Устройство и принцип действия АКПП — DRIVE2
• Автоматическая коробка передач имеет ряд неоспоримых достоинств. Она существенно упрощает управление автомобилем. Переключения производятся плавно, без рывков, что улучшает ездовой комфорт и увеличивает срок службы трансмиссии.
Современные АКПП имеют возможность ручного переключения передач и режимов работы, могут подстраиваться под стиль вождения конкретного водителя.
Но даже самые совершенные гидромеханические коробки не лишены недостатков.
К ним относятся: сложность конструкции, высокая цена и стоимость обслуживания, более низкий КПД, худшая динамика и повышенный расход топлива по сравнению с механической КПП, медлительность переключений.
— Устройство и принцип работы:
• Автоматическая коробка передач состоит из следующих основных узлов: гидротрансформатора, планетарного ряда, системы управления и контроля. Коробка переднеприводных автомобилей дополнительно содержит внутри корпуса главную передачу и дифференциал.Чтобы понять, как работает АКПП, необходимо представлять себе, что такое гидромуфта и планетарная передача.
Гидромуфта — устройство, состоящее из двух лопастных колес, установленных в одном корпусе, который заполнен специальным маслом. Одно из колес, называемое насосным, соединяется с коленвалом двигателя, а второе, турбинное, — с трансмиссией. При вращении насосного колеса отбрасываемые им потоки масла раскручивают турбинное колесо.
Обратите внимание
Такая конструкция позволяет передавать крутящий момент примерно в соотношении 1:1. Для автомобиля такой вариант не подходит, так как нам нужно, чтобы крутящий момент изменялся в широких пределах. Поэтому между насосным и турбинным колесами стали устанавливать еще одно колесо — реакторное, которое в зависимости от режима движения автомобиля может быть либо неподвижно, 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. мы его трансформируем.Поэтому устройство с тремя колесами это уже не гидромуфта, а гидротрансформатор.
Но и гидротрансформатор не может преобразовывать скорость вращения и передаваемый крутящий момент в нужных нам пределах. Да и обеспечить движение задним ходом ему не под силу. Поэтому к нему присоединяют набор из отдельных планетарных передач с разным передаточным коэффициентом — как бы несколько одноступенчатых КПП в одном корпусе.
Планетарная передача представляет собой механическую систему, состоящую из нескольких шестерён – сателлитов, вращающихся вокруг центральной шестерни. Сателлиты фиксируются вместе с помощью 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- планетарная передача), внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Различные передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга.
Переключение передач осуществляется системой управления, которая на ранних моделях была полностью гидравлической, а на современных на помощь гидравлике пришла электроника.
— Режимы работы гидротрансформатора:
• Перед началом движения насосное колесо вращается, реакторное и турбинное — неподвижны. Реакторное колесо закреплено на валу при помощи обгонной муфты, и поэтому может вращаться только в одну сторону. Включаем передачу, нажимаем педаль газа — обороты двигателя растут, насосное колесо набирает обороты и потоками масла раскручивает турбинное.
Масло, отбрасываемое обратно турбинным колесом, попадает на неподвижные лопатки реактора, которые дополнительно «подкручивают» поток масла, увеличивая его кинетическую энергию, и направляют на лопасти насосного колеса. Таким образом с помощью реактора увеличивается крутящий момент, что и требуется при разгоне автомобиля.
Когда автомобиль разогнался, и движется с постоянной скоростью, насосное и турбинное колеса вращаются примерно с одинаковыми оборотами. При этом поток масла от турбинного колеса попадает на лопасти реактора уже с другой стороны, благодаря чему реактор начинает вращаться.
Важно
Увеличения крутящего момента не происходит, гидротрансформатор переходит в режим гидромуфты. Если же сопротивление движению автомобиля возросло (например, автомобиль едет в гору), скорость вращения ведущих колес, а, соответственно, и турбинного колеса падает. В этом случае потоки масла опять останавливают реактор — крутящий момент возрастает.
Таким образом осуществляется автоматическое регулирование крутящего момента в зависимости от режима движения.Отсутствие жесткой связи в гидротрансформаторе имеет свои достоинства и недостатки. Плюсы: крутящий момент изменяется плавно и бесступенчато, демпфируются крутильные колебания и рывки, передаваемые от двигателя к трансмиссии.
Минусы — низкий КПД, так как часть энергии теряется при «перелопачивании масла» и расходуется на привод насоса АКПП, что, в конечном итоге, приводит к увеличению расхода топлива.Для устранения этого недостатка в гидротрансформаторе применяется режим блокировки.
При установившемся режиме движения на высших передачах автоматически включается механическая блокировка колес гидротрансформатора, то есть он начинает выполнять функцию обычного «сухого» сцепления. При этом обеспечивается жесткая непосредственная связь двигателя с ведущими колесами, как в механической трансмиссии.
На некоторых АКПП включение режима блокировки предусмотрено и на низших передачах. Движение с блокировкой является наиболее экономичным режимом работы АКПП. При повышении нагрузки на ведущих колесах блокировка автоматически выключается.
При работе гидротрансформатора происходит значительный нагрев рабочей жидкости, поэтому в конструкции АКПП предусматривается система охлаждения с радиатором, который или встраивается в радиатор двигателя, или устанавливается отдельно.
Как работает планетарная передача
Почему в АКПП в подавляющем большинстве случаев применяется планетарная передача, а не валы с шестернями, как в механической коробке? Планетарная передача более компактна, она обеспечивает более быстрое и плавное переключение скоростей без разрыва в передаче мощности двигателя.
Планетарные передачи отличаются долговечностью, так как нагрузка передается несколькими сателлитами, что снижает напряжения зубьев.В одинарной планетарной передаче крутящий момент передается с помощью каких-либо (в зависимости от выбранной передачи) двух ее элементов, из которых один является ведущим, второй — ведомым. Третий элемент при этом неподвижен.
