Продолжение статьи о выборе коробки передач при покупке автомобиля. В первой части мы рассказали о классической механической коробке, о ее роботизированном варианте и о трансмиссии DSG с двумя сцеплениями. Продолжим обзор.
Клиноременный вариант
Современную историю вариаторов принято вести с 1950 года, когда инженеры фирмы DAF разработали бесступенчатую трансмиссию Variomatic. Принцип ее работы до гениальности прост — крутящий момент передает резиновый ремень, надетый на перемещающиеся конические диски, которые образуют шкивы ременной передачи (см. рисунок). Когда ведущие диски раздвигаются, а ведомые сдвигаются, момент «на выходе» увеличивается. И наоборот, когда ведомые диски раздвигаются, а ведущие сдвигаются, момент уменьшается. Такая конструкция позволяет менять передаточное число в очень широких пределах. Сегодня вариаторы с резиновыми ремнями до сих пор используются на скутерах и снегоходах. А вот на тех, что установлены на автомобилях, применяется либо наборный ремень из стальных пластин, либо многозвенная цепь (как на автомобилях Audi). Основной недостаток вариаторов скрыт в отсутствии задней и нейтральной передач. Последнюю проблему на разных автомобилях решают по-разному. Например, на Subaru установили электромагнитное сцепление. По сути, оно представляет собой обычное мокрое сцепление, пространство между дисками которого заполнено жидкостью с добавлением частиц металла. Последние под воздействием магнитного поля «притягивают» диски друг к другу. Другой вариант — оснастить вариатор многодисковым сцеплением с гидроприводом и управлением от компьютера, как поступили инженеры, создававшие Honda Civic. Наиболее оригинальный, но и наиболее дорогой выход из положения предложила компания ZF, оснастив вариатор гидротрансформатором. Что касается отсутствия заднего хода, то простейший способ решения этой проблемы — установка планетарной передачи.
Особенности управления
Плюсы: вариатор позволяет наиболее эффективно реализовать возможности двигателя, обеспечивая необходимое изменение скорости и крутящего момента.
Минусы: первые автомобили с вариаторами имели весьма непривычную для автолюбителей особенность. Дело в том, что такие автомобили разгонялись при постоянных оборотах двигателя, потому что вариатор поддерживал обороты двигателя, необходимые для лучшего ускорения. Работала такая система очень хорошо, но из-за непривычного звука у водителя создавалось впечатление, что автомобиль разгоняется вяло. Это заставило производителей «научить» управляющую систему вариатора имитировать фиксированные передачи. При этом количество таких «передач» может быть любым, а переключать их водитель может вручную. Первым такую идею предложил Nissan в 1997 г., после чего ее подхватили и другие производители вариаторов.
Тороидный вариатор
Еще одна конструкция бесступенчатой трансмиссии появилась в 30-х годах прошлого века, но из-за невысокой долговечности широкого распространения не получила. В ее основе (см. рисунок) лежит поворачивающийся ролик (3), перемещающийся между двумя «чашами» (1 и 2), одна из которых закреплена на коленчатом валу двигателя, а вторая — приводит в движение колеса. В зависимости от угла поворота ролика меняется передаточное отношение. Недостаток этой трансмиссии заключается в том, что передача крутящего момента полностью зависит от трения ролика с чашами. Соответственно, чем выше момент, тем сильнее давит ролик на чашу, ускоряя ее разрушение. Единственной компанией, сумевшей довести эту конструкции до массового производства, стал Nissan. Для этого инженерам компании пришлось провести огромную работу по исследованию специальных сталей и трансмиссионных масел, а также пристыковать к вариатору планетарную передачу и гидротрансформатор, которые обеспечивают задний ход и «нейтраль» соответственно. В итоге с 1999 года с заводского конвейера ограниченными сериями стали сходить седаны Cedric и Gloria с 3-литровыми V-образными «шестерками», работающими в паре с тороидными трансмиссиями.
Особенности управления
Все сказанное о вариаторах клиноременных можно смело отнести и к вариаторам тороидным.
