Бесступенчатая вариабельность

Вообще-то, простейшие вариаторы, как механизмы, известны со средних веков. Да и для автомобилестроения идея использования в трансмиссии вариаторных передач не нова.

Еще на самой, так сказать, заре, в 1895 году швейцарский инженер Рудольф Эгг связал двигатель с ведущими колесами автомобиля с помощью ременной передачи. Шкивы в ней были не сплошными, а состояли из половинок, которые с помощью рычагов можно было сдвигать или раздвигать. Этим уменьшался или увеличивался диаметр обкатки приводного ремня, а с ним изменялось передаточное отношение. Но громоздкая, ненадежная и создающая немало неудобств во время управления машиной конструкция не выдержала конкуренции со стороны обычных, а затем и автоматических коробок передач, и была надолго забыта.

Напомнил автомобилистам о существовании альтернативных «трансформаторов» крутящего момента голландец Хуберт ван Дорн, который оснастил клиноременным вариатором небольшую машинку DAF Daffodil. Случилось это в 1958 году.

По поводу формы и содержания

Клиноременный — потому что поперечное сечение ремня вариатора представляет собой клин. Каждый же из двух шкивов, как уже говорилось, разрезной, и напоминает две тарелки, повернутые донышками друг к другу. Что заставляло подвижные половинки шкива перемещаться? Когда водителю DAF Daffodil требовалось увеличить скорость, он, понятно, нажимал на педаль газа. Двигатель автомобиля увеличивал обороты, при этом росло разряжение во впускном коллекторе мотора. Вот этим разряжением ван Дорн и воспользовался: при увеличении оборотов двигателя половинки ведущего шкива сдвигались, а ведомого — раздвигались, что заставляло ведомый вал вариатора и связанные с ним по трансмиссии колеса автомобиля вращаться быстрее. Разумеется, при сбросе газа порядок действий был обратным. Собственно, по аналогичному принципу работают и современные вариаторы, только управляют ими уже, естественно, гидравлика да электроника.

В чем, однако, заключаются преимущества вариатора над другими типами коробок передач? Так вот, сколь точно ни выверяй момент включения той или иной передачи будь то в механической коробке, будь то в гидромеханическом автомате, обороты двигателя хоть не намного, но никогда не будут соответствовать оптимальным для данного режима движения. Как не будет соответствовать идеалу и расход топлива. Можно, конечно, увеличивать число передач, и это несколько сгладит ступенчатый характер переключения и изменения нагрузки на мотор и узлы трансмиссии. Только каждая дополнительная передача — это усложнение конструкции, увеличение габаритных размеров, веса и стоимости коробки. Предел — 6-7 передач. Превышение этого числа перестает граничить со здравым смыслом.

Вариатор же с легкостью позволяет реализовать бесконечное множество передач. При этом передаточное отношение вариатора изменяется плавно, и также плавно, а не скачкообразно, трансформируется «поток» крутящего момента к ведущим колесам. В результате мощность, отдаваемая двигателем, почти идеально согласуется с динамикой движения автомобиля. Отсюда снижение износа двигателя и агрегатов трансмиссии при одновременном улучшении топливной экономичности вследствие оптимальной работы мотора на большинстве эксплуатационных режимов и отсутствия разрыва «потока» крутящего момента, который случается при переключении передач.

Со времен «Даффодилов» минуло без малого полвека. Почему при таких-то «регалиях» вариаторы до сих пор не вытеснили из производства механические коробки передач и гидромеханические автоматы?

Их проблемы

Сначала проблема заключалась исключительно в низкой надежности клиноременных вариаторов. Их ремни, изготовленные из резинокордной ткани, быстро растягивались, начинали проскальзывать на шкивах, интенсивно изнашивались и, наконец, разрывались. Этот «наконец» наступал в среднем через каждые 20-30 тыс. км пробега. А кому нужна машина, регулярно требовавшая ремонта коробки передач?

Добавить ресурса резиновому ремню оказалось непросто. Лишь в середине 1980-х дело опять сдвинулось с мертвой точки. Резине нашлась замена! Ремень стал металлическим, состоящим из нескольких сотен стальных сегментов, нанизанных на гибкие направляющие, опять же стальные. Вот тогда-то вариаторы перестали быть диковиной — их получили некоторые модели Fiat, Ford, Honda, Nissan, Subaru, Suzuki, Volvo. Но теперь на первый план вышел другой недостаток вариаторов — небольшие величины крутящего момента, которые они способны были «переваривать». По этой причине бесступенчатые коробки передач устанавливались только на автомобилях компактного и малого классов, причем лишь на их модификациях с самыми маломощными двигателями.

Чтобы разорвать очередной порочный круг, потребовалось еще десятилетие. В 1997 году Honda доказала, что вариатор вполне дееспособен для работы со 115 л.с. мощности и 145 Нм крутящего момента, которыми располагал 1,6-литровый «шестнадцатиклапанник» Civic. В следующем году Nissan представил модификацию Primera, в котором вариатор смог «ужиться» с двухлитровым бензиновым двигателем. Тем самым была преодолена планка в 140 л.с. и 180 Нм, а это означало, что бесступенчатые трансмиссии стали доступными и машинам среднего размерного класса.

