Автоматическая коробка передач (АКПП): устройство и принцип работы

Для чего нужна трансмиссия

Итак, основная задача этого механизма – преобразовывать и передавать момент от выходного вала двигателя к колесам. Преобразование происходит по направлению, скорости и крутящему моменту, при этом мощность никак не изменяется. Практически ни в одном автомобиле ведущие колеса не расположены по оси вращения коленчатого вала. Поэтому для привода используются различные механизмы, например карданный вал, дифференциал, раздаточная коробка. Преобразование скорости и момента – то, чем может управлять водитель при передвижении на машине. Когда мы хотим ехать с быстро – мы переключаемся на высшую передачу. При движении на спусках и крутых подъемах трансмиссия поддерживает пониженную передачу, которая не дает машине разогнаться, а также позволяя трогаться в условиях крутых подъемов. Трансмиссия обеспечивает процесс переключения передач без вмешательства человека, поддерживая плавный старт, разгон без рывков и оптимальные обороты двигателя для топливной экономичности. Кроме того, она позволяет передвигаться машине назад, что было бы невозможно, так как коленчатый вал двигателя все время вращается в одну сторону.

Что такое АКПП

Этот тип трансмиссии предназначен для определения лучших передаточных чисел без участия водителя. Она представляет собой корпус, внутри которого расположен гидротрансформатор, фрикционные диски, набор планетарных передач и другие важные элементы. Этот механизм избавляет водителя от необходимости использовать педаль сцепления и от выбора передачи. При помощи электронного блока управления система автоматически выбирает предпочтительное передаточное отношение под данные условия, будь то трогание с места, обгон на трассе, передвижение по бездорожью или резкое нажатие педали газа. Такая коробка передач особенно полезна в городе, где преобладают частые разгоны и торможения, ведь при каждом из них нет необходимости самостоятельно выбирать предпочтительную передачу.

История и развитие АКПП

Как ни странно, но в наше продвинутое время изучить какой-либо сложный механизм без понимания истории практически невозможно. На заре автомобилестроения даже не существовало понятия автоматической трансмиссии. Первые образцы появились в 30-х годах XX века. Они представляли собой примитивные системы, отдаленно напоминающие современные образцы. С 50-х годов «волшебную коробку» начали массово устанавливать на серийные машины. С тех времен конструкция коробки передач постоянно совершенствовалась и усложнялась. Появились трансмиссии с двумя сцеплениями, улучшились системы электронного управления и появилась возможность вручную выбрать необходимую передачу. Актуальные модели трансмиссий имеют интеллектуальную электронику, которая помогает поддерживать плавность хода и позволяет менять передачи без рывков. Водителю становится гораздо легче управлять автомобилем — переключение происходит своевременно при ускорении.

Устройство и принцип работы АКПП

Что представляет собой «автомат», какие преимущества и недостатки у него есть? Эти вопросы задают большинство начинающих автомобилистов, которые изучают конструкцию авто. 

Итак, первое что трансмиссия должна реализовать – разъединить жесткое соединение выходного вала двигателя и колес. Мы делаем это выжимая сцепление. Оказывается, что здесь соединение двигателя и колес вовсе и не жесткое. Вместо сцепления после мотора установлен гидротрансформатор, который представляет собой помещенные на одной оси три важные детали: насосное колесо, турбинное колесо и реактор. Это устройство передает крутящий момент через рабочую жидкость − специальное масло для КПП. При переключениях поток гидравлической жидкости в гидротрансформаторе демпфирует (сглаживает) изменения скорости и обеспечивает передачу крутящего момента, вместо сцепления, которое нам необходимо быстро выжимать и плавно отпускать левой ногой. 

Следующая функция – изменить скорость автомобиля и момент. В классической механике используется зубчатое зацепление двух колес разного размера. Обычно, малое зубчатое колесо (шестерня) является ведущим, а большое ведомым. Отношение диаметров или числа зубьев шестерен, называется передаточным отношением. Оно пропорционально уменьшению скорости и увеличению крутящего момента. Раньше на механической трансмиссии водитель вручную устанавливал нужную пару шестерен перемещением рычага в зависимости от желаемой быстроты движения. «Автомат» разработан так, чтобы поддерживать повышенную или пониженную передачу в зависимости от нагрузки. 

От нескольких пар шестерен быстро отказались. Ныне существующие разработки построены по схеме планетарного редуктора, где благодаря двум степеням свободы имеется возможность получить семь разных передач. Из-за особенностей компоновки, использовать все семь невозможно, поэтому в коробке передач устанавливается последовательно два или три планетарных редуктора. Блокируя одну из степеней свободы каждого из них, можно получить различные соотношения скорости и момента, тем самым увеличить или уменьшить эти значения на колесах.

Разновидности АКПП

На сегодняшний день известны 3 основных типа автоматической коробки передач: гидромеханическая (AT), вариатор (CVT) и роботизированная (DSG и её аналоги). 

Об устройстве гидромеханической КПП мы написали выше. В ней используется гидротрансформатор, подключенный к маховику двигателя и планетарные редукторы, отвечающие за преобразование крутящего момента и его передачу.

Вариатор работает по принципу бесступенчатой трансмиссии, которая обеспечивает плавное изменение передаточного отношения. Он также снабжен гидротрансформатором, который является связующим звеном. В его основе лежат 2 конических шкива, зацепление между которыми реализовано с применением приводного ремня или цепи. Такое утройство обеспечивает плавное ускорение, так как процесс изменения передаточного числа не сопряжен с необходимостью зацепления различных зубчатых колес.

