Вариатор, как альтернатива МКПП

Все чаще автолюбители, листая специализированные издания, в таблицах технических характеристик авто в графе “трансмиссия” встречают словосочетание “бесступенчатый вариатор”. Что такое механическая коробка передач, знают все, автомат тоже не требует представления. А вот про вариатор слышали многие, однако толком объяснить, каков его принцип работы и, самое главное, в чем же его преимущества или недостатки в сравнении с другими видами трансмиссии, не может большинство автомобилистов, в том числе опытных, со стажем.

Итак, что это за зверь и с чем его едят? Кому-то может показаться, что вариатор — новейшая разработка автомобилестроения, результат развития несущихся семимильными шагами высоких технологий. Однако это так лишь отчасти.

Хорошо забытое старое

Между тем устройство для передачи крутящего момента под названием “вариатор“ (или по-английски continuosly variable transmission — CVT) на самом деле появилось куда раньше традиционной “механики” и уж тем более — автоматической трансмиссии. К его созданию приложил руку еще Леонардо да Винчи, и в Средневековье что-то подобное применяли для привода мельничных жерновов. Тот механизм выглядел как два конуса с направленными в разные стороны сужающимися частями и натянутым между ними ремнем и представлял собой примитивный вариант бесступенчатой трансмиссии. Передвигая ремень по конусам, средневековые мельники плавно изменяли передаточное число и тем самым варьировали скорость вращения своих жерновов.

На смену примитивному конусному вариатору пришел клиноременный, который весь прошлый век широко использовался в промышленности. Его применяли для привода индустриального оборудования, к примеру швейных машинок, а также в сельском хозяйстве для вращения всевозможных жаток-сенокосилок. Позже подобным механизмом заинтересовались производители мопедов и скутеров. А вот автокомпании долго интереса не проявляли, хотя были и исключения.

Первым о возможности применения клиноременного вариатора на автомобиле задумался голландский инженер Хуберт ван Доорн, создавший в 1958 году бесступенчатую трансмиссию Variomatic и предложивший ее фирме DAF, выпустившая модель с 590-кубовым моторчиком и вариатором. Во многом благодаря последнему машинка пользовалась успехом. Спустя десятилетие этот факт заставил компанию Volvo, купившую DAF, оснастить подобным механизмом уже свои автомобили 3-й серии. Однако с ростом мощности двигателя стали очевидны недостатки вариатора, в том числе невозможность передавать более-менее серьезный крутящий момент. В итоге в середине 80-х вариатор покинул конвейер Volvo. И лишь спустя несколько лет устройство стало активно применяться такими гигантами автомобилестроения, как Subaru, Ford, Fiat, Nissan, Audi и Honda.

Ремень или цепь?

Конечно, нынешний клиноременный вариатор — это уже не два конуса, хотя и сегодня его конструкция проще механической и автоматической трансмиссий, тем более электронных с различными дополнительными режимами. Место конусов заняли два шкива (ведущий и ведомый), также расположенные друг напротив друга, с натянутым между ними ремнем трапецеидального сечения. При этом они выполнены не цельными, а из двух сдвижных-раздвижных половинок. Если половинки ведущего шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень, словно попавший между ними клин (отсюда и название). Когда ведущий шкив раздвинут, ремень, опираясь своими скошенными гранями на его поверхность, крутится по малому диаметру. При этом если, скажем, ведомый шкив сдвинут, а ремень, соответственно, вращается по большому диаметру, получается максимальное передаточное отношение. Своеобразная первая передача. Далее, сдвигая ведущий шкив и раздвигая ведомый, можно очень плавно уменьшать передаточное число, причем практически до бесконечности.

Казалось бы, вот он — самый оптимальный трансмиссионный агрегат, с которым мотор всегда работает в зоне оптимальных оборотов. Почему же тогда автопроизводители стали обращать на него внимание только сейчас? Ответ прост: в 50—70-е основным “передавателем” крутящего момента, соединяющим шкивы, был обычный резиновый ремень, ресурс которого не превышал 30 тыс. км. Ситуация изменилась с появлением подобного узла под японской маркой Fuji: был разработан стальной ремень, который должен был сменить резиновую деталь. Причем ремень своеобразный, состоящий из двух стальных полосок с нанизанными на них многочисленными сегментиками, выполненными в форме замысловатых стрелок. Эти сегменты, опираясь на поверхность шкивов и при этом толкая друг друга, позволили передавать крутящий момент более надежно. Именно эта конструкция приводного ремня вот уже более пятнадцати лет применяется в автомобилестроении. Правда, она тоже не идеальна — максимальный крутящий момент, который способен передавать подобный ремень, до сих пор достиг всего лишь 180 Нм. При превышении этого значения трение в месте контакта звеньев ремня и шкивов снижается — ремень начинает проскальзывать.

Инженеры Audi пошли дальше: они заменили ремень многорядной цепью, которая контактирует с поверхностью шкивов не боковой частью своих звеньев, а скошенными торцами осей этих звеньев, выполненных из подшипниковой стали. Как результат — возможность передавать момент более 200 Hm.

