Вариатор CVT: что это такое и как он работает?

Листая автомобильные каталоги или изучая технические характеристики, вы наверняка встречали фразу «автомобиль оснащён бесступенчатой трансмиссией». Все знают, что такое механическая коробка передач, большинство водителей давно привыкли к классическому автомату. Но вариатор — он же CVT (continuously variable transmission, бесступенчатая трансмиссия) — до сих пор вызывает недоумение. Удивительно, ведь это изобретение далеко не новое.

Краткая история трансмиссии CVT

Вот факт, который застаёт людей врасплох: вариатор изобрели не Honda, не Toyota и даже не Mercedes-Benz. Первый патент на бесступенчатую трансмиссию был выдан в конце XIX века — а сама концепция уходит корнями ещё глубже. Леонардо да Винчи набросал её принципиальную схему ещё в 1490 году.

Впрочем, первый серийный автомобиль с вариатором появился отнюдь не в эпоху Возрождения — пришлось подождать ещё пять столетий. В 1950-х годах нидерландская компания DAF, выпускавшая тогда как грузовые, так и легковые автомобили, первой в мире установила вариатор на серийную модель. Следом подтянулась Volvo со своей версией — и с тех пор технология CVT неуклонно завоёвывает рынок.

Что такое вариатор? CVT и автоматическая коробка передач: в чём разница?

Если говорить просто, вариатор — это разновидность автоматической трансмиссии, однако работающая на совершенно иных принципах. С точки зрения водителя автомобиль с CVT ничем не отличается от машины с обычным «автоматом»:

Две педали — газ и тормоз
Селектор с привычными позициями P, R, N, D
Никакой педали сцепления, никакого ручного переключения передач

Но под капотом — совсем другая история. У традиционного автомата есть фиксированный набор передач: первая, вторая, третья и так далее. У CVT фиксированных передач нет вовсе. Вместо этого он непрерывно и плавно меняет передаточное отношение по мере разгона или торможения автомобиля. Результат? Никаких рывков, никаких толчков, никаких ощутимых переключений — только плавная, непрерывная подача мощности.

Типы трансмиссий CVT

Все вариаторы устроены по-разному. Существует несколько основных конструкций:

Клиноремённый вариатор с регулируемыми шкивами — самый распространённый тип, встречающийся на большинстве автомобилей с CVT
Цепной вариатор — применяется компанией Audi, обеспечивает высокий КПД и значительную нагрузочную способность по крутящему моменту
Тороидный вариатор — менее распространённая, но элегантная по конструкции схема, использующая ролики между тороидными дисками

Именно клиноремённая система наиболее часто встречается у рядовых водителей, поэтому рассмотрим её подробнее.

Как работает клиноремённый вариатор? Простое объяснение

Представьте два карандаша, лежащих параллельно друг другу и соединённых натянутой резинкой. Вращайте один — второй будет следовать за ним с той же скоростью. Теперь представьте, что карандаши разного диаметра: один оборот большего заставит меньший провернуться дважды. Именно в этом и состоит основная идея клиноремённого вариатора.

В реальном CVT это реализовано с помощью двух регулируемых шкивов:

Каждый шкив состоит из двух конических половин, обращённых друг к другу вершинами
Между шкивами проходит клиновидный ремень, который зажимается ими по рёбрам своей трапециевидной поверхности
Когда конические половины раздвигаются, ремень проседает к центру и движется по меньшему радиусу
Когда конусы сближаются, ремень прижимается выше и движется по большему радиусу

Гидравлическая система (или иной сервопривод) перемещает оба шкива синхронно: один раскрывается — другой закрывается. Один шкив расположен на ведущем валу (от двигателя), другой — на ведомом (к колёсам). Непрерывно меняя эффективный диаметр каждого шкива, трансмиссия плавно изменяет передаточное отношение в очень широком диапазоне — без ступеней и без прерываний.

Остаётся лишь добавить узел заднего хода — как правило, простой планетарный редуктор — и коробка CVT готова к работе.

Какой ремень используется в вариаторе?

Обычный резиновый приводной ремень в условиях работы CVT рассыпался бы уже через несколько тысяч километров. Ремни, применяемые в вариаторах, — это специально разработанные компоненты. Существует две основные конструкции:

Стальной толкающий ремень — набор слоёных стальных лент, на которых нанизаны сотни тонких трапециевидных стальных пластин. Пластины толкают друг друга, позволяя ремню передавать усилие даже на сжатие — то, чего резиновый ремень принципиально не умеет
Стальная цепь — широкая плоская цепь, которая контактирует с коническими поверхностями шкивов торцами звеньев, а не широкой плоскостью. Именно такая конструкция применяется в системах CVT компании Audi (под торговым названием Multitronic)

Цепной вариатор Audi использует специальную трансмиссионную жидкость, которая под колоссальным давлением в точках контакта меняет свою вязкость, обеспечивая передачу значительного усилия с минимальным проскальзыванием — даже при очень небольшой площади контактного пятна.