Роботизированная коробка сочетает в своей конструкции элементы механической и автоматической трансмиссии. Привод передается через зубчатое зацепление (как на «механике»), а подбором необходимого передаточного числа управляет ЭБУ (как на «автомате»).

Расшифровка символов селектора

В отличие от механической трансмиссии, где каждая из передач обозначена соответствующей цифрой, на селекторе АКПП присутствуют буквенные обозначения. Новички могут не сразу догадаться, что значат эти символы. Разберем каждый из них по порядку:

• Буква P (Parking) – режим парковки автомобиля. В конструкции трансмиссии предусмотрены специальные механизмы блокировки. После окончания поездки водитель перемещает рычаг в этот режим и выключает двигатель. Также не лишним будет использовать парковочный тормоз.
• Буква R (Reverse) – режим заднего хода. Включить его можно только после полной остановки машины.
• Буква N (Neutral) – режим нейтрали. Когда нейтральная передача выключена, машину можно закрепить для буксировки.
• Буква D (Drive) – режим движения вперед. Двигатель соединен с коробкой передач, авто начинает движение, когда водитель отпускает тормоз. Для ускорения нужно нажать на педаль газа, в то время как блок управления выберет подходящую передачу с учетом данных параметров движения.

Управление работой АКПП

Нынешние коробки передач почти не отличаются по функционалу, который был придуман ещё в конце прошлого столетия. Каждая АКПП управляется переключением рычага выбора режима. Режим паркинга предполагает длительную стоянку или работу двигателя на холостом ходу. То же самое происходит при включении «нейтрали», при этом трансмиссия остается разблокированной и машину можно буксировать. При переключении режима на D или R трансмиссия готова к работе, обеспечивая движение вперед или назад с подбором подходящей передачи. В этом режиме помогают датчики, которые входят в систему управления, анализируя положение педали газа, быстроты движения и нагрузку на двигатель. Благодаря подрулевым «лепесткам» водитель получает дополнительное удобство при выборе спортивного режима езды. Некоторые современные коробки передач позволяют принудительно установить определенную передачу. Это необходимо, например, при передвижении по снегу или грязи, чтобы снизить нагрузку на элементы трансмиссии и исключить случайные переключения при проскальзывании колес автомобиля. Благодаря сложным алгоритмам блок управления контролирует режимы работы и может подстраиваться под стиль вождения, обеспечивая плавное переключение и комфорт.

Преимущества и недостатки АКПП

Как и любой другой механизм, АКПП обладает своими плюсами и минусами. Поговорим об этом подробнее.

Преимущества

Автоматическая трансмиссия завоевала свою популярность, особенно в среде легковых автомобилей, благодаря легкости управления, особенно в городских условиях. Частые разгоны и торможения требуют больших усилий при поездках на «механике», тогда как «автомат» без вмешательства человека подберет необходимую передачу без потери КПД. При этом быстрота переключения даже на несложной АКПП намного выше, по сравнению с ручной установкой необходимой передачи, при этом расход топлива сопоставим с гидромеханической коробкой. Благодаря точной работе электроники риск поломок минимален, а двигатель всегда работает с оптимальной тягой, что увеличивает ресурс АКПП.

Недостатки

Автомобили, оснащенные АКПП, не лишены недостатков. Стоимость трансмиссии может прибавить 5-10% к стоимости нового автомобиля, а для некоторых автолюбителей это существенная переплата. То же касается дальнейшего обслуживания и ремонта. Для этого требуется более сложное оборудование и квалифицированный персонал, который знает нюансы работы АКПП и безошибочно осуществляет все действия. Кроме того, в сложный условиях эксплуатации, где необходимо часто ездить по бездорожью, а также при подъемах в горку или при частых поездках по трассе предпочтительным выбором окажется механическая трансмиссия.

Обслуживание и срок службы АКПП

Многим узлам легкового автомобиля требуется своевременное обслуживание и качественные материалы для поддержания бесперебойной и корректной работы.  Специалисты компании Motul точно знают, что масло в автоматической трансмиссии должно обладать специфическими свойствами. Кроме смазки планетарных редукторов, масло должно обеспечивать необходимые коэффициенты трения для работы фрикционных механизмов и работать под давлением. Другие узлы тоже связаны с правильным подбором масла, ведь часть из них работает под давлением жидкости, циркулирующей внутри. Масло является элементом гидрообъемных передач, сжимающих пакеты фрикционов, и гидродинамической передачи – гидротрансформатора. Поэтому такое масло стали называть жидкостью для автоматических трансмиссий (automatic transmission fluid - ATF).

Для большинства актуальных автоматических КПП рекомендуемый срок замены гидравлической рабочей жидкости составляет, как правило, 50-60 тысяч километров пробега. Этой информации стоит уделить особое внимание, даже если производитель автомобиля утверждает, что трансмиссионная жидкость залита на весь срок службы. Несвоевременная замена приводит к проблемам и неисправности, такие как рывки при переключении, посторонний шум, быстрый износ зубчатых шестерен или падение давления в системе. Игнорирование этих признаков ведет к капитальному ремонту, стоимость которого в несколько раз превышает стоимость своевременного посещения сервиса.