Трансмиссия автомобиля

Техническим термином «трансмиссия» называют систему механизмов, участвующих в передаче вращения и мощности от выходного вала двигателя внутреннего сгорания к ходовой части транспортного средства. Элементы, входящие в transmission, влияют на силовые потоки и их направленность. Агрегаты постоянно взаимодействуют друг с другом в различных вариантах и комбинациях, при этом скорость движения вперед изменяется и обеспечивается реверс авто.Трансмиссия автомобиля является связующим звеном между двигателем и ходовой частью (колесами).

Требования к трансмиссии автомобиля

Проектирование и изготовление рабочих узлов и деталей трансмиссии ведутся в соответствии с определенными требованиями:

1. Обеспечение передачи мощности на колеса с минимальными потерями.
2. Надежность конструкции.
3. Простота и доступность управления всеми механизмами машины.
4. Уменьшение веса каждого рабочего элемента трансмиссии.

Чем выше коэффициент полезного действия (КПД) механизма, тем эффективнее используется топливо, залитое в бак автомобиля. Высокая надежность трансмиссии дает уверенность водителю, что агрегаты трансмиссии не выйдут из строя в процессе езды. Во время движения по трассе внимание оператора не должно быть отвлечено от ситуации на дороге. Чтобы обеспечить полноценный контроль за движением автомобиля и снизить вероятность ДТП, управление трансмиссией не должно быть сложным для автомобилиста.

Габариты и вес механизмов оказывают большое влияние на стоимость автомобиля в целом. Компании-производители постоянно борются за снижение цен на выпускаемую продукцию и стремятся облегчить и уменьшить в объеме готовые изделия. Модели, выпускаемые для широкого использования, не должны издавать много шума. Данное требование к конструкции трансмиссии автомобиля также входит в представленный перечень.

Устройство трансмиссии автомобиля

В двигателе сгорает топливная смесь, чтобы обеспечить достаточное количество энергии для колес автомобиля, Полученная мощность передается через соответствующие системы агрегатов.

Что такое трансмиссия автомобиля, как она устроена? В упрощенном виде трансмиссия автомобиля состоит из основных составляющих:

• система сцепления;
• коробка передач;
• ведущий мост;
• дифференциал.

В соответствии с колесной формулой авто (например, 4х2, 4х4 и пр.) трансмиссии разделяются на задне-, передне-, полноприводные. В машинах с полным приводом трансмиссия оснащена дополнительным механизмом – раздаточной коробкой. Основная функция раздатки – распределение момента вращения между ведущими мостами транспортного средства.

Полноприводные автомобили 4х4 чаще всего используются на сложных трассах в условиях бездорожья.

Что такое механизм сцепления

Данное устройство обеспечивает передачу вращения от двигателя к КПП. Его конструкция предусматривает плавную работу трансмиссии при начале движения, ускорении, изменении скорости. В его функции также входит кратковременное отсоединение силового агрегата от трансмиссии. При применении сцепления фрикционного типа вращение передается за счет силы трения между дисками механизма. В зависимости от количества рабочих элементов, механизмы сцепления разделяются на одно-, двух-, многодисковые устройства.

Если диски работают в жидкой среде, такой механизм относится к категории мокрого сцепления. В другом случае сцепление осуществляется за счет трения дисков – сухой вариант соответственно. Современные автомобили чаще всего оснащены двухдисковым механизмом сухого типа.

Ведущий и ведомый диски взаимно прижимаются друг к другу при помощи:

• специальных пружин;
• системы рычагов;
• нажимных подшипников.

Благодаря такому плотному взаимодействию, энергия от мотора передается далее на трансмиссию автомобиля.

При нажатии на педаль сцепления диски расходятся, поток энергии прерывается. Однако, маховик под воздействием силы инерции продолжает вращаться. Плавное нажатие на педаль сцепления приводит автомобиль в движение. При этом диски снова взаимно сжимаются для дальнейшей передачи вращения.

Зачем нужна коробка передач

Благодаря работе КПП, автомобиль имеет возможность двигаться в любом направлении с различной скоростью. По конструкции коробки передач разделяются на механизмы ступенчатого и бесступенчатого типа. В ступенчатых коробках передачи переключаются по ступеням, к данной категории относятся механические МКПП и роботизованные РКПП. Бесступенчатые – это коробки-вариаторы соответственно.

В автомобилях с МКПП водитель самостоятельно переводит специальный рычаг управления в нужное положение, чтобы выбрать заданную передачу. Механической коробкой проще управлять, т.к. она обладает простой надежной конструкцией. Данная модель коробки передач – наиболее распространенный вариант исполнения.

Немалой популярностью среди владельцев авто пользуются также коробки автомат. В АКПП гармонично сочетаются функции механической и роботизированной коробок. Благодаря электронной системе управления коробкой передач, появилось название – автоматическая трансмиссия. Водителю не приходится отвлекаться от ситуации на дороге, чтобы вручную переключать скорости. Электронное управление делает эту работу в автоматическом режиме на основании данных, полученных со специальных встроенных датчиков.

Среди недостатков АКПП можно отметить:

• невысокую динамику автомобиля при разгоне;
• завышенное потребление бензина;
• некоторые ограничения при буксировке.
• Функции ведущего моста

Специальный опорный механизм – ведущий мост объединяет колеса, расположенные на одной оси. На опоры ведущего, а также ведомого мостов также устанавливается рама транспортного средства. Через трансмиссию на ведущий мост подается момент кручения от двигателя внутреннего сгорания для обеспечения вращения колес.

