Статья о том, как правильно пользоваться коробкой «автомат» - символы на панели АКПП, запуск мотора, движение и остановка, возможные ошибки. В конце статьи - видео об использовании автоматической коробки.
На данный момент различают три вида автоматических трансмиссий: «классическая», с «бесступенчатым вариатором», с «роботизированной механикой». В зависимости от модификации и производителя указанные виды трансмиссий могут незначительно отличаться (разное число передач, немного другой ход рычага – прямой или зигзагообразный, обозначения и др.), но основные функции будут одинаковы для всех.
Растущая популярность АКПП вполне объяснима – она более удобна в эксплуатации (чем «механика» - МКПП) особенно для новичков, надежна и предохраняет двигатель от перегрузок. Вроде бы все просто! Однако ошибки водители все же допускают, и даже самый надежный механизм может выйти из строя, если его неправильно эксплуатировать. Далее мы рассмотрим, как правильно пользоваться АКПП и как грамотно ее эксплуатировать.
Например, в руководстве некоторых автомобилей буква «B» означает «Block» (блокировка) – режим блокировки дифференциала, который нельзя включать во время движения.
Однако инструкторы по вождению советуют взять за правило – перед запуском двигателя с АКПП нажимать педаль тормоза всегда. Это предотвратит самопроизвольное движение машины при нейтральном режиме «N», а также позволит быстро перейти в режимы движения «D» или «R». (Без нажатия тормозной педали переключиться в указанные режимы и тронуться с места не получится).
Данная защитная функция очень полезна, особенно для новичков, и особенно в городах с большой «автомобильной плотностью», где на парковках и в потоках автомобили стоят плотно друг к другу. Ведь даже опытные водители иногда забывают «снять автомобиль со скорости» перед запуском двигателя, в результате чего при запуске машина сразу начинает ехать и врезается в ближайшее авто или препятствие.
Запускать двигатель с АКПП можно как в режиме «P» (паркинг), так и в режиме «N» (нейтральный), однако производители рекомендуют использовать только режим «P». Поэтому лучше установить для себя еще одно правило – парковаться и запускать двигатель только в режиме «паркинг».
Итак, стандартный порядок действий для трогания с места на автомобиле с АКПП выглядит следующим образом:
Для предотвращения повреждения двигателя при переходе в ручной режим «M» на ходу у всех АКПП предусмотрена специальная защита. Переход на ручное управление «M» актуален в следующих ситуациях:
Но многие неопытные водители используют нейтральный режим «N» в пробках при кратковременных остановках , что приводит к гидравлическому удару и преждевременному износу АКПП. В пробках при частых остановках нужно использовать режим «D» вместе с педалью тормоза. Если нужно остановиться – нажимается педаль тормоза, если нужно медленно продвинуться вперед – педаль тормоза просто отпускается, и машина медленно катится вперед. И так можно ездить целый день.
Вполне возможно, что для кого-то АКПП покажется сложным и привередливым механизмом, несмотря на простоту и удобство его использования. Но это только на первый взгляд. На самом деле «автоматы» зарекомендовали себя как вполне надежные агрегаты, но, конечно же, при условии их правильной и грамотной эксплуатации. Особенно удобно пользоваться АКПП в больших городах, где часто приходится стоять в пробках.
Видео о том, как пользоваться «автоматом»:
Первый гидротрансформатор появился большее ста лет назад. Претерпев множество модификаций и доработок, этот эффективный способ плавной передачи крутящего момента сегодня применяется во многих сферах машиностроения, и автомобильная промышленность не стала исключением. Управлять автомобилем стало намного легче и комфортнее, так как теперь нет необходимости пользоваться педалью сцепления. Устройство и принцип работы гидротрансформатора, как и все гениальное, очень просты.
Впервые принцип передачи крутящего момента посредством рециркуляции жидкости между двумя лопастными колесами без жесткой связи был запатентован немецким инженером Германом Феттингером в 1905 году. Устройства, работающие на основе данного принципа, получили название гидромуфта. В то время развитие судостроения требовало от конструкторов найти способ постепенной передачи крутящего момента от парового двигателя к огромным судовым винтам, находящимся в воде. При жесткой связи вода тормозила резкий ход лопастей при запуске, создавая чрезмерную обратную нагрузку на двигатель, валы и их соединения.
Впоследствии модернизированные гидромуфты стали использоваться на лондонских автобусах и первых дизельных локомотивах в целях обеспечить их плавное трогание с места. А еще позже гидромуфты облегчили жизнь и водителям автомобилей. Первый серийный автомобиль с гидротрансформатором, Oldsmobile Custom 8 Cruiser, сошел с конвейера завода General Motors в 1939 году.
Устройство гидротрансформатора Гидротрансформатор представляет собой закрытую камеру тороидальной формы, внутри которой вплотную друг к другу соосно размещены насосное, реакторное и турбинное лопастные колеса. Внутренний объем гидротрансформатора заполнен циркулирующей по кругу, от одного колеса к другому, жидкостью для автоматических трансмиссий. Насосное колесо выполнено в корпусе гидротрансформатора и жестко соединено с коленчатым валом, т.е. вращается с оборотами двигателя. Турбинное колесо жестко связано с первичным валом автоматической коробки передач.