Японцы недолго почивали на лаврах. Технологической сенсацией 1999 года стала модель Audi A6 Multitronic, в которой V-образная «шестерка» объемом 2,8 л работала в паре с вариатором, спокойно «переваривающим» 193 л.с. и 280 Нм. Правда, Audi пришлось заново изобретать ремень вариатора. В итоге он превратился в многорядную стальную цепь, при этом со шкивами контактировали не сегменты ремня, как было в прежних конструкциях, а скошенные торцы соединительных осей звеньев.

Примечательно, что до появления Audi A6 Multitronic вариаторы еще так и не смогли оправдать возлагавшиеся на них надежды в плане улучшения показателей расхода топлива: предполагаемую экономию «съедал» сам вариатор — внутренние потери, низкий КПД, знаете ли. Но теперь все встало на свои места. Впрочем, в сравнении с 5-ступенчатой механической КПП разница была не особенно заметна: расход топлива на 100 км пробега уменьшился всего на 0,2 л. Однако когда Multitronic «схлестнулся» с автоматической трансмиссией Tiptronic, то вариатор переиграл автомат по всем статьям: по экономии топлива — на 0,9 л/100 км, в разгоне до 100 км/ч — на 1,3 с.

Пришло время собирать камни

На фоне впечатляющей результативности Multitronic как-то незамеченной осталась информация, что тогда же фирма ZF Transmission, автоматические коробки передач которой используются на большинстве европейских автомобилей, выкупила у Ford завод по производству приводов, чтобы перепрофилировать его под… что бы вы думали? — выпуск именно вариаторов. И в 2004 году автопроизводителей по-настоящему «прорвало» на машины с вариаторами. Сегодня вариаторами ZF уже комплектуются такие бестселлеры, как Mini и новый Ford Focus. Учитывая, что вариатор ZF — универсальный, и не требует серьезной адаптации к двигателям объемом 1,4-2,0 л других марок, наверняка число клиентов ZF будет увеличиваться.

Для такой уверенности есть все основания. Вариатор ZF, причем практически такой же, что устанавливается на Mini, проходит испытания на Волжском автозаводе, а «Калина» ВАЗ-1118 имеет все шансы стать первым российским массовым автомобилем с автоматической коробкой передач. Если уж ретроград-ВАЗ включился в процесс — это говорит о многом. Одновременно с Focus на рынке дебютировало новое поколение Mercedes-Benz А-класса. Этот автомобиль также получил вариаторную трансмиссию. Причем DaimlerChrysler сконструировал вариатор Autotronic самостоятельно, и когда к процессу присоединяется Mercedes-Benz, это, согласитесь, также говорит само за себя.

Опять же собственный вариатор нового поколения Xtronic CVT подготовила к производству японская фирма Nissan. Поскольку этот вариатор будет работать в паре с бензиновыми двигателями 1,5 и 2,0 л, совместно спроектированными Nissan и Renault, то нетрудно предположить, что в скором времени японский вариатор окажется также и под капотом французских машин.

Благодаря электронному управлению, современные вариаторы несколько изменили алгоритм работы. Они обеспечивают плавный, без рывков разгон, поддерживая обороты двигателя в оптимальной, с точки зрения экономичности, зоне. Но если водитель вдавил педаль газа в пол, требуя от машины энергичного ускорения, то вариатор сымитирует известный по классическим автоматам режим Kick-down. Кроме того, чтобы угодить спортивно ориентированным водителям, предусматривается ручное управление — для этого в вариаторе имеется несколько фиксированных передач. Только для чего тогда вообще нужен вариатор?

Вариаторы особого типа

Параллельно Mazda и Nissan ведут работы по тороидальным вариаторам. Причем не только ведут, но и потихоньку выпускают машины с такими коробками для нужд внутреннего рынка Японии. В Европе подобными конструкциями занимался Rover, но сейчас этой фирме из-за серьезных финансовых проблем как-то не до перспективных разработок.

Крутящий момент в тороидальном вариаторе передается через силовые ролики, перекатывающиеся по ведущему и ведомому дискам, имеющим форму тора (отсюда название). Изменяя положение роликов относительно оси дисков, можно менять передаточное отношение трансмиссии. Специалисты уверяют, что для таких вариаторов и 300 Нм крутящего момента — не предел. Впрочем, тороидальные вариаторы принципиально отличаются от клиноременных, поэтому отложим разговор о них до других времен.

Сергей ВОЛКОВ

Автобизнес — Weekly

Метки: Autotronic CVT Daf Daffodil DaimlerChrysler Kick-down multitronic Nissan Xtronic ZF Transmission Вариатор Рудольф Эгг Хуберт ван Дорн

Похожие

Яндекс.Метрика