Конечно, нынешний клиноременный вариатор это уже не два конуса, хотя и сегодня его конструкция проще механической и автоматической трансмиссий, тем более электронных с различными дополнительными режимами.
Место конусов заняли два шкива (ведущий и ведомый), также расположенные друг напротив друга, с натянутым между ними ремнем трапецеидального сечения. Конусы при этом выполнены не цельными, а из двух сдвижных-раздвижных половинок. Когда ведущий шкив раздвинут, ремень, опираясь своими скошенными гранями на его поверхность, крутится по малому диаметру. При этом, если, скажем, ведомый шкив сдвинут, а ремень, соответственно, вращается по большому диаметру, получается максимальное передаточное отношение. Своеобразная «первая передача». Далее, сдвигая ведущий шкив и раздвигая ведомый, можно плавно, даже очень плавно уменьшать передаточное число, причем практически до бесконечности.
Основной режим у CVT — D. S и L вспомогательные, впрочем, в отношении к ним производители позволяют себе вольности.
Вот вам и самый оптимальный трансмиссионный агрегат, с которым мотор всегда работает в зоне оптимальных оборотов. Почему же тогда автопроизводители стали обращать на него внимание только сейчас? Ответ прост: в 50-е, 60-е и 70-е основным «передавателем» крутящего момента, соединяющим шкивы, был обычный резиновый ремень, ресурс которого не превышал 30 тыс. км. Несерьезно. Потому-то и Volvo от вариатора отказалась, и другие его не приняли. Ситуация, как уже говорилось выше, изменилась с появлением подобного узла под маркой Fuji.
Однако тот вариатор был создан при непосредственном участии инженера ван Доорна, который в 65-м учредил собственную фирму VDT (Van Doorn Transmissie) и разработал стальной ремень, который должен был сменить резиновую деталь. Причем ремень своеобразный, состоящий из двух стальных полосок с нанизанными на них многочисленными сегментиками, выполненными в форме замысловатых стрелок. Именно эти сегменты, опираясь на поверхность шкивов и при этом толкая друг друга, позволили передавать крутящий момент более надежно.
Именно эта конструкция приводного ремня вот уже более пятнадцати лет применяется в автомобилестроении. Правда, она тоже не идеальна — максимальный крутящий момент, который способен передавать подобный ремень, до сих пор достиг всего лишь 180 Нм. При превышении этого значения трение в месте контакта звеньев ремня и шкивов снижается — ремень начинает проскальзывать. Но трансмиссионщики не сдаются и верят в счастливое будущее клиноременного вариатора. Так, в конце 90-х инженеры Audi заменили ремень многорядной цепью. Она контактирует с поверхностью шкивов не боковой частью своих звеньев, как может показаться поначалу, а скошенными торцами осей этих звеньев, которые выполнены из подшипниковой стали. Впрочем, это уже следующий этап развития вариатора. Мы же пока имеем дело с японскими second- hand-автомобилями, имеющими стандартную клиноременную трансмиссию. Поэтому продолжим наше разбирательство именно в отношении ее.
Audi использует цепь вместо ремня. Там считают, что она надежней, может запросто передавать момент больше 200 Hm.
Надо сказать, что вариатор — это, конечно же, не только вариаторный узел, но еще ряд систем и исполнительных механизмов. К примеру, клапанное устройство, управляющее сдвижением-раздвижением шкивов. Принцип действия как и у «автомата». То есть процессор вариатора (японские бесступенчатые агрегаты производства Honda и Nissan, широко распространенные в нашем регионе, вне зависимости от модели его имеют), получая команду от процессора двигателя, передает ее на соленоиды клапанного механизма, сообщая им тем самым, что шкивы необходимо установить в такое-то положение. Открываются клапаны, давление либо падает, либо повышается, шкивы передвигаются, передаточное отношение меняется. А как, спрашивается, добиться троганья с места, ведь вариатор, кажется, намертво соединен с двигателем? Не совсем так — Nissan в своей трансмиссии CVT-6 использовал стандартный гидротрансформатор, применяемый на «автоматах».
Honda ради разъединения двигателя и коробки пошла более изощренным путем. Ею в фирменной трансмиссии Multi Matic применяется так называемый start clutch — пакет фрикционов, работающий в масляной ванне. Интересной особенностью этого узла является то, что диски не сцепляются как их трудовые собратья в АКП, а должны пробуксовывать для обеспечения плавного троганья. Естественно, и «мокрые» фрикционы, и гидротрансформатор тоже управляются электроникой. Педаль газа, кстати, также полностью «виртуальная», без непосредственной связи с дроссельной заслонкой. С одной стороны, подобная электрификация достаточно сложна в плане своей мудреной настройки, с другой — иные «автоматы» порой намного сложнее.
Правда, сейчас уже выпускаются секвентальные вариаторы, в которых ручной режим предусматривает жесткую блокировку вариаторного узла на определенном передаточном числе. К тому же, скажем, «хондовский» Multi Matic имеет пару дополнительных режимов — спортивный и экономичный, также перенастраивающих работу шкивов. Что касается механической части, то она максимально проста — в довесок к устройствам для троганья с места и шкивам существует однорядный планетарный редуктор со своими фрикционами, задача которого обеспечивать смену направления движения.
