CVT paaiškinta: kas yra variatorius ir kaip jis veikia?

Naršydami automobilių katalogus ar skaitydami techninių charakteristikų lenteles, turbūt ne kartą esate sutikę frazę „automobilis su begalinai kintamo perdavimo skaičiaus pavarų dėže”. Visi žino, kas yra mechaninė pavarų dėžė, o dauguma vairuotojų jau seniai susitaikė su klasikiniu automatu. Tačiau variatorius — dar žinomas kaip CVT (angl. continuously variable transmission — begalinai kintamo perdavimo skaičiaus pavarų dėžė) — vis dar kelia klausimų. Tai stebina, nes ši technologija tikrai nėra nauja.

Trumpa CVT pavarų dėžės istorija

Štai faktas, kuris dažnai nustebina: variatorių išrado ne „Honda”, „Toyota” ar net „Mercedes-Benz”. Pirmasis patentas begalinai kintamo perdavimo skaičiaus pavarų dėžei buvo išduotas XIX amžiaus pabaigoje — o pirmykštė idėja siekia dar ankstesnius laikus. Pagrindinį principą dar 1490 m. eskizuose užfiksavo Leonardo da Vinci.

Tačiau pirmasis praktiškas automobilis su CVT pasirodė ne Renesanso laikais. Prireikė dar penkių šimtmečių. Šeštajame dešimtmetyje „DAF” — olandų markė, tuo metu gaminusi tiek sunkvežimius, tiek lengvuosius automobilius — tapo pirmuoju gamintoju, komeriškai įdiegusiu variatorių. „Volvo” sekė savo versija, ir nuo to laiko CVT technologija nuolat plečia savo pozicijas.

Kas yra variatorius? CVT ir automatinė pavarų dėžė

Paprastai tariant, variatorius yra automatinės pavarų dėžės rūšis — tačiau veikianti visiškai kitokiu principu. Iš vairuotojo vietos automobilis su CVT atrodo lygiai taip pat kaip ir su įprastu automatu:

Du pedalai — akseleratorius ir stabdys
Pavarų perjungimo svirtis su įprastomis P, R, N, D padėtimis
Jokio sankabos pedalo, jokio rankinio pavarų perjungimo

Tačiau po variklio dangčiu viskas yra kardinaliai kitaip. Tradicinė automatinė pavarų dėžė turi fiksuotą pavarų skaičių — pirmą, antrą, trečią ir t. t. CVT neturi jokių fiksuotų pavarų. Vietoje to ji nuolat ir sklandžiai keičia perdavimo skaičių, kai automobilis greitėja arba lėtėja. Rezultatas? Jokių trūkčiojimų, jokių smūgių, jokių juntamų pavarų perjungimų — tik sklandi, nepertraukiama jėgos perdavimo seka.

CVT pavarų dėžių tipai

Ne visi variatoriai sukonstruoti vienodai. Šiuo metu naudojami keli pagrindiniai konstrukcijų tipai:

V formos diržas su reguliuojamais skriemuliais — labiausiai paplitęs tipas, aptinkamas daugumoje automobilių su CVT
Grandininis CVT — naudojamas „Audi”, pasižymi aukštu efektyvumu ir dideliu sukimo momento pralaidumu
Toroidinis CVT — rečiau sutinkama, tačiau mechaniškai elegantiškai sukonstruota sistema, kurioje naudojami voleliai tarp toroidinių diskų

Dauguma vairuotojų susidurs būtent su V formos diržo ir skriemulio sistema, todėl pažvelkime į ją atidžiau.

Kaip veikia V formos diržo CVT? Paprastas paaiškinimas

Įsivaizduokite du pieštukus, gulinčius lygiagrečiai vienas šalia kito, sujungtus ištemptu guminiu žiedu. Pasukite vieną pieštuką — kitas suksis tokiu pačiu greičiu. Dabar įsivaizduokite, kad pieštukai skirtingo skersmens — vienas didesniojo sukimas priverčia mažesnįjį apsisukti du kartus. Tai ir yra pagrindinis V formos diržo variatoriaus principas.

