И снова про вариатор. Что, зачем и почему?

Правда и вымыслы.

Во время полусонного постпраздничного затишья, мы решили вернуться к базовым темам и снова вспомнить о вариаторах, о которых несмотря ни на что продолжают рассказывать сказки и невероятные, противоречащие здравому смыслу, истории.

Начнём с начала. Всем известно, что в любом автомобиле есть коробка передач, которая помогает мотору приспособиться к различным скоростям и нагрузкам. Но вот беда, и механика, и автомат, по сути, набор пар шестерёнок с фиксированным отношением, и чтобы поменять отношение, эти пары нужно переключать, на время смены отсоединяя двигатель от ведущих колёс. При этом возникают рывки и мотор работает ступенчато – то на высоких, то на низких оборотах. Однако есть способ соединить его с колёсами без ступеней, и называется такая трансмиссия – вариатор. Основной и важнейший 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 далеко не новинка – уже более ста лет их используют во всевозможном оборудовании, например, в печатных станках. Однако там они слишком громоздкие и выдерживают лишь небольшие нагрузки. Поэтому главными проблемами при вживлении вариатора в автомобиль стали уменьшение размеров и увеличение перевариваемого крутящего момента. Разные компании шли разными путями, и не у всех дело заканчивалось удачно. Первые вариаторы – и для стационарного оборудования, и для автомобилей – были с резиновым ремнём. И представьте, это работало, пока мощность мотора измерялась парой-тройкой десятков лошадиных сил, а крутящий момент не превышал 50 Нм. Но очень скоро стало понятно, что резина в качестве передающего звена в мощных автомобилях не годится. Исследования и эксперименты привели к выводу, что единственный материал, выдерживающий необходимые нагрузки, это сталь.

И сегодня именно стальной ремень, зажатый между двумя парами конусных шкивов, меняет бесступенчато передаточное отношение трансмиссии. То есть одну пару шкивов крутит двигатель, другая соединена с ведущими колёсами. Когда первая пара максимально раздвинута, вторая, наоборот, сдвинута вплотную – это при старте. А по мере разгона вторые шкивы расходятся, ремень проваливается на меньший радиус, а первые синхронно сдвигаются — радиус растёт. Поскольку конусы шкивов гладкие, положений ремня, а значит, и передаточных отношений, может быть бесконечное количество – никаких ступеней, и в каждый конкретный миг работы мотора можно обеспечить самое оптимальное с точки зрения экономии или самое мощное, если надо 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, в общем, используются в механических коробках и обычных автоматах, но эффективность силовой установки вне пика ниже. И только вариатор даёт возможность при нажатой в пол педали газа производить разгон точно на максимуме мощности. При этом вместо шагов по ступеням лестницы передач, процесс напоминает плавный эскалатор.

А теперь давайте поговорим о некоторых интересных особенностях конструкции вариатора Aisin, который стоит на многих японских (и не только) кроссоверах. 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 латинской «V», но стоит ветви ремня выйти на прямую между шкивами, пластинки встают в плотную стопку, отлично передающую усилие. Вариаторный ремень касается шкивов только боковыми поверхностями – тонкими торцами пластинок – и не пробуксовывает. Разумеется, для этого надо точно регулировать сжатие шкивов и расстояние между ними. Этим занимается гидроблок – система управления коробкой. А её электроника общается с системой управления двигателем.

Однако есть ещё момент старта, и тут, как в большинстве автоматов, работает гидротрансформатор. Он первым встречает поток мощности от двигателя и способен не только плавно сдвинуть машину с места, но и увеличить крутящий момент. Хотя его работа скоротечна: как только машина тронулась, срабатывает блокировка, и в дело вступает наш старый знакомый – ремень. Конечно, на самом деле вариатор устроен немного сложнее, и кажущаяся простота двух пар шкивов и ремня окружена многочисленными инженерными решениями. Но мы не будем погружаться в такие глубины — инженерный гений уже решил все задачи и нам остаётся только наслаждаться бесшумной и плавной работой механизма. Большинство из нас так и поступает, но некоторые считают, что если ты продвинутый драйвер, то вариатор тебе не подойдёт. Печальное заблуждение! Поверьте, бесступенчатым трансмиссиям хорошо знакомы режимы спортивной езды, принудительно включённой передачи и торможения двигателем. Какие передачи? – спросите вы. – Здесь же их нет. Действительно, фиксированных передач нет, но они существуют виртуально, так сказать, программно. Сотни лучших инженеров десятилетиями доводили работу своего бесступенчатого агрегата до совершенства. И прежде чем отправлять вариаторные машины на рынок, тщательно испытывали их, собрав массу информации по тонкостям настроек и научив значительно экономить топливо. Вот только клиенту со стажем, привыкшему к механике, непременно подавай ручное переключение на любой трансмиссии. Ну что тут скажешь? Клиент всегда прав, и если он хочет управлять всем, то пусть управляет.

