Вариаторы: доверять - не доверять?

Визуально различить по селектору КП тип трансмиссии не всегда возможно. Одна из подсказок — наличие на CVT режимов S и/или L вместо цифровых обозначений первых двух-трех передач в обычной АКПП. Однако если коробка имеет отдельный «ручной» режим, внешние различия сводятся к нулю

Еще лет 15 назад казалось — вот он, идеальный трансмиссионный агрегат. При одинаковых с механическими и автоматическими коробками габаритах вариаторы обладают неоспоримыми преимуществами. Плюсы скрыты в самом названии — CVT: Continuously Variable Transmission. То есть — непрерывно варьируемое передаточное отношение, которое обеспечивает максимальную эффективность работы двигателя в любой момент времени. В плюсе лучшая динамика и топливная экономичность, чем у МКП, при том же комфорте передвижения, что и у АКП. Заманчивое сочетание, которое, по логике вещей, должно было поставить под вопрос само существование «механики» и «автомата». По крайней мере, на основной массе автомобилей. Но сейчас мы видим, что автомобильный мир по отношению к CVT раскололся. Есть фирмы, которые к вариаторам «прикипели», однако большинство производителей бесступенчатые коробки игнорируют. Что готовят подобные трансмиссии при эксплуатации? Какова их надежность, ресурс и перспективы развития?

Принцип работы клиноременного вариатора (говорить мы будем в основном о нем) прост. Недаром считается, что первые его прототипы были изобретены еще в XV веке самим Леонардо да Винчи. Ключевой узел — два шкива, состоящих из пары конусов, обращенных узкими сторонами друг к другу. Один из шкивов посажен на вал, связанный с двигателем, то есть ведущий. Второй — на ведомый вал, соединенный с колесами. Между шкивами натянут ремень, передающий крутящий момент от ДВС. Изменение передаточного отношения получается путем сдвижения или раздвижения конусов. При этом ремень либо «проваливается» ближе к оси шкивов, либо отдаляется от нее. К примеру, если ремень вращается на ведущем шкиве по малому радиусу, а на ведомом по большому, то подобное сочетание соответствует низшей передаче. Обратная ситуация — это уже высшая передача. А между ними — уйма вариантов передаточных чисел. Причем силовой диапазон, то есть отношение высшей и низшей передач, у вариаторов ограничен только диаметром шкивов. Теоретически можно получит значение в 12, в то время как у современных 9-ступенчатых АКП силовой диапазон не дотягивает и до десяти.


С точки зрения голой механики, изменение передаточных отношений в вариаторе, пожалуй, даже проще, чем в МКП, и тем более в «автомате». Но до 80-х годов прошлого века не было «прочностной» технологий обработки металлов, необходимой в пятне контакта. И масла, которое бы под давлением могло не уменьшать, а увеличивать коэффициент трения

Набранный из металлических сегментов ремень имеет в своей основе стальные ленты. Для первых, толкающих шкивы своими боковыми поверхностями, критична свежесть масла и тем более его отсутствие. Вторые повреждаются при ударных нагрузках и «устают» от работы по малому радиусу. Продолжительная езда в пробках и на максимальных скоростях снижает ресурс ремня

Переварить момент

Сравнительная простота конструкции вкупе с таким преимуществом заинтересовала инженеров еще в конце XIX века — патент на вариатор был выдан в 1886 году. На рубеже столетий бесступенчатую передачу момента использовали в промышленности, на ткацких производствах. Правда, не обязательно, что это были именно клиноременные механизмы. Конструкций вариатора наберется с десяток. Ну а известный нам агрегат обрел популярность ближе к 50-м годам прошлого века — на мопедах и мотороллерах. Первое же использование клиноременной CVT на автомобилях относится к 1958 году. Тогда подобную трансмиссию получил седанчик DAF 600 с мотором в 590 «кубиков» и 22 л.с. Но ремень использовался еще резиновый. К стальному, набранному из пластин, пришли только во второй половине 80-х годов. Благодаря этому внимание на вариатор обратили Ford и Fiat. Чуть позже то же сделали японские компании. Точнее, те из них, которые выпускали кей-кары.