Назначение дифференциала

Благодаря специальному устройству, под названием дифференциал, кинетическая энергия, поступающая от ДВС, разделяется на два потока к колесам автомобиля. При помощи планетарной передачи при повороте машины колеса проходят путь различной длины без пробуксовок, потери управления и повышенного износа шин. Польза от дифференциала особенно ощущается при преодолении препятствий на трассе:

• неровности дороги (ямы, ухабы, выбоины);
• гололед;
• снежные заносы;
• грязь на проселочных дорогах в дождь и пр.

Виды трансмиссий

Что такое трансмиссия в автомобиле, какие виды встречаются. Данные механизмы разделяются наследующие виды:

1. Механическая.
2. Гидромеханическая.
3. Гидростатическая.
4. Гидродинамическая.
5. Электромеханическая.

Выбор подходящей конструкции зависит от области применения и эксплуатационных особенностей трансмиссии.

Трансмиссия механического типа

Среди автопроизводителей и потребителей наибольшей популярностью пользуются легковые машины, оснащенные механической трансмиссией. При передаче мощности от двигателя к ходовой части в трансмиссии данного вида участвуют шестерни с зубчатым зацеплением и фрикционные элементы. Благодаря этому, система обладает следующими преимуществами:

• высоким КПД;
• сравнительно небольшим весом;
• компактными габаритами;
• простотой обслуживания;
• надежностью.

Основные недостатки механических трансмиссий:

• отсутствие плавности при переходе на другую скорость;
• нерациональный расход мощности силового агрегата;
• сложность управления коробкой механического типа при смене передач.

Гидромеханическая трансмиссия

Трансмиссия автомобиля подобного типа включает в себя как механическую, так и гидравлическую системы. При ее работе передаточные числа и момент вращения плавно изменяются без участия оператора. Водитель воздействует на количество и время подачи топливной смеси, нажимая на педаль газа.

Гидромеханическая трансмиссия состоит из следующих агрегатов:

• Автоматическая коробка передач АКПП.
• Гидротрансформатор.
• Система управления.

Вместо привычного фрикционного дискового механизма, в трансмиссии автомат функцию сцепления выполняет специальный агрегат – гидротрансформатор. Он размещен непосредственно перед коробкой передач. Благодаря гидротрансформатору автомобиль плавно переходит на другую скорость во время движения, что существенно увеличивает эксплуатационный срок трансмиссии, силового агрегата и всего транспортного средства. При управлении автомобилем с автоматической трансмиссией водителю не нужно часто отвлекаться на механическое переключение передач, такое вождение более комфортно и безопасно.

Основные минусы трансмиссии гидромеханического типа:

• сложная конструкция;
• сравнительно большая масса;
• дорогостоящий ремонт;
• высокая стоимость.

Трансмиссия гидростатического типа

Гидростатические трансмиссии способны передавать мощность от силового агрегата к рабочим элементам, расположенным на некотором расстоянии. Область применения гидростатики – дорожные катки, металлорежущие станки, теплоходы. К особенностям эксплуатации гидростатических трансмиссий можно отнести повышенные требования к качеству используемых рабочих жидкостей.

Применение гидравлической трансмиссии

Данные конструкции пользуются наименьшим спросом. Здесь на каждой передаче установлена специальная гидромуфта. Это дает возможность трансмиссии передавать момент вращения наибольшей величины. Гидродинамические трансмиссии чаще всего используются в железнодорожной технике.

Особенности трансмиссий электромеханического типа

В качестве силового агрегата здесь используется электрический мотор. Данные трансмиссии состоят из:

• генератора тока;
• системы управления;
• электропроводки, соединяющей рабочие элементы.

Для выработки большей мощности часто используется одновременно не один, а сразу несколько электромоторов. Основные недостатки подобных конструкций:

• большие габариты, вес;
• несоизмеримо высокая цена;
• низкий КПД.

Благодаря ускоренным темпам развития электротехнической промышленности, трансмиссии электромеханического типа все более усовершенствуются. Технические и эксплуатационные характеристики отдельных образцов хорошо зарекомендовали себя и нашли применение в современных транспортных средствах для нужд армии, сельского хозяйства, внутригородского электротранспорта, морской техники и пр.

Назначение КПП: что нужно знать

Практический каждый, кто имел дело с автомобилем или другим видом колесной техники, хорошо знает, что кроме двигателя в устройстве ТС также используется коробка передач. Коробка передач (КПП или трансмиссия) по важности является вторым агрегатом после двигателя на разных видах транспортных средств.

При этом существует несколько видов коробок передач, однако основной задачей данных агрегатов на машине является получение, преобразование и дальнейшая передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса автомобиля. Далее мы подробно рассмотрим назначение коробки передач и для чего нужна коробка передач в устройстве трансмиссии авто.

Для чего нужна коробка передач в автомобиле

Итак, коробка передач считается основным элементом трансмиссии автомобиля. Как уже было сказано, основным ее предназначением является изменение крутящего момента от двигателя, а также скорости движения и направления движения авто. Также коробка позволяет «отсоединять» двигатель от трансмиссии во время переключения передач.

Чтобы было понятно, основной задачей КПП является необходимость обеспечивать как требуемые динамические показатели автомобиля, так и показатели топливной экономичности двигателя. При этом учитываются разные условия движения, нагрузка, скорость и т.д.

• Идем далее. Диапазон оборотов двигателя отличается от диапазона вращения колес. Также применительно к ДВС нужно учесть обороты максимальной мощности и максимального крутящего момента.