Между ними находится реакторное колесо, или статор. Реактор установлен на муфте свободного хода, которая позволяет ему вращаться только в одном направлении. Лопасти реактора имеют особую геометрию, благодаря которой поток жидкости, возвращаемый с турбинного колеса на насосное, изменяет свое направление, тем самым увеличивая крутящий момент на насосном колесе. Этим различаются гидротрансформатор и гидромуфта. В последней реактор отсутствует, и соответственно крутящий момент не увеличивается.
Гидротрансформатор — принцип работы Принцип работы гидротрансформатора основан на передаче крутящего момента от двигателя к трансмиссии посредством рециркулирующего потока жидкости, без жесткой связи.
Ведущее насосное колесо, соединенное с вращающимся коленчатым валом двигателя, создает поток жидкости, который попадает на лопасти расположенного напротив турбинного колеса. Под воздействием жидкости оно приходит в движение и передает крутящий момент на первичный вал трансмиссии.
С повышением оборотов двигателя увеличивается скорость вращения насосного колеса, что приводит к нарастанию силы потока жидкости, увлекающей за собой турбинное колесо. Кроме того, жидкость, возвращаясь через лопасти реактора, получает дополнительное ускорение.
Поток жидкости трансформируется в зависимости от скорости вращения насосного колеса. В момент выравнивания скоростей турбинного и насосного колес реактор препятствует свободной циркуляции жидкости и начинает вращаться благодаря установленной муфте свободного хода. Все три колеса вращаются вместе, и система начинает работать в режиме гидромуфты, не увеличивая крутящий момент. При увеличении нагрузки на выходном валу скорость турбинного колеса замедляется относительно насосного, реактор блокируется и снова начинает трансформировать поток жидкости.
Устройство гидротрансформатора с блокировкой Для того, чтобы справиться с основными недостатками гидротраснформатора (низкий КПД и плохая динамика автомобиля), был разработан механизм блокировки. Принцип его работы схож с классическим сцеплением. Механизм состоит из блокировочной плиты, которая связана с турбинным колесом (а следовательно, с первичным валом КПП) через пружины демпфера крутильных колебаний. Плита на своей поверхности имеет фрикционную накладку. По команде блока управления трансмиссией, плита прижимается накладкой к внутренней поверхности корпуса гидротрансформатора при помощи давления жидкости. Крутящий момент начинает передаваться напрямую от двигателя к коробке передач без участия жидкости. Таким образом достигается снижение потерь и более высокий КПД. Блокировка может быть включена на любой передаче.
Блокировка гидротрансформатора может также быть неполной и работать в так называемом «режиме проскальзывания». Блокировочная плита не полностью прижимается к рабочей поверхности, тем самым обеспечивается частичное проскальзывание фрикционной накладки. Крутящий момент предается одновременно через блокировочную плиту и циркулирующую жидкость. Благодаря применению данного режима у автомобиля значительно повышаются динамические качества, но при этом сохраняется плавность движения. Электроника обеспечивает включение муфты блокировки как можно раньше при разгоне, а выключение – максимально позже при понижении скорости.
Однако режим регулируемого проскальзывания имеет существенный недостаток, связанный с истиранием поверхностей фрикционов, которые к тому же подвергаются сильнейшим температурным воздействиям. Продукты износа попадают в масло, ухудшая его рабочие свойства. Режим проскальзывания позволяет сделать гидротрансформатор максимально эффективным, но при этом существенно сокращает срок его службы.
Двигатели внутреннего сгорания не способны обеспечить движение автомобиля в разных режимах без специальных устройств, изменяющих частоту вращения коленчатого вала. На части транспортных средств для этого используются автоматические коробки передач. Применение АКП позволяет сократить количество органов управления движением автомобиля и упростить его вождение.
Исторически сложилось так, что термин автоматическая коробка переключения (перемены) передач прочно закрепился только за одним видом устройств. Речь идет о получившем повсеместное распространение планетарном механизме с гидротрансформатором. Такое устройство можно назвать классическим.
В последнее время появилось довольно большое количество автомобилей с автоматизированным, а, точнее, роботизированным управлением механическими коробками передач. Общее устройство АКПП и принцип ее действия существенно отличается от указанных устройств.
С чисто технической точки зрения автоматической можно считать любую коробку передач, управление которой не требует вмешательства со стороны водителя.
Исключение составляют лишь вариаторы, в которых изменение числа оборотов происходит бесступенчато (фиксированные передачи отсутствуют), а потому плавно и без малейших рывков. Поэтому вариаторы нельзя относить к коробкам передач.
Для того чтобы окончательно разобраться с терминологией следует отметить, что у инженеров АКПП принято называть только планетарную часть агрегата. Именно в данном механизме и происходит изменение передаточного соотношения частоты вращения входного вала. В совокупности с гидротрансформатором данный механизм образует автоматическую передачу.
История появления коробки АКПП в ее классическом виде начинается на заре автомобилестроения. Три основных ее элемента были созданы и использовались в разных конструкциях автомобилей и лишь с появлением микропроцессоров были объединены в одном устройстве.
