Как работает коробка-автомат: устройство АКПП

Принцип работы АКПП/гидромеханической трансмиссии

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.

Как правильно пользоваться коробкой-автомат

Пользоваться коробкой-автомат, на самом деле, очень просто:

1. Нажимаете правой ногой педаль тормоза,
2. Выбираете ручкой селектора АКПП нужный режим,
3. Отпускаете педаль тормоза и (о чудо!) машина трогается с места.

Для ускорения пользуйтесь педалью акселератора (педаль “газа”), для остановки автомобиля – педалью тормоза. После остановки машины необходимо переключить селектор коробки-автомат в положение P или N. Все! Вы научились пользоваться АКПП (подробнее смотрите на видео в конце статьи).

Что означают буквы на селекторе АКПП

Селектор автоматической коробки передач может переключаться в несколько положений (режимы работы АКПП):

• Движение (Drive) обозначается буквой D и служит для движения вперед.
• Нейтраль (N) отсоединяет гидротрансформатор от трансмиссии.
• Парковка (P) аналогично нейтрали, но при нем выходной вал коробки стопорится, поэтому включать его можно только на неподвижном автомобиле, иначе стопор легко сломать.
• Задний ход (R) в особых комментариях не нуждается.
• Положения селектора, обозначенные цифрами (1, 2, 3), не позволяют АКПП переключаться выше соответствующей передачи.
• Некоторые автоматические коробки передач имеют “Зимний” режим (обозначается буквой W или снежинкой) для езды по скользким дорогам.
• Может присутствовать и “Спортивный” режим (S), при котором переход на высшую передачу осуществляется при более высоких оборотах, обеспечивая автомобилю интенсивный разгон.

Принцип работы РКПП

Роботизированные КПП могут работать в автоматическом и полуавтоматическом (ручном) режимах. Режим-автомат предполагает управление коробкой передач через электронику на основании полученных данных от внешних датчиков, путем реализации выбранного алгоритма работы через исполнительные механизмы.

Полуавтоматический режим (ручной) предусматривает выбор и переключение передач вручную. Режим вручную позволяет осуществлять плавное переключение с низкой на высокую передачу, используя селекторный рычаг или подрулевые переключатели (лепестки).

Что касается общего принципа работы такой коробки передач, то он достаточно прост. При включении двигателя и выборе передачи включается первая скорость в коробке, затем включается сцепление и начинается движение.

При движении автомобиля на начальной передаче, роботизированная КПП готова включить следующую передачу. Управляющий блок принимает  сигнал с последующим переключением на более высокую передачу и вторая передача включается одновременно с первой. В механической передаче такое невозможно, а в роботизированной возможно поскольку в ней две пары валов, если вы еще не забили.

Пока сцепление включено на первой паре, вторая пара, со следующей включенной передачей ждет своей очереди вступить в работу и как только сигнал от системы поступает, сервопривод (актуатор) включает сцепление на второй паре валов, а на первой сцепление отключается и включается третья передача, которая так же будет ждать своей очереди.

Схемы: drive.ru

На верхней схеме показана работа коробки DSG при включенной первой передаче, а на нижней схеме при включенной второй передаче.

Обратите внимание на отличие от механической коробки передач, в которой сцепление всегда находится во включенном состоянии и для переключения скоростей сцепление выжимается. В роботизированной же коробке сцепление постоянно находится в выключенном состоянии и подключается только в момент, когда необходимо передать момент через определенную пару валов коробки передач

На сегодняшний день практически каждый автоконцерн имеет в своем автомобильном ряду модели с роботизированной коробкой. Правда, названия у этих коробок разные:

• DSG – Volkswagen (пожалуй, самая известная и скандальная)
• S-Tronic – Audi (принадлежит Volkswagen и наверняка есть что-то общее с DSG, но концерн это отрицает)
• Speedshift DCT – Mercedes-Benz
• DCT M Drivelogic – детище BMW
• PDK – Porsche (здесь плохую коробку вряд ли поставят);
• Twin Clutch SST – Mitsubishi  
• Powershift – Ford
• TCT – Alfa Romeo

Правила езды с АКПП

1. Переключение рабочего режима АКПП проводят при предварительном нажатии педали тормоза
2. Перевод в нейтральную позицию между сменами режимов АКПП не имеет смысла.
3. Снятие ноги с тормозной педали рекомендуется лишь после ощущения водителем характерного толчка, указывающего на полное включение передачи.
4. Недопустимо переключение селектора в нейтральную позицию при остановке на светофоре или при пробке.
5. Нежелательно переключение в нейтральный режим при спуске.
6. Не допускается сильное надавливание на газовую педаль при пробуксовке. Предпочтительно включение низких передач, для медленного вращения колёс.