Иначе устроен тороидный вариатор, который состоит из соосных дисков и роликов, передающих момент от одного диска к другому. Для изменения передаточного числа меняются положение роликов и их радиусы, по которым ролики обкатывают диски. Последнее время многие именитые фирмы, учитывая большую износоустойчивость роликов, отдают предпочтение именно такого рода вариаторам.

Как “потопаешь”…

Некоторые прогрессивные специалисты в области трансмиссии утверждают, что будущее — именно за вариаторами, однако консерваторы скептически кивают на множество побочных эффектов. Точку в этом споре может поставить только время, а пока попытаемся выявить явные плюсы и минусы эксплуатации автомобилей с вариаторами.

Плюсы очевидны: владельцы отмечают отсутствие рывков при трогании, разгоне или торможении, плавность хода, а также отличную динамику разгона. “Стоит мне только “топнуть”, когда на своей 1,5-литровой “Хонде” со светофора трогаюсь, — обгоняю все авто, в том числе с 1,8—2-литровые со стандартной механикой, что уж там говорить об автоматах”, — гордо заявляет Алексей, владелец автомобиля с вариатором.

Ощущения при этом, впрочем, несколько странные. При отжатии газа в пол мотор выходит на большие обороты, да так и остается на них в течение всего разгона, воя на одной ноте. Зато на переключения между ступенями время не тратится, что приводит к экономии топлива, и это еще один плюс.

Наряду с неоспоримыми достоинствами вариатора есть между тем и недостатки. Первый — сравнительно небольшая, по современным меркам, “перевариваемая” мощность двигателя автомобиля. Не зря такие коробки начали свое шествие по миру на машинах малого класса. Да и сейчас мощные автомобили все сплошь и рядом укомплектованы либо механикой, либо классическими автоматами, либо роботизированными коробками. Грузовикам уж точно никогда не обзавестись вариаторами.

Второй и самый важный недостаток — ресурс жизни CVT гораздо меньше, чем у механики или АКПП. Несмотря на то, что производители в один голос заверяют: он колеблется в районе 150—200 тысяч, у специалистов есть основания полагать, что цифры значительно завышены. Самыми конструктивно слабыми местами существующих сегодня автомобильных вариаторов являются ремни — для клиноременного (а для тороидного — пятно контакта диска и ролика, где сила давления достигает 10 тонн).

Понятно, что контактная пара, состоящая из наборного металлического ремня и шкива, работает в крайне тяжелых условиях. Две металлические детали, соприкасаясь друг с другом, должны не проскальзывать, а передавать вращение, крутящий момент. Тут, как и в случае с фрикционными дисками автомата, особая роль возлагается на жидкость, которая обязана обладать еще более противоречивыми качествами, нежели та, что применяется в АККП. И стоит она, соответственно, в разы дороже обычной автоматной и замены требует более частой — не реже, чем через каждые 30 тыс. км. К тому же не стоит тут забывать и о специфике нашего сибирского климата. Плюс замены требуют ремни — через каждые 100—120 тыс. км, что тоже обойдется в копеечку. Все бы ничего, но попадающие в Россию авто с грифом “без пробега по РФ” далеко не всегда оправдывают ожидания владельцев, оказываясь в реальности еще какими “пробежными”, требующими замены деталей и всех жидкостей. Однако когда речь заходит об автомате, то, например, заменив масло (благо сервисов, занимающихся ремонтом АКПП, хватает), владелец может рассчитывать на некий запас прочности коробки в виде отведенного ресурса километража, но с вариатором такой номер не прокатит. Дело не только в его недолговечности, но и в отсутствии сервисной сети — специалистов, необходимого оборудования.

К примеру, в самых известных и крупных сервисных центрах Красноярска (таких, как “Сакура Моторс”, “Ниссан-центр”, “Хонда-центр”) механики сразу и категорично заявили, что вариаторами они не занимаются. Аналогичная ситуация и в Иркутске. Владельцам многочисленных уже авто с умершим или “заболевшим” CVT светит следующее. Первое: заказать с родины авто новый вариатор. В Японии, например, его стоимость колеблется в районе 2 тысяч долларов, с доставкой до Красноярска его цена возрастет до 80 тысяч рублей. Второй вариант: поискать в разборках контрактный агрегат (обойдется от 10 до 20 тысяч рублей в зависимости от вида), однако обольщаться не стоит — даже если вам повезет найти подходящий вариатор, не факт, что его ресурс уже не на грани истощения. Третий способ (наиболее часто предлагается хорошими сервисами) — переделка CVT на АККП или, что еще проще, на механику, но и это обойдется владельцу минимум в пару десятков тысяч рублей.

— Кроме всего прочего, автомобилисты сами укорачивают жизнь своих вариаторов, — говорит механик одного из красноярских сервисов Василий. — Для таких авто приемлем только плавный стиль вождения, а многие, ощутив хорошую динамику разгона, используют их как спортивки. А между тем резкие трогания и торможения просто убивают агрегат раньше отведенного ему срока.

…Очень часто, выставляя авто на продажу, владельцы размещают на заднем стекле объявления с техническими характеристиками машины. Не раз приходилось видеть надпись крупными буквами: НЕ ВАРИАТОР. И — пока в России нет специализированной сервисной сети — этим все сказано.