Первые двухступенчатые планетарные коробки использовались еще в двадцатые годы прошлого века на . Второй элемент – сервоприводы в системе управления работой коробки появились спустя десятилетие. Впервые полуавтоматические коробки стали применяться на автомобилях, выпущенных компаниями General Motors и Reo.
По-настоящему работоспособный автомат АКПП удалось сделать только с появлением гидромуфты, а позже и гидротрансформатора. Они использовались на легковых машинах американской компании Chrysler.
Объединение всех трех элементов и позволило инженерам решить все проблемы, связанные с автоматической передачей крутящего момента от двигателя на колеса транспортного средства.
Таким образом, технический прогресс и привел к появлению первых серийных автомобилей Buick, оснащенных двухступенчатой автоматической коробкой передач Dynaflow. Это уже был значительный шаг вперед, позволивший компенсировать значительные потери мощности на более ранних устройствах.
В последствии количество ступеней только возрастало, например, на Land Rover Evoque был установлен 9-диапазонный автомат.
Классическая автоматическая передача представляет собой довольно сложный комплекс из двух устройств. Ответить на вопрос: «Что это такое АКПП?» возможно только разобравшись в ее конструкции.
Автоматическая передача состоит из трех основных частей:
По аналогии с механической трансмиссией гидротрансформатор АКПП играет роль сцепления — он установлен между двигателем и планетарным механизмом. Его устройство значительно более сложное и допускает проскальзывание передачи во время начала движения и торможения. На большинстве современных АКПП гидротрансформатор блокируется при высоких оборотах двигателя.
Видео компании Тойота поясняет принцип работы гидротрансформатора и других элементов АКПП:
Планетарная коробка соответствует по назначению своему механическому аналогу. Разница состоит в том, что в автомате переключения производятся сервоприводами, а на механике – вручную.
Фактически управление работой АКПП осуществляется при помощи двух педалей: акселератора и тормоза. При этом нажатие на «газ» не приводит к увеличению частоты оборотов двигателя, а влияет непосредственно на скорость движения.
Конструкции отдельных элементов могут различаться. Рассмотрим только один из наиболее часто встречающихся вариантов — гидротрансформатор. Он имеет в своем составе:
Корпус данного устройства жестко устанавливается на маховике, чем по аналогии оно сходно с корзиной механического сцепления.
Статоры бывают двух видов: неподвижные по отношению к блоку двигателя или стопорящиеся при помощи ленточного тормоза. Такая конструкция позволяет обеспечивать оптимальное использование крутящего момента, особенно на малых оборотах. Корпус гидротрансформатора заполнен вязким маслом.
Планетарная коробка или редуктор представляет собой целый набор механизмов в ее состав входят:
Видео — принцип работы планетарного ряда автоматической коробки передач:
Один из вышеперечисленных узлов зафиксирован неподвижно по отношению к картеру коробки. Сателлиты находятся одновременно в зацеплении, как эпицикла, так и малой солнечной шестерни. Помимо названных узлов в состав коробки входят фрикционные муфты, которые, в свою очередь, состоят из двух элементов: хаба – ступицы и барабана.
Между ними находится комплект из чередующихся стальных и пластиковых фрикционных дисков и кольцеобразного поршня, управляющего их работой. В планетарной КП имеется также обгонная муфта, ее конструкция может быть разной. Она устроена таким образом, что способна вращаться достаточно свободно в одну сторону и заклинивает при изменении направления.
Устройство АКПП, помимо названных выше узлов, имеет еще и механизм управления, принцип работы которого зависит от типа исполнительных механизмов.
В современных АКП золотники гидроприводов перемещаются под воздействием соленоидов, напряжение на которые поддается от электронного блока управления. В классическом варианте управление осуществляется с учетом положения педали акселератора и регулятора давления масла центробежного типа установленного на выходном валу коробки.
Водитель выбирает режим работы АКП при помощи селектора, в большинстве современных автомобилей он устанавливается на центральной консоли. Управление может быть продублировано кнопками на рулевом колесе.
В настоящее время принят единый стандарт обозначения режимов работы АКП, позволяющий водителю не переучиваться при смене автомобилей разных производителей.
Существует несколько типов автоматических коробок перемены передач, работа каждой из них имеет ряд особенностей.
В общем виде принцип действия современной АКПП заключается в передаче крутящего момента от коленчатого вала двигателя на механизмы трансмиссии. При этом происходит изменение передаточного соотношения в зависимости от положения селектора и акселератора и условий движения автомобиля.
Рассмотрим принцип работы АКПП подробнее:
Переключение передач в современных АКПП осуществляется при помощи селектора или кнопок, смонтированных на спице рулевого колеса. Водитель выбирает режим работы коробки, в электронном блоке управления активируется соответствующая программа. Соленоиды открывают нужные клапаны, и происходит передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии автомобиля. По мере необходимости подключаются ступени с оптимальным передаточным числом.
Видео — устройство и работа автоматической коробки передач:
Одной из важнейших технических характеристик АКПП является время переключения передачи. Для автомобилей разных классов этот параметр имеет свои значения, при этом разница между ними может быть значительной.