Совет
Для получения прямой передачи необходимо зафиксировать между собой два любых элемента, которые будут играть роль ведомого звена, третий элемент при таком включении является ведущим. Общее передаточное отношение такого зацепления 1:1.
Таким образом, один планетарный механизм может обеспечить три передачи для движения вперед (понижающую, прямую и повышающую) и передачу заднего хода.Передаточные отношения одиночного планетарного ряда не дают возможности оптимально использовать крутящий момент двигателя. Поэтому необходимо соединение двух или трех таких механизмов.
Существует несколько вариантов соединения, каждое из которых носит название по имени своего изобретателя.Планетарный механизм Симпсона, состоящий из двух планетарных редукторов, часто называют двойным рядом. Обе группы сателлитов, каждая из которых вращается внутри своей коронной шестерни, объединены в единый механизм общей солнечной шестерней.
Планетарный ряд такой конструкции обеспечивает три ступени изменения передаточного отношения. Для получения четвертой, повышающей, передачи последовательно с рядом Симпсона установлен еще один планетарный ряд. Схема Симпсона нашла наибольшее применение в АКПП для заднеприводных автомобилей.
Высокая надежность и долговечность при относительной простоте конструкции — вот ее неоспоримые достоинства.Планетарный ряд Равинье иногда называют полуторным, подчеркивая этим особенности его конструкции: наличие одной коронной шестерни, двух солнечных и водила с двумя группами сателлитов.
Главным преимуществом схемы Равинье является то, что она позволяет получить четыре ступени изменения передаточного отношения редуктора. Отсутствие отдельного планетарного ряда повышающей передачи позволяет сделать редуктор коробки очень компактным, что особенно важно для трансмиссий переднеприводных автомобилей.
К недостаткам следует отнести уменьшение ресурса механизма приблизительно в полтора раза по сравнению с планетарным рядом Симпсона. Это связано стем, что шестерни передачи Равиньё нагружены постоянно, на всех режимах работы коробки, в то время как элементы ряда Симпсона не нагружены во время движения на повышенной передаче.
Второй недостаток — низкий КПД на пониженных передачах, приводящий к снижению разгонной динамики автомобиля и шумности работы коробки.Коробка передач Уилсона состоит из 3 планетарных редукторов. Коронная шестерня первого планетарного редуктора, водило второго редуктора, и коронная шестерня третьего постоянно соединены между собой, образуя единое целое.
Обратите внимание
Кроме того, второй и третий планетарные редукторы имеют общую солнечную шестерню, которая приводит в действие передачи переднего хода. Схема Уилсона обеспечивает 5 передач вперед и одну заднего хода.Планетарная передача Лепелетье объединяет в себе обыкновенный планетарный ряд и пристыкованный за ним планетарный ряд Равинье. Несмотря на простоту, такая коробка обеспечивает переключение 6 передач переднего хода и одну заднего. Преимуществом схемы Лепелетье является ее простая, компактная и имеющая небольшую массу конструкция.
Конструкторы постоянно совершенствуют АКПП, увеличивая количество передач, что улучшает плавность работы и экономичность автомобиля. Современные «автоматы» могут иметь до восьми передач.
— Как работает система управления:
• Системы управления АКПП бывают двух типов: гидравлические и электронные. Гидравлические системы используются на устаревших или бюджетных моделях, современные АКПП управляются электроникой.Устройством «жизнеобеспечения» для любой системы управления является масляный насос. Его привод осуществляется непосредственно от коленвала двигателя.
Масляный насос создает и поддерживает в гидравлической системе постоянное давление, независимо от частоты вращения коленвала и нагрузки 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 существуют два датчика: скоростной регулятор и клапан — дроссель или модулятор. Скоростной регулятор давления или гидравлический датчик скорости устанавливается на выходном валу АКПП.
Чем быстрее едет машина, тем больше открывается клапан, тем больше давление проходящей через этот клапан трансмиссионной жидкости. Предназначенный для определения нагрузки на двигатель клапан — дроссель соединяется тросом либо с дроссельной заслонкой (в бензиновых двигателях), либо с рычагом ТНВД (в дизелях).
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 формируют давления, пропорциональные скорости движения автомобиля и загруженности двигателя.
Соотношение этих давлений и позволяет определять моменты переключения передач и блокировки гидротрансформатора. В «принятии решения» о переключении передачи участвует и клапан выбора диапазона, который соединен с рычагом селектора АКПП и, в зависимости от его положения, запрещает включение определенных передач.
Результирующее давление, создаваемое клапаном — дросселем и скоростным регулятором, вызывает срабатывание соответствующего клапана переключения. Причем, если машина ускоряется быстро, то система управления включит повышенную передачу позже, чем при спокойном разгоне.
Как это происходит? Клапан переключения находится под давлением масла от скоростного регулятора давления с одной стороны и от клапана — дросселя с другой. Если машина ускоряется медленно, давление от гидравлического клапана скорости нарастает, что приводит к открытию клапана переключения.
Поскольку педаль акселератора нажата не полностью, клапан — дроссель не создает большое давление на клапан переключения. Если же машина ускоряется быстро, клапан — дроссель создает большее давление на клапан переключения, препятствуя его открытию.
Чтобы преодолеть это противодействие, давление от скоростного регулятора давления должно превысить давление от клапана — дросселя, но это произойдет при достижении автомобилем более высокой скорости, чем при медленном разгоне.Каждый клапан переключения соответствует определенному уровню давления: чем быстрее движется автомобиль, тем более высшая передача включится.
Важно
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.
Тормоз — это механизм, который осуществляет блокировку элементов планетарного ряда на неподвижный корпус АКПП. Фрикцион же блокирует подвижные элементы планетарного ряда между собой.Электронная система управления так же, как и гидравлическая, использует для работы два основных параметра: скорость движения автомобиля и нагрузку на двигатель.