В вариаторе Sport Sequential Shiftmatic такая возможность реализована. Стоит перевести селектор в режим М – и появится возможность менять рычагом семь диапазонов работы трансмиссии, однако электроника всё равно не даст вам сломать коробку. Как только обнаружится, что ваши желания идут вразрез с возможностями силового агрегата и включённая пониженная передача может привести к превышению оборотов, прозвучит двойной зуммер. Принудительное ограничение особенно полезно на затяжных спусках, когда надо экономить тормоза. Водитель может выбирать семь различных темпов замедления, однако если вам лень оперировать вручную, существует и автоматическое управление вариатором при езде по холмистой местности – всё для комфорта и плавности хода. Кстати, и при разгоне в обычном режиме вариатор Aisin умело имитирует переключения передач, не раздражая пользователя монотонным воем при разгоне. Ещё одна 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 впрыскиваемого 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 его боятся, однако в реальности нужно очень постараться, чтобы действительно заметно нагреть масло в коробке. Хотя, конечно, при большом желании и вариатор можно перегреть, но для того чтобы этого не произошло, встроенная защита заранее уведомит водителя сообщением на приборной панели.

Кстати, о масле. Точнее, специальной жидкости для CVT. Вариаторы действительно очень требовательны к его качеству. Причина понятна – усилие к колёсам ремень передаёт при помощи трения, а значит неизбежен износ стальных пластинок. Так же как и в моторе, и вообще любом узле со смазкой, именно масло аккумулирует мельчайшие частицы износа и переносит их в фильтр, заодно охлаждая стальные детали. По регламенту, контролировать состояние масла надо каждые 40 тысяч километров пробега, но если вы любитель активной езды или часто используете машину для буксировки и бездорожья, то лучше превентивно поменять масло в диапазоне 40-60 тысяч. Но даже без этого ваш вариатор прослужит никак не меньше обычного автомата, а с учётом отсутствия в нём фрикционов – даже больше. И поверьте, это не миф!

А мифов немало, и первый, самый распространённый – «металлический ремень ненадёжен». Так вот, ресурс вариатора с толкающим ремнём не ниже, чем у автоматов традиционной конструкции, а уж тем более роботизированных трансмиссий. Реальных отказов по причине износа ремня практически нет, а подавляющее большинство водителей, эксплуатирующих машины с бесступенчатой трансмиссией, даже не знают, какой тип коробки у них стоит.

Ещё один миф, «вариатор не позволяет двигаться по бездорожью». Трудно сказать, откуда он взялся. Даже теоретически, исходя из того, что вариатор способен поддерживать любое передаточное отношение и плавно менять его в любом диапазоне, выходит, что он как раз лучше других трансмиссий приспособлен к бездорожью. Быстрая смена режимов работы коробки с D на R и обратно тоже не проблема. Такой приём называют раскачкой, и выполнить его на машине с вариатором не составляет труда. Единственное, в чём вариатор действительно может спасовать, так это долгое буксование на высоких оборотах. Для этого, кстати, существует предупреждение о перегреве. Но, признаем, это далеко не самый стандартный режим эксплуатации кроссовера.

О специфической рабочей жидкости вариатора мы уже говорили, и требование заливать только специально предназначенный состав, как вы понимаете, выглядит совершенно обоснованным. Ведь контакт «сталь по стали» нуждается в особенной смазке, которая в определённый момент может потерять свои свойства, превратившись практически в клей или в почти в обычное масло.

Ну и последнее предубеждение пытается внушить нам мысль о полной неремонтопригодности вариатора. Оно тоже не соответствует действительности. На самом деле, если уж вам доведётся спалить ремень и шкивы, всё это легко заменить. Причём сложность работы не выше, чем при стандартном ремонте обычного автомата. Так что не верьте мифам и гаражным байкам, а как говорится, доверяйте профессионалам.

Текст Евгения Хапова