Автомобильные вариаторы: принцип и устройство работы
Прогресс, как известно, держится на лентяях и бездельниках. Это они придумали колесо, это они придумали беспроводную связь, это они придумали Андроид, в конце концов, это они придумали автоматическую коробку передач. А самые ленивые бездельники придумали бесступенчатую трансмиссию, чтобы облегчить жизнь не только водителю, но и двигателю. Несмотря на то, что ракеты, как нам говорят, уже давно летают в космос, а атом расщепляют до неприличия, бесступенчатые коробки передач, или вариаторы никак не могут получить широкого распространения. Мало того, не все автомобилисты знают, как они устроены и принцип их работы. Пришло время восполнить этот досадный пробел, но сначала несколько слов об истории этого интереснейшего изобретения.
К сожалению, далеко не многие водители понимают принцип работы вариатора
Как появился вариатор
Даже те, кто ездят на Honda CR-V, не знают о том, что трансмиссия, благодаря которой работает их автомобиль, была придумана самым гениальным лентяем всех времен и народов, стариком Леонардо да Винчи. Это сейчас эту конструкцию называют continuously variable transmission, или CVT, а тогда ей и значения никто не придал, потому что в 1490 году и применять ее было негде. С английского название переводится, как «постоянно изменяемая трансмссия», хотя и эта формулировка не совсем точна.
На автомобиле конструкция появилась только в середине ХХ века, благодаря стараниям вдохновителя и генерального директора компании DAF Хуба Ван Дорна. В то время фирма выпускала легковые автомобили, а вариатор был установлен на один из них. Конструкции было еще очень далеко до совершенства, поэтому бесступенчатый проект пришлось свернуть. Но ненадолго, потому что компания Volvo выкупила у Ван Дорна патент на трансмиссию Вариоматик и установила ее в порядке эксперимента на новый Вольво 353.
Видеоурок по устройству работы вариатора
www.youtube.com/watch?v=_8hLvFTBB5w
Но и шведов постигла неудача, причем чуть было не стоившая компании репутации. Вариаторы сыпались через каждых 30 тысяч километров, поэтому ни о какой надежности автомобилей с бесступенчатой трансмиссией говорить было нельзя. Тот вариант трансмиссии, который ставится сегодня на многие автомобили, появился только в начале 70-х годов стараниями того же Хуба Ван Дорна, которого конструкция и идея бесступенчатой трансмиссии, вероятно, задела за живое. Видно, тот еще лентяй. Он открывает еще одну компанию с оригинальным названием Van Doorne Transmissie, где и был изобретен, испытан и поставлен на конвейер стальной наборной ремень, примерно такой, которым пользуются сегодня практически все бесступенчатые трансмиссии.
Принцип работы вариатора
Бесступенчатая трансмиссия чрезвычайно проста и конструкция ее гениальна, это можно сказать без преувеличения. Работу ее можно понять буквально с пол-оборота — если взять два треугольных колпака-конуса, расположить их параллельно и развернуть конусами в разные стороны. Затем натянуть на них резинку, и если один из них вращать, то второй будет вращаться с такой же скоростью, как и первый в том случае, если резинка будет точно по центру. Если резинку смещать к узкому концу, то ведомый конус будет вращаться быстрее, если к широкому — медленнее. Таким образом мы будем изменять диаметр ведущего и ведомого вала в реальном времени, вследствие чего будет изменяться и передаточное соотношение. Вот и весь принцип. А устройство настоящего вариатора хорошо проследить по простейшей трансмиссии любого скутера.
На фото — бесступенчатая трансмиссия или, как ее еще называют, вариатор
В отличие от приведенного выше детского примера, на скутерах с бесступенчатой трансмиссией на каждом из валов, ведущем и ведомом, стоит по два конуса, которые могут сдвигаться и раздвигаться. Крутящий момент от двигателя передается при помощи клиновидного ремня, который входит в зацепление с каждой парой конусов. Когда двигатель работает на холостых оборотах, ведущие конусы максимально разжаты и диаметр ведущего вала минимальный, а клиновидный ремень свободно проскальзывает на вращающемся валу. Стоит только добавить оборотов, ведущие конуса постепенно сжимаются, заставляя клиновидный ремень вращать ведомый вал. При этом конуса заднего вала максимально сжаты и диаметр ведомого вала самый большой, а это значит, что передаточное соотношение максимальное. По мере увеличения оборотов двигателя, ведущие конуса сжимаются, а ведомые расходятся. Таким образом, при увеличении оборотов передаточное соотношение стремится к единице. При разгоне ведомые конуса расходятся, а ведущие сходятся, обеспечивая высокую скорость практически на тех же средних оборотах. Вкратце, это выглядит так — во время движения оперативно меняется диаметр ведущего и ведомого валов.