Два десятилетия назад произошел некий технологический прорыв. У Honda CVT соседствовала уже с полуторалитровым мотором и передавала момент в 133 Нм. Бесступенчатая трансмиссия на Nissan Primera была способна «обработать» еще больше — почти 200 Нм. А десять лет назад вариатор примерил 3,5-литровый ниссановский же VQ35DE, развивавший 333 Нм. Сейчас для агрегата с клиновым ремнем это рекорд. Впрочем, в конце 90-х годов к этой гонке вооружений подключилась Audi. Имея аналогичную конструкцию, немецкая CVT, названная Multitronic, несет в себе одно принципиальное отличие. Вместо наборного металлического ремня в ней используется стальная многорядная цепь. Контакт со шкивами у нее происходит не всей боковой поверхностью, как у ремня, а только осями звеньев. Тем не менее, передаваемый момент достигает 330 Нм. Что любопытно, у Subaru цепной вариатор Lineartronic, работающий в паре с турбомоторами, способен на большие подвиги — 400 Нм.



DAF 600 стал первым автомобилем, примерившим клиноременный вариатор. Его использование — заслуга владельца фирмы Хуба Ван Доорна. Чуть позже, ради продолжения работ над CVT, он продал DAF Volvo и создал компанию VDT. Стальной ремень родился именно в ней

Дырка от бублика

Пока одни инженеры были всецело поглощены усовершенствованием клиноременного вариатора, другие думали над тем, как к автомобилю приспособить вариатор иной конструкции — торовый или тороидальный. В его основе два диска, профиль рабочих поверхностей которых напоминает геометрическую фигуру тор, проще говоря, бублик. Один расположен на ведущем валу, второй на ведомом. Между ними — ролики, вращающие в горизонтальной плоскости и поворачиваемые в вертикальной. Именно они передают момент от одного диска к другому. Если ведущий диск обкатывается роликами по минимальному радиусу, а ведомый по максимальному, получается пониженная передача. В противоположном случае — повышенная.

Запатентовано торовое устройство было даже раньше ременного, в 1877 году. В XX веке его не раз пытались скрестить с автомобилем. Но дальше опытных образцов дело не шло (разве что до Второй мировой войны подобный агрегат устанавливался на британские малолитражки Austin 7). Пока за работу не взялась трансмиссионная фирма Jatco и компания NSK, выпускающая подшипники. Более двух десятилетий экспериментов дали качественный результат. В 1999 году вариатор Extroid появился на Nissan Cedric/Gloria и через пару лет на Skyline. Самые заряженные из моторов развивали до 400 Нм. Одновременно Mazda представила концепт кроссовера Nextourer с трехлитровым V6 и тороидальным вариатором Jatco. В то же время британская фирма Torotrak испытывала торовую CVT, установленную на Ford Expedition с 5,4-литровой «восьмеркой», момент которой достигал почти 450 Нм.

Известно, что эксперименты англичане продолжают, поговаривают даже о кооперации с Aisin. А вот Mazda свой концепт до конвейера не довела. О торовых вариаторах от нее больше не слышно. С Nissan такая же ситуация. После окончания выпуска указанных седанов в середине 2000-х по поводу дальнейших разработок — тишина. На моделях с продольным расположением двигателя используется 7-ступенчатый «автомат». Перспективнее? Скорее всего, дешевле. Ведь по материалам основной узел торового вариатора очень сложен. Давление в пятне контакта дисков с роликами может доходить до 10 тонн. Поэтому для изготовления тех и других используют особую подшипниковую сталь с большим процентом углерода, чтобы сделать рабочие поверхности тверже. Плюс дорогое масло, под такой нагрузкой превращающееся в тончайшую пленку, способную передавать момент. Но в других условиях выполняющее обычные функции — смазывающее или обеспечивающее работу фрикционов. Готовы ли за это платить потребители? А производители, которым нужно уложиться в определенную себестоимость? Характерно, что по Extroid в России нет даже внятного эксплуатационного опыта — настолько он редок.