Так вот, для старта и разгона нужен крутящий момент, тогда как для езды с высокой скоростью и преодоления больших нагрузок нужны обороты мощности. При этом особенностью ДВС является то, что обороты крутящего момента «средние» (3000-3500 об/мин) тогда как на «мощностные» обороты двигатель выходит ближе к максимальным значениям (5500-6000 тыс. об/мин.).

Простыми словами, если нагрузка на мотор будет большой, а обороты слишком низкие, двигатель «не вытянет» по мощности и заглохнет. Если же обороты будут слишком высокими, при этом езда с высокой скоростью не нужна, сильно возрастает расход топлива. Чтобы добиться оптимального баланса, в коробке предусмотрено изменение передаточных чисел (передаточное отношение).

Благодаря такой возможности можно уверенно стартовать с места, двигаться с небольшой скоростью, осуществлять движение задним ходом и т.д. Также удается поддерживать обороты двигателя в оптимальном диапазоне применительно к постоянно меняющимся дорожным условиям и нагрузкам.

В результате скорость нарастает постепенно, сильно снижаются динамические нагрузки на двигатель и трансмиссию. При этом обороты оптимально удерживать именно в диапазоне высоких значений крутящего момента двигателя.

С учетом веса и особенностей ТС, установленного двигателя, целевого назначения транспорта и ряда других характеристик и особенностей конструкторы производят подбор количества передач и передаточных чисел в коробке, главной передаче, раздаточной коробке и т.д. (при наличии).

Разновидности КПП: типы коробок передач

Разобравшись с назначением коробки, следует отметить, что сами КПП бывают ступенчатыми, бесступенчатыми и комбинированными. Давайте рассмотрим указанные виды коробок более подробно. Прежде всего, наиболее распространенным типом КПП являются ступенчатые коробки передач. В таких КПП крутящий момент изменяется ступенчато. К данному типу можно отнести МКПП (механика) и РКПП (коробка-робот).

• Механическая коробка передач является многоступенчатым цилиндрическим редуктором, где предусмотрено переключение передач самим водителем вручную. МКПП бывают четырехступенчатыми, пятиступенчатыми, шестиступенчатыми и т.д. Главным плюсом такой коробки считается надежность и простота, а также полный контроль во всех режимах.

Минусом можно считать необходимость постоянного ручного переключения передач и связанные с этим сложности. По этой причине коробки с автоматизированным управлением в последнее время сильно теснят «механику».

• Коробка-робот (роботизированная коробка передач) является все той же механикой, однако функции выключения сцепления и переключения передачи полностью автоматизированы благодаря использованию отдельных исполнительных механизмов под управлением ЭБУ коробкой (например, коробки АМТ).

В результате такая коробка переключается быстрее, чем это смог бы сделать водитель-профессионал или опытный пилот на гоночном авто. Машина с таким «роботом» (например, DSG) отличается быстрым разгоном, а также поддержанием оптимальных оборотов мотора и одновременно высокой топливной экономичностью. Недостатком принято считать сложность ремонта, сниженный ресурс, низкую ремонтопригодность и высокую стоимость отдельных запчастей и элементов.

• Также существуют бесступенчатые коробки CVT. Под таким типом следует понимать КПП вариатор (CVT или вариаторная коробка передач). Главное отличие таких трансмиссий в том, что фиксированных физических ступеней в них нет.

Такая особенность позволяет изменять передаточное число в вариаторе плавно, по сравнению со ступенчатыми коробками. Также крутящий момент от двигателя передается за счет гидравлического или механического сцепления (намного сильнее в данном случае распространен первый вариант в виде гидротрансформатора).

Коробка вариатор уверенно разгоняет автомобиль с места, тяга постоянно передается на колеса, передаточное число изменяется плавно, достигается максимальный комфорт при езде. Основной минус такой КПП – вариатор не рассчитан на большой крутящий момент, его не ставят в паре с мощными двигателями, так как отмечается сильное снижение надежности и ресурса.

• Гидромеханические коробки, которые иногда называют комбинированными коробками передач или просто АКПП коробка-автомат, являются «классическими» автоматическими КПП. Конструкция проверена временем, включает в себя гидротрансформатор в роли сцепления (обеспечивает бесступенчатую регулировку крутящего момента), а также механическую планетарную коробку передач (планетарный редуктор).

К минусам данных АКПП можно отнести увеличенный расход топлива, снижение КПД по причине потерь в ГДТ, худшую динамику разгона по сравнению с вариатором или роботом с двойным сцеплением. При этом новейшие версии гидромеханических автоматов не сильно уступают другим типам АКПП.

Еще добавим, что большинство автоматических коробок (кроме старых гидромеханических автоматов) независимо от типа (вариатор, робот или «классическая» АКПП), имеют режим Типтроник. Данный режим полуавтоматический, имитирует ручное переключение передач самим водителем. Также коробка автомат может быть адаптивной (отдельно подстраивается под манеру езды конкретного водителя).

Что в итоге

Как видно, коробка передач предназначена для передачи крутящего момента, а также для его преобразования с учетом разных условий движения, нагрузки на мотор, скорости и т.д.

Что касается видов КПП, сегодня можно выделить не только МКПП и классические автоматы, но также вариаторы и роботы. При этом роботизированная коробка с двойным сцеплением и электронным управлением считается наиболее перспективной и современной разработкой, однако на практике, особенно после выхода на рынок «классических» 8-ступенчатых АКПП ZF и Aisin, гидромеханический автомат продолжает оставаться серьезным конкурентом для других типов автоматических трансмиссий.

Отличия коробки робот от автоматической КПП: на что обратить внимание. Как отличить робот от автомата (визуально, в движении). Рекомендации.