Так для большинства массовых автомобилей время срабатывания находится в диапазоне от 130 до 150 мс. Суперкары могут похвастаться втрое меньшим показателем порядка 50 – 60 мс, у болидов он еще меньше – 25 мс.
В настоящее время предусмотрен следующие стандартные :
Помимо вышеперечисленных существуют и дополнительные режимы АКПП:
Автоматическая коробка не во всех режимах поддерживает торможение двигателем, что нужно учитывать при эксплуатации автомобиля. Использование обгонной муфты позволяет движение автомобиля накатом.
В большинстве машин торможение двигателем возможно только при включении пониженного диапазона из положения P, переход во время движении невозможен.
Кнопочные системы управления расположенные на спице руля обычно вводят еще ряд дополнительных режимов АКП:
Спортивный режим, включаемый автоматически, еще называют Kickdown , в большинстве моделей его использование возможно только на овердрайве. Для исключения ошибок водителя при переключениях селектора его рычаг блокируется разными способами. Это может быть и специальная кнопка на рычаге и необходимость его утопления вниз для перевода из одного положения в другое.
В случае поломки механизмов трансмиссии или возникновения опасности для них АКПП переходит в аварийный режим, возникает вопрос — что это такое? На деле водитель при возникновении такой неисправности имеет возможность добраться до гаража или автосервиса своим ходом.
Как и всякое сложное устройство, АКП имеет ряд достоинств и недостатков. Каковы же плюсы и минусы у автоматической коробки передач?
Многие из Вас наверняка знают элементарные вещи об устройстве механической коробки передач - Вы знаете, что двигатель подключен к передаче путём сцепления, ведь без этой связи автомобиль не сможет прийти к полной остановке, разумеется, не убив двигатель. Но автомобили с автоматической коробкой передач не имеют сцепления, которое отключало бы трансмиссию от двигателя. Вместо этого в них используется удивительное устройство под названием гидротрансформатор . Может быть, его устройство Вам покажется несколько сложным, но то, что он делает и какое удобство доставляет, просто очень интересно!
В этой статье мы узнаем, почему автоматическая коробка передач автомобиля так нуждается в гидротрансформаторе, как работает гидротрансформатор и его некоторые недостатки.
Так же, как и в случае с ручной трансмиссией, автомобилю с автоматической коробкой передач необходимо найти способ, чтобы одновременно держать двигатель работающим (крутящимся коленчатым валом), а колеса и шестерни в коробке передач остановленными.Автомобили с МКПП используют для этого сцепление, которое полностью отключает двигатель от коробки передач, а вот автоматическая коробка передач использует гидротрансформатор.
Гидротрансформатор является одним из видов гидромуфты, которая позволяет двигателю вращаться независимо от трансмиссии. Если двигатель вращается медленно, например, когда автомобиль работает на холостом ходу на красном сигнале светофора, количество крутящего момента, который передаётся через гидротрансформатор, очень мало, и его достаточно, чтобы удержать автомобиль на месте путём лишь лёгкого давления на тормозную педаль.
Если бы Вы надавили на педаль газа в то время как автомобиль остановился, Вам пришлось бы также нажать сильнее на тормоза, чтобы удержать машину от перемещения. Это происходит потому, что при нажатии на газ двигатель ускоряется, и насос из-за этого ускорения подаёт больше жидкости в гидротрансформатор, вызывая больший крутящий момент, который, в свою очередь передаётся на колеса.
Как показано на рисунке выше, существуют четыре компонента внутри очень крепкого корпуса гидротрансформатора:
Корпус гидротрансформатора крепится болтами к маховику двигателя, то есть корпус всегда крутится с той же скоростью, с какой крутится коленвал двигателя. Плавники, которые составляют насос гидротрансформатора, крепятся к корпусу, поэтому они также вращаются с одинаковой скоростью, что и двигатель. Гидротрансформатор в разрезе на рисунке ниже показывает, как всё это связано внутри гидротрансформатора.
Насос внутри гидротрансформатора является одним из видов центробежных насосов. В то время как он вращается, жидкость движется направленно от центра к краям, примерно как вращающийся барабан стиральной машины во время отжима бросает воду и одежду по своим стенкам. В то же время, так как жидкость устремляется от центра, в это центре создаётся вакуум, который привлекает ещё больше жидкости.
Затем жидкость поступает в лопасти турбины, которая связана с передачей. Именно турбина заставляет передачу крутиться, что в основном и приводит в движение Ваш автомобиль. Так как же жидкость (точнее, масло) поступает из насоса к турбине?! Дело в том, что в то время, как жидкость эта устремляется от центра к краям насоса, она встречает на своём пути лопасти насоса, которые направлены таким образом, что жидкость рикошетит о них и направляется уже вдоль оси вращения насоса прочь от него - к турбине, которая как раз и расположена напротив насоса.
Лопасти турбины также немного искривлены. Это означает, что жидкость, которая поступает в турбину снаружи, должна изменить своё направление, переместившись в центр турбины. Именно это направленное изменение вызывает вращение турбины.