Основной узел торового вариатора тоже прост. Сложно было получить нормальный зацеп в пятне контакта и добиться целостности металла. Для этого материал насыщали углеродом, однако конструкция на автомобилях все-таки не прижилась

Mazda Nextourer должна была стать еще одним автомобилем, оснащенным торовым вариатором. Концепт в серию не пошел, а работы над такой трансмиссией в Mazda, судя по всему, прекратили

Ниссановский Extroid переваривал без малого 400 Нм. В том числе благодаря тому, что вариаторных узла было два. Однако на конвейере агрегат просуществовал менее пяти лет

Современнее и сложнее

Давление в месте контакта ремня или осей цепи и шкивов меньше, чем в торовом вариаторе. И все-таки именно этот узел — основное слабое звено CVT. Впрочем, стоит отметить, что за годы развития над ним работали. Поэтому всего лишь как страшный сон вспоминаются порванные беспричинно и при небольших пробегах ремни на Nissan Cube первого поколения. Закончившимся кошмаром кажутся вставшие на прикол из-за пробуксовок в узле пяти-, шестилетние Honda Civic середины 90-х. А современный сервис вполне способен бороться со сложными ремонтными случаями. Вариатор, если так можно выразиться, стал человечнее, превратился из некой «страшилки» в обычный агрегат, подобный «автомату» или «механике». Причина, конечно, и в том, что последнее десятилетие потребитель имел дело, в основном, с дилерскими машинами. А это гарантия и запас ресурса по пробегу.

И вместе с тем нынешние CVT стали сложнее. Подобно современным автоматическим трансмиссиям, у вариаторов, например, датчики давления работают по другому принципу. В клапанных механизмах теперь располагаются дополнительные блоки управления. Гидротрансформаторы блокируются едва ли не с первой передачи. Пакеты «мокрых» фрикционов, иногда их заменяющие (скажем, на Multitronic в Audi), работают с постоянными пробуксовками. Именно такой алгоритм позволяет экономить топливо и по динамическим характеристикам делать вариаторы лучше механических коробок. На другой чаше весов жесткие температурные режимы работы и активно загрязняющаяся жидкость. Результаты подобного воздействия — изношенная отходами фрикционов «клапанка», соленоиды, втулки. При забитом фильтре и масляном голодании худший вариант — вышедшие из строя подшипники, «планетарка», масляный насос. Но иногда к тому времени автомобиль уже перестанет ехать либо ремень будет дико буксовать. Старение жидкости для вариатора, пожалуй, еще более критично, чем для «автомата». Все же ATF в АКП передает момент по фрикционным дискам, и так имеющим хороший коэффициент сцепления. А всякие вариаторные HMMF и NS-1 должны «спаивать» металл с металлом, что определяет несколько иные требования. Это общий диагноз, касающийся всех CVT. Но есть и фирменные сюрпризы.



Как и «автомат», вариатор не обходится без клапанного механизма. Последний, в свою очередь, также страдает от грязной жидкости, которая уничтожает соленоиды и «прогрызает» алюминиевую плиту

