Если на машине обычный дизельный или бензиновый двигатель соединить с колесами напрямую, то такой автомобиль вряд ли куда-то поедет. В отличие от электрических и паровых, у двигателя с поршнями мощность сгорания не постоянная – при низких оборотах тяговое усилие значительно меньше чем при высоких. В двигателях внутреннего сгорания, коленчатому валу надо постоянно вращаться. Если изменяется внешняя нагрузка (автомобиль преодолевает препятствие или просто разгоняется) это компенсируется по принципу рычага, другими словами изменением передаточного числа между колесами и двигателем.
В таком случае будет очевидным, что устройство, которое выполняет подобную функцию (трансмиссия), должно так вырабатывать передачу, чтобы она смогла обеспечить оптимальное соотношение между нагрузкой извне и оборотами двигателя в любой момент движения автомобиля. В данной статье мы расскажем вам, что такое автоматическая коробка передач "вариатор", поймем его устройство и принцип работы.
Ступенчатые коробки передач, которые стали сегодня столь популярны, имеют недостаток, который врожден и заложен в их конструкцию - набор фиксированных передаточных чисел только усредненно может отражать полный спектр внешних условий, которые постоянно меняются. Даже при прямолинейном разгоне по ровной трассе картина будет неудовлетворительной. На каждой из ступеней двигателю вначале трудно, ведь он должен преодолеть нагрузку извне. Передача тут оказывается выше, чем необходима; после чего двигатель все же раскручивается, в некоторый момент, идеально попадая с передаточным числом количеством оборотов, а когда снова уходит вперед, передача тут становится ниже, чем необходима. Точность таких передач можно повышать, изменяя количество ступеней в КПП, что будет ограничено минимум физически. Причем от «усредненности» при этом все равно не уйти. Поэтому, чтобы постоянно попадать в нужный момент передаточное число не должно «скакать», оно должно «плавать», именно для этого ступени из трансмиссии надо исключить.
Если передаточное число будет изменяться бесступенчато, то эта заслуга гидротрансформатора конструкции, которая основана на использовании свойств вязкости масел. Однако диапазон, в котором работает гидротрансформатор довольно узкий и для того чтобы применять его на машине, к нему просто необходимо добавлять в комплект ступенчатый механизм. К тому же в этом устройстве потери мощности довольно существенны, поэтому во многих современных коробках гидротрансформатор блокируется. Отдельно от всех стоит электрическая передача, или другими словами, гибридная силовая установка, в которой генератор вращает двигатель внутреннего сгорания, питающий электродвигатели, соединенные с колесами. Мощность их одинакова почти на любых оборотах и трансмиссия им не нужна. Тут двигатель лишен прямой связи с колесами, он постоянно может работать в самых благоприятных режимах, однако подобная цепь агрегатов очень длинная, и приводит к потерям энергии и увеличению массы автомобиля.
Недостатков всех выше перечисленных устройств лишен вариатор. В его основе лежит механическая, однако работающая при небольших потерях бесступенчатая трансмиссия с внешним управлением, позволяющая плавно автоматически изменять передаточное число. Передаточное число выбирается оптимальное с учетом всех показателей: оборотов двигателя, внешней нагрузке, именно из-за этого появляется возможность использовать мощность двигателе как можно более эффективно. В технике есть не мало примеров такого типа, однако в машиностроении получили распространение лишь два из них: тороидный и клиноременной.
Как тип трансмиссии клиноременный вариатор известен уже давно. Главными его деталями является пара раздвижных шкивов и ремень, который их соединяет, в сечении он имеет трапецеидальную форму. Если сдвинуть половинки ведущего шкива, они вытолкнут ремень, как будто клин («клиноременный») наружу. Радиус шкива, по которому работает ремень, увеличивается, от чего и увеличивается передаточное отношение. Если половинки шкива раздвинуть, что ремень будет работать по меньшему диаметру, что приведет к уменьшению передаточного отношения. Если шкивы будут в промежуточном положении, это приведет к прямой передаче.
Принцип работы и устройство вариатора.
Клиноременной вариатор состоит из одной или двух ременных передач, а шкивы образованны коническими дисками, за счет раздвигания и сдвигания которых, изменяется передаточное число через диаметр шкивов. У разных фирм своя инструкция клиноременного вариатора, так на Honda ставят набранный из металлических пластин ремень, а Audi в трансмиссии Multitronic применяют цепь вместо ремня, однако принцип работы остается неизменным. Для того чтобы автомобиль тронутся с места, нужен небольшой гидротрансформатор (после начала движения он блокируется) или сцепление. Электронная система осуществляет управление дисками шкивов из сервоприводов, датчиков и блока управления. Почему клиновидный ремень? Ремень, имею трапециевидную форму, касается шкива только боковыми поверхностями. Когда эти поверхности изнашиваются, то ремень перемещается глубже и все рано остается в отличной сцепке со шкивом.
Тороидный вариатор устроен несколько иначе, он состоит из роликов и соосных дисков, которые передают момент от одного диска к другому. Чтобы изменить передаточное число меняют положение и радиусы роликов, по которым обкатываются диски. Так как все усилие сосредоточено в месте контакта, для поворота роликов используются особые устройства, которые смогут преодолеть ту силу, с которой ролики приживаются к диску. Так на вариаторе Extroid фирмы Nissan применяется специальная система, где электроникой управляемый гидравлический прецизионный механизм перемещает обоймы с роликами вниз или вверх на очень маленькую величину, а далее, из-за сдвига, который возник относительно оси дисков, ролик сам поворачивается.
Поняв, в чем отличие автоматических коробок передач "вариатор", можно сделать вывод, что эти устройства благодаря своим функциям просто незаменимы на современных автомобилях.
