Вариаторная коробка передач (вариатор) – это бесступенчатая КПП, которая обеспечивает плавное изменение передаточного числа в заданном диапазоне. Общепризнанное название вариатора – CVT (Continuously Variable Transmission).

Поскольку вариаторы ограничены по мощности, в настоящий момент они устанавливаются лишь на легковой автотранспорт. Но стоит отметить, что данная коробка передач постоянно совершенствуется, поэтому диапазон их применения расширяется достаточно быстро. Еще один недостаток вариатора заключается в технически сложной конструкции.

Существует достаточно много различных видов вариаторных коробок передач, но на практике применение получили всего два: тороидный и клиноременный. Последний получил более широкое распространение. Первым клиноременным вариатором является Variomatic – впервые был установлен в 1959 году на легковой DAF. Следующим вариатором Transmatic комплектовались автомобили Ford и Fiat с 1984 года. На сегодняшний день клиноременную вариаторную коробку передач используют многие автопроизводители, при этом конструкции имеют собственные названия:

• Ecotronic, Durashift CVT от Ford;
• Multitronic от Audi;
• Autotronic от Mercedes-Benz;
• Multimatic от Honda;
• Multidrive от Toyota;
• Xtronic, Hyper от Nissan;
• Lineartronic от Subaru.

Кроме того, коробками передач CVT оснащаются некоторые модели автомобилей Peugeot, Mini, Opel, Mitsubishi, Chrysler (Jeep, Dodge), Fiat и др. Самой известной конструкцией тороидного вариатора считается Extroid, которыми оснащаются автомобили Nissan.

Конструкция и принцип действия вариатора

Все вариаторы имеют определенное общее устройство. В частности, конструкции включают следующие элементы:

• непосредственно вариатор (вариаторная передача);
• механизм, который отвечает за передачу крутящего момента, разъединение трансмиссии от мотора (нейтральное положение КПП);
• механизм, отвечающий за движение авто задним ходом;
• система управления.

Чтобы обеспечить передачу крутящего момента и разъединение вариатора от силовой установки, применяются следующие механизмы:

• электромагнитное сцепление с электронным управлением (Hyper);
• центробежное автоматическое сцепление (Transmatic);
• многодисковое мокрое сцепление, оснащенное электронным управлением (Multimatic, Multitronic);
• гидротрансформатор (Multidrive, Autotronic, Extroid, Ecotronic, Xtronic, Lineartronic).

В клиноременном вариаторе предусмотрена одна, реже две ременные передачи. Передача состоит из двух шкивов, соединенных клиновидным ремнем. Шкив образуют два конических диска, способные сдвигаться либо раздвигаться, изменяя диаметр шкива. Сближение конусов обеспечивается за счет гидравлического давления, усилия пружин, центробежной силы. Угол наклона конических дисков составляет 20°, благодаря чему достигается перемещение ремня по поверхности шкива с минимальным сопротивлением.

Сначала клиноременные вариаторы использовали резиновый ремень. Такие ремни имели целый ряд недостатков, среди которых слабая гибкость (минимальный радиус изгиба составлял 90 мм), узкий диапазон регулирования, малый срок службы (50 тыс. км). Современные вариаторы, как правило, оснащаются гибким металлическим ремнем, выполненного из 10–12 полос стали и связанных с ней фасонных частей в виде бабочки. В этом случае передача вращения производится благодаря силам трения между шкивами и боковой поверхностью ремня. Подобная конструкция ремней отличается долговечностью, прочностью, гибкостью (минимальный радиус изгиба 30 мм), а также незначительным уровнем шума во время работы. Именно благодаря металлическому клиновидному ремню вариаторы получили широкое применение.

На коробках передач Lineartronic и Multitronic ремень заменен металлической цепью, чем и обусловлено название – клиноцепной вариатор. Состоит такая металлическая цепь из пластин, соединенных осями. Стоит отметить, что конструкция цепи позволяет улучшить параметры гибкости (радиус изгиба 25 мм). Крутящий момент, в отличие от клиноременного вариатора, передается торцевой поверхностью цепи при ее точечном соприкосновении с коническими дисками. В местах контакта образуются высокие напряжения, которые компенсируются благодаря высокопрочной стали, из которой произведены конические диски. Клиноцепная вариаторная коробка отличается наивысшим КПД и наименьшими потерями при передаче крутящего момента.

В вариаторе обычно используется электронная система управления, которая отвечает за синхронное изменение диаметра шкивов в соответствии с режимами работы силовой установки, а также за управление сцеплением и работу планетарного редуктора.

С помощью рычага селектора осуществляется управление вариаторной коробкой. Режимы управления аналогичны режимам автоматической коробки передач. В вариаторе также может быть реализована функция, аналогичная функции Типтроник. В основном данная функция решает психологическую проблему – негативное восприятие водителем постоянной частоты вращения силового агрегата во время разгона. В некоторых конструкциях вариаторов функция имеет собственное название, например, на автомобилях Mitsubishi – это Sportronic, а на Chrysler – Autostick.

Принцип действия клиноременного вариатора подразумевает согласованное изменение диаметров шкивов в зависимости от режимов работы силового агрегата. Диаметр шкива изменяется посредством специального привода. Когда автомобиль только начинает движение, диаметр ведущего шкива минимальный (конические диски максимально разжаты), при этом ведомый диск имеет максимальный диаметр (конические диски максимально сжаты). Когда число оборотов мотора увеличивается, соответственно, увеличивается и диаметр ведущего шкива, а ведомого, наоборот, уменьшается. В свою очередь, уменьшается передаточное число. При дальнейшем разгоне вариатор поддерживает оптимальные обороты силового агрегата, за счет чего удается добиться максимальной мощности и обеспечить наилучшую динамику машины.

Особенности конструкции тороидного вариатора

Включает два соосных вала с тороидной (сферической) поверхностью. Между данными поверхностями зажаты ролики. В тороидном вариаторе изменение передаточного числа осуществляется за счет изменения положения роликов, а передача крутящего момента за счет сил трения между рабочими поверхностями колес и роликов.