История бесступенчатой коробки передач

Хорошо забытое старое

Вариатор сегодня многим представляется новым решением. Однако это совсем не так, принцип его конструкции
придуман еще в 1490 году гением эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. Среди его эскизов – изображение
конструкции из двух конусных валов, расположенных вершинами навстречу друг другу на параллельных осях.

Первые патенты на вариаторы были выданы в США в XIX веке.

Обозначилось два основных вида вариаторов, пригодных для практического использования, – клиноременный и
торовый. При том, что у них различаются способы передачи и изменения крутящего момента, имеются и общие
сходные компоненты – устройство соединения с двигателем (многодисковая муфта, гидротрансформатор) и
реверсивный блок (планетарный редуктор заднего хода).

Так получилось, что серийно клиноременный вариатор начали устанавливать в первую очередь на мотоциклы,
а не на автомобили. Пример – 500-кубовый Rudge-Multi 1910 года с кожаным клиновым ремнем. Правда, его
вариатор был с ручным управлением. Позже, со второй половины 40-х годов XX века, мотоциклы и мопеды
оснащали усовершенствованными вариаторами. А в настоящее время почти вся легкая мототехника типа скутеров,
как и снегоходы, ездит на клиноременных вариаторах.

Ставить вариаторы на автомобили попробовали в 30-е годы XX века, но широкого распространения они не
получили.

Передачи вариатора

Решением оказалась планетарная передача. Причем изначально она была нужна только для получения комфортной задней передачи, то есть механизм был не такой громоздкий.

Реализовано это было так. Перед двигателем и трансмиссией был установлен гидротрансформатор, он частично убирает дергания при старте с места (про это чуть ниже). ЗА ним устанавливали одноступенчатую планетарную передачу, как вперед, так и назад.

Достаточно только поменять направление солнечной шестерни и автомобиль мог двигаться как вперед, так и назад. Как я писал сверху механизм действительно компактный, поэтому его можно было «засунуть» даже в малый корпус, скажем для переднего привода.

НО! Планетарную передачу можно было бы использовать не только для движения назад, ведь вперед она также работает. Причем такая конструкция как гидротрансформатор + планетарный механизм действительно могут продлить срок службы вариатора. Ведь они что-то типа демпфера — убирают излишнюю нагрузку при старте автомобиля, либо когда он где-то буксует.

Таким образом, уходит часть нагрузки на зеркало конуса, а также на ремень вариатора. Причем конструкция зарекомендовала себя только с лучшей стороны, ресурс прибавился примерно на 30 – 50%. Поэтому инженеры внедрили и вторую передачу. Ведь первый планетарный ряд работал только до 15 – 20 км/ч, а дальше водитель опять мог «придавливать» на педаль газа. Вторая передача работает уже до 30 – 40 км/ч. Что еще больше продлевает ресурс механизма.

Однако отличия от автомата действительно есть и они существенные

Особенности обслуживания вариатора

Как же тогда обслуживать и эксплуатировать автомобили с бесступенчатой трансмиссией?

С эксплуатацией все просто: не нагружать трансмиссию, избегать излишних ударных режимов и двигаться плавно. При длительных остановках более одной минуты переводить рычаг коробки из режима Drive в нейтраль или Parking для отключения излишнего напряжения на ремень от гидротрансформатора.

В эксплуатации важным моментом для продления срока службы вариатора является замена трансмиссионного масла в интервале 40–50 тысяч километров.

При этом не стоит прибегать к экспресс-замене масла под давлением без чистки магнитов. Оставшаяся на магнитах стружка может закупорить клапаны гидросистемы.

Не рекомендуется также смешивать масла разных производителей ввиду разницы в вязкости.

Особое внимание нужно уделить системе охлаждения: не жалеть денег и времени на разбор и промывку радиаторов, чтобы избежать перегрева трансмиссии. Соблюдая эти нехитрые правила и регулярно обслуживая коробку, можно не беспокоиться о ее надежности вплоть до 300 тысяч километров

В иных случаях — дорогостоящий ремонт после обрыва ремня, шкивов или масляного насоса. А если учесть тот факт, что в некоторых случаях вариаторы могут быть неремонтопригодными, гарантирована замена узла в сборе

Соблюдая эти нехитрые правила и регулярно обслуживая коробку, можно не беспокоиться о ее надежности вплоть до 300 тысяч километров. В иных случаях — дорогостоящий ремонт после обрыва ремня, шкивов или масляного насоса. А если учесть тот факт, что в некоторых случаях вариаторы могут быть неремонтопригодными, гарантирована замена узла в сборе.

