, тем самым меняя передаточное число от коленвала к заднему колесу. Этот процесс хорошо виден на рисунках, прикрепленных к посту.

Иначе устроен тороидный вариатор, который состоит из соосных дисков и роликов, передающих момент от одного диска к другому. Для изменения передаточного числа меняются положение роликов и их радиусы, по которым ролики обкатывают диски. И поскольку все усилие сосредоточено в пятне контакта, то для поворота роликов должны использоваться особые устройства, способные преодолевать силу прижатия ролика к диску. Так в ниссановском вариаторе Extroid применена специальная система, где управляемый электроникой прецизионный гидравлический механизм перемещает обоймы с роликами вверх или вниз на микроскопическую величину, а далее, из-за возникшего сдвига относительно оси дисков, ролик поворачивается сам.

Между прочим, принцип устройства под названием “вариатор” не нов — мысли о бесступенчатой трансмиссии стали посещать конструкторов практически сразу с началом применения поршневых ДВС на транспорте. Современное же развитие электроники и технологии материалов дало возможности усовершенствовать (остающиеся, однако, в принципе своем неизменными) конструкции вариаторов, и сейчас наблюдается, по-видимому, начало самого широкого распространения таких трансмиссий на автотранспорте.

Тем не менее вариаторы пока что не избавились от некоторых своих весьма существенных проблем. Так, очевидно, что самыми конструктивно слабыми местами существующих сегодня автомобильных вариаторов являются: для клиноременного эти самые ремни, а для тороидного — пятно контакта диска и ролика, где сила давления достигает 10 тонн. Поэтому здесь применяются специальные высокотехнологичные материалы, что делает надежность вариаторов достаточно высокой, близкой к надежности гидромеханических “автоматов”, но все же из-за нагрузок на ремень или пятно контакта вариаторы пока не могут “тянуть грузы”, а также работать с двигателями большой мощности.

На сегодняшний день рекордом для клиноременного вариатора оказывается 220 л.с. и 300 Нм, которые развивает V-образный 6-цилиндровый мотор Audi A6, “воспринятый” трансмиссией Multitronic, а для тороидного — “переваренный” Extroid (3-литровый двигатель Nissan Gloria и Cedric), развивающий 240 л.с. и 310 Нм.

Однако если для грузовиков вариаторы до сих пор непригодны, то для легковых автомобилей весьма приемлемы, и здесь у бесступенчатых трансмиссий, очевидно, большое будущее, тем более что и технологии материалов не стоят на месте.

Устройство и принцип работы

После приобретения вариатора для мотобуксировщика рекомендуется внимательное ознакомление с инструкцией. Изучив правильность эксплуатации, можно продлить срок службы своей мототехники. В составе механизма имеется регулятор центробежного типа, в котором находятся конусы с грузиками подвижного и неподвижного вида. Чтобы грузики могли перемещаться, при их производстве используют упоры с роликами. Также в конструкции механизма присутствуют крышка и пружинка.

Неподвижный конус, у которого есть упор, прикрепляется к валу благодаря резьбе. Коленчатый вал монтирован к неподвижному конусу. Пружина необходима, чтобы создавать холостой ход. При правильной установке расположение вариаторного ремня должно быть фиксировано в 1-3 миллиметрах от поверхности конуса. Такой вариант способствует регулировке холостого хода. Для смены зазора используются кольца, что располагаются на границе упора вала и выступа. В работе вариатора прослеживается определенный алгоритм:

• вращается регулятор;
• возникают центробежные силы;
• центробежные силы оказывают влияние на грузики.

Вышеперечисленные действия способствуют ременному сжатию шкивной канавки в вариаторе. Возвратная пружина оказывает противодействие центробежной силе. По этой причине грузики беспроблемно могут преодолеть противодействие. Количество оборотов в минуту должно составлять не меньше 2200. Когда превышается данный порог, сила, что воздействует на ремень, возрастает до рабочего показания. При этих факторах возникает крутящийся момент, а сопротивление пересиливается.