Realiame CVT tai pasiekiama naudojant du reguliuojamus skriemulius:

Kiekvieną skriemulį sudaro dvi kūginės pusės, nukreiptos viena į kitą smaigaliais
Tarp skriemulių eina V formos diržas, besiremiąs į juos šonkraštinėmis briaunomis
Kūginėms pusėms atitrūkus viena nuo kitos, diržas nuslysta į centrą ir sukasi mažesniu spinduliu
Kūginėms pusėms susiartinus, diržas kyla aukštyn ir sukasi didesniu spinduliu

Hidraulinė sistema (arba kitas servomechanizmas) judina abu skriemulius sinchroniškai — kai vienas atsidaro, kitas užsidaro. Vienas skriemulys yra įrenginėje veleno pusėje (nuo variklio), kitas — išvarymo veleno pusėje (link ratų). Nuolat keičiant kiekvieno skriemulio efektyvųjį skersmenį, pavarų dėžė plačiame diapazone be jokių laiptelių ir pertrūkių keičia perdavimo skaičių.

Konstrukciją papildo atbulinės eigos blokas — dažniausiai paprastas planetinis reduktorius — ir CVT pavarų dėžė paruošta darbui.

Koks diržas naudojamas CVT?

Įprastas guminis pavaros diržas CVT darbo sąlygomis suirtų jau po kelių tūkstančių kilometrų. Variatoriuose naudojami specialiai sukurti komponentai. Yra dvi pagrindinės konstrukcijos:

Plieninis stumiantysis diržas — sluoksniuotų plieninių juostų rinkinys, ant kurio sumontuotos šimtai plonų, trapecijos formos plieninių plokštelių. Plokštelės spaudžia viena kitą, todėl diržas gali perduoti jėgą net ir spaudimo pusėje — ko paprastas guminis diržas paprasčiausiai negali
Plieninė grandinė — plati, plokščia grandinė, besiliečianti su skriemulių kūginiais paviršiais savo šonkraštinėmis briaunomis, o ne plokščia puse. Tokia konstrukcija naudojama „Audi” CVT sistemose (parduodamose „Multitronic” pavadinimu)

„Audi” grandininis CVT naudoja specialų pavarų dėžės skystį, kuris kontakto taškuose, veikiamas ekstremalaus slėgio, keičia savo klampumą — tai leidžia grandinei perduoti didelę jėgą su minimaliu slydimo efektu, net ir labai mažame kontakto plote.

Kaip jaučiasi vairavimas su CVT?

Vairavimo pojūtis priklauso nuo to, kaip sureguliuota CVT valdymo programa, tačiau dažniausias elgesys intensyvaus greitėjimo metu atrodo taip: spaudžiate akceleratorių iki galo, variklis pakyla iki maksimalaus sukimo momento sūkių diapazono — ir ten išlieka viso greitėjimo metu, išlaikydamas tolygų, pastovų garsą, kol automobilis įgauna greitį.

Kai kuriems vairuotojams tai iš pradžių atrodo neįprasta. Variklio garsas nekyla ir nekrinta taip, kaip prie laiptelinės pavarų dėžės — vietoje to jis fiksuojasi viename tembre, kol automobilis greitėja. Tai kartais lyginama su dulkių siurblio ūžimu — efektyvu, tačiau kitokia nei dauguma vairuotojų yra įpratę.

