Вариатор и автомат отличаются не удобством, а принципом работы. Автоматическая коробка переключает фиксированные передачи, а вариатор отдельных ступеней не имеет: он плавно меняет передаточное число между двигателем и колесами. Поэтому машина с CVT иначе разгоняется, звучит и ведет себя под нагрузкой.
Вариатор — это тип автоматической трансмиссии, которая вместо набора фиксированных передач использует два шкива переменного диаметра и ремень или цепь между ними, из-за чего передаточное число меняется плавно, без ступенчатых переключений.
Коробка передач — часть трансмиссии: через нее автомобиль передает крутящий момент от двигателя к колесам. Чтобы увидеть это место в общей схеме машины, полезно начать с материала о том, как устроен автомобиль.
Что такое вариатор и как он работает
Вариатор работает не как лестница передач, а как плавный наклон между мотором и колесами. Соотношение оборотов двигателя и скорости автомобиля меняется постоянно, поэтому привычного перехода с первой на вторую или со второй на третью передачу здесь нет.
Базовая схема ременного CVT понятна: есть ведущий и ведомый шкивы, между ними — металлический ремень или цепь. Каждый шкив состоит из двух конических половин: одна стоит неподвижно, вторая может сдвигаться ближе или дальше. Угол рабочей поверхности таких конусов — около 20°.
Когда половины шкива сближаются, ремень поднимается выше по конусам и работает на большем диаметре. Когда расходятся — ремень опускается ниже, а эффективный диаметр становится меньше. Так вариатор получает почти непрерывный диапазон передаточных чисел: там, где автомат выбирает конкретную передачу, электроника и гидравлика CVT подбирают промежуточное значение.
Металлический push belt Van Doorne устроен хитро: его стальные сегменты не тянутся за шкивом, а толкают друг друга по ведомому шкиву. Благодаря этому такая конструкция способна передавать около 400 Н·м крутящего момента.
Как устроен классический автомат
Классический автомат работает с набором фиксированных передач: коробка включает их по скорости, нагрузке и оборотам двигателя. В современных легковых автомобилях таких ступеней обычно от 5 до 10.
Между двигателем и коробкой стоит гидротрансформатор. Это жидкостная муфта: насосное колесо вращается от двигателя, направляет трансмиссионную жидкость на лопатки турбины, а турбина передает вращение дальше на вал коробки.
При трогании гидротрансформатор не только сглаживает старт, но и может умножать крутящий момент. Поэтому автомобиль с классическим автоматом ощущается привычно: двигатель набирает обороты, коробка включает следующую ступень, звук и тяга меняются заметными шагами.
Передачи внутри АКПП создают планетарные ряды. Их элементы блокируются или освобождаются фрикционами под давлением трансмиссионной жидкости ATF, поэтому коробка получает разные передаточные числа без ручного сцепления.
Главные отличия — таблица сравнения
Главная разница проста: вариатор меняет передаточное число бесступенчато, а автомат каждый раз выбирает одну из готовых ступеней. Из этого растут практические отличия — в старте, звуке, оборотах, расходе и поведении под высокой нагрузкой.
| Признак | Вариатор (CVT) | Классический автомат (АКПП) |
|---|---|---|
| Передачи | Фиксированных передач нет, передаточное число меняется плавно | Обычно имеет от 5 до 10 фиксированных передач |
| Принцип | Два шкива переменного диаметра и ремень или цепь | Гидротрансформатор, планетарные ряды, фрикционы и ATF |
| Старт | Может ощущаться мягче, но иногда дает паузу при резком газе | Плавно трогается за счет гидротрансформатора и умножения момента |
| Звук и ощущения | Обороты могут держаться на одном уровне, появляется ровный гул | Есть привычные изменения звука и тяги при переключениях |
| Экономичность | Может удерживать двигатель в выгодной зоне оборотов; КПД ременного вариатора около 88% | Работает ступенями, поэтому обороты не всегда остаются оптимальными |
| Крутящий момент | Ремень или цепь чувствительнее к большой постоянной нагрузке | Чаще встречается на мощных авто, внедорожниках и тягачах |
| Жидкость | Нужна специальная CVT-жидкость с правильным трением между ремнем и шкивами | Использует ATF для гидротрансформатора, гидравлики и фрикционов |
Почему вариатор экономичнее, но гудит
Вариатор может быть экономичнее потому, что ему не нужно ждать момента переключения на следующую передачу. Он просто выбирает такое передаточное число, при котором двигатель остается в выгодном режиме.
В классическом автомате двигатель движется между фиксированными ступенями. На одной передаче обороты растут, затем коробка переключается, обороты падают, и цикл повторяется. В вариаторе эту лестницу заменяет плавное изменение диаметров шкивов.
Отсюда появляется ощущение, которое часто называют эффектом резинки. При резком ускорении двигатель быстро выходит на высокие обороты и держится там, пока автомобиль набирает скорость. Водитель слышит ровный тянущийся гул на одной ноте, но привычных переключений не чувствует.
Инженеры частично обходят это конструкцией. Например, Toyota Direct Shift-CVT, серийная с октября 2018 года, имеет физическую первую передачу для старта, а дальше работу берет на себя ремень. Для такой схемы Toyota заявляла прибавку 6% к экономии топлива.
Слабые места вариатора по сравнению с автоматом
CVT не хуже сама по себе — у ремня, шкивов и жидкости просто другой характер работы. Вариатор хорошо переносит плавную езду, но чувствительнее к большому постоянному моменту, перегреву под нагрузкой и неподходящей жидкости.
- Большой крутящий момент. Ремень или цепь вариатора имеют предел нагрузки, поэтому мощные автомобили, внедорожники и тягачи чаще получают классические автоматы.
- Буксировка и долгие нагрузки. Для CVT это более тяжелый режим: ремень и шкивы работают под высоким давлением и при повышенном нагреве.
- Отдельная жидкость. Вариатору нужна CVT-жидкость, которая создает правильное трение между ремнем и шкивами; обычная ATF для автомата сюда не подходит.
- Ощущения за рулем. Некоторым водителям непривычны ровные обороты и гул без переключений, хотя технически коробка в этот момент держит эффективный режим.
- Выбор производителей. Некоторые компании, в том числе Mazda, сознательно не используют CVT в своей основной философии трансмиссий и остаются ближе к классическому автомату.
Немного истории — от DAF до современных машин
Идея бесступенчатой передачи намного старше современных автомобилей. Эскиз похожего механизма приписывают Леонардо да Винчи еще в 1490 году, а первый рабочий вариатор для лесопилки запатентовал Милтон Ривз в 1879 году.
В серийных легковых автомобилях важным этапом стал Variomatic. Его создал Хуб ван Дорн, сооснователь DAF, а первый серийный автомобиль с такой трансмиссией — DAF 600 — вышел в 1958 году.
Это не был мелкий эксперимент: к 1975 году вариатор Variomatic установили более чем на 815 000 автомобилей DAF.
Следующий крупный шаг — электронное управление. В феврале 1987 года Subaru представила Justy с электронно управляемым вариатором ECVT от Fuji Heavy Industries, а Subaru Justy 1989–1993 годов стала первым серийным автомобилем с CVT, который продавался в США. С тех пор бесступенчатая идея и классический автомат развиваются рядом, оставаясь двумя разными ответами на один вопрос — как передать момент от двигателя к колесам.