Но для определения этих параметров используются не механические, а электронные датчики. Основными из них являются 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 АКПП получает дополнительную информацию от блока управления двигателем и других электронных систем автомобиля (например, от АБС). Это позволяет более точно, чем в обычной АКПП, определять моменты переключений и блокировки гидротрансформатора. Программа переключения передач по характеру изменения скорости при данной нагрузке на двигатель может легко вычислить силу сопротивления движению автомобиля и ввести соответствующие поправки в алгоритм переключения, например, попозже включать повышенные передачи на полностью загруженном автомобиле.АКПП с электронным управлением так же, как и простые гидромеханические коробки, используют гидравлику для включения муфт и тормозных лент, но каждый гидравлический контур управляется электромагнитным, а не гидравлическим клапаном.
Применение электроники существенно расширило возможности АКПП. Они получили различные режимы работы: экономичный, спортивный, зимний.
Резкий рост популярности «автоматов» был вызван появлением режима Autostick, который позволяет водителю самостоятельно выбирать нужную передачу. Каждый производитель дал такому типу коробки передач свое название: Audi — Tiptronic, BMW — Steptronic.
Благодаря электронике в современных АКПП стала доступна и возможность их «самообучения», т.е. изменение алгоритма переключений в зависимости от стиля вождения. Электроника предоставила широкие возможности для самодиагностики АКПП.
И речь идет не только о запоминании кодов неисправностей. Программа управления, контролируя износ фрикционных дисков, температуру масла, вносит необходимые коррективы в работу АКПП.
Как устроена коробка-автомат с гидротрансформатором — ДРАЙВ
Достоинство гидротрансформаторной трансмиссии заключается, конечно же, в удобстве управления тягой автомобиля. В упрёк таким трансмиссиям можно поставить медлительность, невысокий КПД и относительно небольшой ресурс. Хотя надо отдать им должное — современные коробки отличаются завидной «скорострельностью».
Не падайте в обморок, ничего сложного здесь нет. Сейчас всё растолкуем. Но сначала давайте определимся с терминологией. Дело в том, что многие по ошибке автоматической коробкой передач называют два агрегата, соединённых воедино: собственно саму коробку и гидротрансформатор.
Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин — центробежного насоса и центростремительной турбины. Между ними расположен направляющий аппарат — реактор. Насосное колесо жёстко связано с коленчатым валом двигателя, турбинное — с валом коробки передач. Реактор же, в зависимости от режима работы, может свободно вращаться, а может быть заблокирован при помощи обгонной муфты.
Полезная энергия в гидротрансформаторной трансмиссии расходуется на перелопачивание (и нагрев) масла гидротрансформатором. Также немало энергии «жрёт» насос, который создаёт рабочее давление в управляющих магистралях. Отсюда более низкий КПД. Именно по этой причине механические роботизированные коробки и вариаторы более предпочтительны.
Гидротрансформатор является идеальным демпфером крутильных колебаний и способен гасить сильные толчки, которые передаются от двигателя на трансмиссию и наоборот. Это, кстати, очень благоприятно сказывается на ресурсе двигателя, трансмиссии и ходовой части. Но хлопот гидротрансформатор тоже может принести массу. Например, он не позволяет завести автомобиль с «толкача».
Передача крутящего момента от двигателя к коробке передач осуществляется потоками рабочей жидкости (масла), которая отбрасывается лопатками насосного колеса на лопасти колеса турбинного.
Между насосным колесом и турбиной обеспечены минимальные зазоры, а их лопастям придана специальная геометрия, которая формирует непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости. Так что получается, что жёсткая связь между двигателем и трансмиссией отсутствует.
Совет
Это обеспечивает работу двигателя и остановку автомобиля с включённой передачей, а также способствует плавности передачи тягового усилия.
Схема устройства гидротрансформатора
Масло в гидротрансформаторе двигается по такой вот замысловатой траектории. Чтобы увеличить скорость и повысить крутящий момент на турбинном колесе, реактор блокируется. Правда, при этом КПД передачи несколько снижается.
Надо сказать, что по описанной выше схеме работает гидромуфта, которая просто передаёт крутящий момент, не трансформируя его величину. Чтобы изменять момент, в конструкцию гидротрансформатора введён реактор.
Это такое же колесо с лопатками, но оно, имея связь с картером (корпусом) коробки передач, не вращается (заметим, до определённого момента). Лопатки реактора расположены на пути, по которому масло возвращается из турбины в насос, и они имеют особый профиль.
Когда реактор неподвижен (гидротрансформаторный режим), он увеличивает скорость потока рабочей жидкости, циркулирующей между колёсами. Чем выше скорость движения масла, тем выше его кинетическая энергия, тем она большее оказывает воздействие на турбинное колесо.
Благодаря этому эффекту момент, развиваемый на валу турбинного колеса, удаётся значительно поднять.
Гидротрансформатор ZF и многодисковое сцепление Sachs, блокирующее насосное и турбинное колёса.
Представьте себе стандартную ситуацию — передача в коробке уже включена, а мы стоим на месте и жмём себе на педаль тормоза! Что происходит в этом случае? Турбинное колесо находится в неподвижном состоянии, а момент на нём в полтора-два раза выше (в зависимости от конструкции) того, что развивает двигатель на этих оборотах. Кстати, момент на выходном валу гидротрансформатора будет тем больше, чем будут выше обороты двигателя. Стоит отпустить педаль тормоза, и автомобиль тронется. Разгон будет продолжаться до тех пор, пока момент на колёсах не сравняется с моментом сопротивления движению машины.
Алюминиевый селектор управления автоматической трансмиссией BMW X5.