Nissan

Несмотря на то что Nissan отказался от Extroid и испытывал на рубеже веков определенные проблемы с клиноременными вариаторами, эта фирма стала первой в мире, серьезно поставившей на бесступенчатые трансмиссии. Сейчас половина моделей из тех, что официально предлагаются на российском рынке, агрегатируются CVT или, как она называется у марки, Xtronic. Фактически это три вариатора, созданные давним партнером компании фирмой Jatco. Первый (RE0F09A/B или JF010E) появился еще в 2002 году на Murano и далее устанавливался на модели с 3,5-литровыми V6. После модернизации его продолжают использовать на кроссовере последнего поколения. Своеобразная коробка. С одной стороны, ее ремень вполне может отходить до 150 тыс. км, что ранее было недоступно. С другой, она обладает рядом врожденных недостатков. Так, ремень, а точнее, его ленты, очень чувствительны к постоянному изгибу по малому радиусу — такой получается при продолжительной езде на низких скоростях, например, в пробках. От загрязнения жидкости и перегрева часто заклинивает клапан контроля давления, отчего последнее падает и повышенному износу подвергается ремень со шкивами (клапан меняется вместе с крышкой насоса — 12 000-17 000 руб.). До 100 тыс. км, если не обновлять масло, придется менять гидроблок (14 000 руб.). Горит пакет фрикционов, отвечающий за движение вперед. При любом ремонте приходится резать и восстанавливать гидротрансформатор.

Вторая коробка — RE0F10A или JF011E — пришла в 2005 году на смену агрегату, который устанавливался еще на Primera, R`nessa или Avenir конца 90-х начала 2000-х. Сейчас это основная CVT Nissan, которая агрегатируется с двигателями от 1,6 до 2,5 л и существует, например, на Qashqai и Teana последнего поколения. Еще недавно эту трансмиссию имела троица Mitsubishi Outlander/Citroen C-Crosser/Peugeot 4007, Jeep Compass и Patriot. Сейчас ею продолжают оборудовать новый Outlander, ASX, Lancer, Suzuki Kizashi. Такая популярность обусловлена неплохой надежностью вариатора. При аккуратной эксплуатации и регулярной замене масла он способен отходить до 200 тыс. км. За чистоту последнего, кстати, отвечают два фильтра — один расположен за поддоном, второй находится снаружи. Ну а обращать внимание придется на шаговый двигатель, меняющий положение конусов, стоящий недорого (около 6 000 руб.) и меняющийся без демонтажа коробки. На масляный насос (порядка 15 000 руб.) и датчик скорости (1 500-2 000 руб.). Реже, чем на CVT Murano, заклинивает клапан давления. Подшипники валов тоже слабое место, однако зачастую они всего лишь воют и терпят до полного капитального ремонта.

По третьему вариатору, используемому на данный момент, почти ничего не известно. Разве только то, что это цепная КП, пришедшая на смену клиноременной CVT на 3,5-литровой Teana нынешней генерации. Слишком молода.



Вариатор, который устанавливается на Qashqai и другие Nissan, наверное, самый популярный в мире, поскольку Jatco предлагала его многим другим автопроизводителям. Что любопытно, на дизельном Qashqai последнего поколения его модернизированная версия способна имитировать АКП даже в автоматическом режиме. Впрочем, для современных CVT это уже становится нормой

Toyota

Похоже, до поры в Toyota к вариатору относились осторожно. Если и ставили эксперименты, то на машинах небольших, B-класса или даже кей-карах. А примерно десять лет назад в компании все-таки пришли к выводу, что от CVT никуда не деться. Сейчас только из официально российских автомобилей вариатор устанавливается на C-классовые модели и RAV4. На других рынках к ним можно добавить Vitz/Yaris, Avensis, Wish и т.д. На всех один агрегат — K311. В общем-то, неплохой. На некоторых экземплярах отходивший более 150 тыс. км. Тем не менее, неприятности бывают. Известно о сгоревших фрикционах и проблемах с электроникой. На RAV4 элементы, передающие момент (те же фрикционы и ремень со шкивами), испытывают повышенную нагрузку. Двигатель-то двухлитровый, и полный привод присутствует со всеми вытекающими из этого обстоятельствами. Но выход из строя подшипников валов объемом мотора и внедорожными упражнениями не объяснить. Очевидно, колебания качества.