Другие нюансы эксплуатации автоматической коробки приходят с опытом вождения машины с автоматом.

Принцип работы автоматических коробок

Принцип работы всех типов автоматических коробок передач сводится к изменению передаточного числа для преобразования мощности двигателя. Автопроизводители подбирают автоматические коробки передач так, чтобы потенциал силового агрегата использовался полностью. Работа автоматической коробки передач передает мощность от двигателя на колеса с минимальными потерями, благодаря отсутствию тормоза сцепления.

Классическая автоматическая коробка передач

Автоматическая коробка передач включается при запуске двигателя. Масляный насос активируется для создания давления жидкости в машине. Привод гидротрансформатора вращается с частотой вращения коленчатого вала. В это время колеса турбины и реактора неподвижны.

Водитель нажимает на педаль акселератора и меняет селектор машины. Мотор вращается, а вместе с ним и насосное колесо. С лопаток под действием центробежных сил масло выбрасывается в турбину, заставляя ее вращаться. Жидкость подталкивается к насосному колесу, увеличивая его вращение.

В некоторых моделях АКПП при скорости 20-60 км/ч муфта блокирует гидротрансформатор. Автомат и двигатель тесно связаны и потери мощности нет, но масло быстрее загрязняется от перегрева и износа фрикционных накладок. Крутящий момент от двигателя передается через выходной вал на планетарный редуктор.

Как работает АКПП дальше:

1. В планетарном механизме вращаются свободные от трения шестерни и диски. Неподвижные диски прикреплены к корпусу машины.
2. Электронный блок определяет скорость автомобиля и нагрузку на двигатель на основе показаний датчиков. Затем он посылает сигнал на корпус клапана о том, что пора переключать передачу. Масляный насос подает рабочее давление в каналы гидропатрона.
3. Движение масла в АКПП происходит по следующей схеме. От масляного насоса жидкость проходит через фильтр к гидроблоку. Соответствующий соленоид открывается, пропуская масло к планетарному звену. Жидкость давит на поршни, которые сжимают фрикционные диски.
4. Элемент планетарного ряда, жестко связанный с фрикционом, например, зубчатый венец, блокируется. Теперь крутящий момент передается через солнце и водило, при этом изменяется передаточное число, т.е скорость вращения и усилие, передаваемое с выходного вала машины.
5. При этом разблокируется предмет из предыдущего потока.

Автоматическая коробка передач с ручным режимом управления (типтроник, автостик) позволяет водителю задавать команды на переключение передач, но сами переключения также контролируются электронным блоком.

Роботизированная КПП

Принцип работы роботизированной автоматической коробки передач (DSG) аналогичен работе механической коробки передач с электронным управлением. Робот отличается от других трансмиссий одновременной работой двух сцеплений. Это позволяет быстро и плавно переключать передачи без потери мощности двигателя.

В начале движения на автомате DSG одновременно включаются первая и вторая передачи, но на второй сцепление разомкнуто. Таким образом, коробка «готовится» к включению овердрайва. В момент смены муфта первой ступени размыкается, а вторая замыкается. Для понижения передачи меняются местами.

Роботизированную коробку передач можно рассматривать как две нечетные и четные коробки передач, работающие одновременно под управлением мехатроника.

Как и в механической коробке передач, синхронизаторы переключают передачи, блокируя шестерни, а в автоматической коробке передач муфты работают под управлением гидроцилиндров. Сцепления также приводятся в действие гидравлическими приводами

Вариатор

Принцип работы вариаторной АКПП сводится к изменению диаметров ведущего и ведомого валов и ременной передачи между ними. Сужения вала сходятся и расходятся одновременно, увеличивая или уменьшая площадь контакта ремня.

Как работает машина, когда нужно передать максимум усилий:

1. По сигналу электронного блока гидравлический или сервопривод раздвигает конусы приводного вала. Ремень «падает» по центру шкива и проходит по небольшому радиусу.
2. Конусы ведомого вала в этом случае смещены. Ремень проходит больший радиус.
3. Ведущий вал делает несколько оборотов, чтобы ведомый вал совершил 1 оборот.