Особенности движения автомобиля с такой трансмиссией

Рассмотрим особенности движения автомобиля на трансмиссии вариаторного типа. Владельцу такого автомобиля необходимо помнить:

1. С вариатором не получится побуксовать на старте. Причина в том, что электроника все время контролирует максимально эффективное передаточное число в соответствии с оборотами двигателя и нагрузкой на него.
2. Вариатор поможет водителю на сколькой дороге в момент старта. За счет плавного нарастания тяги колеса не будут буксовать, если водитель не рассчитает усилия на педаль газа.
3. При выполнении обгона на машине с вариатором сильнее нажать на газ нужно будет не в момент выполнения маневра, как на механике или автомате, а непосредственно перед этим, так как трансмиссия работает с небольшой задержкой.
4. На вариаторе овладевать управляемым заносом сложнее за счет все той же «запоздалой» реакции коробки на нажатие газа. Если на механике для заноса необходимо резко нажать на газ после поворота рулевого колеса, то в случае с вариатором это нужно сделать непосредственно при повороте руля.
5. Так как трансмиссия данного типа постоянно подбирает оптимальное передаточное число в соответствии с оборотами мотора, это приводит к идеальному сочетанию между тягой и низким расходом топлива. Эта система позволяет мотору работать в таком режиме, словно машина едет по ровной трассе за городом. Если машина оснащена круиз-контролем, то экономия топлива будет более ощутимой.

Современный клиноременный вариатор

В современной конструкции КПП CVT применяются шкивы из сверхпрочного металла, а ремень – не эластичный жгут, а наборная лента из износостойкого металла (собирается из полосок, которые скрепляются между собой скобами). На ремень наносят специальное покрытие, защищающее от износа и проскальзывания.

Один из шкивов является ведущим. Он соединён с коленчатым валом двигателя (который служит преобразователем энергии, получаемой в результате сгорания топлива, в энергию вращения). Ведомый шкив соединен с колёсами авто. Шкивы имеют переменный диаметр (грани обода расходятся и сходятся, тогда ремень проходит уже не внутри, между ними, а поверх).

При небольшой скорости движения автомобиля диаметр ведущего шкива имеет минимальные значения, а ведомого – максимальные. При средней скорости диаметр одинаковый. При максимальной – размер ведущего увеличивается, а ведомого уменьшается. Изменяя размеры шкивов, изменяем передаточное число.

Механизмом «руководит» электронная система, опираясь на информацию с многочисленных датчиков (об оборотах вала, о вращении колес, сведения с самой трансмиссии).

Основные элементы вариатора

Шкивы и ремень являются лишь частью конструкции современных вариаторов и называются клиноременной передачей. Строение CVT (бесступенчатой коробки передач) гораздо сложнее, в корпусе агрегата предусмотрено немало других элементов.

Вспомним, что нам уже известно. Крутящий момент от двигателя передается на первичный вал, а затем на ведущий шкив. В этом процессе может быть задействован гидравлический трансформатор (предусмотрен не во всех моделях). Гидротрансформатор отсоединяет трансмиссию от двигателя, через него передается усилие от вала к шкиву.

После гидротрансформатора усилие переходит на ремень, а с него на ведомый шкив. Далее при помощи планетарного редуктора момент переходит на вторичный вал. И машина движется вперед. Чтобы автомобиль двигался назад, запускается планетарный механизм или режим заднего хода (изменяет направление вращения вала).

В конструкции предусмотрен и дифференциал, который распределяет нагрузку по колёсам (на дифференциал крутящий момент передается от промежуточного вала).

Электронная система, которая руководит всеми процессами внутри CVT, считывает информацию с датчиков и изменяет режим работы CVT. Датчики установлены там, где можно быстро получить сведения о скорости вращения валов, о температуре рабочей жидкости, о положении селектора (ручки КПП). Электроника учитывает нагрузку на двигатель, скорость движения авто, положение педали газа и многое другое.

В некоторых моделях вариаторов предусмотрена возможность ручного переключения скоростей, ступенчато, как на АКПП. В других могут присутствовать лишь спецрежимы: «спортивный», «экономичный».

Все описанные элементы помещены в один корпус.

Рабочая жидкость

Диаметр шкива изменяется за счет перемещения дисков. Перемещение оказывается возможным благодаря давлению рабочей жидкости – масла (гидравлическая система). Но это утверждение справедливо лишь в отношении ведущего шкива. На ведомом диски перемещаются от натяжения ремня и за счет возвратной пружины.

