Устройство и принцип работы классической АКПП
С развитием автомобилестроения и выпуском новых видов трансмиссий вопрос, какая коробка передач лучше, становится все более актуальным. АКПП – что это такое? В этой статье разберемся с устройством и принципом работы автоматической коробки передач, узнаем, какие виды АКПП существуют и кто придумал АКПП. Проанализируем достоинства и недостатки разных видов автоматических трансмиссий. Познакомимся с режимами работы и управления АКПП.
Что такое АКПП и история ее создания
Автоматическая коробка передач, или АКПП, представляет собой трансмиссию, обеспечивающую выбор оптимального передаточного числа в соответствии с условиями движения без участия водителя. Это обеспечивает хорошую плавность хода автомобиля, а также комфорт при движении для водителя.
В настоящее время существует несколько видов автоматической КПП:
В данной статье все внимание будет уделено классическому автомату.
История изобретения
Основу автоматической трансмиссии составляет планетарная коробка передач и гидротрансформатор, впервые изобретенный исключительно для нужд судостроения в 1902 году немецким инженером Германом Фиттенгером. Далее в 1904 году братья Стартевенты из Бостона представили свой вариант автоматической КПП, имеющий две коробки передач и напоминающий чуть доработанную механику.
Первая серийная автоматическая коробка передач GM Hydramatic
Автомобиль, оснащенный планетарной коробкой передач, впервые увидел свет под маркой Ford Т. Суть коробки заключалась в плавном переключении скоростей за счет двух педалей. Первая включала повышающую и понижающую передачи, а вторая – заднюю.
Эстафету приняла компания General Motors, которая в середине 1930-х годов выпустила полуавтоматическую трансмиссию. Сцепление в автомобиле еще продолжало присутствовать, а планетарным механизмом управляла гидравлика.
Приблизительно в это же время компания Крайслер доработала конструкцию коробки гидромуфтой, а вместо двухступенчатой коробки стал использоваться овердрайв – повышающая передача с передаточным числом менее единицы.
Первую в мире полностью автоматическую КПП в 1940 году создала все та же компания General Motors. АКПП представляла собой сочетание гидромуфты с четырехступенчатой планетарной коробкой с автоматическим управлением посредством гидравлики.
Сегодня известны уже шести-, семи-, восьми- и девятиступенчатые АКПП, производителями которых являются как автоконцерны (KIA, Hyundai, BMW, VAG), так и специализированные компании (ZF, Aisin, Jatco).
Плюсы и минусы АКПП
Как и любая коробка передач, автоматическая трансмиссия имеет как плюсы, так и минусы. Представим их в виде таблицы.
| Плюсы АКПП | Минусы АКПП |
| 1. Плавное и автоматическое переключение скоростей, создающее комфорт для водителя. | 1. Сложность конструкции. |
| 2. Отсутствие необходимости в периодической замене сцепления. | 2. Высокая стоимость самой коробки. |
| 3. Хорошая динамика за счет возможности ручного переключения скоростей. | 3. Высокая стоимость ее обслуживания. |
| 4. Автомат может подстраиваться под стиль вождения водителя (адаптироваться). | 4. Более низкий КПД и повышенный расход топлива в сравнении с механикой. |
Устройство автоматической трансмиссии
Устройство АКПП достаточно сложное и состоит из следующих основных элементов:
Гидротрансформатор представляет собой корпус, заполненный специальной рабочей жидкостью ATF, и предназначен для передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач. Фактически он заменяет сцепление. В его состав входят насосное, турбинное и реакторное колеса, блокировочная муфта и муфта свободного хода.
Колеса оснащены лопастями с каналами для прохода рабочей жидкости. Блокировочная муфта необходима для блокировки гидротрансформатора в конкретных режимах работы автомобиля. Муфта свободного хода (обгонная муфта) необходима для вращения реакторного колеса в противоположную сторону. Более подробно про гидротрансформатор можно почитать здесь.
Планетарный механизм АКП включает в себя планетарные ряды, валы, барабаны с фрикционными муфтами, а также обгонную муфту и ленточный тормоз.
Механизм переключения скоростей в АКПП достаточно сложен, и, по сути дела, работа трансмиссии состоит в выполнении некоторого алгоритма включения и выключения муфт и тормозов посредством давления жидкости.
Планетарный ряд, точнее блокировка одного из его элементов (солнечная шестерня, саттелиты, коронная шестерня, водило), обеспечивает передачу вращения и изменение крутящего момента. Элементы, входящие в планетарный ряд, блокируются при помощи обгонной муфты, ленточного тормоза и фрикционных муфт.
Пример гидравлической схемы АКПП
Блок управления АКПП может быть гидравлическим (уже не применяется) и электронным (ЭБУ АКПП). Современная гидромеханическая трансмиссия оснащается только электронным блоком управления. Он обрабатывает сигналы датчиков и формирует управляющие сигналы на исполнительные устройства (клапаны) гидроблока, обеспечивающие работу фрикционных муфт, а также управляющие потоками рабочей жидкости. В зависимости от этого жидкость под давлением направляется в ту или иную муфту, включая определенную передачу. TCU также управляет блокировкой гидротрансформатора. При неисправности блок TCU обеспечивает функционирование КПП в “аварийном режиме”. Селектор АКПП отвечает за переключение режимов работы КПП.