Муфта вариатора CVT представляет собой гидротрансформатор, как и на «классике».

Для создания наименьшего передаточного числа коробки нужно поменять обхват спиц ремня на противоположный. Механизмы коробки передач работают в маслянистой среде, но состав ATF для CVT отличается по свойствам от обычного ATF.

Сравнение механической и автоматической КП

Если будущий водитель не знает, машину с какой коробкой передач купить, ему нужно изучить принцип работы автоматической коробки и механической. Помимо этого, стоит определиться, для каких целей покупается авто, и есть ли у человека вообще опыт вождения.

Автомобили с АКПП стоят как минимум на 50 000 рублей дороже «механики». Это обуславливается тем, что за комфорт всегда нужно платить. Каждая коробка требует обслуживания и замены масла. Для «автомата» потребуется 6-10 литров жидкости, в то время как для механики всего 3 литра. Соответственно, обслуживание АКПП выйдет дороже.

Что касается разгона и КПД, то у механики эти параметры выше. С помощью ручного управления можно разогнаться до упора почти сразу, чего не скажешь об автомате. Если брать в расчет параметр надежности, то сравнить обе коробки становится сложно. Конструкция механики выглядит более надежной, так как в ней отсутствует электроника. Но автомат, в свою очередь, контролирует полностью работу системы, исключая «человеческий фактор».

Эксплуатация авто в зимний период станет комфортнее с механикой. Дело в том, что машина готова ехать почти сразу после запуска. Также механика не боится льда и проскальзывания. Большой объем жидкости не дает автомату прогреться быстрее, чем МКПП. При буксировке на льду двигатель начнет перегружаться, усиливая износ деталей.

По комфорту вождения АКПП одерживает победу. Новичок сможет спокойно тронуться с места, въехать на гору и не заглохнуть на дороге. Езда на механике требует внимательности и контроля.

Автомат и механика по-разному взаимодействуют с двигателем. МКПП способна раскручивать мотор до предела, при этом снижая срок его службы. Автомат не позволяет делать этого, поскольку контролирует обороты двигателя.

Как правильно пользоваться автоматической коробкой передач + Видео

Без сомнения, автоматическая коробка передач обеспечивает удобство вождения, хотя многие водители по-прежнему отдают предпочтение механической коробке, чувствуя автомобиль и полностью контролируя трансмиссию. Несмотря на это, все же имеется большой процент тех, кто действительно полюбил АКПП.

Если вы только-только планируете освоить новый вид трансмиссии, то необходимо учесть несколько нюансов, которые уберегут вас от преждевременной поломки узла, ведь планетарные передачи очень чувствительны к механическим перегрузкам.

Всего существует несколько положений селектора:

• «N» – нейтральная передача. Не нуждается в комментировании, это то же самое, что и в обычной механической коробке.
• «P» – «паркинг». Данное положение позволяет заблокировать ведущие колеса и исключить возможность ската автомобиля при стоянке.
• «D» – используется для движения автомобиля вперед. По сути, является главным положением селектора, который и отвечает за все автоматические переключения.
• «L» – понижающая передача. Является аналогом первой передачи механической КПП. Предназначена для преодоления участков дороги, где движение на большой скорости недопустимо.
• «R» – задняя передача. Используется для движения автомобиля назад.

Разобравшись с положениями селектора, самое время узнать, как им правильно пользоваться. Прежде всего, запуск мотора допустим при положениях «P» или «N» и с полностью выжатой педалью тормоза. Чтобы переключиться в положение «D» необходимо, не отпуская тормоза, убрать ногу с газа и нажать на кнопку блокировки селектора, перевести его и начать движение.

Несколько важных моментов:

Для автоматической трансмиссии недопустим метод «раскачки» при преодолении снежной преграды. Это связано с тем, что переводить селектор из положения «D» в «R» необходимо полностью остановить автомобиль. Иначе, можно просто привести в негодность весь механизм трансмиссии.