Vis dėlto daugelis gamintojų derina savo CVT taip, kad ji imituotų tradicinės pavarų dėžės pojūtį — variklio sūkiai kyla palaipsniui kartu su greičiu. Kai kurie modeliai siūlo dar daugiau:

Virtualios pavarų pakopos — paprastai 6 arba 8 elektroniškai apibrėžti perdavimo skaičiai, tarp kurių CVT perjunginėja ryžtingai, imituodama klasikinę automatinę pavarų dėžę
Rankinis nuoseklus režimas — leidžiantis vairuotojui pasirinkti virtualias pavaras naudojant vairo rankenėles arba svirtį
Automatinis žemesnės pavaros įjungimas — kylant į kalną arba lėtėjant, CVT protingai perjungia į mažesnį perdavimo skaičių, kad išlaikytų sukimo momentą, nepriklausomai nuo akseleratoriaus padėties

„Audi A4 allroad quattro” — su „Audi” grandininiu „Multitronic” CVT

CVT pavarų dėžės privalumai

Begalinis perdavimo skaičių kiekis — variklis visada veikia efektyviausiu arba galingiausiu režimu, atsižvelgiant į poreikį
Sklandus greitėjimas — be pavarų perjungimų nėra sukimo momento pertrūkių ar trūkčiojimų
Mažesnis degalų suvartojimas — palaikydamas variklį optimalaus darbo diapazone, CVT gali sumažinti degalų sąnaudas, palyginti su tradiciniais automatais
Geros charakteristikos mažu greičiu — ypač naudinga miesto kamščiuose ir prie žibintų
Mažesnė kaina nei aukštos klasės automatų — CVT mazgai paprastai pigesni gamyboje nei aukščiausios klasės hidromechaniniai automatai

CVT pavarų dėžės trūkumai

Galios apribojimai — tradiciniai CVT nebuvo kurti dideliam sukimo momentui ir didelei galiai, todėl sportiniai ir didelės klasės prabangūs automobiliai istoriškai laikėsi prie įprastų pavarų dėžių
Didesnės techninės priežiūros išlaidos — CVT skirtas pavarų dėžės skystis brangesnis nei įprastas ATF, o diržo keitimas (kas 100 000–150 000 km) yra papildoma techninės priežiūros procedūra
Neįprastas vairavimo pojūtis — prie pastovių sūkių greitėjimo reikia priprasti
Skysčio keitimo intervalai — CVT skystis paprastai keičiamas kas 40 000–50 000 km, priklausomai nuo modelio

Kokia gali būti CVT galia?

CVT pradėjo savo kelią nedideliuose miesto automobiliuose — ir ilgą laiką ten ir liko. Diržinės pavaros mechaniniai reikalavimai kėlė iššūkių didinant galingumą. Tačiau inžinerija žengė didelį žingsnį į priekį.

„Audi” „Multitronic” grandininis CVT, įmontuotas į „A4 2.0 TFSI”, be problemų perduoda 200 AG. „Nissan” žengė dar toliau su „X-Tronic CVT” modelyje „Murano” — visaverčiame krosoveryje su 3,5 litro V6 varikliu, kurio galia siekia 234 AG. Tai jau toli gražu ne nišiniai, mažos galios sprendimai.

CVT prieš automatinę pavarų dėžę: kas geriau?

Klasikinės automatinės pavarų dėžės atsikerta didindamos pavarų skaičių — 8 pavarų blokai dabar yra standartas daugelyje verslo ir prabangos klasės automobilių, siekiant to paties efektyvumo ir dinamikos balanso, kurį CVT užtikrina natūraliai. Dešimties ir dvylikos pavarų automatai atsirado sunkvežimiuose ir sportiniuose automobiliuose.

Tačiau CVT turi struktūrinį pranašumą, kurio jokia laiptelinė pavarų dėžė negali atkartoti: perdavimo skaičių kiekis yra begalinis. Kad ir kiek pavarų inžinieriai pridėtų prie tradicinio automato, tarp kiekvienos iš jų visada bus tarpas. CVT tarpų neturi. Kasdieniam vairavimui — važiavimui į darbą, degalų taupymui, sklandžiam miesto eismui — tai vienas praktiškiausių ir nepakankamai įvertintų pavarų dėžių pasirinkimų rinkoje.