История автомобильного вариатора:

1. 1490 — Леонардо да Винчи опубликовал эскизы устройства, предназначенного для бесступенчатой передачи крутящего момента
2. кон. XIX — нач. XX века — вариаторы начинают активно применяться в приводах промышленного оборудования, швейных машинах, велосипедах.
3. 1958 — автомобилестроительная компания Daf (Нидерланды) выпускает модель микролитражки 600, оснащенной вариатором. В 70х годах Daf становится частью концерна Volvo, инженеры которого смогли немного усовершенствовать это устройство. Благодаря их наработкам запас прочности вариаторов достиг 30 тыс. км. Этого оказалось мало, проект развивать дальше не стали.
4. конец 90х — Subaru выпускает модель автомобиля Kei cars, которая была оснащена вариатором с гидравлическим управлением и стальной цепью.
5. конец 2000х — первая массовая модель Honda — кроссовер HR-V (1999 г). Через несколько лет вслед за Хондой подтягиваются и другие производители — Nissan, Audi
6. 2005-2014 — ряд иномарок снабжаются вариаторами

Как работает АКПП?

Для начала давайте разберемся с принципом работы автоматической коробки передач.

Работа такой трансмиссии состоит в изменении соотношения передач между двигателем и колесами в автоматическом режиме. Без КПП автомобили бы имели только одну передачу, скорость зависела бы только от оборотов двигателя.

Представьте себе автомобиль только с первой передачей. Такая машина здорово взбирается на крутую горку и хорошо стартует с места. Вот только скорость будет ограничена — быстрее никак.

Автомобиль только с третьей передачей будет ездить со скоростью около сотни километров час по дороге, но стартовать с места или подняться круто в гору для него может оказаться проблемой.

Трансмиссия использует ряд передач — от низкой к высокой, чтобы эффективно использовать крутящий момент двигателя автомобиля. Если водитель сам переключает передачи, то коробка передач называется механической. Если участия водителя не требуется — то коробка передач называется автоматической.

В традиционной АКПП для изменения соотношения крутящего момента используется система шестерней разного размера и типа. Блокируя вращение отдельных элементов системы можно добиваться различного соотношения крутящих моментов вала двигателя и оси колеса. Благодаря этому можно получать от 4 до 8 передач переднего хода и одну передачу заднего. При переходе от одной передачи к другой, водитель может почувствовать рывки, особенно при быстром ускорении.

Режимы вариатора

Сначала разберем основные режимы работы вариаторной коробки автомат.

Движение вперед

На вариаторной трансмиссии движение вперед обозначается символом D. Этот режим считается основным в работе коробки передач, для его активации селектор переводится в положение D. Вариаторная трансмиссия во время езды автоматически изменяет передаточное число, основываясь на оборотах силового агрегата. Управляющий модуль коробки передач будет производить мониторинг работы агрегата и мотора машины для обеспечения максимальной эффективности работы устройств.

Движение задним ходом

Для активации этого режима селектор коробки передач переводится в положение R. Конструктивные особенности трансмиссионного агрегата: в КПП отсутствует задний ход ведомого вала, который передает вращение на колеса автомобиля. Поэтому агрегат оборудуется дополнительными узлами и механизмами, которые включаются в работу при активации режима R. Чтобы не допустить появления неисправностей, рычаг коробки передач допускается переводить в этом положение после того, как машина полностью остановится. В зависимости от типа авто, для переключения селектора в режим R необходимо дополнительно нажать на специальную кнопку. Сделать это можно только после полной остановки транспортного средства.

Вариаторная коробка передач

«Нейтралка»

Нейтральная передача обозначается буквой N. Если включить селектор коробки в этом положении, то двигатель автоматически отключается от КПП. Использование нейтральной скорости допускается при езде в условиях пробок и длительном простое автомобиля. Также режим нейтральной передачи применяется для запуска автомобильного двигателя, но включать нейтраль при кратковременной остановке нельзя.