Чем отличается «классическая» АКПП с гидротрансформатором от роботизированной коробки передач с одним сцеплением и преселективных роботов типа DSG.

Чем отличается коробка вариатор от коробки автомат или коробки робот: основные отличия CVT от АКПП, а также роботизированных трансмиссий типа AMT или DSG.

Чем отличается коробка робот от классического гидромеханического автомата АКПП. Виды роботизированных трансмиссий, плюсы и минусы автоматов, что выбрать.

Какие существуют виды и типы АКПП: разновидности автоматических коробок передач, отличия, основные преимущества и недостатки различных типов КПП автомат.

Что лучше выбрать, автомат с гидротрансформатором или роботизированную КПП с одним или двумя сцеплениями. Плюсы и минусы данных типов коробок, рекомендации.

Трансмиссия автомобиля

Человек всегда стремился к комфорту и удовольствию от вождения, следствием чего была изобретена автоматическая коробка передач, это позволило снизить нагрузку на водителя, управлять автомобилем стало намного проще. Изобрели её в 40-х годах XX века в концерне General Motors.

АКПП устроено достаточно сложно и включает в себя следующие механизмы:

• гидротрансформатор – обеспечивает передачу и изменение крутящего момента от силового агрегата;
• коробка переключения передач – преобразует усилие и осуществляет привод колёс;
• система управления — управляет рабочей жидкостью;
• система смазки и охлаждения – создаёт давление и циркуляцию в системе.

Как работает гидротрансформатор?

Гидротрансформатор состоит из следующих основных элементов:

• насоса или насосного колеса;
• турбинного колеса;
• плиты блокировки;
• статора;
• обгонной муфты.

Чтобы понять, как работает автоматическая коробка передач, нужно в целом представлять ее устройство. Так, насос механическим соединением связан с двигателем. Турбинное колесо соединяется с валом КПП при помощи шлицов. При вращении насосного колеса при работающем двигателе создается поток масла, который вращает турбинное колесо гидротрансформатора.

Не помешает знать когда менять масло в автоматической коробе передач.

В этом случае гидротрансформатор выполняет роль обычный гидромуфты, посредством жидкости лишь передавая от двигателя на вал автоматической коробки крутящий момент. При увеличении оборотов двигателя сколь-нибудь существенного увеличения крутящего момента не происходит.

Для преобразования крутящего момента схема автоматической коробки включает статор. Принцип работы заключается в том, что он перенаправляет поток масла обратно на крыльчатку насоса, заставляя ее быстрей вращаться, увеличивая крутящий момент. Чем скорость вращения турбинного колеса по отношению к насосу меньше, тем большая остаточная энергия передается статором посредством возвращаемого масла на насос. Соответственно крутящий момент увеличивается.

Основы работы турбины и насоса АКПП

Турбина всегда вращается медленнее, чем насос. Максимальное соотношение скоростей вращения насоса и турбины достигается при неподвижном автомобиле, уменьшаясь при увеличении скорости транспортного средства (ТС). Связь статора с гидротрансформатором осуществляется через обгонную муфту, способную вращаться лишь в одном направлении.

Лопатки турбины и статора имеют особую форму, за счет чего поток масла перенаправляется на обратную сторону лопаток статора. При этом статор заклинивает и, оставаясь неподвижным, он передает на вход насоса наибольшую энергию масла.

За счет такого режима работы гидротрансформатора обеспечивается максимальная передача крутящего момента. Он увеличивается почти в три раза при трогании автомобиля с места.

При разгоне ТС турбина относительно насоса проскальзывает все меньше до наступления момента, когда колесо статора подхватывается потоком масла, начиная вращаться в направлении свободного хода обгонной муфты. Устройство при этом начинает работать как обычная гидромуфта, не увеличивает крутящий момент. В этом режиме КПД гидротрансформатора не превышает 85%! Такой режим работы сопровождается выделением избытка тепла и повышением расхода топлива.

Назначение блокировочной плиты

Этот недостаток устраняется при помощи специального устройства — блокировочной плиты. Несмотря на механическую связь с турбиной, конструктивно она выполнена так, что может перемещаться вправо и влево. Это устройство включается в работу при достижении автомобилем высокой скорости. По команде устройство управления поток масла меняется таким образом, чтобы он прижимал блокировочного плиту к корпусу гидротрансформатора справа.

При этом турбина и насос связываются друг с другом механически. Для повышения сцепления на внутреннюю сторону корпуса гидротрансформатора наносится специальный фрикционный слой. Таким образом двигатель связывается с выходным валом автоматической коробки. Естественно такая блокировка сразу выключается даже при незначительном торможении автомобиля.

Рекомендуем: Перешиповка зимних шин своими руками

Выше был описан лишь один из способов блокировки гидротрансформатора. Однако любой другой способ преследует ту же самую цель — предотвратить проскальзывание турбины по отношению к колесу насоса. Обычно описанный режим действия в различных источниках называется Lock-Up.

Работу гидротрансформатора для чайников будет проще понять, если вместо турбины и насоса представить два простых вентилятора, один из которых работает от сети, а другой вращается за счет создаваемого первым вентилятором потока воздуха. Только вместо воздуха здесь выступает масло, а лопасти первого вентилятора (насоса в случае АКПП) приводятся в движение не за счет электричества, а за счет механического соединения с валом двигателя автомобиля.