Чтобы ещё проще представить принцип работы гидротрансформатора, представим ситуацию с расположенными друг напротив друга на небольшом расстоянии (допустим, около одного метра) комнатными вентиляторами и направленными друг напротив друга - если включить один из вентиляторов, то он за счёт своих искривлённых лопастей погонит воздух от себя к вентилятору, который стоит напротив него, а тот, в свою очередь, начнёт вращаться, потому как его лопасти также искривлены и поток воздуха толкает их все в какую-либо одну сторону (именно в ту сторону, в какую и начнёт вращаться вал вентилятора).
Но мы всё ещё двигаемся далее: жидкость выходит из турбины в её центре, двигаясь опять же в другом - противоположном направлении, чем то, в котором она когда-то вошла в турбину - то есть снова по направлению к насосу. И вот здесь заключается большая проблема - дело в том, что по своей конструкции (точнее, по конструкции своих лопастей, насос и турбина вращаются в противоположные стороны, и, если жидкости будет разрешено попасть обратно в насос, то это будет сильно замедлять двигатель. Вот почему гидротрансформатор имеет статор, который, благодаря своей конструкции, изменяет направление движения масла, и, таким образом, остаточная энергия, которая возвращается от турбины к насосу, идёт в дело - немного помогая двигателю раскручивать насос.
Важно отметить, что скорость вращения турбины никогда не будет равной скорости вращения насоса, а КПД в гидротрансформаторе даже близко не будет стоять к механическим шестерёнчатым механизмам, передающим крутящий момент. Именно поэтому у автомобиля с АКПП значительно более высокий расход топлива. Для борьбы с этим эффектом, большинство автомобилей имеет гидротрансформатор, снабжённый блокировочной муфтой. Когда требуется, чтобы две половинки гидротрансформатора (насос и турбина) вращались с одинаковой скоростью (это происходит, например, когда автомобиль движется на высокой скорости), блокировочная муфта блокирует их вместе намертво, что исключает проскальзывание насоса относительно турбины и, таким образом, повышает эффективность расхода топлива.
Транспортных средств с автоматической коробкой переключения передач с каждым годом становится всё больше. И, если у нас – в России и СНГ – «механика» всё ещё продолжает преобладать перед «автоматом», то на Западе автомобилей с АКПП сейчас уже подавляющее большинство. Это неудивительно, если принять во внимание неоспоримые достоинства автоматических коробок: упрощение управления автомобилем, стабильно плавные переходы с одной передачи на другую, защита двигателя от перегрузок и т.п. неблагоприятных режимов работы, повышение комфорта водителя во время езды. Что касается недостатков этого варианта трансмиссии, то современные АКПП по мере совершенствования постепенно от них избавляются, делают их несущественными. В данной публикации – об устройстве коробки-«автомата» и всех её плюсах/минусах в работе.
Автоматической коробкой передач называется такая разновидность трансмиссии, которая обеспечивает автоматический, без прямого воздействия водителя, выбор передаточного числа, более всего соответствующего актуальным условиям движения транспортного средства. Вариатор к АКПП не относится и выделяется в отдельный (бесступенчатый) класс трансмиссий. Потому как вариатор производит изменения передаточных чисел плавно, вообще без каких либо фиксированных ступеней-передач.
Идея автоматизировать переключение передач, избавив водителя от необходимости часто выжимать педаль сцепления и «работать» рычагом переключения скоростей, не нова. Она начала внедряться и оттачиваться ещё на заре автомобильной эпохи: в начале ХХ века. Причём нельзя назвать какого-либо определённого человека или фирму единственным создателем автоматической коробки передач: к появлению классической, получившей сейчас всеобщее распространение гидромеханической АКПП привели три изначально независимые линии разработок, которые в итоге объединились в единой конструкции.
Один из основных механизмов коробки-автомата – это планетарный ряд. Первая серийная автомашина, оснащённая планетарной коробкой передач, была выпущена ещё в 1908 году, и это был «Форд Т». Хотя в целом та коробка переключения передач ещё не была полностью автоматической (от водителя «Форда Т» требовалось нажимать две ножных педали, первая из которых переводила с низшей на высшую передачу, а вторая включала задний ход), она уже позволяла значительно упростить управление, по сравнению с обычными КПП тех лет, без синхронизаторов.
Второй важный момент в становлении технологии будущих АКПП – это перевод управления сцеплением с водителя на сервопривод, воплощённый в 30-х годах ХХ века фирмой «Дженерал Моторс». Эти коробки переключения передач назывались полуавтоматическими. Первой полностью автоматической КПП стала внедрённая в производство в 30-х годах ХХ века планетарная электромеханическая коробка «Коталь». Она устанавливалась на французские автомобили забытых ныне марок «Деляж» и «Делайе» (существовали до 1953 и 1954 г. соответственно).
Автомобиль «Деляж D8» – премиум-класс довоенной эпохи.
Другие автопромышленники в Европе также разрабатывали похожие системы фрикционов и тормозных лент. Вскоре подобные АКПП были реализованы в автомобилях ещё нескольких немецких и британских марок, известной и ныне здравствующей из которых является «Майбах».
