Как е конструиран вариаторът и как работи

Конструкция и работа на вариатора

Вариаторът и неговата работа

Ако четете книгите за автомобили, сте виждали фразата: "Автомобилът е оборудван с безстепенно променящ се вариатор". Може би сте видели тази фраза в листа с технически данни. Всеки знае какво е ръчна скоростна кутия (без да броим американците) и всеки е свикнал с автоматична скоростна кутия (особено американците). И тук ще се изненадате, но това изобретение не принадлежи на Honda или дори на Mercedes. Патентът за вариатора е издаден в края на XIX в! Нещо повече, първият вариатор е изобретен през 1490 г. Неговият създател е добрият брадат мъж Леонардо да Винчи.




Първият функционален автомобил с този тип кутия обаче не се появява в епохата на реставрацията, а по-късно – около 500 години по-късно, през 50-те години на ХХ век. Вариаторът е пуснат в серийно производство на DAF (по това време под марката се произвеждат не само камиони, но и леки автомобили). По-късно подобно нещо се прави и при Volvo, но едва сега вариаторите са наистина широко разпространени.

Всъщност вариаторът (по-разпространеното английско наименование – CVT – continuously variable transmission) е – извинявайте за тавтологията – вариация на тема автоматична трансмисия. И автомобилът, оборудван с него, на пръв поглед не се раздава – педал само два и лост за превключване на режимите на кутията – P, R, N, D – същото като в автомобила с традиционна Ето защо няма шок при стартиране и "превключване". Въпреки че поставихме тази дума в кавички, тук няма изместване като такова. Вариаторът променя непрекъснато и плавно предавателното число при ускоряване или забавяне на автомобила.

Вариаторите биват няколко вида: клиновидни ремъци с променливо сечение, верижни, тороидални… Първият вид е най-разпространен. Нека видим как работи.

Вариатор с клиновиден ремък MINI.

Как работи вариаторът и как работи




Ето един хубав пример: вземете два успоредни молива (цилиндри), разположени на известно разстояние един от друг. Свържете ги с ластик и започнете да усуквате едната от тях. Оттук започва и втората половина – със същата скорост. Но ако моливите са с различно сечение, започва съвсем друга история – докато единият от тях, по-големият, прави един оборот, вторият прави, да речем, два.

вариаторите са сходни по конструкция, само че напречното сечение на моливите се променя постоянно. Тя има две ролки, които са направени като двойка конуси със заземени краища, обърнати един към друг. А между ролките има клиновиден ремък.

Чрез промяна на радиуса на ремъка около задвижващата и задвижващата ролка можете плавно да променяте предавателното отношение.

Ако някоя от двойките конуси може да се движи един към друг и обратно, получаваме ролки с променливо работно сечение. Когато конусите се раздалечат, ремъкът, който е в контакт с тях чрез ребрата си, ще падне в центъра на ремъчната шайба и ще я заобиколи с малък радиус. А когато конусите се приближат един към друг – по големия радиус.

Единственото, което остава, е да се оборудват двете ролки със система (обикновено хидравлика, но може да бъде и друго сервозадвижване), която да синхронизира по различен начин преместването на половинките на първата ролка и да разглобява половинките на втората ролка. Ако едната ролка е на задвижващия вал (който идва от двигателя), а втората ролка е на подчинения вал (който се задвижва към колелата), тогава можете да организирате смяната на трансмисията в много широк диапазон.

Все още трябва да добавим блок, който да отговаря за обръщането на посоката на въртене на изходния вал (за заден ход), и това може да бъде, например, обикновена планетарна предавка. И сега кутията на вариатора е готова.




Между другото, интересен въпрос – какъв колан се използва тук?? Очевидно е, че обикновеният ремък от гума и плат, какъвто се използва за въртене на генератори и друго извънбордово оборудване, няма да издържи и хиляда километра тук. Ремъците на вариатора с клиновиден ремък имат сложна схема.

Очевидно е, че ремъкът на вариатора изобщо не е ремък, а метален ремък.

Конструкция и действие на вариатор

Това може да бъде желязна лента с покритие или набор от железни проводници (ленти) с трудно напречно сечение, върху които са нанизани огромен брой тънки железни пластини с трапецовидна форма, чиито ръбове са в контакт с ролките. Между другото, точно по този начин е в състояние да се създаде тласкане колан, предаване на енергия не е съвсем половината от него, който се движи от роб на задвижване шайба, и обратното. Обикновеният колан просто би се сгънал, когато се опитва да предаде натискаща сила, а металната лента за набор на текст придобива твърдост.