Виды АКПП

Перманентная гонка технического оснащения автомобилей, заставляет разработчиков придумывать все более изощренные технологии и конструкции, для того, чтобы обогнать конкурентов. Стоит отметить, что это положительно сказывается на развитии ходовой части ТС. Одним из наиболее важных открытий, стало изобретение автоматической коробки передач. Она сразу же начала пользоваться невероятно большим спросом, так как заметно упрощает процесс управления. К тому же она весьма простая в эксплуатации и надежная. Аналитики утверждают, что в скором будущем она полностью вытеснит из рынка МКПП.

На сегодняшний день коробка-автомат используется, как в легковых автомобилях, так и грузовиках, в независимости от типа привода.

Известно, что при управлении автомобилем с МКПП, приходится постоянно держать руку на переключателе передач, что значительно снижает концентрацию на дороге. Коробка-автомат практически лишена подобных недостатков.

Основные преимущества коробки-автомат:

• Повышается эффективность управления;
• Более плавный переход между передачами даже на высокой скорости;
• Двигатель не перегружается;
• Передачи можно переключать как вручную, так и в автоматическом режиме;

Современные АКПП, с точки зрение системы контроля и управления, можно разделить на два типа:

• Трансмиссия с гидравлическим устройством;
• Трансмиссия с электронным устройством, или так называемая роботизированная коробка;

Более понятным это должно стать после ознакомления с приведенным ниже примером:

«Представьте себе ситуацию, что автомобиль двигается по ровной дороге и постепенно приближается к крутому подъему. Если какое-то время просто со стороны наблюдать за этой ситуацией, то можно заметить, что после увеличения нагрузки, машина начинает терять скорость, и, следовательно, интенсивность вращения турбины также снижается. Это приводит к тому, что рабочая жидкость начинает противодействовать движению. В таком случае резко возрастает скорость циркуляции, что способствует увеличению КМ до того показателя, при котором возникнет равновесие в системе».

Такой же принцип работы и в момент начала движения автомобиля. Единственное отличие в том, что в данном случае еще задействуется и акселератор. Благодаря ему увеличивается интенсивность оборотов коленвала и насосного колеса, при том, что турбина остается неподвижной, что позволяет двигателю работать в холостом режиме. Стоит отметить, что КМ резко возрастает, и при достижении определенной отметки, гидротрансформатор начинает выполнять функции звена, которое соединяет воедино ведомый и ведущий элементы. Именно все эти моменты, позволяют во время движения значительно уменьшать уровень потребления горючего, и более эффективно проводить торможение двигателем в случае надобности.

Так для чего же тогда подключать АКПП к гидротрансформатору, если тот самостоятельно способен изменять интенсивность КМ?

Вот почему: коэффициент изменения крутящего момента с помощью гидротрансформатора обычно не превышает 2-3.5. Этого мало для полноценной работы автоматической коробки.

В отличие от механической, автоматическая коробка переключает скорости с помощью фрикционных муфт и ленточных тормозов. Система автоматически определяет нужную скорость с учетом скорости движения и усилия на педаль акселератора.

Помимо планетарного механизма и гидротрансформатора, АКПП включает в себя также насос, который смазывает коробку. Охлаждением масла занимается радиатор охлаждения.

Что такое АКПП и история ее создания

Селектор автоматической коробки передач

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:

• гидромеханическая (классическая);
• механическая с двумя сцеплениями (например, DSG);
• роботизированная;
• бесступенчатый вариатор (CVT).

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.

Принцип работы автоматических коробок

Принцип работы всех видов АКПП сводится к изменению передаточного числа для преобразования мощности двигателя. Производители автомобилей подбирают автоматические трансмиссии так, чтобы потенциал силового агрегата был полностью использован. Работа коробки автомат передаёт усилие от мотора к колёсам с минимальными потерями, за счёт отсутствия разрыва сцепления.

Классическая автоматическая коробка передач

Автоматическая коробка включается с запуском двигателя. Приводится в действие маслонасос для создания жидкостного давления в автомате. Насосное колесо гидротрансформатора раскручивается со скоростью коленвала. Турбинное и реакторное колёс в это время неподвижны.

Водитель нажимает педаль газа и переключает селектор автомата. Двигатель раскручивается, а вместе с ним насосное колесо. От лопастей под действием центробежных сил масло отбрасывается к турбине, заставляя ее вращаться. Жидкость отталкивается обратно к насосному колесу, усиливая его вращение.

В некоторых моделях коробки автомат на скорости 20 — 60 км/ч гидротрансформатор блокируется муфтой. Автомат и мотор жёстко сцепляются, и потерь мощности не происходит, но масло быстрее загрязняется от перегрева и износа фрикционной накладки. Крутящий момент от двигателя переходит по выходному валу в планетарную коробку.

Как работает АКПП далее:

1. В планетарном механизме вращаются шестерни и свободные фрикционные диски. Неподвижные диски сцеплены с корпусом автомата.
2. Электронный блок определяет скорость автомобиля и нагрузку двигателя по показаниям датчиков. Затем передаёт сигнал в гидроблок, что пора переключать передачу. Масляный насос подаёт рабочее давление в каналы гидроплиты.
3. Движение масла в АКПП происходит по следующей схеме. От маслонасоса жидкость проходит через фильтр к гидроблоку. Открывается соответствующий соленоид, пропуская масло к планетарному звену. Жидкость давит на поршни, которые сжимают фрикционные диски.
4. Блокируется элемент планетарного ряда, жёстко связанный с фрикционом, например корона. Теперь крутящий момент передаётся через солнце и водило, при этом меняется передаточное отношение, т.е. скорость вращения и передаваемое усилие выходного вала автомата.
5. Одновременно разблокируется элемент предыдущей передачи.