Для CVT разработано специальное масло. Жидкость проявляет фрикционные свойства (помогает уменьшить силу трения и износ трущихся поверхностей) при своей рабочей температуре (60-70 градусов выше нуля).

При движении со скоростью более 150 км/ч масло перегревается (рабочая температура возрастает до +80 градусов). Перегрева допускать нельзя, он негативно сказывается на сроке службы вариатора (CVT). Охлаждают жидкость с помощью дополнительно установленного маслоохладителя (радиатор).

Необходимо следить за уровнем масла: если количество слишком уменьшиться, ремень будет проскальзывать. И, чтобы не допустить засорения, менять жидкость необходимо каждые 60-150 000 км (раз в пять лет).

Плюсы и минусы вариатора

Поклонники вариаторной коробки передач ценят ее за такие преимущества:

1. Простота. Конструкция CVT проста, как всё гениальное. После современных АКПП и роботизированных DSG коробок, это просто находка для любителей простых решений;
2. Плавный старт. Тронуться с места будет легко даже новичку, в отличие от других типов трансмиссии;
3. Отсутствие передач. Без использования ступенчатого механизма изменение передач происходит без рывков;
4. Оптимальная динамика разгона. Автомобиль с вариатором намного проще набирает скорость, в отличие от АКПП и МКПП;
5. Поддержание скорости движения на разных типах местности. Например, автомобиль не снизит скорость при подъеме в горку. Сохранение скорости движения происходит за счет плавного повышения или понижения передачи;
6. Вариатор не замерзает. Значит, легче будет запустить его зимой, когда автомобиль ночевал на морозе под открытым небом. Он тоже требует прогрева, как и другие КПП, просто времени это занимает меньше;
7. Экономия топлива. Это то, ради чего вообще создавалась вариаторная трансмиссия – экономия ресурсов, в том числе уменьшение токсичных выбросов;
8. Невысокая цена по сравнению с современными АКПП и DSG.

Недостатки у вариатора тоже есть, поскольку этот вид трансмиссии находится еще в самом начале своего развития. Чем плох вариатор:

1. Регулярное ТО. Во-первых, нужна периодическая замена трансмиссионной жидкости, причем покупать придется специальную, с пометкой CVT. А во-вторых, ремень имеет достаточно короткий ресурс и требует замены каждые 60 тыс. км;
2. Ограничения по нагрузкам. До недавнего времени вариаторы ставились только на маломощные двигатели. Они не предназначены для резких стартов с пробуксовкой, это не спортивная трансмиссия. К тому же, нельзя буксировать автомобиль с вариатором. Если автомобиль сломался, доставить на СТО его можно только на эвакуаторе, но не «на галстуке». Причина – недостаточная прочность основного ремня (цепи);
3. Медленная работа. Некоторые модели вариаторов заметно «тупят» при изменении оборотов, так что на 1-2 секунды отстают от нажатия педали газа;
4. Не все СТО берутся его обслуживать. Найти умельцев, способных отремонтировать вариатор, довольно сложно. Мастера предпочитают не связываться с этой коробкой передач, а заниматься более привычными «автоматом» и «механикой»;
5. Вариаторы подходят в основном только для города. Спорт и экстрим не для них.
6. Сложная электроника. Если хоть один датчик, регулирующий работу вариатора, выйдет из строя, откажет и сам вариатор. А датчиков там много! Не слишком радужная перспектива – остаться посреди улицы ждать эвакуатор.

Несмотря на недостатки (а где их нет?), вариатор (CVT) остается очень прогрессивным типом трансмиссии. Совершенствование конструкции уже позволяет ставить его на достаточно мощные моторы и давать большие нагрузки. Конечно, никуда не делась необходимость обслуживать эту коробку передач, но ведь и двигатель требует внимания, и с этим уже все смирились.

Так что рассуждения о том, сколько ходит такая АКПП, постепенно остаются в прошлом: вариаторы становятся всё более надежными. Иногда покупатели отказываются от автомобиля только на основании того, что на нем установлен вариатор. Плюсы и минусы этой трансмиссии уже понятны, остается только выбрать то, что по душе.

Вариатор. Кому рекомендован, а кому нет.

Если вы любите погонять, резко стартовать, предпочитаете спортивный стиль езды, то вариатор явно не для вас. В этом случае я рекомендую или классическую механику или автоматы с двойным сцеплением (DSG). Ну, если для вас автомобиль — это аппарат только с двигателем больше 200 лошадей.