По сравнению с другими производителями Toyota, можно сказать, лишь начинает осваивать бесступенчатую трансмиссию. Речь идет только о клиноременных вариаторах, которые компании поставляет Aisin. Проблемы есть, но с таковыми, например, при первых экспериментах Nissan, их не сравнить

Audi и Subaru

Немцы первыми использовали многозвенную цепь в коробке 01J, разработанной совместно с фирмой Luk. И это дало определенные результаты. В отличие от ремня, цепь может работать по меньшему радиусу, что позволило получить больший силовой диапазон и теоретически сделать коробку компактнее. По «железу» коробка способна ходить до 150-200 тыс. км, хотя уже после 100 тысяч, вероятней всего, цепь придется менять — растянется (14 000 руб.). Но еще до этой отметки попросит замены блок управления, расположенный внутри агрегата (около 30 000 руб.; восстановленный вдвое дешевле). Он работает в жестких температурных условиях даже при обычной езде, не говоря уже о максимальных скоростях или интенсивных разгонах. В 2005 году процессор доработали, однако полностью проблема решена не была. Также в группе риска дифференциал и масляный насос.

В 2007 году у Audi появился новый вариатор с индексом 0AW. С прежним по конструкции ничего общего, «безопасный» момент доведен до 400 Нм, сложный демонтаж и ремонт. Комплектующие есть пока не все, блок управления, судя по всему, выполнен невосстанавливаемым. Между тем, случаи перегрева ЭБУ и выхода его из строя уже есть.

По пути Audi пошла Subaru. Когда-то маленькая и гордая фирма в числе первых начала оснащать свои модели вариаторами — клиноременными. Теперь все CVT, которые с 2009 года вытесняли автоматические коробки и на данный момент почти это сделали, — цепные. Увы, о конструктивных недостатках субаровских Lineartronic пока говорить рано, пробеги небольшие. Хотя Murano или Audi в возрасте пяти лет, бывало, уже показывали свой характер. За Subaru это не замечено.



Цепь, впервые использованная Audi, контактирует со шкивами не боковыми поверхностями звеньев, а их осями. Несмотря на, казалось бы, меньшее пятно контакта, такая конструкция способна передавать момент не меньший, чем клиноременные CVT. В несомненных плюсах — возможность работы на шкивах меньшего диаметра. Звенья же имеют большую гибкость, нежели стальные ленты

Multitronic первого поколения в сервисах уже хорошо изучен, поскольку в ремонте гость частый. Изучение нового агрегата началось, хотя кое-какие неприятные выводы уже есть. Похоже, блок управления, находящийся внутри коробки, по-прежнему работает в жестких температурных условиях

Субаровские Lineartronic уже успели модернизировать, но это все еще очень свежие агрегаты, изучение которых в СТО только начинается

Honda

Модельный ряд этой марки в России сейчас остался без вариаторов. Но еще недавно у нас официально продавался Jazz, а на рынке second hand до сих пор присутствует построенный на его базе универсал Airwave. На них и еще на ряд моделей устанавливалась коробка с индексом SLYA или ее версия M4VA. Эту CVT не раз модернизировали и в итоге получили достаточно надежный агрегат, который способен прожить более 150 тыс. км. Правда, в капитальный ремонт войдет не только замена ремня, но и шкивов и фрикционных пакетов. На фоне стоимости самого автомобиля получится довольно значительная сумма в 60 000-70 000 руб.

Другой вариатор вообще устанавливался только на автомобили для внутреннего рынка Японии. MLPA появился в 2003 году на Odyssey третьего поколения, потом на Stream и Sterpwgn. Несмотря на такой возраст, загадочен, поскольку в первых поколениях модели с ним завозились штучно, а в последних генерациях редки все праворульные «японцы». Одно известно — фильтр в MLPA расположен внутри корпуса, и для его замены необходима полная разборка коробки.



Вариатор Fit/Jazz зарекомендовал себя, в общем-то, неплохо. На иных хэтчбеках первого поколения пробеги уже перевалили за 150 тыс. км. Вот только экономическая целесообразность восстановления агрегата под вопросом. Б/у коробка обойдется вдвое дешевле