Автоматическая коробка с ручным режимом управления (Tiptronic, Autostick) даёт возможность водителю задавать команды на переключение передач, но сами переключения проходят также под управлением электронного блока.

Роботизированная КПП

Принцип работы автоматической роботизированной коробки передач (DSG) схож с работой МКПП под управлением электроники. От других трансмиссий робот отличается одновременной работой двумя сцеплениями. Это позволяет переключать скорости быстро, плавно без потери мощности двигателя.

Основные режимы и для чего нужна кнопка овердрайв на автомате

В начале движения в автомате DSG одновременно включаются первая и вторая скорости, но у второй сцепление разомкнуто. Таким образом коробка «готовится» ко включению повышенной передачи. В момент переключения сцепление первой ступени размыкается, а второй смыкается. Для понижения передачи переключения проходят в обратном порядке.

Как и в механической коробке, синхронизаторы переключают скорости, блокируя шестерни, но в автомате муфты действуют под управлением гидравлических цилиндров. Сцепления также работают от гидравлических приводов.

Роботизированную коробку можно представить как две коробки чётных и нечётных передач, которые работают одновременно под управлением Мехатроника.

Вариатор

Принцип действия вариаторной АКПП сводится к изменению диаметров ведущего и ведомого валов и ременной передачи между ними. Конические формы на валу синхронно сходятся и расходятся, увеличивая или уменьшая площадь соприкосновения ремня.

Как работает автомат, когда нужно передать максимальное усилие:

1. По сигналу электронного блока гидравлический или сервопривод раздвигает конусы ведущего вала. Ремень «проваливается» в центр шкива и проходит по малому радиусу.
2. Конусы ведомого вала в этом случае сдвинуты. Ремень проходит по большему радиусу.
3. Ведущий вал делает несколько оборотов, чтобы ведомый прошёл 1 круг.

Чтобы создать наименьшее передаточное отношение коробки, нужно изменить радиусы огибания ремнём на противоположные.

Сцеплением вариатора CVT служит гидротрансформатор, что и в «классике».

Механизмы коробки работают в масляной среде, но состав ATF для CVT отличается свойствами от обычной ATF.

Основные условия эксплуатации АКПП

В процессе эксплуатации коробки владельцу необходимо соблюдать ряд правил, которые продлевают ресурс агрегата. Особенно это касается зимней эксплуатации. Помимо этого, коробка накладывает некоторые ограничения на эксплуатацию, которые также необходимо помнить и соблюдать.

Эксплуатация автоматической коробки зимой

Для прогрева коробки при отрицательной температуре воздуха необходимо:

1. Запустить двигатель и дать ему поработать 2-3 минуты.
2. Сесть за руль, удерживая ногой тормоз начать переводить селектор по всем позициям. На каждой позиции требуется давать задержку на 8-10 секунд. Рекомендуется греть коробку еще 5-6 минут, периодически переводя селектор по кругу.
3. Начать движение плавно, не утапливая педаль газа более чем на треть. Прогреть коробку на плавном режиме движения в течение нескольких километров пути.

Рекомендуем: 9 лучших свечей зажигания

Перед началом зимней эксплуатации рекомендуется заменить жидкость в коробке, если ее пробег приблизился к 50 тыс. км.

Что не стоит делать с АКПП?

Для обеспечения ресурса коробки владельцу не следует производить следующие манипуляции:

1. Не следует включать нейтральное положение при движении накатом, поскольку в этом случае не обеспечивается смазка и теплоотвод узлов коробки. Злоупотребление движением накатом может стать причиной износа и подгорания фрикционных дисков и пластин в муфтах.
2. Запрещено переключать режимы движения вперед и назад без полной остановки автомобиля и вращающихся частей в коробке. При переключении необходимо удерживать автомобиль рабочим тормозом. Известны случаи поломки шестерен и картера коробки. Именно по этой причине не разрешается выбираться из грязи или снежного заноса путем раскачивания автомобиля.
3. Нельзя использовать автоматическую коробку в качестве стояночного тормоза.
4. Нельзя буксировать автомобиль. Машины с автоматической коробкой буксируются только с загрузкой ведущих колес на тягач.
5. Запрещено давать повышенную нагрузку на холодную трансмиссию. Для прогрева коробки требуется больше времени, чем на нагрев двигателя, поэтому первые 7-10 км пути рекомендуется двигаться на малой скорости без рывков и ускорений.
6. Избегать движения по бездорожью с пробуксовкой колес.
7. Не рекомендуется использовать автомобили с автоматическими коробками для буксировки тяжелого прицепа.

Типичные неисправности автоматической коробки передач

Некоторые распространенные неисправности:

1. Поломки кулисы переключения, которые не позволяют переключать режимы работы. Ремонт заключается в замене сломанных или изношенных деталей. На некоторых машинах доступ к механизму переключения затруднен, поэтому может потребоваться демонтаж коробки или подрамника вместе с силовым агрегатом и коробкой.
2. Течь рабочей жидкости через сальники или уплотнительные прокладки. Проблема решается заменой изношенных деталей и сменой жидкости и фильтра.
3. Блокировка работы коробки из-за выходи из строя управляющей электроники. В процессе ремонта меняются блоки и жгуты проводки.
4. Коробка не позволяет двигаться вперед, но задняя передача работает. Причиной является износ муфт, заедание или засорение клапанов.
5. Не работает задняя передача и часть передач переднего хода. Причиной поломки является износ одной из рабочих муфт или поломка гидравлических магистралей, обеспечивающих работу узла.
6. При попытке переключить селектор и начать движение происходит толчок, режим переключается, но движение не начинается. Это является симптомом поломки гидротрансформатора или недостаточного уровня масла. Возможно засорение фильтра продуктами износа, из-за чего не обеспечивается необходимая производительность и давление в гидравлической системе коробки.
7. Возможно движение вперед только на одной скорости. Причина — износ муфт, обрыв манжеты привода муфты, заедания клапанов блока.
8. Металлические шумы при движении указывают на износ подшипников или шестерен. Ритмичный металлический стук на холостом ходу сигнализирует об износе дисков в одной из муфт.
9. Проблема с движением автомобиля после прогрева коробки, при этом на холодную коробка работает нормально. Дефект возникает в результате износа или поломки лопаток на крыльчатках насоса или турбины.