Специалисты другой известной фирмы – американской «Крайслер» продвинулись далее других автопроизводителей, внедрив гидравлические элементы в конструкцию КПП, которые заменили сервоприводы и электромеханические элементы управления. Инженеры «Крайслера» разработали первые в истории гидротрансформатор и гидромуфту, которые имеются теперь в конструкции каждой автоматической коробки передач. А первая в истории гидромеханическая коробка-автомат, похожая по конструкции на современную, на серийных автомобилях была внедрена корпорацией «Дженерал Моторс».
Автоматические коробки передач тех лет были очень дорогими и технически сложными механизмами. К тому же, не всегда отличавшимися надёжной и долговечной работой. Они могли выигрышно выглядеть только в эпоху несинхронизированных механических коробок передач, управление автомобилем с которыми было достаточно тяжёлым трудом, требующим от водителя хорошо отработанного навыка. Когда широко распространились механические КПП с синхронизаторами, то по удобству и комфорту АКПП того уровня были ненамного лучше них. В то время как МКПП с синхронизаторами обладали гораздо меньшей сложностью и дороговизной.
В конце 1980/1990-х годах у всех крупных автопроизводителей происходила компьютеризация систем управления двигателем. Аналогичные им системы стали применять и для управления переключением скоростей. Если прежние решения использовали только гидравлику и механические клапаны, то теперь потоками жидкости стали управлять соленоиды, контролируемые компьютером. Это сделало переключения плавнее и комфортнее, улучшило экономичность и повысило эффективность работы трансмиссии.
Кроме того, на некоторых автомобилях были внедрены «спортивные» и другие дополнительные режимы работы, возможность вручную управлять коробкой передач («Tiptronic» и т.п. системы). Появились первые пяти- и более ступенчатые АКПП. Совершенствование расходных материалов позволило на многих коробках-автоматах отменить процедуру замены масла в процессе эксплуатации автомобиля, поскольку ресурс залитого в её картер на заводе масла стал сравнимым с ресурсом самой коробки передач.
Современная коробка-автомат, или «гидромеханическая трансмиссия», состоит из:
Гидротрансформатор нужен для передачи крутящего момента от силового агрегата к элементам автоматической трансмиссии. Располагается между коробкой и мотором, и, таким образом, выполняет функцию сцепления. Гидротрансформатор наполнен рабочей жидкостью, которая улавливает и передает энергию двигателя в масляный насос, находящейся непосредственно в коробке.
Состоит гидротрансформатор состоит из больших колёс с лопастями, погружёнными в специальное масло. Передача крутящего момента осуществляется не механическим устройством, а при помощи масляных потоков и их давления. Внутри гидротрансформатора расположены пара лопастных машин – центростремительная турбина и центробежный насос, а между ними – реактор, который ответственен за плавные и стабильные изменения крутящего момента на приводах к колёсам транспортного средства. Итак, гидротрансформатор не контактирует ни с водителем, ни со сцеплением (он «сам и есть» сцепление).
Насосное колесо соединяется с коленвалом двигателя, а турбинное, - с трансмиссией. При вращении насосного колеса отбрасываемые им потоки масла раскручивают турбинное колесо. Чтобы крутящий момент можно было изменять в широких диапазонах, между насосным и турбинным колёсами предусмотрено реакторное колесо. Которое, в зависимости от режима движения автомобиля, может быть либо неподвижным, либо вращаться. Когда реактор неподвижен, он увеличивает скорость потока рабочей жидкости, циркулирующей между колёсами. Чем выше скорость движения масла, тем большее воздействие оно оказывает на турбинное колесо. Таким образом, момент на турбинном колесе увеличивается, т.е. устройство его «трансформирует».
Но гидротрансформатор не может преобразовывать скорость вращения и передаваемый крутящий момент во всех требуемых пределах. Да и обеспечить движение задним ходом он тоже не в силу. Для расширения этих возможностей к нему и присоединяется набор из отдельных планетарных передач с разным передаточным коэффициентом. Как бы несколько одноступенчатых КПП, собранных в одном корпусе.
Планетарная передача представляет собой механическую систему, состоящую из нескольких шестерён-сателлитов, которые вращаются вокруг центральной шестерни. Сателлиты фиксируются вместе при помощи круга-водила. Внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни, как планеты вокруг Солнца (отсюда и название механизма – «планетарная передача»), внешняя шестерня вращается вокруг сателлитов. Различные передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга.
Тормозная лента, задний и передний фрикцион – напрямую производят переключения передач с одной на другую. Тормоз – это механизм, который производит блокировку элементов планетарного ряда на неподвижный корпус коробки-автомата. Фрикцион же блокирует подвижные элементы планетарного ряда между собой.
Системы управления автоматических КПП бывают 2-х типов: гидравлическими и электронными. Гидравлические системы используются на устаревших или бюджетных моделях, и постепенно выводятся из употребления. А все современные коробки-«автоматы» управляются электроникой.
Устройством «жизнеобеспечения» для любой системы управления можно назвать масляный насос. Его привод осуществляется непосредственно от коленчатого вала двигателя. Масляный насос создаёт и поддерживает в гидравлической системе постоянное давление, независимо от частоты вращения коленчатого вала и нагрузок на двигатель. В случае отклонения давления от номинального функционирование АКПП нарушается –ввиду того, что исполнительные механизмы включения передач управляются давлением.
