CVT пояснено: що таке варіатор і як він працює?

Переглядаючи автомобільні каталоги або технічні специфікації, ви, мабуть, натрапляли на фразу на кшталт «автомобіль оснащено безступінчастою коробкою передач». Усі знають, що таке механічна коробка, і більшість водіїв давно змирилися з класичним автоматом. Але варіатор — він же CVT (continuously variable transmission, безступінчаста трансмісія) — досі викликає подив. І це дивно, адже він зовсім не новий.

Коротка історія CVT-трансмісії

Ось факт, який зазвичай застає людей зненацька: варіатор винайшли не Honda, не Toyota і навіть не Mercedes-Benz. Перший патент на безступінчасту трансмісію було видано наприкінці XIX століття — а сама ідея сягає ще давніших часів. Леонардо да Вінчі замалював цей принцип ще у 1490 році.

Втім, перший серійний автомобіль із CVT з’явився не в епоху Відродження — знадобилося ще п’ять століть. У 1950-х роках нідерландська марка DAF, що випускала тоді як вантажівки, так і легкові автомобілі, стала першим виробником, який встановив варіатор на серійний автомобіль. Згодом до неї приєдналася Volvo зі своєю версією — і з того часу CVT-технологія неухильно завойовує ринок.

Що таке варіатор? CVT проти класичного автомата

Якщо просто — варіатор є різновидом автоматичної коробки передач, але побудованим на зовсім іншому принципі. З місця водія автомобіль із CVT нічим не відрізняється від машини зі звичайним автоматом:

Дві педалі — газ і гальмо
Селектор із звичними позиціями P, R, N, D
Жодної педалі зчеплення, жодного ручного перемикання передач

Але під капотом все зовсім інакше. У класичного автомата є фіксований набір передач — перша, друга, третя і так далі. У CVT фіксованих передач немає взагалі. Натомість він безперервно й плавно змінює передавальне відношення в міру розгону чи гальмування автомобіля. Результат? Жодних поштовхів, жодних ривків, жодних відчутних перемикань — тільки рівна, безперервна подача потужності.

Типи CVT-трансмісій

Не всі варіатори влаштовані однаково. Існує кілька основних конструкцій:

Клиноремінний із регульованими шківами — найпоширеніший тип, що встановлюється на більшості автомобілів із CVT
Ланцюговий CVT — використовується компанією Audi, відрізняється високим ККД і здатністю передавати великий крутний момент
Тороїдний CVT — менш поширена, але механічно елегантна конструкція, в якій використовуються ролики між тороїдними дисками

Клинопасова система зі шківами — та, з якою стикається більшість водіїв, тому розглянемо її детальніше.

Як працює клиноремінний CVT? Просте пояснення

Уявіть два олівці, що лежать паралельно один до одного й з’єднані натягнутою гумкою. Покрутіть один — другий обертатиметься з тією самою швидкістю. Тепер уявіть, що олівці різного діаметру: один оберт більшого змусить менший зробити два оберти. Це і є основна ідея клиноремінного варіатора.

У реальному CVT це реалізується за допомогою двох регульованих шківів:

Кожен шків складається з двох конічних половин, звернених одна до одної вершинами
Між шківами проходить клиновий ремінь, що охоплює їх своїми ребристими боковинами
Коли конічні половини розсуваються, ремінь опускається до центру й рухається по меншому радіусу
Коли конуси зближуються, ремінь переміщується по більшому радіусу

Гідравлічна система (або інший сервомеханізм) переміщує обидва шківи синхронно — один розкривається, інший закривається. Один шків розташований на провідному валу (від двигуна), інший — на веденому (до коліс). Безперервно змінюючи ефективний діаметр кожного шківа, трансмісія плавно і без ступінців змінює передавальне відношення в дуже широкому діапазоні.

Для завершення конструкції залишається лише додати вузол задньої передачі — як правило, простий планетарний редуктор — і коробка CVT готова до роботи.

Який ремінь використовується в CVT?

Звичайний гумовий приводний ремінь розсипався б за кілька тисяч кілометрів в умовах роботи CVT. Ремені, що застосовуються у варіаторах, — це спеціально розроблені вироби. Існує дві основні конструкції:

Сталевий штовхальний ремінь — набір шарових сталевих стрічок, на яких змонтовано сотні тонких трапецієподібних сталевих пластин. Пластини упираються одна в одну, завдяки чому ремінь може передавати зусилля навіть на стисканні — те, чого звичайний гумовий ремінь просто не здатен
Сталевий ланцюг — широкий плаский ланцюг, що контактує з конусами шківів своїми бічними крайками, а не площиною. Саме цю конструкцію використовує Audi у своїх CVT-системах (під назвою Multitronic)

Ланцюговий CVT Audi використовує спеціальну трансмісійну рідину, яка змінює в’язкість під величезним тиском у точках контакту — завдяки цьому ланцюг здатен передавати значне зусилля з мінімальним ковзанням навіть на дуже невеликій площі контакту.