Парковка

Режим паркинга на вариаторных КПП обозначается буквой P. Когда водитель переводит селектор в это положение, специальный штифт блокирует ведомый вал трансмиссии. Это позволяет предотвратить вероятность самопроизвольной езды машины. Использование режима парковки допускается при полной остановке машины, когда авто ставится на стоянку. В большинстве авто для активации положения паркинга надо нажать на педаль тормоза и поднять ручник. Это своеобразная защита. Чтобы отключить этот режим, надо выполнить аналогичные действия в обратной последовательности.

Ручное управление

Для ручного переключения скоростей используется специальная выемка на корпусе коробки в салоне с символами «+» и «-». Как таковых передач в вариаторной трансмиссии не имеется, поэтому для удобства используется ручной режим. Вариаторная коробка передач самостоятельно изменяет передаточное число, что имитирует работу ступенчатой трансмиссии. Водитель может менять крутящий момент двигателя во время движения, переключая режимы, но по факту это только условное переключение скоростей.

Добиться полного соответствия функционирования вариаторной трансмиссии и механической коробки не получится, поскольку управляющий модуль следит за оборотами силового агрегата. Когда нужно, он самостоятельно меняет передаточное число. Это делается для предотвращения воздействия повышенных нагрузок на агрегат.

Схема изменения положения роликов при увеличении и уменьшении оборотов

Дополнительные режимы

Вариаторные коробки передач в большинстве современных автомобилей имеют дополнительные режимы работы трансмиссии:

1. Спортивный режим (S). При его активации обеспечивается большая маневренность транспортного средства и более стремительный пуск, когда водитель жмет на газ. Такое положение актуально использовать при эксплуатации авто в интенсивном режиме работы. Но проблема в том, что вариаторные агрегаты изменяют передаточное число значительно медленнее. Благодаря этому обеспечивается хорошая тяга при повышении количества оборотов ДВС.
2. Экономный режим (E). Такое положение — противоположность спортивному режиму. Управляющий модуль после активации настраивает коробку передач таким образом, что силовой агрегат начинает максимально взаимодействовать с КПП. Это обеспечивает минимальное потребление горючего машиной. Разумеется, по сравнению с механикой, вариаторные КПП работают менее экономично.
3. Сложные условия использования (L). Если водитель включает рычаг КПП в это положение, то коробка обеспечивает наибольшее передаточное число, что способствует увеличению мощности ДВС. Использование этого режима актуально при езде по бездорожью, буксировке прицепа и т. д.

Бездорожье — это плохо

Машины с вариаторами лучше эксплуатировать на трассе — на бездорожье делать это нежелательно. Конечно, есть и внедорожники с CVT, но специалистами они причисляются к классу паркетингов. Машины с бесступенчатыми коробками хорошо себя покажут в условиях города, по полям и весям рассекать на них не рекомендуется.

Это не просто слова, ведь вариатор может получить значительные повреждения, если автомобиль наедет на ухаб или попадет в яму. Не рекомендованы ему и прочие неровности дорожного покрытия. Такие приключения могут быть чреваты самыми серьезными последствиями для автомобилей с вариаторной коробкой.

Как работает вариатор?

В отличие от описанной выше схемы с шестернями, вариатор не имеет какого-то фиксированного количества передач. Эта технология относится к бесступенчатым трансмиссиям(CVT), и наряду с другими видами таких трансмиссий производит плавное, бесступенчатое изменение соотношения крутящих моментов. Распространен тип вариатора, работающий на системе шкивов, позволяющих плавно изменять радиус кривизны передаточного ремня, накинутого на шкив. Тем самым мы добиваемся плавного изменения передаточного числа (см. картинку ниже).

В основе работы лежит принцип рычагов. Два вала — ведущий и ведомый расположены рядом и направленны в противоположные стороны (параллельно друг другу). На концах валов находятся конусы, которые сужаются в противоположных направлениях. Если перекинуть через конусы ремень или цепь и сделать так, чтобы можно было перемещать валы вдоль их оси друг относительно друга так, чтобы ремень оставался все время на одном уровне, то мы получим простейший вариатор.

