Вариатор. Плавно и эффективно (Внимание, очень интересно!)

В любом автомобиле есть коробка передач. Она помогает мотору приспособиться к разным нагрузкам и скоростям, но вот беда – и «механика», и обычный автомат, это по сути – набор пар шестерёнок с фиксированным отношением. Чтобы поменять отношение, пары шестерён надо переключать, и на время смены передач отсоединять мотор от ведущих колёс. При этом возникают неизбежные рывки и мотор работает ступенчато то на высоких, то на низких оборотах. Но есть ли способ соединить мотор с колёсами без этих ступеней? Есть. Такая трансмиссия называется вариатор и главный её принцип – бесступенчатое изменение передаточного отношения.   

В теории вариатор устроен просто - два раздвижных шкива с коническим ремнём между ними. Раздвигая и сдвигая половинки шкивов можно менять диаметр, на котором работает ремень. Меняя диаметр, мы меняем и передаточное отношение. Вообще-то вариаторы – вовсе не новинка. Уже более ста лет их используют в самом различном оборудовании – например, в печатных станках. Однако там они громоздки и выдерживают лишь небольшие нагрузки. Главными проблемами вживления вариатора под капот автомобиля и стали уменьшение размеров и увеличение перевариваемого крутящего момента. Разные компании шли разными путями, и не у всех это закончилось удачей. Первые вариаторы – и для стационарного оборудования, и для автомобилей были с резиновым ремнём. Это работало, пока мощность мотора измерялась парой-тройкой десятков лошадиных сил, а крутящий не превышал 50 Нм. Очень быстро стало понятно, что резина в качестве главного передающего звена в мощных автомобилях не годится. Всевозможные исследования привели к тому, что единственным материалом, выдерживающим нагрузки является сталь. Сегодня мы поговорим об успешной и проверенной годами конструкции – вариаторе Toyota RAV4 со стальным ремнём.  

Вот именно он, этот ремень, зажатый между двумя парами конусных шкивов и меняет бесступенчато передаточное отношение трансмиссии. Одну пару шкивов крутит двигатель, другая соединена с ведущими колёсами. Когда первая пара шкивов максимально раздвинута, вторая наоборот, сдвинута вплотную. Это при старте, а по мере разгона вторые шкивы расходятся, ремень проваливается на меньший радиус, а первая синхронно сдвигается – тут радиус растёт. Поскольку конусы шкивов гладкие, положений ремня, а значит и передаточных отношений может быть бесконечное количество – никаких ступеней, в каждый конкретный миг работы мотора можно обеспечить самое выгодное с точки зрения экономии или самое мощное, если надо интенсивно разгоняться, передаточное отношение. Что это даёт? Дело в том, что у мотора есть самая выгодная частота вращения – пик мощности. Обороты в стороне от этого пика тоже возможны, и используются при механических коробках и обычных автоматах, но эффективность силовой установки вне пика мощности ниже. И только вариатор дает возможность при нажатой в пол педали газа производить весь разгон точно на максимуме мощности. Вместо шагов вверх по ступеням лестницы передач, здесь ситуация, больше похожая на плавный эскалатор.  

О том, чем ещё ценна бесступенчатая трансмиссия Toyota, мы поговорим в следующих частях нашего рассказа. А пока – о самом интересном в конструкции вариатора установленного на RAV4. Дело в том, что металлический ремень, который и есть сердце вариатора, крайне необычно устроен и работает не на растяжение, а на сжатие. Серебристая змейка набрана из плоских пластин, нанизанных на стальную ленту свёрнутую кольцом. На шкиве, где ремень изогнут, пластинки расходятся примерно как латинская V, но стоит ветви ремня выйти на прямую между шкивами, пластинки встают в плотную стопку, отлично передающую любое усилие. Кстати, представьте себе – как любой ремень, вариаторный касается шкивов только боковыми поверхностями –  тонкими торцами пластинок, и не пробуксовывает. Разумеется, для этого надо точно регулировать сжатие шкивов, расстояние между ними. Всем этим занимается гидроблок – система управления коробкой. А её электроника, само собой, общается с управлением двигателя.   