Обратите внимание
Когда турбинное колесо приближается по оборотам к скорости вращения насосного колеса, реакторное колесо освобождается и начинает вращаться вместе с двумя «напарниками». В этом случае говорят, что гидротрансформатор перешёл в режим гидромуфты. Так снижаются потери, и увеличивается КПД гидротрансформатора.
А поскольку в некоторых случаях надобность в преобразовании крутящего момента и скорости отпадает, в определённые моменты гидротрансформатор и вовсе может быть заблокирован при помощи фрикционного сцепления. Этот режим помогает довести КПД передачи практически до единицы, проскальзывание между лопаточными колёсами в этом случае исключено по определению.
Но представьте себе такую ситуацию. Вы едете по прямой с постоянной скоростью и вдруг начинаете подниматься в горку. Скорость автомобиля начнёт падать, а нагрузка на ведущие колёса увеличится. На это изменение тут же отреагирует гидротрансформатор.
Как только станет уменьшаться частота вращения турбины, реакторное колесо начнёт автоматически затормаживаться, в результате скорость циркуляции рабочей жидкости возрастёт, что автоматически приведёт к увеличению крутящего момента, который будет передаваться на вал от турбинного колеса (читай на колёса).
В некоторых случаях увеличившегося момента хватит для того, чтобы преодолеть подъём без перехода на низшую передачу.
Поскольку гидротрансформатор не может преобразовывать скорость вращения и передаваемый крутящий момент в широких пределах, к нему присоединяют многоступенчатую коробку передач, которая, вдобавок ко всему, способна обеспечить и реверсивное вращение (иными словами — задний ход). Те коробки, которые работают в паре с гидротрансформаторами, обычно включают в себя ряд планетарных передач и имеют много общего с привычными нам «ручными» коробками.
Когда передача работает в режиме повышения частоты, двигатель вращает водило. Выходной вал передачи при этом соединён с солнечной шестернёй, в это время кольцевая шестерня зафиксирована.
Если кольцевую шестерню отпустить и в это время при помощи фрикциона её зафиксировать относительно водила, передача получится прямой.
Передача получается понижающей в том случае, когда движок приводит в действие солнечную шестерню, и при этом водило зафиксировано. Мощность при этом снимается с кольцевой шестерни.
В механической коробке шестерни находятся в постоянном зацеплении, при этом ведомые — свободно вращаются на вторичном валу. Включая какую-либо передачу, мы механически блокируем соответствующую шестерню на ведомом валу.
Работа автоматической коробки передач построена на таком же принципе. Но планетарные передачи (или редукторы) имеют некоторые интересные особенности.
Важно
Они включают в себя несколько элементов: водило, сателлиты, солнечную и кольцевую шестерни.
Приводя во вращение одни элементы и фиксируя другие, такие редукторы позволяют менять передаточные отношения, то есть скорость вращения и передаваемое через планетарную передачу усилие.
Приводятся планетарные передачи от выходного вала гидротрансформатора, а их соответствующие элементы фиксируются при помощи фрикционных лент или фрикционных пакетов (в механической коробке эту роль играют синхронизаторы и блокирующие муфты).
Планетарные передачи. Водило (1), сателлиты (2), шлицы солнечной шестерни (3).
Включается передача следующим образом. На фрикцион давит гидравлический толкатель, который в свою очередь приводится в действие давлением рабочей жидкости, той самой, что используется в гидротрансформаторе.
Давление это создаётся специальным насосом, а распределяется оно между соответствующими фрикционами передач под неусыпным контролем электроники при помощи специальной системы электромагнитных клапанов — соленоидов в соответствии с алгоритмом работы коробки.
Пакеты фрикционов состоят из нескольких колец — неподвижных и подвижных. Они свободно вращаются друг относительно друга до тех пор, пока не возникнет необходимость включить передачу.
Гидравлический толкатель зажмёт фрикционы тогда, когда в соответствующей магистрали будет создано рабочее давление.
Подвижные элементы фрикциона, жёстко связанные, например, с водилом планетарной передачи, будут застопорены, водило остановится, передача включится.
Совет
Существенное отличие АКПП от обычных механических коробок заключается в том, что передачи в них переключаются практически без разрыва потока мощности. Одна выключилась, другая почти в тот же момент включилась. Сильные рывки при переключениях практически исключены, поскольку их гасит уже упомянутый выше гидротрансформатор.
Хотя, надо отметить, современные коробки со спортивной настройкой не могут похвастать плавной работой. Толчки при их работе обусловлены более быстрой сменой передач: такой расклад позволяет отыграть некоторое количество времени при разгоне, но приводит к ускоренному износу фрикционов.
На трансмиссии и ходовой части в целом это тоже сказывается не лучшим образом.
Автоматическая трансмиссия Audi Q7
В автоматических трансмиссиях первого поколения системы управления были целиком гидравлическими. В дальнейшем гидравлику оставили только в качестве исполнительной части системы управления, задавать же алгоритм работы стала электроника. Благодаря ей возможно реализовывать различные алгоритмы работы коробки — режим резкого ускорения, спортивный, экономичный, зимний…
Одна из последних разработок компании ZF — восьмиступенчатая гидромеханическая коробка передач.
Как сообщают сами создатели, коробка позволяет экономить до 6% топлива по сравнению с аналогичными шестиступенчатым «автоматом» и 14% по сравнению с пятиступенчатым.
Всё логично, большое количество передач позволяет увеличить время, при котором двигатель работает в наиболее «эффективном» режиме и удельный расход топлива минимален. Теряется время на лишние переключения? Совсем немного.
В спортивном режиме, например, тяга двигателя используется на все сто процентов. Включение каждой последующей передачи происходит при частотах коленчатого вала, близких к частотам, на которых развивается максимальный крутящий момент.
При дальнейшем ускорении частота вращения коленчатого вала доводится до максимальных значений, при которых двигатель развивает максимальную мощность. И так далее.