В автоматической коробке применяются следующие датчики:
- датчик частоты вращения на входе;
- датчик частоты вращения на выходе;
- датчик температуры масла АКПП;
- датчик положения рычага селектора;
- датчик давления масла.
Подробнее про датчики АКПП можно почитать тут.
Принцип работы и срок службы АКПП
Время, необходимое на переключение скорости в АКПП, зависит от скорости автомобиля и нагрузки на двигатель. Система управления вычисляет нужные действия и передает их в виде гидравлических воздействий. Гидравлика перемещает муфты и тормоза планетарного механизма, тем самым происходит автоматическое изменение передаточного числа в соответствии с оптимальным режимом двигателя в данных условиях.
Одним из главных показателей, влияющих на эффективность работы автоматической трансмиссии, является уровень масла, который нужно регулярно проверять. Рабочая температура масла (ATF) составляет около 80 градусов. Поэтому для того, чтобы избежать повреждений пластиковых механизмов коробки в зимний период, перед движением машину необходимо прогревать. А в жаркое время года, наоборот, охлаждать.
Охлаждение АКПП может осуществляться охлаждающей жидкостью или воздухом (с помощью масляного радиатора).
АКПП в разрезе
Наибольшее распространение получил жидкостный радиатор. Температура atf, необходимая для нормальной работы двигателя, не должна превышать 20% от температуры в системе охлаждения. Температура охлаждающей жидкости не должна превышать 80 градусов, за счет этого и происходит охлаждение atf. Теплообменник соединен с внешней частью корпуса масляного насоса, к которой крепится и фильтр. При циркуляции масла в фильтре происходит его контакт с жидкостью охлаждения через тонкие стенки каналов.
Кстати, автоматическая трансмиссия считается очень тяжелой. Вес АКПП составляет около 70 кг (если она сухая и без гидротрансформатора) и около 110 кг (если она заправленная).
Для нормального функционирования АКПП необходимо и правильное давление масла. От этого во многом зависит срок службы АКПП. Давление масла должно быть на уровне 2,5-4,5 бар.
Ресурс коробки-автомат может быть различен. Если в одном автомобиле трансмиссия может прослужить только 100 тысяч км., то в другом – порядка 500 тысяч. Это зависит от эксплуатации автомобиля, от регулярного контроля за уровнем масла и его замены вместе с фильтром. Продлить ресурс АКПП возможно также используя оригинальные расходные материалы и своевременно обслуживая КПП.
Управление АКПП
Управление автоматической трансмиссией осуществляет селектор АКПП. Режимы работы автоматической трансмиссии зависят от перемещения рычага в определенное положение. В автомате доступны следующие режимы:
- Р – Parking. Используется при парковке. В данном режиме механически блокируется выходной вал трансмиссии.
- R – Reverse. Используется для включения передачи заднего хода.
- N – Neutral. Нейтральный режим.
- D – Drive. Движение вперед в режиме автоматического переключения скоростей.
- M – Manual. Режим ручного переключения скоростей.
В современных автоматических трансмиссиях с большим числом рабочих диапазонов могут использоваться дополнительные режимы работы:
- (D), или O/D— овердрайв – «экономичный» режим движения, при котором возможно автоматическое переключение на повышающую передачу;
- D3, или O/D OFF— расшифровывается как “отключение овердрайва”, это активный режим движения;
- S (либо цифра 2) — диапазон пониженных передач (первая и вторая, либо только вторая передача) , «зимний режим»;
- L (либо цифра 1) — второй диапазон пониженных передач (только первая передача).
Схема режимов АКПП
Также имеются и дополнительные кнопки, характеризующие режимы работы АКП:
- кнопка Sport, или Power — переключение передач происходит на более высоких оборотах двигателя;
- кнопка Winter, или Snow — движение с места происходит со второй или третьей передачи;
- кнопка Shift lock (шифт лок) — возможность разблокирования селектора при остановленном двигателе.
В некоторых коробках есть режим “кик даун” (kick-down). Режим “кик даун” предполагает резкое ускорение транспортного средства путем переключения на пониженную передачу. В некоторых случаях режим “кик даун” запрещен при отключении режима овердрайв.
Заключение
Автоматическая КПП занимает достойное место среди известных коробок передач и составляет конкуренцию привычной механике. Разнообразие режимов движения, а также плавное переключение передач позволяют водителю наслаждаться комфортным вождением.
Источник
Робот? Вариатор? Гидромеханика? — какая АКП подойдет вам
Гидромеханика
Гидромеханический автомат — самый распространенный тип автоматических коробок, который встречается практически у всех автопроизводителей. В силу конструктивных особенностей эти автоматы лучше других переваривают большой крутящий момент, поэтому именно их чаще всего устанавливают на тяжелые кроссоверы и внедорожники, а также на полноразмерные седаны. По сути это планетарная коробка передач, соединяемая с мотором через гидротрансформатор. Переключение планетарных рядов в ранних моделях происходило гидромеханически, а теперь — по командам электроники.
