◉ POISK ACADEMIAАВТОМОБИЛЬ ИЗНУТРИ
ИНТЕРАКТИВНЫЙ АТЛАС

Как работает вариатор

Меняет передаточное число непрерывно

Как работает вариатор: устройство и принцип работы

Подвижные половины конических шкивов меняют рабочий радиус стального ремня. Передаточное число изменяется непрерывно.

Как вариатор меняет передаточное число без шестерён

  • Два раздвижных шкива. Каждый шкив — два конуса. Когда конусы сходятся, ремень выдавливается на больший радиус; когда расходятся — опускается к валу.
  • Длина ремня постоянна. Если ремень поднялся на ведущем шкиве, он обязан опуститься на ведомом. Число равно отношению радиусов: от 2,4 до 0,42.
  • Зажим и смещение — два разных давления. Ведомый шкив сжимает ремень так, чтобы он не скользил. Ведущий шкив, чуть сильнее или слабее, двигает ремень вверх или вниз — так меняется число.
  • Обороты держатся там, где выгодно. Блок выбирает число так, чтобы двигатель работал на нужных оборотах: экономичных при спокойной езде и мощных при полном газе.
Детали в модели «Вариатор (клиноременный CVT)»
  • Ведущий шкив. Два конуса с углом 11° на первичном валу: неподвижный и подвижный. Масло под давлением сдвигает подвижный конус, и ремень поднимается от радиуса 31 до 74,5 мм.
  • Ведомый шкив с пружиной. Конусы на вторичном валу. Пружина около 3 кН и давление масла до 50 бар зажимают ремень так, чтобы он не проскальзывал при моменте до 500 Н·м.
  • Толкающий ремень. Около 374 стальных элементов толщиной 1,8 мм нанизаны на два пакета по 12 тонких стальных лент. Момент передают элементы: они толкают друг друга, а ленты удерживают их вместе.
  • Муфта переднего хода и реверс. Многодисковая муфта в масле соединяет двигатель с ведущим шкивом при включении D. Задний ход даёт планетарный ряд с отдельным тормозом: ремень всегда крутится в одну сторону.
  • Гидротрансформатор. Передаёт момент при трогании и увеличивает его до 1,8 раза. Примерно с 15–20 км/ч блокируется муфтой, чтобы не терять энергию.
  • Гидроцилиндры шкивов. Полости за подвижными конусами. Двойной поршень ведущего шкива имеет площадь около 200 см², ведомого — 125 см²: каждые 10 бар дают 20 и 12,5 кН.
  • Гидроблок и соленоиды. Блок управления по сигналам датчиков задаёт соленоидами два давления: зажим ремня на ведомом шкиве и смещение ведущего конуса. Отсюда же масло идёт на смазку и муфты.
  • Масляный насос. Приводится от корпуса гидротрансформатора, то есть от двигателя. На холостом ходу даёт 10–15 л/мин и давление до 60 бар.
  • Датчики оборотов шкивов. Стоят в стенке картера напротив зубчатого венца на ободе неподвижного конуса и считают его зубья. По отношению оборотов двух шкивов блок управления знает фактическое передаточное число и проскальзывание.
  • Главная передача. Шестерня 17 зубьев на вторичном валу и венец дифференциала 80 зубьев: число 4,71. Вместе с вариатором общее передаточное от 11,3 до 2,0.
  • Масло CVT. Специальная жидкость с присадками, дающими трение 0,09 между сталью ремня и конусов. С обычным ATF ремень начинает проскальзывать.
Показ по шагам
  1. Трогание: большое число. Ремень на ведущем шкиве на малом радиусе, на ведомом на большом. Число около 2,4 — как первая передача, момент на колёсах максимальный.
  2. Разрез шкивов. Конусы с углом 11° сжимают ремень с боков. Масло давит на подвижный конус ведущего шкива, он сдвигается — ремень поднимается выше.
  3. Разгон без ступеней. Скорость растёт, а обороты двигателя держатся почти постоянными: блок плавно меняет число. Смотрите, как подвижные конусы едут навстречу друг другу.
  4. Ремень толкает, а не тянет. Элементы ремня упираются друг в друга и передают момент сжатием. Ленты держат их вместе и задают длину. В вырезе виден элемент в клине: боковины прижаты к конусам (жёлтые линии контакта), пакеты лент лежат в пазах под головкой.