Момент переключения передач определяется по скорости автомобиля и нагрузке на двигатель. Для этого в гидравлической системе управления предусмотрена пара датчиков: скоростной регулятор и клапан-дроссель, или модулятор. Скоростной регулятор давления или гидравлический датчик скорости устанавливается на выходном вале автоматической коробки.
Чем быстрее едет транспортное средство, тем больше открывается клапан, и тем больше становится давление проходящей через этот клапан трансмиссионной жидкости. Предназначенный для определения нагрузки на двигатель клапан-дроссель соединяется тросом либо с дроссельной заслонкой (если речь идёт о бензиновом двигателе), либо с рычагом топливного насоса высокого давления (в дизельном моторе).
В некоторых автомобилях для подачи давления на клапан-дроссель используется не трос, а вакуумный модулятор, который приводится в действие разряжением во впускном коллекторе (при увеличении нагрузки на двигатель разряжение падает). Таким образом, эти клапаны создают такие давления, которые будут пропорциональными скорости движения автомобиля и загруженности его двигателя. Соотношение этих давлений и позволяет определять моменты переключения передач и блокировки гидротрансформатора.
В «ловле момента» переключения передачи принимает участие и клапан выбора диапазона, который соединен с селекторным рычагом АКПП и, в зависимости от его положения, разрешает либо запрещает включение определенных передач. Результирующее давление, которое создают клапан-дроссель и скоростной регулятор, вызывает срабатывание соответствующего клапана переключения. Причём, если машина ускоряется быстро, то система управления включит повышенную передачу позже, чем при разгоне спокойно-равномерном.
Как это делается? Клапан переключения находится под давлением масла от скоростного регулятора давления с одной стороны, и от клапана-дросселя – с другой. Если машина ускоряется медленно, то давление от гидравлического клапана скорости идёт по нарастающей, что приводит к открытию клапана переключения. Поскольку педаль акселератора нажата не полностью, то клапан - дроссель не создает большого давления на клапан переключения. Если же машина разгоняется быстро, то клапан-дроссель создаёт бо́льшее давление на клапан переключения, и препятствует его открытию. Чтобы преодолеть это противодействие, давление от скоростного регулятора давления должно превзойти давление от клапана-дросселя. Но это произойдет при достижении автомобилем более высокой скорости, чем это происходит при медленном разгоне.
Каждый клапан переключения соответствует определенному уровню давления: чем быстрее движется автомобиль, тем более высшая передача включится. Блок клапанов представляет собой систему каналов с расположенными в них клапанами и плунжерами. Клапаны переключения подают гидравлическое давление на исполнительные механизмы: муфты фрикционов и тормозные ленты, посредством которых осуществляется блокировка различных элементов планетарного ряда и, следовательно, включение (выключение) различных передач.
Электронная система управления так же, как и гидравлическая, использует для работы 2 основных параметра. Это скорость движения автомобиля и нагрузку на его двигатель. Но для определения этих параметров используются уже не механические, а электронные датчики. Основными из них являются рабочие датчики: частоты вращения на входе коробки передач; частоты вращения на выходе коробки передач; температуры рабочей жидкости; положения рычага селектора; положения педали акселератора. Кроме того, блок управления коробки-«автомата» получает дополнительную информацию от блока управления двигателем, и от других электронных систем автомобиля (в частности, от ABS – антиблокировочной системы).
Это позволяет точнее, чем в обычной АКПП, определять моменты необходимости в переключениях или в блокировке гидротрансформатора. Электронная программа переключения передач по характеру изменения скорости при данной нагрузке на двигатель может легко и мгновенно вычислить силу сопротивления движению автомобиля и при необходимости подстроиться: ввести соответствующие поправки в алгоритм переключения. Например, попозже включать повышенные передачи на полностью загруженном транспортном средстве.
В остальном, АКПП с электронным управлением так же, как и обычные, «не отягощённые электроникой» гидромеханические коробки, используют гидравлику для включения муфт и тормозных лент. Однако у них каждый гидравлический контур управляется электромагнитным, а не гидравлическим клапаном.
Перед началом движения насосное колесо вращается, реакторное и турбинное остаются в неподвижном состоянии. Реакторное колесо закреплено на вале посредством обгонной муфты, в связи с чем может вращаться только в одну сторону. Когда водитель включает передачу, нажимает на педаль газа – обороты двигателя растут, насосное колесо набирает обороты и потоками масла раскручивает колесо турбинное.
Масло, отбрасываемое обратно турбинным колесом, попадает на неподвижные лопатки реактора, которые дополнительно «подкручивают» поток этой жидкости, увеличивая его кинетическую энергию, и направляют на лопасти насосного колеса. Таким образом, при помощи реактора возрастает крутящий момент, что и требуется транспортному средству, набирающему разгон. Когда автомобиль разогнался, и начал двигаться с постоянной скоростью, то насосное и турбинное колёса вращаются примерно с одинаковыми оборотами. Причём поток масла от турбинного колеса попадает на лопасти реактора уже с другой стороны, благодаря чему реактор начинает вращаться. Возрастания крутящего момента не происходит, и гидротрансформатор переходит в равномерный режим гидромуфты. Если же сопротивление движению автомобиля начало возрастать (к примеру, автомобиль начал ехать на подъём, в гору), то скорость вращения ведущих колёс, а, соответственно, и турбинного колеса, падает. В этом случае потоки масла снова затормаживают реактор – и крутящий момент возрастает. Таким образом, производится автоматическое регулирование крутящего момента, в зависимости от изменений в режиме движения транспортного средства.