Як відчувається водіння з CVT?

Відчуття від водіння залежать від налаштувань програми керування CVT, однак найпоширеніша поведінка при різкому розгоні така: ви тиснете газ у підлогу, двигун виходить на обороти максимального крутного моменту — і залишається там протягом усього розгону, рівно й монотонно гудячи, поки автомобіль набирає швидкість.

Деяким водіям це здається незвичним. Звук двигуна не піднімається й не опускається, як при ступінчастій коробці; замість цього він тримається на одній ноті, поки машина прискорюється. Це порівнювали з гудінням пилососа — ефективним, але несхожим на те, до чого звикла більшість водіїв.

Утім, багато виробників налаштовують свої CVT так, щоб імітувати відчуття традиційної коробки передач — обороти двигуна поступово ростуть разом із швидкістю. Деякі моделі йдуть ще далі й пропонують:

Віртуальні ступені передач — як правило, 6 або 8 електронно заданих фіксованих відношень, між якими CVT перемикається різко, імітуючи класичний автомат
Ручний послідовний режим — що дозволяє водієві вибирати віртуальні передачі підрульовими пелюстками або важелем
Автоматичне пониження передачі — при підйомі або сповільненні CVT інтелектуально переходить на нижче передавальне відношення для підтримання крутного моменту, незалежно від положення педалі газу

Audi A4 allroad quattro — оснащений ланцюговим CVT Multitronic від Audi

Переваги CVT-трансмісії

Нескінченна кількість передавальних відношень — двигун завжди працює в найефективнішому або найпотужнішому діапазоні залежно від потреби
Плавне прискорення — відсутність перемикань передач означає відсутність перерв у передачі крутного моменту й поштовхів
Кращий паливний економічність — утримуючи двигун в оптимальному робочому діапазоні, CVT може знижувати витрату палива порівняно з традиційними автоматами
Висока тягова здатність на малих швидкостях — особливо корисна в міських умовах у щільному трафіку
Нижча вартість порівняно з преміальними автоматами — CVT-агрегати, як правило, дешевші у виробництві, ніж автомати з гідротрансформатором високого класу

Недоліки CVT-трансмісії

Обмеження за потужністю — традиційні CVT не розраховані на застосування з великим крутним моментом і великою потужністю, тому спортивні та великі представницькі автомобілі традиційно обходяться звичайними коробками передач
Вищі витрати на обслуговування — спеціальна трансмісійна рідина для CVT дорожча за звичайну ATF, а заміна ременя (кожні 100 000–150 000 км) є додатковою статтею витрат на сервіс
Незвичні відчуття від водіння — до розгону при постійних обертах потрібно звикати
Інтервали заміни оливи — рідину CVT, як правило, необхідно замінювати кожні 40 000–50 000 км залежно від моделі

На яку потужність може розраховувати CVT?

Спочатку CVT з’явився на невеликих міських автомобілях — і довгий час залишався саме там. Механічні вимоги до ремінної трансмісії робили роботу з великою потужністю справжнім викликом. Але інженерія помітно просунулася вперед.

Ланцюговий CVT Audi Multitronic, встановлений на A4 2.0 TFSI, без проблем справляється з 200 к.с.. Nissan пішов далі з X-Tronic CVT у Murano — повнорозмірному кросовері з двигуном V6 об’ємом 3,5 л потужністю 234 к.с.. Це вже давно не нішеві малопотужні застосування.

CVT проти класичного автомата: що краще?

Класичні автоматичні трансмісії дають відповідь, збільшуючи кількість ступенів — 8-ступінчасті агрегати вже стали стандартом на багатьох бізнес- і преміальних автомобілях у гонитві за тим самим балансом ефективності та динаміки, який CVT забезпечує за замовчуванням. На вантажівках і спортивних автомобілях з’явилися 10- і 12-ступінчасті автомати.

Однак CVT має структурну перевагу, яку жодна ступінчаста коробка не здатна відтворити: кількість передавальних відношень нескінченна. Скільки б передач інженери не додавали до традиційного автомата, між кожною з них завжди буде розрив. У CVT розривів немає. Для повсякденного водіння — поїздок на роботу, економії палива, плавного руху в міських пробках — він залишається одним із найпрактичніших і недооцінених варіантів трансмісії на ринку.