Клиновидният ремък може да бъде направен и от широка верига от желязна плоча, чиито краища се допират до конусите. Това е "ремъкът", който работи във вариаторите на Audi.

Това е веригата, която се използва във вариаторите на Audi..

Как е конструиран вариаторът и как работи

Забележително е, че за смазване на веригата се използва специална течност, която променя фазовото си състояние при силно налягане, възникващо в мястото на контакт с ролката. Това позволява на веригата да предава значителна мощност, без да се приплъзва, въпреки изключително малката контактна площ.




Точният начин, по който вариаторът променя предавателното число при ускоряване, зависи от избраната програма за управление. Ако по време на ускоряване на обикновен автомобил ускоряваме двигателя на всяка предавка, след което превключваме на следващата и т.н., когато ускорявате автомобил с вариатор, двигателят остава на същите обороти (да речем, оборотите, подходящи за максималния въртящ момент), но плавно променя предавателното отношение.

Това поражда странни усещания. Даваме пълна газ, двигателят достига високи обороти и остава на тях през цялото време на пробега, виейки като прахосмукачка. Но скоростта на ускорение е бърза и не се губи време за превключване на предавките.

По принцип някои варианти имат вариатор, настроен така, че ускорението с него да напомня повече ускорение с обикновена скоростна кутия, с постепенно увеличаване на оборотите на двигателя.

Очевидно е, че при опит за изкачване на хълма и забавяне на автомобила, независимо от натискането на педала за ускорение, един разумен вариатор няма да остави най-високата предавка "включена". Ролките за уверено щурмуване на височини бързо се връщат назад – за увеличаване на въртящия момент на изхода на кутията.

Възможно е също така да се избере режим с няколко "виртуални" предавки (от 6 или дори 8), определени от електрониката. Предавките, между които вариаторът прескача като класически автоматик. В този вариант е възможно също така да сменяте "скоростите" по желание. Като автоматичен с ръчен секвенционен режим.

Така че вариаторът има много предимства. Но има и недостатъци. Например, сравнително малката по днешните стандарти "смилаема" мощност на двигателя. Независимо от това, подобни кутии започнаха да се разпространяват по целия свят в малките автомобили. Понастоящем всички силни автомобили са оборудвани с "ръчна" или класическа "автоматична", или ръчна трансмисия.

Но е постигнат напредък. И тук няма как да не си спомним за рекордьорите. Например при Audi A4 2.Вариаторът с клиновиден ремък Multitronic 0 TFSI (с верига) управлява без усилие потока от 200 к.с.

Ремъкът във вариаторите не е ремък – той е метален ремък.

Как е конструиран вариаторът и как работи

Може да се твърди, че клас D не е всичко. За автомобилите от изпълнителния и бизнес класа, а още повече за големите SUV, 200 конски сили вече не са толкова голяма стойност. Предимствата на най-модерните вариатори не спират дотук. Така кросоувърът Nissan Murano с 3,5-литров V6, произвеждащ 234 к.с., е оборудван с вариатор с клиновиден ремък X-Tronic. Това е един от най-големите и тежки модели, оборудван с вариатор. И какво ще се случи утре?

Вторият недостатък на вариатора е сравнително скъпата поддръжка и ремонт – специална и следователно скъпа трансмисионна течност. При ремъчните вариатори може да се наложи смяна на ремъка на всеки 100-150 хиляди километра. Маслото за всичко това струва малко по-скъпо, отколкото за "автоматик", но може да се сменя по-рядко – приблизително на 40-50 хил. км за различните модели автомобили.

Вариаторите стават все по-популярни в автомобилите от различни класове.

Тъй като вариаторите имат безкраен брой предавки, те позволяват на двигателя да работи при по-благоприятни условия – независимо дали се нуждаете от повече мощност (по време на състезателни светлини), или от по-плавен и по-нисък разход на гориво (за по-тихо шофиране). Ето защо моделите с вариатор са идентични – те имат най-добрата икономичност, съчетана с по-солидна динамика на шофиране.

Очевидно е, че ремъкът във вариаторите изобщо не е ремък – той е желязна лента.

Как се прави вариатор и как работи

Между другото, в последно време се наблюдава тенденция към увеличаване на броя на предавките в класическите "автомати". В крайните модели има повече от 8 предавки (в лек автомобил). Това се прави специално за съчетанието на висока динамика и икономична ефективност. Бързо ще видим автоматични машини с 10 или дори 12 стъпки? От друга страна, вариаторите се намират на място, където конвенционалният автоматик с превключваемата си планетарна трансмисия никога няма да свърши работа. Броят на предавките на вариатора е безкраен.

Подобен...