Каково это — ездить с вариатором?

Ощущения от езды во многом зависят от настроек программы управления CVT, однако наиболее типичное поведение при резком разгоне выглядит так: вы давите педаль газа в пол, двигатель выходит в зону максимального крутящего момента — и остаётся там на протяжении всего разгона, поддерживая ровный, стабильный гул, пока автомобиль набирает скорость.

Поначалу это непривычно для многих водителей. Звук двигателя не поднимается и не спадает, как при ступенчатой коробке передач; вместо этого он держится на одной ноте, пока машина разгоняется. Некоторые сравнивают это с гудением пылесоса — эффективно, но непохоже на то, к чему привыкло большинство водителей.

Тем не менее многие производители настраивают свои вариаторы так, чтобы они имитировали поведение традиционной коробки передач с нарастанием оборотов по мере увеличения скорости. Ряд моделей идёт ещё дальше и предлагает:

Виртуальные фиксированные передачи — как правило, 6 или 8 электронно заданных ступеней, между которыми CVT переключается чётко и резко, имитируя классический автомат
Ручной последовательный режим — позволяет водителю самостоятельно выбирать виртуальные передачи с помощью подрулевых лепестков или рычага
Автоматическое понижение передачи — при подъёме в гору или замедлении вариатор интеллектуально переходит на пониженное передаточное отношение для поддержания тяги, независимо от положения педали газа

Audi A4 allroad quattro с трансмиссией CVT

Audi A4 allroad quattro — оснащён цепным вариатором Audi Multitronic

Преимущества трансмиссии CVT

Бесконечное число передаточных отношений — двигатель всегда работает в наиболее экономичном или наиболее мощном режиме в зависимости от потребности
Плавный разгон — отсутствие переключений передач означает отсутствие прерываний тяги и рывков
Более низкий расход топлива — удерживая двигатель в оптимальном рабочем диапазоне, CVT способен снизить потребление топлива по сравнению с традиционными автоматами
Высокая эффективность на малых скоростях — особенно полезно в городских пробках и режиме «старт-стоп»
Меньшая стоимость по сравнению с премиальными автоматами — агрегаты CVT, как правило, дешевле в производстве, чем высококлассные гидротрансформаторные автоматы

Недостатки трансмиссии CVT

Ограничения по мощности — традиционные вариаторы не были рассчитаны на высокомоментные и высокомощные применения, именно поэтому спортивные и крупные представительские автомобили исторически придерживались обычных коробок передач
Более высокие расходы на обслуживание — специальная трансмиссионная жидкость для CVT дороже обычного масла ATF, а замена ремня (каждые 100 000–150 000 км) является дополнительной статьёй расходов
Непривычные ощущения при езде — к постоянным оборотам двигателя при разгоне нужно привыкнуть
Интервалы замены масла — жидкость CVT обычно требует замены каждые 40 000–50 000 км в зависимости от модели

На какую мощность способен вариатор?

Вариаторы начинали свой путь на маленьких городских автомобилях — и долгое время оставались в этой нише. Механические ограничения ременной передачи делали высокие мощности недостижимой задачей. Но инженерная мысль не стоит на месте.

Цепной CVT Audi Multitronic, устанавливаемый на A4 2.0 TFSI, без труда справляется с 200 л.с. Nissan пошла ещё дальше с вариатором X-Tronic CVT на Murano — полноразмерном кроссовере с двигателем V6 объёмом 3,5 литра мощностью 234 л.с. Речь уже давно не идёт о нишевых маломощных применениях.

CVT или автоматическая коробка передач: что лучше?

Классические автоматические трансмиссии дают сдачи, наращивая число ступеней: 8-ступенчатые агрегаты уже стали стандартом на многих бизнес- и премиальных автомобилях, стремясь достичь того же баланса экономичности и динамики, который CVT обеспечивает по своей природе. Десяти- и двенадцатиступенчатые автоматы появились на грузовиках и спортивных автомобилях.

Однако CVT обладает структурным преимуществом, которое ни одна ступенчатая коробка не сможет воспроизвести: число передаточных отношений бесконечно. Сколько бы ступеней ни добавили инженеры в традиционный автомат, между ними всегда будет разрыв. У CVT разрывов нет. Для повседневной езды — городских поездок, экономии топлива, плавного движения в потоке — он остаётся одним из самых практичных и недооценённых вариантов трансмиссии на рынке.