При возникновении проблем с автоматической коробкой владельцу необходимо обратиться в специализированный сервис. Попытки самостоятельного ремонта могут привести к необратимым последствиям и необходимости замены коробки в сборе.

Классификация трансмиссий

По способу передачи и трансформирования момента

трансмиссии делятся на
механические
,
гидромеханические
и
электромеханические
.

Механические трансмиссии

Механические трансмиссии — (простые и планетарные) в коробках передач содержат лишь шестерёнчатые и фрикционные устройства. Преимущества их состоят в высоком коэффициенте полезного действия (КПД), компактности и малой массе, надёжности в работе, относительной простоте в производстве и эксплуатации. Недостатком механической трансмиссии является ступенчатость изменения передаточных чисел, снижающая использование мощности двигателя. Большое время на переключение передач рычагом усложняет управление машиной. Поэтому спортивные автомобили, снабжённые механической трансмиссией, оборудуют электронными переключателями передач (подрулевыми лепестками, кнопками на руле и пр.) и коробками передач со сверхбыстрыми синхронизирующими сервомеханизмами.

Применение механических трансмиссий характерно для советского танкостроения (простые механические — Т-55, Т-62; планетарные с гидросервоуправлением — Т-64, Т-72, Т-80).

Гидромеханические трансмиссии

Гидромеханические трансмиссии имеют гидромеханическую коробку передач, в состав которой входят гидродинамический преобразователь момента (гидротрансформатор, комплексная гидропередача) и механический редуктор. Преимущества этих трансмиссий состоят в автоматическом изменении крутящего момента в зависимости от внешних сопротивлений, возможности автоматизации переключения передач и облегчении управления, фильтрации крутильных колебаний и снижении пиковых нагрузок, действующих на агрегаты трансмиссии и двигатель, и в повышении вследствие этого надёжности и долговечности поршневого двигателя и трансмиссии.

Основным недостатком этих трансмиссий является сравнительно низкий КПД из-за низкого КПД гидротрансформатора. При КПД гидропередачи не ниже 0,8 диапазон изменения момента не более трёх, что вынуждает иметь механический редуктор на три-пять передач, считая передачу заднего хода. Необходимо иметь специальную систему охлаждения и подпитки гидроагрегата, что увеличивает габариты моторно-трансмиссионного отделения. Без специальных автологов или фрикционов не обеспечиваются торможение двигателем и пуск его с буксира.

Гидромеханические трансмиссии получили широкое распространение в западном танкостроении — М1 «Абрамс» (США), «Леопард-2» (ФРГ). В трансмиссиях этих танков использованы не только гидродинамические передачи в основном приводе, но и гидростатические (гидрообъёмные) передачи в дополнительном приводе для осуществления поворота. Из работающей на постсоветском пространстве железнодорожной техники гидромеханическую передачу имеет, например, дизель-поезд венгерского производства .

Гидравлические трансмиссии

Гидравлическими трансмиссиями в транспортной технике называются трансмиссии, где переключения выполняются не механически, а гидравлическими аппаратами, так как чисто гидравлические трансмиссии встречаются весьма редко. В такой трансмиссии имеется коробка передач с первичным и вторичным валами и несколькими парами зубчатых колёс, как и в обычной КПП, но включение нужной пары в работу выполняет не кулачковая или фрикционная муфта, а гидромуфта или гидротрансформатор, заполняемый для включения передачи. Достоинство такой трансмиссии — совершенно безударное включение передач и отсутствие механических муфт, ненадёжно работающих при передаче больших моментов (например, на тепловозах), недостаток — необходимость установки отдельной гидромуфты (весьма громоздкого аппарата) на каждую передачу.

Из-за перечисленных особенностей гидропередача используется в основном на ЖД-технике. Из отечественных типов техники гидропередачу имеют, например, маневровые тепловозы ТГМ4 и ТГМ6, дизель-поезд ДР1.

Гидростатические трансмиссии

Гидромашина с наклонным блоком трансмиссии асфальтового катка
В гидростатической (гидрообъёмной) трансмиссии для передачи мощности используются аксиально-плунжерные гидромашины. Достоинства такой трансмиссии — малые габариты машин, малая масса и отсутствие механической связи между ведущим и ведомым звеньями трансмиссии, что позволяет разносить их на значительные расстояния и придавать большое число степеней свободы. Недостаток гидрообъёмной передачи — значительное давление в гидролинии и высокие требования к чистоте рабочей жидкости.

Гидростатическая передача используется на дорожно-строительных машинах (особенно катках — из-за необходимости обеспечивать очень большое передаточное число, а также зачастую приводить вальцы с торца, построение механической передачи затруднено), как вспомогательная — на тепловозах, авиационной технике (благодаря малой массе и возможности размещать мотор далеко от насоса), металлорежущих станках.