Автомобильные вариаторы. Прогресс налицо
www.youtube.com/watch?v=yMbwpSOUhBA
Мы не упомянули еще один очень важный механизм в конструкции вариатора — тот, который заставляет конуса разжиматься и сжиматься. Здесь уже начинается автомобильная история вариаторной трансмиссии. В том самом DAF600, самом первом автомобиле с вариатором, запущенным в серийное производство, сдвигал и раздвигал шкивы простейший механизм сервоприводов. Сегодня для этого устанавливают сложные гидравлические устройства, управляемые электроникой. Но совсем не сложные сервоприводы были страшным сном конструкторов, а банальный приводной ремень. Только из-за того, что резиновый ремень был недолговечным, Вольво чуть было не лишилась репутации. Если хиленький ремень на сутере еще мог работать относительно долго, ведь мощность-то мизерная, то на автомобилях с серьезным крутящим моментом ремешок не дотягивал и до 40 тысяч.
Volvo открестилась от вариаторной трансмиссии только к 80-м годам, но такое инженерное сокровище не должно было просто так пропадать. Поэтому за дело взялись японцы. Их не сильно пугал маленький ресурс клиноременной передачи Ван Дорна, поскольку ставили они вариаторы на маленькие машинки вроде Субару Джасти. Да и как самая технологичная нация, японцы просто не могли себе позволить дать пропасть такой знатной конструкции. На Джасти стоял уже не тот смешной мопедовский вариатор, который был у ДАФ. Это был уже серьезный и технологичный механизм с гидравлическим сервоприводом, а доработанный ремень Ван Дорна из наборных пластин был усовершенствован до такой степени, что ресурс трансмиссии вырос аж до 100 тысяч километров.
DAF 600 — самый первый автомобиль с вариатором
Только и этого было мало. Заявленный ресурс вариаторов Honda CR-V в 150 тысяч еле дотягивал до сотни на практике, поэтому опять нужно было спасать ситуацию. Теперь спасение вариаторов было делом чести хондовских инженеров. И выход был найден. Комплексно, совместными усилиями с инженерами Ауди, но вариаторы стали удивительно работоспособны. Многорядная приводная цепь сложнейшей конструкции, стартовые гидротрансформаторы, мокрые фрикционы, куча электроники, все это трудилось на радость публике в автомобилях Хонда практически всех моделей: Audi A4, A6, A8, Nissan Qashkai. Это была фактическая победа. Цепной вариатор имел теперь идеальный КПД, мог передавать высокие крутящие моменты, в несколько раз выросла надежность, но…
Совершенству есть предел
Казалось бы, все наладилось и с надежностью, и с характеристиками, но вариатор так и не стал полноценной заменой АКПП. На это есть несколько очень серьезных причин. Вариаторная трансмиссия не может работать в режимах экстремальных нагрузок и ей противопоказаны резкие рывки и трогания с буксом. Длительная езда на скорости более 100-120 км/ч выводит диски вариатора из строя довольно быстро. Бесступенчатая трансмиссия противопоказана даже серьезным кроссоверам, не говоря уже о внедорожниках, поскольку один неаккуратный наезд на пенек убивает вариатор полностью.
www.youtube.com/watch?v=aFbSs08ZVpI
Ремонт вариатора в Японии или в Штатах — вообще не проблема. Это дороговато, но сравнимо по цене с ремонтом АКПП. В наших же условиях перманентного бездорожья и бесконечных просторов ремонтировать бесступенчатую трансмиссию приходится часто, а стоит это чуть ли не половину автомобиля. Купить вариатор можно только новым, только тогда есть гарантия длительного пробега. Автомобиль б/у с бесступенчатой трансмиссией — это русская рулетка. Он может накрыться через 5 тысяч, а может и отъездить своих положенных тысяч 100.
Но и это не единственный фактор, тормозящий широкий выход вариатора в массы. Есть еще один момент, психологический. Вы когда-то ездили верхом на пылесосе? Именно такие ощущения возникают, когда едешь на Ниссан Кашкай с вариаторной трансмиссией. Двигатель почти все время работает на одних оборотах, передавая максимальный крутящийкрутящий момент. Монотонный гул может достать даже рафинированного флегматика. А покупатели автомобилей премиум-класса вправе рассчитывать на бесподобный звук выхлопной системы, резкие старты и отжиги, а вместо этого — пылесос. Словом, вариаторная трансмиссия хороша для мегаполиса с ее пробками и светофорами, ровных и прямых дорог, хорошего сервиса и стабильно высокого бюджета на обслуживание. Хороша Маша, да не наша.