Отсутствие жёсткой связи в гидротрансформаторе имеет как достоинства, так и недостатки. Плюсы состоят в том, что крутящий момент изменяется плавно и бесступенчато, демпфируются крутильные колебания и рывки, передаваемые от двигателя к трансмиссии. Минусы состоят, прежде всего, в невысоком КПД, поскольку часть полезной энергии попросту теряется при «перелопачивании» масляной жидкости и расходуется на привод насоса АКПП, что, в конечном итоге, приводит к увеличению расхода топлива.
Но для сглаживания данного недостатка в гидротрансформаторах современных АКПП применяется режим блокировки. При установившемся режиме движения на высших передачах автоматически включается механическая блокировка колёс гидротрансформатора, то есть он начинает выполнять функцию обычного классического механизма сцепления. При этом обеспечивается жёсткая непосредственная связь двигателя с ведущими колёсами, как в механической трансмиссии. На некоторых АКПП включение режима блокировки предусмотрено и на низших передачах тоже. Движение с блокировкой является наиболее экономичным режимом работы коробки-«автомата». А при повышении нагрузки на ведущих колесах блокировка автоматически выключается.
При работе гидротрансформатора происходит значительный нагрев рабочей жидкости, вот почему в конструкции автоматических коробок предусматривается система охлаждения с радиатором, который либо встраивается в радиатор двигателя, либо устанавливается отдельно.
Любая современная коробка-«автомат» имеет на рычге-селекторе кабины следующие обязательные положения:
А также может иметь некоторые дополнительные, вспомогательные или расширенные режимы. В частности:
Как уже отмечалось, весомыми преимуществами автоматических коробок передач, по сравнению с механическими, являются: простота и комфорт управления транспортным средством для водителя: сцепление выжимать не нужно, «работать» рычагом переключения передач – тоже. Особенно это актуально в поездках по городу, которые и составляют, в конечном итоге, львиную долю пробега автомобиля.
Переключения передач на «автомате» получаются более плавными и равномерными, что способствует защите двигателя и ведущих узлов автомобиля от перегрузок. Расходные части (к примеру, диск сцепления или тросик) отсутствуют, потому и вывести из строя АКПП, в этом смысле, сложнее. В целом, ресурс многих современных АКПП превышает ресурс механических коробок передач.
К недостаткам автоматических коробок передач относят более дорогую и сложную, чем у МКПП, конструкцию; сложность ремонта и его высокую стоимость, более низкий КПД, худшую динамику и повышенный, по сравнению с МКПП, расход топлива. Хотя, усовершенствованная электроника коробок-«автоматов» ХХI века справляется с правильным выбором крутящего момента уже не хуже опытного водителя. Современные автоматические коробки передач зачастую оборудованы дополнительными режимами, позволяющими подстраиваться под определённый стиль вождения –от спокойного до «резвого».
Серьезным недостатком автоматических коробок переключения передач называют невозможность максимально точного и безопасного переключения передач в экстремальных условиях – к примеру, на сложном обгоне; на выезде из сугроба или серьёзной грязи быстрым переключением задней и первой передачи («в раскачку»), при необходимости запуска двигателя «с толкача». Нужно признать, что АКПП идеально подходят, главным образом, для обычных поездок без внештатных ситуаций. В первую очередь – по городским дорогам. Не очень приспособлены коробки-«автоматы» и для «спортивного вождения» (динамика разгона немного отстаёт от «механики» в связке с «продвинутым» водителем», и для ралли по боздорожью (не всегда может идеально приспособиться к изменению условий движения).
Что касается расхода топлива, то у автоматической коробки он в любом случае будет бо́льшим, чем у механической. Однако если раньше этот показатель составлял 10-15%, то в современных автомобилях он снизился до малосущественных отметок.
В целом, применение электроники существенно расширило возможности автоматических коробок переключения передач. Они получили различные дополнительные режимы работы: такие, как – экономичный, спортивный, зимний.
Резкий рост распространённости коробок-«автоматов» был вызван появлением режима «Autostick», который позволяет водителю, при желании, самостоятельно выбирать нужную передачу. Каждый производитель дал такому типу автоматической коробки передач свое название: «Audi» –«Tiptronic», «BMW» – «Steptronic», и т.п.
Благодаря продвинутой электронике в современных АКПП стала доступной и возможность их «самосовершенствования». То есть, изменения алгоритма переключений в зависимости от конкретного стиля вождения «хозяина». Электроника предоставила расширенные возможности также и для самодиагностики АКПП. И речь идёт не только о запоминании кодов неисправностей. Программа управления, контролируя износ фрикционных дисков, температуру масла, оперативно вносит необходимые коррективы в работу автоматической коробки передач.