На бюджетные модели устанавливают простенькие «четырехступки», хотя их осталось уже мало. Например, популярная коробка DP0/DP2 работает на многих недорогих моделях Peugeot-Citroen и Renault. Характеристика у этой коробки не лучшая, как, впрочем, и надежность: выхаживает она, как правило, не более 120 000 км. Гораздо лучше по надежности (около 200 000 км), да и по алгоритму переключения японские четырехступки Jatco. Их устанавливают на Гранты и Датсуны.
Постоянно ужесточающиеся нормы выбросов заставляют производителей увеличивать число передач в автоматах. Но выигрывает от этого не только природа, но и владельцы автомобилей: многоступенчатые коробки позволяют оптимальнее реализовать возможности двигателя и таким образом снизить расход топлива. Даже на относительно недорогих автомобилях, например, Кia Rio или Hyundai Solaris, нынче применяют шестиступенчатые автоматы. Столько же передач и у коробки 09G Tiptronic, устанавливаемой на модели Volkswagen Polo и Skoda Rapid. Средний ресурс при бережной эксплуатации и своевременной замене рабочей жидкости (не реже чем каждые 60–80 тысяч км) составляет 250 000 км.
На более мощных и тяжелых автомобилях количество ступеней в автоматах может доходить до десяти (например, у купе Chevrolet Camaro ZL1 и пикапа Ford F‑150). Но «многоступенчатость» сказывается на надежности. Ведь чем больше передач, тем чаще коробка переключается, а значит больше изнашиваются фрикционы. Кроме того, жесткие ограничения по габаритам приводят к тому, что каждая ступень становится миниатюрнее (без основательного запаса надежности).
Универсальное (и лучшее) решение для города и бездорожья — гидромеханика
Вариаторы
Вариатор — казалось бы, идеальный агрегат для передачи крутящего момента от мотора к колесам. Нет никаких ступеней: передаточное число изменяется плавно. На ведущем и ведомом валах вместо шестерен установлены конусообразные элементы. Смещая их относительно друг друга, можно плавно изменять передаточное число. Момент передает пластинчатый ремень или штифтовой (еще его называют цепью).
На большинстве автомобилей работают вариаторы Jatco. Наиболее надежные и менее затратные при ремонте — модели старого поколения JF010E (идут в паре с атмосферными бензиновыми моторами 2.0 и 2.5) и JF011E (с двигателями 3.5), которые устанавливали на Ниссаны, Renault и Mitsubishi предыдущих генераций. Средний ресурс этих вариаторов — 150–200 тысяч км.
Новое поколение — JF016E и JF017E — более капризное. А самым нежным вариатором из гаммы Jatco является агрегат JF015E, который встречается на машинах концерна Renault-Nissan — часто они не выхаживают и 100 тысяч км. Некоторые автопроизводители разрабатывают и выпускают вариаторы самостоятельно — в частности, Kia, Subaru и Аudi.
Если сравнивать с классическими гидромеханическими автоматами, то в целом вариаторы уступают им в надежности. И часто обходятся дороже в ремонте. Кроме того, вариаторы на бездорожье зачастую склонны к перегреву. Зато отлично подходят для эксплуатации в городе.
Роботы
Роботы можно разделить на две группы. Робот с одним сцеплением — это обычная «механика», у которой сцеплением и переключением передач управляет не водитель, а автоматика. Надежность такого агрегата в теории должна быть самой высокой среди АКП. Но практика это не подтверждает. Например, на редакционной Весте с роботом стояли уже три сцепления при пробеге меньше 45 тыс.км. Коробка Easytronic, которую устанавливали на Опели, мучили владельцев отказами по электронике. По скорости и комфорту переключения робот с одним сцеплением — худшая автоматическая коробка. Основное его преимущество — невысокая цена. Поэтому его ставят в основном на небольшие и недорогие автомобили.
Робот с двумя сцеплениями — более сложный и дорогой. За четные и нечетные передачи в такой коробке отвечают отдельные первичные валы и, соответственно, отдельные сцепления. Если вы, к примеру, двигаетесь на первой передаче, то на другом валу уже включена вторая! Благодаря этому переключение происходит за миллисекунды и рывки при этом не ощущаются.
В подобных коробках могут использоваться как сухие, так и мокрые сцепления. Сухие — менее надежные — иногда их приходится менять при пробеге 30 000 км, редко они дотягивают до 100 тысяч. «Мокрые» DSG, которые выпускает концерн Volkswagen, имеют сносный ресурс — около 150 тысяч км и даже больше при аккуратной манере езды.
Фордовские роботы Powershift с сухими сцеплениями не отличаются ни плавной работой, ни большим ресурсом. Поэтому Ford постепенно отказывается от коробок такого типа, предпочитая классические автоматы.
А вот корейцы, похоже, наоборот, готовы продвигать роботов — коробка 7DCT все активнее прописывается на новых моделях Kia и Hyundai.
Источник