Обратите внимание
Автомобиль в этом случае развивает значительно большие ускорения по сравнению с теми, что осуществляются при работе «экономичной» или «нормальной» программ.
Управляющие клапаны гидравлического блока управления.
На большинстве современных автомобилей с автоматической трансмиссией те или иные алгоритмы управления активизируются в зависимости от манеры вождения. Электроника адаптирует работу тандема двигатель-трансмиссия самостоятельно.
Компьютер, анализируя информацию от многочисленных датчиков, принимает решение о переключении передач в те или иные моменты, в зависимости от требуемого характера переключений.
Если манера движения размеренная и плавная, контроллер делает соответствующие поправки, при которых двигатель не выводится на мощностные режимы работы, что положительно сказывается на расходе топлива.
Как только водитель «занервничал» и начал чаще и резче нажимать на педаль газа, искусственный интеллект тут же понимает, что ускорения и разгоны нужно производить резвее, и силовой агрегат сразу же начнёт работать по «спортивной» программе. Если же водитель станет педалировать плавно, «умная» электроника переведёт коробку и двигатель в штатный режим работы.
Шестиступенчатая трансмиссия полноприводной Audi A8
Всё большее количество автомобилей оснащается коробками, в которых наряду с автоматическим предусмотрен и полуавтоматический режим управления. Здесь команды на переключение передач даёт водитель, а сами переключения обеспечивает система управления.
Но это совсем не означает, что электроника позволит вам сильно разгуляться. Часто скорость перехода с одной передачи на другую в этом режиме увеличивают, но многие производители, заботясь о ресурсе силового агрегата, время переключений оставляют таким же, как в автоматическом режиме.
Машиностроители называют эти системы по-разному — Autostick, Steptronic, Tiptronic.
Важно
Американцы любят устанавливать селектор автоматической трансмиссии на рулевую колонку. Европейцы и японцы ставят их на центральный тоннель.
Кстати, с недавних пор некоторые АКПП можно тюнинговать. А возможно это стало благодаря перепрограммированию блоков управления двигателем и коробки. В угоду скорости разгона в программе управления АКПП меняют моменты перехода с передачи на передачу и существенно сокращают время переключений.
На новом Mitsubishi Lancer управлять коробкой в ручном режиме можно и при помощи селектора, и посредством удобных магниевых подрулевых переключателей.
Электроника из года в год становится всё умнее. Компьютеры научили анализировать степень износа фрикционов и генерировать соответствующее давление, необходимое для включения каждой муфты.
Регистрируя давление, можно прогнозировать степень износа фрикционных дисков, а следовательно, и коробки в целом.
Блок управления постоянно контролирует исправность системы, записывая в свою память коды неисправностей тех элементов, в которых происходили сбои в процессе работы.
Четырёхступенчатая коробка и гидротрансформатор Hydra-Matic 2002 4T65-E (M76) концерна GM в составе силового агрегата устанавливаются на автомобиле поперечно.
В некоторых форс-мажорных случаях блок управления начинает работать по обходной программе. Обычно в аварийном режиме в коробке передач запрещаются все переключения, и включается какая-либо одна передача, как правило, — вторая или третья.
Совет
Эксплуатировать, в этом случае автомобиль не рекомендуется (да и не получится), но доехать своим ходом до мастерской программа поможет.
Все типы коробок способны доставлять радость владельцам автомобилей своей службой при пробеге в 200 тысяч километров с лишним.
Но есть одно «но» — безотказная работа возможна при правильной эксплуатации и регулярном квалифицированном ТО.
Режимы автоматической трансмиссии
«P» — parking. В этом режиме все передачи выключены, выходной вал КПП и «ветка» трансмиссии, связанная с ведущими колёсами, заторможены блокирующим механизмом коробки.
При работающем двигателе ограничитель частоты вращения коленчатого вала срабатывает гораздо раньше, чем при разгоне. Такая «защита от дурака» не позволяет «перекручивать» мотор и без толку перелопачивать трансмиссионную жидкость.
«R» — reverse, по-русски — задний ход.
«N» — нейтраль. В этом режиме двигатель и ведущие колёса не связаны. Автомобиль может двигаться накатом, его можно также буксировать без вывешивания ведущей оси.
Режим «D» или «Drive» разрешает движение. В этом режиме смена передач осуществляется автоматически.
«S», «Sport», «PWR», «Power» или «Shift» — спортивный режим. Самый динамичный и самый расточительный. При разгонах двигатель «загоняется» в режим максимальной мощности.
Скорость перехода с одной передачи на другую (в зависимости от конструкции и программы) может быть увеличена.
Двигатель в этом случае всегда находится в тонусе, как правило, работая на оборотах, которые не ниже тех, на которых развивается максимальный крутящий момент. Забудьте об экономичности.
«Kick-down» — режим, в котором осуществляется переход на пониженную передачу для осуществления интенсивного ускорения, например, при обгоне.
Резкий подхват происходит за счёт того что двигатель выводится в режим максимальной отдачи, и за счёт большего передаточного отношения понижающей передачи. Чтобы трансмиссия перешла в этот режим, по педали газа нужно хорошенько топнуть.
В трансмиссиях более старшего поколения для срабатывания «кикдауна» нужно было обязательно нажать педаль газа, что называется, «в пол» до характерного щелчка.
При работе в режиме «Overdrive» или «O/D» повышающая передача будет включаться чаще, переводя двигатель на пониженные обороты. «Овердрайв» обеспечивает экономичное передвижение, но его активация может привести к существенной потере в динамике.
«Norm» реализует наиболее сбалансированный режим движения. Переключения на повышающие передачи, как правило, происходят по достижении средних оборотов и на оборотах несколько выше средних.
Обратите внимание
Если поставить селектор напротив «1» (L, Low), «2» или «3», ваша коробка не будет переходить выше выбранной передачи.
