Клиноременные вариаторы

Впервые на серийном автомобиле трансмиссия с клиноременным вариатором DAF Variomatic была использована в 1950 г. В трансмиссии Variomatic использовался бесконечный резиновый приводной ремень, зажатый между коническими поверхностями шкивов. Расстояние между двумя половинками шкивов изменялось, поэтому изменялся рабочий радиус ведущего шкива, а это в свою очередь заставляло изменять радиус ведомого шкива, половины которого сжимались пружиной. Такая конструкция обладала существенными недостатками. Резиновые ремни, расположенные под днищем автомобиля, быстро разрушались, и их замена являлась довольно сложной операцией. Величина передаваемого крутящего момента была небольшой и поэтому такую конструкцию можно было применять только на автомобилях с маломощными двигателями. Кроме того, автомобиль с такой трансмиссией мог двигаться задним ходом с той же скоростью, что и вперед, а это было довольно опасно. Голландский инженер Ван Доорн усовершенствовал конструкцию клиноременного вариатора, заменив резиновый ремень стальным, состоящим из набора отдельных пластин специальной формы.

Стальной ремень Transmatic

Принципиальным отличием этой конструкции является то, что такой ремень может передавать не только тяговые, но и толкающие усилия. Ван Доорн использовал свою разработку в конструкции трансмиссии Transmatic, которая могла передавать крутящие моменты величиной до 150 Н•м. Трансмиссии с вариаторами не имеют нейтральной передачи, и поэтому при остановке автомобиля необходимо отсоединять двигатель от трансмиссии с помощью какого-либо устройства. В трансмиссиях Variomatic и Transmatic для этой цели использовалось центробежное сцепление, которое автоматически выключалось и включалось. Троганье с места и остановка автомобилей с этими трансмиссиями сопровождались резкими рывками.
Компания Honda разработала свою собственную конструкцию вариатора со стальным ремнем и шкивами. Для троганья с места и остановки используется многодисковое, мокрое сцепление, управляемое компьютером. Эта трансмиссия устанавливается на автомобиль среднего класса Civic, приводимый в движение 1,6-литровым двигателем, развивающим максимальный крутящий момент 140 Н.м. Среди особенностей трасмиссии следует отметить компьютерный контроль (от электронной системы управления), давления для управления положением половин обоих шкивов вариатора. Эта система обеспечивает оптимальное давление без чрезмерного его увеличения. Слишком сильное «сжатие» снижает механическую эффективность, а также приводит к преждевременному износу ремня и увеличению шумности работы. Программирование вариатора на автомобиле Civic обеспечило хорошее соотношение с режимами экономичной работы двигателя, и это привело к повышению топливной экономичности автомобиля с вариатором при испытаниях в городском цикле движения, на 15 % по сравнению с топливной экономичностью автомобиля с обычной четырехступенчатой автоматической коробкой передач.
В 1995г. Немецкая компания ZF продемонстрировала автоматическую коробку передач с клиноременным вариатором Ecotronic, в которой использовался гидротрансформатор.
Такое решение усложняет и удорожает конструкцию, но обеспечивает плавное троганье с места и интенсивный разгон автомобиля. Наличие гидротрансформатора дает возможность уменьшить диапазон передаточных чисел вариатора, что снижает его размеры и габариты автоматической коробки передач. В настоящее время ZF производит три варианта таких коробок передач. Наиболее мощный вариант из этого семейства коробок CFT25 имеет стальной ремень шириной 30 мм, планетарную передачу для обеспечения заднего хода, которая включается с помощью многодискового, мокрого сцепления. Коробка передач может передавать крутящий момент до 250 Н•м, что дает возможность использовать такие коробки передач на автомобилях среднегокласса VW Passat, Ford Mondeo и др. Управление коробками передач ZF осуществляется с помощью компьютера, программное обеспечение которого обеспечивает адаптивное управление различными режимами движения.
Автомобили с современными автоматическими коробками передач, использующими вариатор со стальным ремнем, обладают гораздо лучшими показателями топливной экономичности и плавностью работы по сравнению с обычными гидромеханическими автоматами. Надежность и долговечность современных коробок передач с такими вариаторами также довольно высока. Однако широкое применение таких коробок сдерживается в силу нетехнических, а, скорее, психологических проблем. Водители привыкли, что при разгоне автомобиля с обычной механической или автоматической коробками передач они ощущают увеличение частоты вращения двигателя. Автомобиль с вариатором может интенсивно разгоняться и при постоянной частоте вращения двигателя, потому что вариатор поддерживает частоту, которая необходима для лучшего разгона. Такая работа обеспечивает наиболее оптимальный разгон, но из-за непривычного звука у водителя создается впечатление, что приемистость автомобиля недостаточна.

Коробка передач Hyper CVT-M6

Для решения этой проблемы некоторые производители были вынуждены адаптировать управляющие системы своих вариаторов для искусственного создания ряда фиксированных передаточных чисел, преодолев, таким образом, психологическую проблему. У водителей таких автомобилей появилась возможность выбора между ручным последовательным (секвентальным) переключением передач с фиксированными значениями или бесступенчатым автоматическим управлением. Впервые такая конструкция была использована компанией Nissan в 1997 г. в коробке передач Hyper CVT-M6.

Схема коробки передач Multitronic:
1 — двигатель;
2 — сцепление;
3 — вариатор;
4 — цепь;
5 — гидронасос;
6 — управляющий блок;
7 — блок электроники

Компания Audi при создании коробки передач с вариатором Multitronic использовала другой принцип. При разгоне обеспечивается увеличение оборотов двигателя с увеличением скорости автомобиля. Такой режим разгона не является самым эффективным, но дает возможность решить психологические проблемы. При экстремальном разгоне управляющая электроника переключает вариатор на оптимальный режим работы. Новый подход обеспечил возможность автомобилю Audi A6 с коробкой передач Multitronic показать лучшие результаты по топливной экономичности и интенсивности разгона по сравнению с таким же автомобилем, но имеющим механическую коробку передач. Кроме автоматического режима Multitronic поддерживает режим секвентального переключения передач с шестью фиксированными передаточными числами. В конструкции используется мокрое многодисковое сцепление для обеспечения возможности старта с места. Приводной ремень Audi представляет собой многозвенную цепь, которая передает крутящий момент за счет трения между торцами осей пластин, составляющих цепь, и поверхностями шкивов.

Схема работы вариатора Multitronic:
1 — цепь

Гидравлическая система управления вариатором обеспечивает оптимальное усилие сжатия шкивов, не допуская проскальзывания цепи и обеспечивая необходимую долговечность вариатора.