Как это работает? Так как наконечники конусообразные, то при смещении валов, передаточный ремень смещается вдоль оси конуса и радиус его изгиба становится больше или меньше. Если, например, радиус изгиба ремня, перекинутого через шкив ведомого вала уменьшать, а ведущего — увеличить, то меньшему количестве оборотов ведущего будет соответствовать большее количество оборотов ведомого в единицу времени. Если число оборотов ведущего не менялось, то автомобиль ускоряется. Это позволит нам разгонятся на дороге.

Наоборот, если сместить валы так, чтобы, увеличить радиус закругления ведомого вала и уменьшить радиус закругления ведущего, то большему количеству оборотов ведущего вала будет соответствовать меньшее количество оборотов ведомого вала. Так мы сможем тронуться с места или заехать круто в гору.

В реальных машинах каждый из валов имеет по два конусообразных шкива. Вершины конусов обращены друг к другу. Между шкивами закреплен также конусообразный в сечении ремень.

В традиционных АКПП планетарного типа очень много элементов — шестерни различных типов, муфты, тормоза, масляные каналы, “водило”. По сравнению с ними, вариаторы имеет очень простое устройство. Большинство современных вариаторов содержат три основных элемента:

• мощная цепь или сверхпрочный резиновый ремень
• два конусообразных шкива на ведшем валу
• два конусообразных шкива на ведомом валу

Да, конечно, ничего не заработает без системы датчиков и системы управляющих устройств. Главным из устройств управления является бортовой компьютер, который определяет оптимальное положение шкивов, опираясь на данные о скорости и нагрузке автомобиля.

Когда расстояние между конусами шкива большое — ремень входит глубоко в паз и радиус его петли мал. Если сблизить конусы, то ширина и глубина паза, образованного их сторонами уменьшаются, и ремень поднимается. Радиус изгиба ремня при этом становится больше. Чтобы управлять расстоянием между конусами, в разных моделях вариаторов используются различные технологии — давление гидравлики, пружины, центробежная сила.

Ведущий шкив, соединенный с валом двигателя называют “входным” (кинетическая энергия двигателя “входит” в него.

Расстояние от ремня до центра шкивов, где проходит этот ремень, называется радиус основного тона. Когда шкивы расходятся, радиус основного тона уменьшается. Когда шкивы сближаются, радиус основного тона увеличивается.

Бортовой компьютер с помощью специального механизма управляет отношением радиусов основного тона на ведущем и ведомо шкивах. Он сдвигает валы таким образом, чтобы ремень все время оставался натянутым. Когда один шкив увеличивает радиус основного тона, то второй уменьшает и ремень не провисает. Сдвиг происходит синхронно. Так как шкивы меняют свои радиусы друг относительно дуга плавно, то мы получаем бесконечное число передаточных чисел (в определенном рабочем диапазоне, разумеется). Этот рабочий диапазон определяется соотношением максимального и минимального радиусов шкивов.

Если радиус основного тона мал у ведущего шкива и большой у ведомого, то скорость вращения ведомого шкива уменьшается. Получается, что на несколько оборотов ведущего вала приходится один оборот ведомого — автомобиль стартует или поднимается в гору на низкой передаче. Если, наоборот, мал радиус основного тона у ведомого шкива, ау ведущего — большой, то одному обороту ведущего вала соответствуют несколько оборотов ведомого и автомобиль едет с большой скоростью на высокой передаче.

Принцип работы вариатора

В клиноременном вариаторе смена передаточного числа происходит путем изменения диаметра шкивов. Каждый из них выполнен из двух половинок конической формы, которые посажены на один вал. Конусы имеют возможность расходиться и сходиться. В результате диаметр в точки соприкосновения ремня со шкивом постоянно варьируется в зависимости от скорости и нагрузки. Такое бесступенчатое изменение передаточного числа неспособно обеспечить обычная автоматическая или механическая коробка передач.