В общем, отметим, что конструкция бесступенчатой трансмиссии достаточно проста, а характеристики по сравнению с АКП и МКП более оптимальны. Так, разгон автомобиля с вариатором занимает меньше времени, чем с «механикой» при практически таком же расходе топлива. Но при этом нет необходимости в переключениях, как нет и рывков, потому что нет ступеней. Чем не идеальная трансмиссия? Быть может, тем, что мотор при ускорении выходит на форсаж и зависает на одной высокой ноте? Так дело всего лишь в шумоизоляции, которой серьезные автопроизводители не пренебрегают. Нет, как оказалось, вариатор плох не этим. При всем его совершенстве есть у него одна негативная черта, списывающая в нашей сибирской действительности все положительные качества бесступенчатой трансмиссии на нет.
Вариаторы — удар исподтишка
«Седьмой» год выпуска, хорошо упакованный салон, не самая боевая, но достаточно задористая «полторашка» плюс отсутствие следов ремонта на кузове. Что еще нужно для счастливой жизни с представителем японского second-hand, особенно таким ярким, как Honda Civic? Но не заладилось, трансмиссия подвела. И все бы ничего — «автомат» или «механика» — у нас их оживляют запросто. Но агрегатом трансмиссии был вариатор. Это слово и так-то звучит непонятно, а в данном случае и вовсе стало приговором. Окончательным и бесповоротным.
Новое — хорошо забытое старое
Малознакомое пока еще устройство для передачи крутящего момента под названием вариатор или по-английски continuosly variable transmission (CVT) на самом деле появилось куда раньше традиционной «механики» и уж тем более раньше автоматической трансмиссии.
Над его созданием размышлял еще Леонардо да Винчи, и в средние века что-то подобное применяли для привода мельничных жерновов. Во всяком случае тот механизм, который выглядел как два конуса с направленными в разные стороны сужающимися частями и натянутым между ними ремнем, уже представлял собой примитивный вариант бесступенчатой трансмиссии. Передвигая ремень по конусам, средневековые мельники плавно изменяли передаточное число и тем самым меняли скорость вращения своих жерновов. На смену примитивному конусному вариатору пришел клиноременный, который весь прошлый век широко использовался… нет, не в автомобилях, а в промышленности. Его применяли для привода индустриального оборудования, к примеру, швейных машинок, а также для вращения всевозможных жаток-сенокосилок и т. д.
Позже подобным механизмом заинтересовались производители мопедов-скутеров. А вот автокомпании долго интереса не проявляли, хотя были и исключения. Но прежде чем говорить о них, давайте разберемся, что дает подобный бесступенчатый тип трансмиссии. Чем занимались и продолжают заниматься мотористы с тех пор как появился первый двигатель внутреннего сгорания? Повышением коэффициента его полезного действия. В этом деле, надо сказать, огромную роль, кроме конструктивных особенностей самого мотора, играет коробка передач. Оттого как подобраны в ней передаточные числа, насколько велики механические и гидравлические потери, напрямую зависит КПД двигателя. Но и это далеко не все. Пожалуй, основным условием получения максимального КПД является количество передач. Чем их больше, тем проще для каждого режима работы можно подобрать оптимальное передаточное отношение, при котором двигатель будет выдавать свои лучшие характеристики, в том числе крутящий момент и расход топлива.
Поэтому-то с развитием технической мысли у коробок передач появлялось все большее количество ступеней. А если от ступеней отказаться? Если представить, что у трансмиссии имеется бесконечное число передаточных отношений, которые изменяются постоянно, а двигатель при этом работает в зоне оптимальных оборотов? Первым о возможности применения клиноременного вариатора на автомобиле задумался голландский инженер Хуберт ван Доорн, создавший бесступенчатую трансмиссию Variomatic и предложивший ее фирме DAF. Было это в 1958 году, когда на рынке появилась модель 600 с 590-кубовым моторчиком и вариатором. Во многом благодаря последнему машинка пользовалась успехом.
Спустя десятилетие этот факт заставил компанию Volvo, купившую DAF, оснастить подобным механизмом уже свои автомобили 3-й серии. Однако с ростом мощности двигателя стали очевидны недостатки вариатора, невозможность передавать более-менее серьезный крутящий момент, надежность. В итоге в середине 80-х вариатор покинул конвейер Volvo. Но через пару лет прописался в Японии, в концерне Fuji Heavy Indastries, на модели Subaru Jasty, оснащенной бесступенчатой трансмиссией несколько иной конструкции. Наконец-то, устройство, известное еще в средневековье, обрело свое место в автомобильном мире и заинтересовало такие фирмы, как Ford, Fiat, Nissan, Audi и Honda. Чему в немалой степени способствовали две вещи — качественный скачок в технологиях и голландское упрямство.
