Устройство бесступенчатого вариатора (он же CVT, Continuously Variable Transmission) не изучалось даже в продвинутых советских автошколах, где теоретическим основам конструкции автомобиля уделялись десятки академических часов. И это неудивительно.
Цепная гончая
Трансмиссия Subaru Outback – пример компактного размещения вариатора, гидротрансформатора, системы распределения крутящего момента по осям и дифференциала в одном корпусе

С одной стороны, принцип действия вариатора был описан давным-давно, в работах Леонардо да Винчи. В чертежах гения можно встретить конструкцию из параллельных конусов и перекинутого между ними ремня, способного перемещаться поперек оси вращения конусов и тем самым изменять передаточное отношение пары. С другой стороны, действительно массовые автомобили с вариаторами появились лишь в конце 1980-х.

Принцип работы клиноременного вариатора прост. Он представляет собой пару шкивов, каждый из которых состоит из двух конусовидных дисков. Между шкивами натянут ремень треугольного сечения. Когда диски ведущего шкива сходятся, ремень выдавливается на больший радиус вращения. Одновременно диски ведомого шкива расходятся, поэтому длина ремня остается неизменной. У каждого шкива подвижным является один диск. Его положение определяется давлением гидравлической жидкости с обратной стороны.

К неоспоримым достоинствам вариатора можно отнести абсолютную плавность движения без рывков при переключении передач, а также его способность поддерживать двигатель в наиболее эффективном диапазоне оборотов с точки зрения дорожной ситуации, будь то обороты максимальной мощности на разгоне или обороты максимальной экономичности на прямой. Вариатор с максимальной гибкостью подстраивается под эффективный режим работы мотора и необходимую скорость движения автомобиля. Первые ременные вариаторы были неспособны справиться с большим крутящим моментом, благодаря чему заслужили репутацию слабых и ненадежных трансмиссий для малолитражек. Эту проблему удалось решить в середине 1990-х с помощью стального армированного ремня.

На линии прогресса

На примере Subaru Outback 2010 модельного года мы познакомились с новым типом вариатора, который задает очередную планку эффективности для бесступенчатых трансмиссий в наши дни. В CVT Subaru LineartronicTM вместо ремня используется цепь, произведенная компанией Luk. В ней 150 осей соединяют более 900 пластинок по принципу велосипедной цепи, только в более сложной последовательности. Это решение позволяет расширить рабочий диапазон вариатора, при этом сделав его более компактным.

Дело в том, что армированный ремень имеет определенный предел гибкости. Это значит, что минимальный радиус шкива для него ограничен. Чтобы добиться необходимого диапазона передаточных отношений, максимальный радиус шкива должен быть также большим. В результате пара шкивов CVT всегда оказывается больше, чем пара аналогичных шестерен механической трансмиссии, и сам вариатор всегда занимает больше места.

Цепь отличается от ремня значительно большей гибкостью и допускает использование шкивов меньшего радиуса. Таким образом клиноцепной вариатор Lineartronic становится компактнее клиноременного, а максимальное передаточное отношение его, напротив, увеличивается и достигает 6,3 (вследствие увеличения разницы между максимальным и минимальным диаметрами шкивов). Заодно освобождается место для ног водителя и переднего пассажира. При минимальных радиусах изгиба цепь испытывает меньшие внутренние напряжения, чем армированный ремень, стальные пластины которого трутся друг о друга. А ведь на эти внутренние напряжения также тратится энергия двигателя. Поэтому клиноцепной вариатор на 5% эффективнее клиноременного.

На Subaru с LineartronicTM устанавливается система полного привода с активным распределением крутящего момента по осям. Сцепление, передающее момент на переднюю ось, также страхует вариатор от перегрузок по моменту. Такая страховка вкупе с системой электронного управления повышенной точности позволяет снизить давление в гидросистеме, регулирующей радиус шкивов. Давление создается насосом, который приводится от двигателя. Чем меньше гидравлическое давление, тем большую экономию топлива дает трансмиссия. Нижний шкив расположен так, что на больших скоростях вращения он не контактирует с маслом в картере. Это исключает сопротивление от взбалтывания масла, обеспечивая тем самым дополнительную экономию топлива и мощности.

На Subaru Outback вариатор агрегатируется не с привычным мокрым сцеплением, а с гидротрансформатором, который принято ассоциировать с традиционными планетарными автоматами. Как известно, в моменты трогания с места гидротрансформатор способен увеличивать крутящий момент двигателя вчетверо, обеспечивая плавное начало движения, уверенный старт в гору и комфортное передвижение «ползком» в городских пробках. Во избежание энергетических потерь на скорости свыше 8 км/ч гидротрансформатор полностью блокируется.

Статья «» опубликована в журнале «Популярная механика» (№11, Ноябрь 2009).