  5. Зажим по моменту. Давление зажима на ведомом шкиве растёт с моментом: при полном газе оно в 3–4 раза выше, чем при спокойной езде. Иначе ремень проскользнёт.
  6. Трасса: малое число. На 120 км/ч ремень на ведущем шкиве на большом радиусе, число около 0,42 — самое малое. Двигатель отдыхает около 2000 об/мин.
Что ломается и как это проявляется
  • Не хватает зажима — ремень проскальзывает. Признаки: при резком разгоне обороты подпрыгивают на 300–800 без прироста скорости, чувствуются рывки и вибрация. Часто горит индикатор неисправности, коробка уходит в аварийный режим. Что проверить: считать ошибки, проверить давление зажима манометром, уровень и состояние масла. После проскальзывания осматривают конусы: при задирах меняют ремень вместе со шкивами.
  • Передаточное число не уменьшается. Признаки: машина разгоняется только до 75–85 км/ч: уже на 60 км/ч двигатель крутится около 4500 об/мин и гудит, а к 80 км/ч упирается в ограничитель оборотов (около 6300). Расход топлива растёт. Что проверить: ошибки блока, сравнение заданного и фактического передаточного числа на сканере, давление ведущего шкива, чистота масла и сетки фильтра.
  • Отказ датчика оборотов. Признаки: горит индикатор, машина трогается тяжело, как с третьей передачи, а на трассе обороты выше обычного. Ручной режим не работает. Что проверить: код ошибки, разъём и проводка датчика, зазор до зубчатого венца шкива и чистота наконечника от металлической стружки.
  • Изношена муфта переднего хода. Признаки: после включения D машина трогается с задержкой 1–2 с и толчком. При разгоне обороты растут быстрее скорости, позже появляется запах горелого масла. Что проверить: время включения D и R по сканеру или на слух, давление муфты, частицы фрикционного материала в поддоне.
  • Старое масло. Признаки: машину потряхивает при трогании и на малой скорости, коробка греется в пробках, переключения в ручном режиме вялые. Что проверить: цвет и запах масла (норма — прозрачное, без гари), пробег с последней замены, состояние фильтров. Менять только на жидкость для CVT нужного допуска.
  • Износ подшипника шкива. Признаки: монотонный гул или вой появляется с 60 км/ч и растёт со скоростью. От нагрузки почти не зависит, поэтому его путают с колёсными подшипниками. Что проверить: прослушать корпус стетоскопом, исключить колёсные подшипники и шины, проверить масло на металлическую стружку.
Упрощения модели
  • Скорость машины считается: момент двигателя через ремень и главную пару минус сопротивление качению и воздуха (машина 1400 кг). Ползунком можно сразу задать скорость, дальше машина разгоняется или замедляется сама. Тормоза и уклоны не моделируются.
  • Ремень нарисован целиком и не режется плоскостью разреза, чтобы было видно, на каком радиусе он бежит по каждому шкиву. Только когда камера смотрит на ведущий шкив снаружи (вид «Ремень в шкиве»), часть ремня над плоскостью у шкива вырезана, чтобы было видно сечение элемента в клине. Оранжевые элементы — только метки, чтобы было видно движение ремня. Вращение замедлено примерно в 80 раз.
  • Ремень показан с уменьшенным числом мелких деталей: у элементов нет качающейся кромки, ленты слиты в два пакета.
  • Планетарный ряд реверса и гидротрансформатор показаны упрощённо, без внутренних колёс.
  • Давления, проскальзывание и нагрев посчитаны по упрощённым формулам и не являются заводской характеристикой конкретной коробки.
  • Перекос ремня при смене числа есть и в модели (доли миллиметра), но на глаз он незаметен.
  • Зелёные импульсы на проводах датчиков, стружка на датчике, жёлтые линии контакта боковин элемента с конусами в вырезе и голубой пунктир заданного пути ремня — учебные метки, а не детали; стружка показана крупнее настоящей. Венец датчика — 40 зубьев.

Связанные узлы и детали

Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.

Обучение: как устроен автомобиль — курс с заданиями в 3D

Гибридный привод: двигатель и трансмиссия