Однако, есть ещё момент трогания с места, и тут, как в большинстве автоматов работает гидротрансформатор. Он первый встречает поток мощности от двигателя, способен не только плавно тронуть машину с места, но и увеличить крутящий момент. Но работа его скоротечна – как только машина тронулась, срабатывает блокировка и дальше трудится только наш знакомый ремень. Конечно, на самом деле вариатор устроен несколько сложнее, и кажущаяся простота двух пар шкивов и ремня окружена многочисленными инженерными решениями. Казалось бы, инженерный гений решил все задачи и нам с вами остаётся только наслаждаться его бесшумной и плавной работой. Большинство так и поступает, ну а если вы продвинутый драйвер, вариатор не для вас? Ничего подобного. Поверьте, и бесступенчатым трансмиссиям знакомы режимы спортивной езды, принудительно включённой передачи и торможения двигателем.  «Принудительно включённой передачи» спросите вы? Какие такие передачи, здесь же их нет и быть не может? Правильно, фиксированных передач конструктивно действительно нет. Но они есть виртуально – так сказать программно. Парадокс – сотни лучших инженеров Toyota и Aisin десятилетие доводили работу своего бесступенчатого агрегата до совершенства. Прежде чем отправить вариаторные машины на экспорт, тщательно и скрупулёзно испытывали их на внутреннем рынке, собрали массу информации по тонкостям настроек и научили по-настоящему экономить топливо. Но вот европейскому клиенту, привыкшему к механике, подавай ручное переключение на любой трансмиссии. Клиент всегда прав, и если он хочет управлять всем и вся – почему нет?   

И вот в вариаторе Sport Sequential Shiftmatic такая возможность реализована. Стоит перевести селектор в режим М, как появляется возможность менять рычагом селектора 7 диапазонов работы трансмиссии. Однако, всевидящая электроника не даст вам коробку сломать. Как только обнаружится, что ваши желания идут вразрез с возможностями силового агрегата, и включённая пониженная передача может привести к забросу оборотов, прозвучит двойной зуммер. Принудительное ограничение  полезно на затяжных спусках, когда надо экономить тормоза. Водитель может выбирать семь различных темпов замедления, но если вам лень оперировать вручную, есть и автоматическое управление вариатором при езде по холмистой местности – всё для комфорта и плавности хода. Кстати, и при разгоне в обычном режиме вариатор RAV4 умело имитирует переключения передач, тем самым не раздражая пользователя монотонным воем при разгоне.   

Ещё одна, не столь очевидная система бережёт топливо на светофорах и не позволяет скатиться назад на подъёме. Если трансмиссия определила, что вы остановились и селектор остался в положении D, мотор на время стоянки уменьшит дозу впрыска топлива. Обороты упадут, что снизит нагрузку и на мотор и на коробку. Но так будет только в случае остановки на ровной поверхности. На уклоне холостые останутся неизменными, что даст дополнительную небольшую тягу на колёсах и не позволит скатиться назад.   

Притча во языцех – перегрев трансмиссии. Многие боятся его, хотя в реальности водитель RAV4 должен очень постараться, чтобы действительно заметно нагреть масло в коробке. При желании, конечно, и вариатор можно перегреть. Для того, чтобы это прошло без последствий, встроенная защита уведомит водителя сообщением на приборной панели.  

Кстати о масле, точнее – специальной жидкости для CVT. Вариаторы действительно очень требовательны к его качеству. Причина этого понятна – усилие к колёсам ремень передаёт при помощи трения, а значит, неизбежен износ стальных пластинок. Как и в моторе, любой другой коробке и вообще любом узле со смазкой, именно масло аккумулирует в себе мельчайшие частицы износа и переносит  их в фильтр, заодно охлаждая стальные детали. По регламенту контролировать состояние масла надо каждые 40 тыс. км пробега, но если вы любитель активной езды или часто используете машину для буксировки и бездорожья, то есть смысл превентивно поменять масло в диапазоне 40-60 тысяч пробега. Хотя и без этого ваш вариатор прослужит никак не меньше обычного автомата, а с учётом отсутствия в нём фрикционов – даже больше, и это не миф. А вот о мифах, которые бок-о-бок живут рядом с вариаторами столько же, сколько существуют они сами, в нашем следующем материале. 

Если вы хотите посмотреть эту лекцию на видео, то нет ничего проще!

Текст Евгений Хапов

На нашем канале в Дзене вы всегда найдёте много интересного! Подпишитесь сами, посоветуйте друзьям!