Режимы востребованы в тяжёлых дорожных условиях, например, при движении по горным дорогам, при буксировке прицепа или другого автомобиля.
В этом случае двигатель может работать в области средних и высоких нагрузок без перехода на повышающую передачу.
«W», «Winter», «Snow» — так называемый «зимний» режим работы АКПП. В целях предотвращения пробуксовки ведущих колёс трогание с места осуществляется со второй передачи.
Дабы не спровоцировать лишние проскальзывания, переход с одной передачи на другую в этом случае тоже может осуществляться более мягко и при более низких оборотах.
Разгон при этом может быть не слишком динамичным.
Наличие значков «+» и «-» определяет совсем не полюсность, а возможность ручного переключения передач.
Разные производители «перемешивать» передачи позволяют по-разному: селектором управления АКПП, кнопками на руле или подрулевыми переключателями… В этом режиме электроника не позволит перейти на те передачи, которые, по её мнению, неуместны в данный момент.
При работе со знаками «сложения» и «вычитания» скорость смены ступеней не будет выше той, что определена программой в режиме «Sport». Достоинство ручного режима — возможность действовать на опережение.
Автоматическая коробка передач: принцип работы, как пользоваться :
На данный момент в автомобильном мире существует несколько типов трансмиссий. Но наиболее популярные всего две. Это автомат и механика. Последняя появилась раньше, но сейчас ее постепенно вытесняет АКПП.
Автоматом гораздо удобнее пользоваться, а в плане надежности эта коробка ничуть не хуже. Сегодня мы уделим отдельное внимание этому типу трансмиссий.
Устройство, принцип работы автоматической коробки передач и многое другое – далее в нашей статье.
Характеристика
Итак, что собой являет АКПП? Это устройство, служащее для изменения крутящего момента, что подается от двигателя на ведущие колеса автомобиля. АКПП также именуется гидромеханической коробкой передач.
На какие марки сегодня устанавливается данная трансмиссия? На данный момент практически каждый автопроизводитель практикует установку АКПП. Вот, на какие марки устанавливается автоматическая коробка передач:
- «Тойота».
- «Ауди».
- «БМВ».
- «Ниссан».
- «Фольксваген».
- «Шкода».
- «Рено».
- «Ситроен».
- «Пежо».
- «Мерседес».
- «Шевроле» и многие другие.
При этом данный механизм имеет примерно одинаковое устройство и принцип работы. Так, данный узел состоит из:
- Гидротрансформатора.
- Планетарного ряда (механической коробки передач).
- Системы управления.
Если говорить о переднеприводных машинах с автоматической коробкой передач, в устройство узла также входит:
- Дифференциал.
- Главная передача.
Эти элементы находятся непосредственно в коробке, а не являются отдельными узлами, как на заднеприводных машинах. Итак, давайте же детальнее рассмотрим устройство АКПП.
Гидротрансформатор
Данный элемент служит для изменения и передачи крутящего момента от маховика ДВС к механической коробке передач. Кроме того, гидротрансформатор позволяет снизить вибрации, что возникают при старте движения и при переключении скоростей. В конструкцию ГДФ входит:
- Реакторное колесо.
- Турбинное.
- Муфта свободного хода.
- Блокировочная муфта.
В гидротрансформаторе есть лопасти определенной формы. Между ними расположены каналы для циркуляции АТФ-жидкости. Что касается последнего элемента в списке, он служит для блокировки ГТФ в определенных режимах автомобиля. А муфта свободного хода позволяет вращать реакторное колесо в иную сторону. Все элементы ГТФ заключены в единый корпус. Внутри него постоянно находится АТФ-жидкость.
Принцип работы
Действует гидротрансформатор по замкнутому циклу. Так, поток АТФ-жидкости передается сперва на турбинное, а затем на реакторное колесо. Поскольку оба имеют лопасти определенной формы, скорость потока возрастает.
Жидкость направляется в насосное колесо и увеличивает его обороты. Таким образом, возрастает и крутящий момент.
Наиболее высокие значения момента достигаются обычно на минимальной скорости (то бишь когда включена первая передача).
С ростом оборотов двигателя скорость вращения обеих колес выравнивается. При этом включает в действие блокировочная муфта. В таком случае мощность передается напрямую к механической коробке передач. Блокировка гидротрансформатора происходит на каждой из передач, когда выравнивается скорость вращения турбинных и реакторных колес.
Отметим, что в некоторых автоматических коробках передач принцип блокировки несколько иной. Так, в АКПП есть режим с проскальзывающей муфтой. Он позволяет предотвратить полную блокировку. Где этот режим используется? Это необходимо в условиях разгона и высоких нагрузок. Также этот режим позволяет снизить расход топлива и с ним осуществляется более плавное переключение скоростей.
Планетарный ряд
Это и есть та самая механическая коробка, находящаяся в составе АКПП. Для чего служит этот узел? Он позволяет изменить передаточное число, тем самым корректируя величину крутящего момента и скорость движения автомобиля. Механическая КПП состоит их двух планетарных редукторов.
Они соединены между собой последовательно. Это необходимо для их совместной работы и обеспечения нужно числа ступеней. Ранее на автомобилях практиковались только четырехскоростные АКПП.
Сейчас же число ступеней увеличилось до шести (а некоторые производители практикуют и девятискоростные коробки).
Каждая планетарная передача состоит из:
- Коронной шестерни.
- Водила.
- Солнечной шестерни.
- Сателлитов.
Передача момента вращения возможна только при условии блокировки одного или двух вышеперечисленных элементов планетарного ряда. Так, благодаря неподвижной солнечной шестерни уменьшается передаточное отношение. А при блокировке коронной оно, наоборот, увеличивается. Саму блокировку осуществляют фрикционы и тормоза.
Последние позволяют удержать определенные части редуктора АКПП благодаря соединению с корпусом трансмиссии. Тормоза могут быть ленточного типа либо многодисковыми. Они вместе с муфтой замыкаются посредством гидравлических цилиндров.