Когда автомобиль трогается с места необходимо максимальное усилие. Для того, чтобы снизить нагрузку на двигатель, конусы ведущего вала разводятся и в точке соприкосновения с ремнем шкив имеет самый малый диаметр. При этом на ведомой оси конусы сводятся. Это позволяет получить максимальный диаметр шкива в точке соприкосновения с ремнем. При таком состоянии вариатора ведущий вал должен сделать несколько оборотов, чтобы ведомый сделал один круг.

По мере того как происходит разгон, передаточное число изменяется. Конусы ведущего шкива начинают сходиться, увеличивая его диаметр. На ведомом валу происходит обратное действие. Конусы расходятся, а диаметр убавляется.

При достижении автомобилем высокой скорости шкив ведущего вала имеет максимальный диаметр. При этом на ведомом валу конусы полностью разведены, что обеспечивает минимальный размер шкива в точки соприкосновения с ремнем. При этом один оборот ведущего вала соответствует нескольким вращениям ведомого. На изображении ниже показаны принцип действия вариатора, схема расположения конусов и как работает бесступенчатая трансмиссия.

В клиноременном вариаторе смена передаточного числа происходит путем изменения диаметра шкивов. Каждый из них выполнен из двух половинок конической формы, которые посажены на один вал. Конусы имеют возможность расходиться и сходиться. В результате диаметр в точки соприкосновения ремня со шкивом постоянно варьируется в зависимости от скорости и нагрузки. Такое бесступенчатое изменение передаточного числа неспособно обеспечить обычная автоматическая или механическая коробка передач.

Тороидальный вариатор имеет схожий принцип действия, но устроен совершенно по другому. В нем усилие передается не с помощью ремня, а специальными роликами. Они зажаты между валами и расположены на одной оси. Ролики имеют тороидальную форму, откуда и происходит название вариатора.

Для смены передаточного числа в тороидальном вариаторе требуется изменить положение роликов. Для максимальной тяги они должны быть повернуты в сторону ведомого диска. При высоких оборотах ролики направлены к ведущему диску. Устройство и принцип работы тороидальной бесступенчатой трансмиссии показаны на изображении ниже.

То как именно вариатор меняет передаточное число во время разгона зависит от программы управления. Для максимальной динамики двигатель выводится на обороты, соответствующие наибольшему крутящему моменту. При этом плавно меняется передаточное отношение. Темп разгона высокий, так как не тратится время на переключение между ступенями.

Ездить в вышеописанном режиме не очень удобно. Постоянные высокие обороты мотора приводят к большому расходу топлива и снижают ресурс силовой установки. При этом водитель, привыкший эксплуатировать транспортное средство с обычной коробкой передач, испытывает странные ощущения от монотонной работы мотора. Поэтому часто вариатор настраивают так, чтобы разгон полностью напоминал увеличение скорости с обычной АКПП.

Большинство бесступенчатых трансмиссий способны имитировать работу механической или роботизированной коробки передач. При этом все передаточные числа задаются программно. Вариатор просто переключается между установленными положениями.

Принцип работы

Принцип работы вариатора тоже основан на «ступенях», но здесь они создаются программно. К примеру, в тех ситуациях, когда необходима тяга, а не скорость — преодоление снежного покрова или слишком грязного участка дороги.

Как мы помним, шкивы то сходятся, то расходятся. При их раздвижении ремень лента уходит внутрь, а в ходе сближения он принимает форму клина. Это оказывает влияние на передаточное число. При схождении шкивов оно увеличивается, а когда они удаляются — уменьшается.

Но что руководит подвижными элементами? За это обычно отвечают пружины и центробежная сила, которая создается при помощи гидравлического привода, а он находится под контролем электроники. Именно она задает все необходимые условия, столь нужные для эффективной работы CVT в автомобиле. Благодаря этому увеличивается ресурс, и снижается расход топлива.