Варіатор чи автомат — різниця не в рівні зручності, а в самому принципі роботи. Автомат перемикає набір фіксованих передач, а варіатор окремих ступенів не має й змінює передавальне число між двигуном і колесами плавно. Через це дві коробки по-різному розганяють машину, звучать і поводяться під великим навантаженням.
Варіатор (CVT) — це тип автоматичної трансмісії, який замість набору фіксованих передач використовує два шківи змінного діаметра та ремінь між ними, завдяки чому передавальне число змінюється плавно й безступінчасто.
Коробка передач — один із вузлів трансмісії, через який автомобіль передає крутний момент від двигуна до коліс. Щоб побачити це місце в загальній схемі машини, корисно почати з матеріалу про те, як влаштований автомобіль.
Що таке варіатор і як він працює
Уяви між двигуном і колесами не кілька сходинок передач, а плавний нахил — приблизно так поводиться CVT. Співвідношення між обертами двигуна й швидкістю авто змінюється постійно, тому звичного перемикання з першої на другу чи з другої на третю тут немає.
Основна схема ремінного варіатора проста: є ведучий і ведений шківи, з’єднані металевим ременем або ланцюгом. Кожен шків складається з двох конусних половин — одна нерухома, друга може зсуватися ближче або далі. Кут робочої поверхні таких конусів — близько 20°.
Коли половини шківа зближуються, ремінь піднімається вище по конусах і працює на більшому діаметрі. Коли розходяться — ремінь опускається нижче, а ефективний діаметр стає меншим. Так варіатор отримує фактично безперервний діапазон передавальних чисел: там, де в автоматі є конкретна передача, електроніка й гідравліка CVT підбирають будь-яке проміжне значення.
Металевий пуш-ремінь Van Doorne влаштований хитро: його сталеві сегменти не тягнуться за шківом, а штовхають один одного по веденому шківу. Завдяки цьому конструкція здатна передавати близько 400 Н·м крутного моменту.
Як влаштований класичний автомат
Тут усе побудовано навколо набору фіксованих передач: коробка вмикає їх залежно від швидкості, навантаження й обертів двигуна. У сучасних легкових авто таких ступенів зазвичай від 5 до 10.
Між двигуном і коробкою стоїть гідротрансформатор. Це рідинна муфта: насосне колесо обертається від двигуна, жене трансмісійну рідину на лопаті турбіни, а турбіна передає обертання далі на вал коробки.
На старті гідротрансформатор не лише згладжує рушання, а й може множити крутний момент. Через це авто з класичним автоматом відчувається знайомо: двигун набирає оберти, коробка вмикає наступний ступінь, звук і тяга змінюються сходинками.
Самі передачі всередині АКПП створюють планетарні ряди. Їхні елементи блокуються або розблоковуються фрикціонами під тиском трансмісійної рідини ATF, тому коробка отримує різні передавальні числа без ручного зчеплення.
Головні відмінності — таблиця порівняння
Варіатор змінює передавальне число безступінчасто, а автомат щоразу вибирає один із готових ступенів. Звідси й усі практичні відмінності — у старті, звуку, обертах і роботі під великим навантаженням.
| Ознака | Варіатор (CVT) | Класичний автомат (АКПП) |
|---|---|---|
| Передачі | Фіксованих передач немає, передавальне число змінюється плавно | Зазвичай має від 5 до 10 фіксованих передач |
| Принцип | Два шківи змінного діаметра та ремінь або ланцюг | Гідротрансформатор, планетарні ряди, фрикціони й ATF |
| Старт | Може відчуватися м’якше, але іноді з затримкою під різким газом | Плавне рушання завдяки гідротрансформатору й множенню моменту |
| Звук і відчуття | Оберти можуть зависати на одному рівні, з’являється монотонний гул | Є звичні зміни звуку й тяги під час перемикання передач |
| Економія | Може утримувати двигун у найвигіднішій зоні обертів; ККД ремінного варіатора близько 88% | Працює сходинками між передачами, тому оберти не завжди оптимальні |
| Крутний момент | Ремінь або ланцюг чутливіші до великого сталого навантаження | Частіше ставиться на потужні авто, позашляховики й тягачі |
| Рідина | Потребує спеціальної CVT-рідини з потрібним тертям між ременем і шківами | Використовує ATF для гідротрансформатора, гідравліки й фрикціонів |
Чому варіатор економніший, але «гуде»
Економія береться з простого: коробці не треба чекати моменту перемикання на наступну передачу. Вона просто підбирає таке передавальне число, за якого двигун лишається в економному режимі.
У класичному автоматі двигун рухається між фіксованими сходинками. На одній передачі оберти ростуть, потім коробка перемикається, оберти падають, і цикл повторюється. У варіаторі цю «драбину» замінено плавною зміною діаметрів шківів.
Звідси й дивне відчуття, яке часто називають ефектом гумки. Під різким прискоренням двигун швидко виходить на високі оберти й тримається там, поки авто набирає швидкість. Водій чує рівний тягучий гул на одній ноті, але звичних перемикань не відчуває.
Інженери частково обходять це конструкцією. Наприклад, Toyota Direct Shift-CVT, серійна з жовтня 2018 року, має фізичну першу передачу для рушання, а далі роботу перебирає ремінь. Для такої схеми Toyota заявляла плюс 6% до економії пального.
Слабкі місця варіатора проти автомата
Річ не в тому, що CVT «гірша» коробка — просто ремінь, шківи й рідина мають свій характер. Варіатор добре тримає плавний режим, але чутливіший до великого сталого моменту, перегріву під навантаженням і невідповідної рідини.
- Великий крутний момент. Ремінь або ланцюг варіатора мають межі навантаження, тому потужні авто, позашляховики й тягачі частіше отримують класичні автомати.
- Буксирування й тривале навантаження. Для CVT це складніший режим, бо ремінь і шківи працюють під сталим високим тиском і теплом.
- Окрема рідина. Варіатор потребує CVT-рідини, яка створює правильне тертя між ременем і шківами; звичайна ATF автомата тут не підходить.
- Відчуття за кермом. Частині водіїв незвичні рівні оберти й гул без перемикань, хоча технічно коробка в цей момент просто тримає ефективний режим.
- Вибір виробників. Деякі компанії, зокрема Mazda, свідомо не використовують CVT у своїй основній філософії трансмісій і лишаються ближче до класичного автомата.
Трохи історії — від DAF до сучасних авто
Ідея безступінчастої передачі набагато старша за сучасні автомобілі. Ескіз подібного механізму приписують Леонардо да Вінчі ще 1490 року, а перший робочий варіатор для лісопилки запатентував Мілтон Рівз у 1879 році.
У серійних легкових авто важливим етапом став Variomatic. Його створив Хуб ван Дорн, співзасновник DAF, а перший серійний автомобіль із такою трансмісією — DAF 600 — вийшов у 1958 році.
Система не була дрібним експериментом: до 1975 року варіатор Variomatic встановили більш ніж на 815 000 автомобілів DAF.
Наступний великий крок — електронне керування. У лютому 1987 року Subaru представила Justy з електронно керованим варіатором ECVT від Fuji Heavy Industries, а Subaru Justy 1989–1993 років став першим серійним авто з CVT, яке продавалося у США. Відтоді безступінчаста ідея й класичний автомат розвиваються поруч, лишаючись двома різними відповідями на те саме питання — як передати момент від двигуна до коліс.