1. Двигаться зимой можно только на хорошей зимней резине с достаточно большим рисунком протектора. При этом, нужно установить селектор в положение «W» или «1», «2», «3». Это связано с тем, что при попадании колес на лед, автоматика «думает», что автомобиль не нагружен и разгоняется, что естественно приводит к переключению передачи. Таким образом, получается резкий занос автомобиля.
2. Буксировка автомобилей с АКПП крайне не желательна и рекомендуется только на эвакуаторе или методом частичной погрузки ведущих колес. Дело в том, что масляный насос коробки приводится в движение при помощи ДВС, а когда он отключен, подача масла отключается, что соответственно приводит к износу механизмов коробки. Тем не менее, разработчик учел и этот фактор, оставив несколько правил буксировки. К примеру, то, что скорость не должна превышать 40 км/ч ( хотя возможны и исключения), коробка должна быть заполнена маслом не как обычно, а до самой горловины и максимальное расстояние буксировки не должно превышать 30 км. При этом, необходимо останавливаться и давать время механизму для остывания, так как она в эти моменты очень сильно перегревается. Многие модели с АКПП и вовсе нельзя буксировать, например, полноприводные. Хотя можно отсоединить кардан и погрузить передние колеса.
3. АКПП не для экстремального вождения и ни в коем случае не потерпит выполнения таких трюков, как нажатие на педали газа и тормоза одновременно. Все это приведет к перегреву и последующей поломке узла.

Вот и все, что нужно знать об автоматической коробке передач. 

Варианты

Автоматическая коробка является, все же, условным понятием, ибо существуют ее подвиды. Но родоначальником класса является гидромеханическая планетарная коробка передач. Именно гидроавтомат ассоциируется с АКПП, по большой части. Хотя в настоящее время существуют альтернативы:

• роботизированная коробка («робот»). Это вариант «механики», но переключение между ступенями происходит автоматизировано. Это возможно посредством наличия в конструкции «робота» электромеханических (электропневматических) исполнительных устройств, которые приводятся в действие электроникой;
• вариатор. Подвид бесступенчатой трансмиссии. Не имеет прямого отношения к коробкам передач, но осуществляет реализацию мощности силового агрегата. Процесс смена передаточного соотношения происходит постепенно. Клиноцепной вариатор не имеет ступеней. Вообще, принцип его работы можно сравнить с велосипедной скоростной звездочкой, которая по мере раскручивания придает велосипеду ускорение посредством цепи. Автопроизводители, с целью приближения работы данной трансмиссии к традиционным (со ступенями) и для избавления от заунывного гула при разгоне, создают виртуальные передачи.

Об истории создания и совершенствования АКПП

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.

Блок управления автоматической коробкой: устройство

Блок состоит из комплекта золотников. Они управляют масляными потоками по направлению к поршням (тормозные ленты)/фрикционным муфтам. Золотники располагаются в последовательности, которая зависит от движения селектора КПП/автоматики (гидравлическая/электронная).

Гидравлическая. Применяет: масляное давление центробежного регулятора, который взаимодействует с выходным валом коробки/масляное давление, которое образуется в ходе нажатия на педаль акселератора. Эти процессы передают электронному блоку управления данные о угле наклона педали газа/скорости авто, далее следует переключение золотников.

Электронная. Используются соленоиды, которые перемещают золотники. Проводные каналы соленоидов находятся снаружи корпуса АКП, и проходят к блоку управления (в некоторых случаях – к совмещенному БУ системы впрыска топлива и зажигания). Полученная информация о скорости авто/угла наклона газа определяет дальнейшее передвижение соленоидов посредством электронной системы/рукояти селектора АКП.

Иногда автоматическая коробка работает даже при неисправной электронной системе автоматики. Правда, при условии включенной третьей передачи (либо все ступени) в ручном режиме управления коробкой.

Управление селектором

Разновидности положения селекторов (рычага АКП):

• напольный. Традиционное расположение в большинстве авто – на центральном тоннеле;
• подрулевой. Такая компоновка часто встречается у американских машин (Крайслер, Додж), а также у Мерседеса. Активация нужного режима трансмиссия происходит через вытягивание рычага на себя;
• на центральной консоли. Применяется на минивэнах и на некоторых обычных автомобилях (пр.: Хонда Цивик VII, CR-V III), благодаря чему освобождается пространство между передними сиденьями;
• кнопочный. Схема расположения получило широкое применение на спорткарах (Феррари, Шевроле Корвет, Ламборджини, Ягуар и прочие). Хотя сейчас интегрируется и на гражданские машины (премиум-класс).

Прорези напольных селекторов бывают:

• прямая. Рычаг коробки ходит по прямолинейной траектории. Исключения: наличие ручного режима трансмиссии;
• зигзагообразная (ступенчатая). Селектор перемещается по пазам сложной траектории;
• дугообразная (U). Встречается не часто. Какое-то время применялась Ягуаром.