Также в устройстве АКПП имеется муфта, что удерживает водило и не позволяет ему вращаться в иную сторону.
Таким образом, принцип работы автоматической коробки передач основывается на определенном алгоритме выключения и включения разных муфт и тормозов.
Система управления автоматической трансмиссии
Большинство современных коробок имеют электронную систему управления. Она включает в себя:
- Электронный блок управления.
- Входные датчики.
- Рычаг селектора.
- Распределительный модуль.
Также в системе АКПП задействуется ряд дополнительных датчиков:
- Температуры АТФ-жидкости.
- Частоты вращения на входе и выходе коробки.
- Положения педали газа и селектора АКПП.
ЭБУ АКПП обрабатывает входящие сигналы от датчиков и далее задействует исполнительные устройства. Стоит сказать, что электронный блок коробки тесно взаимодействует с ЭБУ ДВС.
Гидроблок
Распределительный модуль также называется гидравлическим блоком. Данный узел управляет потоками масла и обеспечивает срабатывание тормозов с муфтами. Гидроблок состоит из:
- Электромагнитных клапанов (соленоидов).
- золотников-распределителей. Они имеют механический привод и помещены в алюминиевый корпус.
Соленоиды служат для переключения скоростей в АКПП посредством изменения давления жидкости. Для этого в их устройстве есть двухпозиционные клапаны. Действуют данные элементы на основании сигналов от электронного блока управления. Что касается золотников, они служат для выбора режимов работы коробки. Управляет ими сам селектор автоматической коробки передач.
Насос, охлаждение
Чтобы рабочая жидкость циркулировала в системе под давлением, в устройстве АКПП есть насос шестеренного типа с внутренним зацеплением. На некоторых коробках используется лопастной элемент. Но вне зависимости от типа, насос приводится в действие от ступицы ГТФ.
Во время работы АКПП жидкость существенно нагревается. Ввиду этого в конструкции коробки предусмотрена охлаждающая система. Она предполагает наличие специального теплообменника, который включен в систему охлаждения ДВС. В некоторых случаях используется отдельный радиатор для АТФ-жидкости, вынесенный в переднюю часть автомобиля.
Преимущества АКПП
Рассмотрим основные плюсы данной трансмиссии. Почему она стала так популярна? В первую очередь АКПП актуальна своей простотой использования. Так, этой коробкой гораздо проще научиться управлять (как именно водить автомобиль с автоматической коробкой передач, рассмотрим немного позже).
Водитель может полностью сконцентрировать свое внимание на дорожной обстановке, не думая о сцеплении и о том, какую скорость нужно включить. Все происходит в автоматическом режиме. Особенно удобно использовать автомобиль с автоматической коробкой передач в крупных городах, где возможны частые пробки.
Водитель намного меньше устает, так как нет необходимости «играть» сцеплением.
Следующий плюс АКПП заключается в плавности хода. Такая коробка работает мягче, чем механика. Начало движения осуществляется без рывков. Также на многих трансмиссиях есть различные вспомогательные режимы и дополнительные функции. Стоит отметить зимний, а также спортивный режим. На некоторых авто есть режим движения по грязи и другим покрытиям. Коробка сама адаптируется к заданным условиям.
Недостатки АКПП
Но есть и обратная сторона медали. В первую очередь стоит отметить дорогостоящее обслуживание. Взять хотя бы цену АТФ-жидкости. Один литр ее стоит от тысячи рублей, в то время как для механики масло обойдется в 3-5 раз дешевле. Также нужно отметить дорогой ремонт. АКПП устроена сложнее, нежели механика. А потому стоимость ремонта всегда будет в 2 раза выше.
Следующий минус касается ограничений при эксплуатации. Так, автомобиль с автоматической коробкой передач нельзя буксировать на тросе или еще каким-либо образом. Это ведет к поломкам в АКПП. В случае если машина сломалась в пути, нужно вызывать только эвакуатор.
Есть еще один минус. Это расход топлива. Особенно это касается старых четырехдиапазонных АКПП. Они сейчас практически не используются, но на «Логанах» и других бюджетных авто их еще встретить можно.
Важно
Так, один и тот же двигатель на автомате будет расходовать на 10-15 процентов больше топлива, нежели с механикой. Современные шестискоростные коробки имеют меньшую разницу в расходе. Однако владельцы четырехскоростных АКПП долго привыкают к расходу.
Нередки случаи, когда 1,6-литровый «Логан» на таком автомате тратил в городе до 14 литров бензина. С механикой в тех же условиях машина потребляет не больше десяти.
И пожалуй, один из основных недостатков – это динамика разгона. Именно по этой причине многие отказываются от АКПП в пользу механики.
Так, машина с автоматом всегда будет на полсекунды медленнее, нежели с тем же двигателем, но на механике (имеется в виду разгон до ста километров в час).
Да, на некоторых коробках есть возможность ручного переключения, а также спортивный режим. Но если говорить о машинах В-класса, все равно это не сильно приближает скорость разгона к МКПП.
Обслуживание и ремонт автоматической коробки передач
Стоит отметить, что каждая АКПП вне зависимости от года выпуска и числа ступеней, нуждается в периодическом обслуживании. Данная операция предполагает замену масла.
В автоматической коробке передач оно подвергается более высоким нагрузкам, поскольку циркулирует в системе под давлением и позволяет передавать крутящий момент. регламенты у каждого производителя разные.
Однако в среднем замена масла должна осуществляться каждые 60-70 тысяч километров.