Если же вы ездите в городе и по трассе без нарушения ПДД, заботитесь о плавности хода автомобиля и экономии топлива, при этом любите комфорт в управлении – то вариатор хороший выбор.

Но какое бы ни было оснащение автомобиля, красота и безопасность вождения зависит в первую очередь от профессионализма водителя!

Безопасности вам на дорогах.

Директор клуба

безопасного управления автомобилем

«Экстрим Драйв» www.ExtrimDrive.ru

Принцип работы вариатора

Вариатор был изобретен давно. Описание основных принципов его работы встречается еще в записках Леонардо да Винчи, датированных концом пятнадцатого века. Первые автомобили с вариатором появились в пятидесятых годах прошлого столетия. Это были малолитражки DAF. Затем этой трансмиссией стали оснащать некоторые модели Volvo. Но широкого распространения в то время вариатор так и не получил. И лишь в наши дни разработчики вновь стали развивать и активно внедрять в производство этот вид трансмиссии.

Принцип работы вариатора или CVT(аббревиатура от английского continuously variable transmission) в корне отличается от классической механики и автомата. В нем не происходит фиксированного переключения передач. Переключение скоростей с первой на вторую и т.д. отсутствует. Передаточное отношение с вала двигателя на привод колес изменяется плавно по мере разгона или замедления автомобиля. Современные автомобили оснащают тороидальными, цепными и клиноременными вариаторами. Наиболее распространен последний тип трансмиссии.

Рассмотрим принцип работы вариатора с клиноременной передачей

Сдвижение конусообразных половинок шкива приводит к выталкиванию ремня к внешнему диаметру, а раздвижение к перемещению в сторону оси

Основу клиноременного вариатора составляют два шкива. Каждый шкив состоит из пары конусов, обращенных вершинами друг к другу. Сдвигание и раздвигание конусов позволяет изменять диаметр шкива. Шкивы соединены клиновидным ремнем. Сдвижение конусообразных половинок шкива приводит к выталкиванию ремня к внешнему диаметру, а раздвижение к перемещению в сторону оси. Таким образом, плавно изменяется радиус, по которому работает ремень – от  меньшего к большему и наоборот. Соответственно меняется и передаточное отношение двигатель – привод. Если ведущий и ведомый шкивы находятся в промежуточном положении (диаметры шкивов равны), передача становится прямой – частота оборотов вала двигателя равна частоте оборотов привода.

Для трогания машины с места предусмотрено обычное сцепление или гидротрансформатор, который блокируется после начала движения. Дисками шкивов управляет электронная система, состоящая из сервопривода, датчиков и блока управления.

Важную роль в работе данной трансмиссии играет такая деталь, как ремень вариатора. Очевидно, что обычный прорезиненный ремень, из тех, что используют в приводах кондиционера или генератора, сюда не подойдет. Он не выдержит нагрузок, возникающих при передаче вращающего момента в вариаторе, и быстро износится. Поэтому клиновидный ремень вариатора имеет довольно сложное строение. Это может быть стальная лента с особым покрытием или совокупность тросов, на которые нанизано множество стальных пластинок трапецеидальной формы.

Ремень вариатора

В автомобилях марки Audi устанавливают вариаторы с ремнем, выполненным в виде широкой стальной цепи. Для смазки цепи применяют специальную жидкость. При сильном давлении в местах соприкосновения цепи со шкивом она меняет свое состояние. Это позволяет цепи передавать большие усилия без проскальзывания.

Особенности конструкции CVT

Устройство вариатора

Конструктивно вариатор cvt состоит из следующих элементов:

Шкивами вариаторного механизма КПП управляет гидравлическая система, которая должна обеспечивать синхронное перемещение конусов или роликов бесступенчатой передачи. Она состоит из:

• Гидравлического насоса;
• Блока гидравлических клапанов;
• Управляющих гидроцилиндров;
• Фильтра.

Насос приводится во вращение от коленчатого вала двигателя и находится в постоянной работе, пока работает двигатель.

Рабочая жидкость CVT

Масло в вариаторах специально разработано для использования в бесступенчатых КПП. При рабочей температуре масла (от +60ºС до +70ºC) начинают проявляться его фрикционные свойства.

При повышенных скоростях автомобиля (более 150 км/ч) масло может перегреваться (температура более +80ºC), что уменьшает срок службы вариатора. Охлаждение масла в зависимости от модели может осуществляться за счет корпуса дополнительно установленного радиатора (маслоохладителя).

На корректность работы CVT также влияет давление масла и уровень масла. Снижение его уровня может привести к проскальзыванию ремня (цепи) и фрикционов.