Классический «автомат»
Классическая автоматическая коробка передач (АКПП) состоит из двух основных компонентов. Первый из них — это гидротрансформатор. На автомобилях, где он применяется, маховик заменен «бубликом», состоящим из двух половинок. Первая — насосное колесо, приводимое в движение непосредственно от коленчатого вала двигателя. Вторая — турбинное колесо, соединенное с ведущим валом коробки передач. На обеих «половинках» имеются направляющие лопатки, а пространство между ними частично заполнено жидкостью, которая и передает крутящий момент от двигателя к коробке передач. Особенность простейшего гидротрансформатора (который справедливо называть гидромуфтой) заключается в том, что он передает крутящий момент практически без изменения (не считая потерь при перемешивании жидкости). Однако если внутри «бублика» установить неподвижный реактор, лопатки которого определенным образом направляют поток жидкости, то крутящий момент «на выходе» будет увеличиваться. Это полезно при резких стартах на низшей передаче, но вредно при движении на высоких скоростях. Поэтому по мере разгона момент «на выходе» из гидротрансформатора плавно уменьшается, а реактор начинает вращаться вместе с турбинным и насосным колесами. На тех режимах, когда преобразование момента и вовсе не требуется, вступает в работу специальная блокировка, устанавливающая жесткую связь между элементами гидротрансформатора.
Второй, не менее важный компонент «автомата» — планетарная коробка передач. Простейшая планетарная передача (см. рисунок) состоит из следующих компонентов — двух больших зубчатых колес (1 и 2) и нескольких шестерен небольшого размера(3), смонтированных на специальной раме, именуемой водилом (4). Эти шестерни называют сателлитами, потому что вращаются они вокруг центрального, «солнечного», зубчатого колеса, как спутники вокруг планеты. Теоретически любая из трех составных частей (зубчатые колеса или блок сателлитов) может вращаться, в то время как одна из двух других должна быть заторможена, тогда с третьей можно снимать выходной момент. В планетарной коробке передач несколько планетарных рядов, связанных в сложную систему. Чтобы включить нужную передачу, многодисковые муфты и тормоза связывают или останавливают отдельные элементы рядов. Стоит отметить, что механическая начинка «автоматов» за время их существования изменилась весьма незначительно. Разве что число передач выросло с двух (на Vauxhall Victor) до восьми (на Lexus LS460). А вот системы управления значительно эволюционировали. Если на первых автомобилях с «автоматами» приходилось выбирать нужную передачу, передвигая маленький выключатель вверх или вниз, то уже к середине прошлого века трансмиссии «научились» делать все самостоятельно. Позднее эту «самостоятельность» стало возможным корректировать с учетом манеры езды конкретного водителя, выбирая один из нескольких режимов работы. Например, активный водитель мог выбрать режим «спорт», а спокойный — режим «комфорт». Наиболее современные «автоматы», называемые адаптивными, способны без подсказок «подстраиваться» под водителя.
Особенности управления
Плюсы: сегодня адаптивные «автоматы» стали настолько совершенными, что даже опытные водители отказываются от автомобилей с «механикой».
Минусы: «автомат» — достаточно сложное, дорогое и тяжелое устройство. При этом потери мощности в гидротрансформаторе довольно велики, что уменьшает мощность двигателя и увеличивает расход топлива.
Что же выбрать?
Сегодня наиболее оптимальным выбором трансмиссии является классический «автомат», Если не смотреть на его высокую цену. Но более доступной и при этом столь же совершенной автоматической трансмиссии сегодня просто не существует.
Многие специалисты убеждены, что со временем вариатор вытеснит все остальные трансмиссии. При этом предпочтение будет отдано вариатору тороидному, так как в нем отсутствует ремень, износ и растяжение которого сегодня являются основной проблемой. Но перед этим придется решить еще немало проблем, связанных с выбором подходящих материалов и смазки. А пока инженеры совершенствуют классический «автомат» и ищут ему доступную альтернативу в виде автоматизированной «механики» и трансмиссий с прямым включением (DSG).
Алексей Кованов,
рисунки Оксаны Охременко