Каким способом можно осуществить замену? Всего есть два метода:
- Частичная. В данном случае масло меняется не полностью. Так, сперва из сливного отверстия выливается старая жидкость. Обычно ее объем составляет не более 50 процентов от заправочного. После этого через щуп в коробку заливается новое масло. Его объем должен быть идентичным тому, который был слит ранее. Плюс данного метода в том, что его можно осуществить своими руками. Для этого нужна лишь яма и трубка-удлинитель. Но недостаток тоже есть. Ввиду того, что масло сливается не полностью, замену нужно производить вдвое чаще. Таким образом, в случае частичной замены коробка требует внимания не каждые 60, а 30 тысяч километров пробега.
- Полная. В данном случае задействуется специальное вакуумное оборудование. Насос выкачивает из системы весь объем масла, параллельно загоняя новое. Это более правильный метод замены, но в нем есть пара минусов. Так, данный способ невозможно применить своими руками. К тому же стоимость такой замены будет в несколько раз выше. Ведь помимо расходов на работу мастера, потребуется закупить больше АТФ-жидкости. Обычно при заправочном объеме в 8 литров для замены требуется около 12 л.
Теперь о ремонте. Наиболее безобидной операцией считается замена сальников и прокладок. Как правило, об износе уплотнительных элементов свидетельствует течь масла на корпусе коробки. Одна из наиболее частых операций – это замена прокладки поддона автоматической коробки передач.
Есть и более серьезные методы ремонта. Так, со временем может загрязняться гидроблок. Обычно это грязь от пакетов фрикционов. В результате золотники перестают нормально функционировать, и коробка начинает пинаться. Технология ремонта заключается в разборке гидроблока и замене вышедших из строя золотников. В некоторых случаях помогает лишь чистка гидроплиты.
Ремонт может потребоваться и в случае неисправности соленоидов. Причина их выхода из строя банальна. Это мелкие отложения в масле, которые каким-либо образом попали из фильтра на клапаны. В итоге последние начинают заедать и неправильно работать. Ремонт заключается в замене бронзовых втулок и колец соленоидов.
Совет
Если вовремя не устранить данную проблему, возрастет зазор между кольцом и корпусом вала. Из-за этого в щель будет сочиться масло. А так как давление в блоке упадет, насос вынужден более интенсивно качать масло (чтобы сжать фрикционы). Это происходит до тех пор, пока насос АКПП полностью не выдохнется. Характерным признаком изношенного насоса является повышенный гул и вой при работе АКПП.
Также выйти из строя может электронный блок управления коробки. Из-за этого электроника не может подавать правильно сигналы на исполнительные устройства.
Коробка не в состоянии переключить передачу при высоких оборотах либо переключения осуществляются с рывками. Также коробка может вставать в аварийный режим.
Ремонт АКПП в данном случае заключается в замене блока либо восстановлении шлейфов в случае их повреждения.
Что касается стоимости ремонта трансмиссии, цена зависит во многом от характера поломки. Но зачастую цена составляет от 30 до 90 тысяч рублей.
О замене акпп
Когда целесообразна замена автоматической коробки передач? Данная операция может потребоваться в случае выхода из строя крупных элементов. Это может быть планетарный ряд.
Также замена автоматической коробки передач актуальна в случае, если из строя вышли сразу несколько систем. Ремонт в таком случае будет дорогостоящим, а покупка целой коробки на разборке – дешевле.
Но как правило, к подобным действиям прибегают в случае высокого пробега коробки (300 и более тысяч километров).
Как пользоваться автоматической коробкой передач?
АКПП имеет отличия не только в принципе работы, но и в использовании. Итак, рассмотрим вождение автомобиля с автоматической коробкой передач. Для начала нам нужно завести машину. Селектор КПП при этом должен быть в положении «Паркинг». Далее выжимаем педаль тормоза (правой ногой) и включаем нужный нам режим. Напомним, что их всего несколько:
- «Паркинг».
- «Реверс» (задняя передача).
- «Нейтраль»
- «Драйв» (движение вперед).
Для начала движения следует перевести селектор КПП в положение «Драйв». После этого переводим ногу на педаль акселератора. Не забываем снять машину предварительно с ручника, если она была до этого на него установлена.
Вождение с автоматической коробкой передач имеет свои нюансы. Так, новички задаются вопросом о том, нужно ли переводить селектор в режим «нейтраль», когда машина стоит (например, в пробке или на светофоре). Специалисты дают следующий ответ.
Переводить селектор АКПП в нейтральный режим стоит только тогда, когда автомобиль стоит очень долго (более минуты), и держать ногу постоянно на тормозе уже проблематично. Если же остановка короткая, не стоит переключаться на нейтральный режим.
Обратите внимание
Ведь в данном случае коробка существенно нагружается: размыкаются фрикционные пакеты, расцепляются валы и закрываются соленоиды. И при переводе в режим «драйв» весь этот процесс повторяется.
Таким образом, переключение автоматической коробки передач в нейтральный режим стоит делать только в случае длительного простоя. Иначе трансмиссия терпит существенные нагрузки.
Стоит знать, что принцип работы автоматической коробки передач, в отличие от механики, иной, и здесь не получится просто так сбросить рычаг в «нейтралку». Особенно это не стоит делать на ходу, пытаясь двигаться накатом. Это может повлечь необратимые последствия.
Как результат – пинки коробки и пробуксовка фрикционов. Да, происходит это не сразу. Но если постоянно так эксплуатировать трансмиссию, вскоре можно попасть на дорогостоящий ее ремонт.
Есть масса случаев, когда одна и та же коробка проезжала у одних владельцев 100 тысяч километров, а у других – 300 без ремонта. Причина столь высокого ресурса банальна. Это правильная эксплуатация трансмиссии и своевременное ее обслуживание.
Заключение
Итак, мы выяснили, что собой представляет АКПП и как ею пользоваться. Как бы ни ругали эту трансмиссию, машины с автоматической коробкой передач постепенно вытесняют механику. АКПП более актуальна в крупных городах. Ее выбирают даже при том условии, что расход с ней на 5-10 процентов больше, нежели на механике.