Строение ремня и цепи

Отдельного внимания заслуживают такие детали, как цепь и ремень вариатора. Последний представляет собой сборную металлическую ленту. Она состоит из нескольких тросов или полос (до 12 штук), которые скрепляются стальными пластинами (скобами) сложной формы.

Для защиты от износа и проскальзывания ремень имеет специальное покрытие. При работе вариатора ремень соприкасается с конусами шкивов краями пластин, что обеспечивает нужные толкающие свойства обеих сторон без потери гибкости и возникновения деформаций.

Обычные кожаные или силиконовые ремни имеют слишком малый срок службы, а потому в КПП не применяются. Ремень вариатора может заменить только стальная цепь (цепной вариатор), что также состоит из пластин, соприкасающихся со шкивами (конусами).

Устройство клиновидного ремня

Ремень в клиноременном вариаторе CVT отличается сложным устройством. Благодаря использованию новейших материалов, ремни вариаторов очень надежны и эффективны. Вместо цепей и резиновых ремней, огибающих шкивы, в коробках вариатор применяются гибкие металлические ремни клиновидной формы (наборные металлические ленты).

Схема устройства металлического ремня вариатора:

Основой высокопрочного ремня вариатора служат тонкие полоски упругой стали (количество полос равно 9 – 15 штук), которые скреплены при помощи пластин сложной формы. Эти детали имеют форму трапеции, они плотно нанизаны на стальные ленты. Материал изготовления скрепляющих пластин – углеродистая легированная сталь высокой прочности.

Основные преимущества клиновидных стальных ремней:

1. Сверхвысокая прочность ремня вариатора.
2. Отсутствие эффекта проскальзывания.
3. Повышенная жесткость изделия при передаче усилий на сжатие (толкающий ремень).
4. Способность передавать максимальный крутящий момент от силового агрегата на ходовую часть.
5. При работе вариатора ремень не издает много шума.

Общий вид клиновидного ремня CVT:

Образец цепи, установленной в вариаторе авто фирмы АУДИ:

Клиновой ремень вариатора Audi изготовлен в виде широкой цепи, состоящей из отдельных стальных пластин.

Интересно: Для технического обслуживания клиновидной цепи вариатора используется специальный масляный состав. Смазочная жидкость способна изменять свои характеристики под воздействием повышенного давления в местах контакта пластин с поверхностью шкива. В результате чего, цепь вариатора CVT передает заданные усилия без проскальзывания и трения даже в условиях маленькой площади контакта.

Устройство вариатора

Список главных отличий механизма от других коробок передач начинается с плавного изменения крутящего момента в том диапазоне, в котором выполняется регулировка. При использовании других видов трансмиссии преобразования получаются ступенчатыми и появляются при разрыве потока мощности. Из-за этого движение автомобиля будет неравномерным.

Конструкция вариатора достаточно сложная – в его состав входят такие элементы:

• приспособление, которое заменяет сцепление и обеспечивает вариатору такое положение, которое заменяет нейтральную передачу в других трансмиссиях;
• сам вариатор;
• механизм реверса, благодаря которому вращение может выполняться в другую сторону;
• процессор и исполнительное устройство, управляющие работой механизма.

Для передачи крутящего момента от двигателя к вариатору и разъединения потоков мощности применяются несколько вариантов автоматических сцеплений:

• электромагнитное (с электронным управлением по технологии Hyper);
• центробежное (Трансматик);
• мокрое многодисковое (Мультитроник и Мультиматик);
• гидротрансформаторное.

Одним из самых популярных вариантов считается гидротрансформатор. Именно его применяет для создания механизмов большинство производителей транспорта. Это позволяет усилиям плавно передаваться от силового агрегата, рывки отсутствуют, а ресурс устройства увеличивается.

Управление выполняется с помощью электронного блока, список задач которого включает:

• изменение соотношения между двумя валами коробки (ведущим и ведомым) в зависимости от выбранного режима;
• управление сцеплением;
• обеспечение работы реверсивного механизма и редуктора.

Процесс управления машиной с таким механизмом переключения передач ненамного отличается от аналогичных действий, но для транспортного средства с классическим «автоматом». Водитель выбирает нужный режим, а всё остальное выполняет электроника. Возможность фиксации передаточного отношения в коробке обеспечивает почти такие же возможности, которые предлагает обычная АКПП. Хотя у многих водителей возникают проблемы с восприятием факта увеличения скорости авто без изменения частоты оборотов коленчатого вала.

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.

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.