Электромеханические трансмиссии

Электромеханическая трансмиссия

состоит из электрического генератора, тягового электродвигателя (или нескольких), электрической системы управления, соединительных кабелей. Основным достоинством электромеханических трансмиссий, является обеспечение наиболее широкого диапазона автоматического изменения крутящего момента и силы тяги, а также отсутствие жёсткой кинематической связи между агрегатами электротрансмиссии, что позволяет создать различные компоновочные схемы.

Недостатком, препятствующим широкому распространению электрических трансмиссий, являются относительно большие габариты, масса и стоимость (особенно если используются электрические машины постоянного тока), сниженный КПД (по сравнению с чисто механической). Однако, с развитием электротехнической промышленности, массовым распространением асинхронного, синхронного, вентильного, индукторного и др. видов электрического привода, открываются новые возможности для электромеханических трансмиссий.

Такие трансмиссии применяются в тепловозах, карьерных самосвалах, некоторых морских судах, тракторах, самоходных механизмах, военной технике — на танках ЭКВ (СССР) и немецких военных машинах «Фердинанд» и «Мышонок»), автобусах (которые с таким видом трансмиссии правильнее называются теплоэлектробус, например ЗИС-154).

Гидротрансформатор

Заменяет стандартное для механической КПП сцепление, а располагается также между КПП и двигателем, крепится к его маховику. Его главной задачей является плавное изменение, передача на ведущий вал АКП крутящего момента. В его конструкцию входят такие элементы как: насосное, турбинное, реакторное колёса, муфта свободного хода и блокировочная. Насосное колесо прикреплено к корпусу гидротрансформатора, оно вращается вместе с ним. Турбинное колесо сидит на ведущем вале планетарного редуктора. На каждом из колёс есть лопасти определённой формы, при работе двигателя между ними начинает проходить рабочая жидкость, которой он заполнен.

Как только двигатель запускается, насосное колесо начинает вращаться и его лопасти подхватывают рабочую жидкость направляя на лопасти турбинного колеса, от которого она отлетает на реакторное колесо (реактор), расположенное между ними. Реактор направляет поток возвращающейся жидкости в сторону направления насосного колеса, его начинают вращать две силы за счёт чего увеличивается момент. Когда обороты насосного и турбинного колёс сравниваются, происходит срабатывание муфты свободного хода и реактор начинает крутиться за счёт её, этот момент называется точкой сцепления. После этого гидротрансформатор начинает работать как гидромуфта, вращение от двигателя начинает передаваться к ведущему валу планетарного редуктора через рабочую жидкость. Исключением является АКПП Honda, где взамен планетарного редуктора установлены валы с шестернями как на МКПП.

Рекомендуем: Почему автомобиль периодически глохнет при движении?

Но всё еще не передаётся 100%!энергии от двигателя из-за вязкого трения масла. Чтобы ликвидировать эти затраты и максимально эффективно его использовать, что в итоге приводит к уменьшению потребления топлива двигателем, присутствует блокировочная муфта, которая включается около 60 км/ч и больше. Находится эта муфта на ступице турбины. Как только автомобиль набирает необходимую скорость, рабочая жидкость поступает к стенке блокировочной муфты с одной стороны, а с другой она подходит после открытия канала переключающим клапаном, тем самым создаётся зона низкого давления. Из-за разности давления срабатывает блокировочный поршень, в этот момент он прижимается к корпусу гидротрансформатора, вследствие чего муфта начинает вращаться с корпусом гидротрансформатора.

Устройство коробки автомат

Существуют разные конструкции АКПП:

• «классическая»;
• вариаторная бесступенчатая CVT;
• роботизированная механическая DSG.

Устройство автоматической «классической» коробки передач можно разбить на функциональные части:

Гидротрансформатор — он же сцепление, состоит из лопастных колёс. Насосное соединено с маховиком двигателя, а турбинное — с валом коробки. Между колёсами установлен реактор, который превращает режим гидромуфты в трансформатор. Колёса между собой не соединены, крутящий момент передаётся через давление масла. Жидкость поглощает вибрации и рывки от работы двигателя и автомата. Преобразование момента в гидротрансформаторе имеет ограниченный интервал, поэтому в коробке установлен редуктор.

Планетарный редуктор переключает скорости в автомате за счёт изменения передаточных чисел на шестернях. Планетарный механизм АКПП состоит из центральных зубчатых колёс разного диаметра – солнечного и коронного. Между ними обкатываются сателлиты, оси которых соединены на водиле. Вращая одни элементы и тормозя другие, получают разные скорости на выходе. Для блокировки шестерней установлены муфты, тормозные ленты и фрикционные диски.

Гидравлическая система. Сюда входит масляный насос, фильтр, толкатели, гидрораспредительная плита — гидроблок с электроклапанами. ATF в автомате служит рабочим телом для передачи момента двигателя, создаёт давление на фрикционы, защищает детали коробки от перегрева, истирания, коррозии. Масляный насос подаёт жидкость в коробку и поддерживает постоянное давление. Фильтр задерживает продукты износа автомата, которые приходят с маслом. По каналам гидроблока жидкость поступает к планетарным звеньям.

Электронный блок содержит схему управления АКПП: отслеживает показания датчиков коробки, положение селектора, педалей, систем ABS, ESP и т.д., затем выдает управляющие сигналы к исполнительным механизмам, в соответствии с программным алгоритмом.

Читать
Ремонт и замена гидроблока АКПП своими руками

Устройство вариаторной коробки отличается от АКПП тем, что она работает без фиксированных скоростных ступеней. В качестве механизма для изменения передаточного числа используются шкивы с конусами на входном и выходном валах, между которых натянут ремень. Для включения задней скорости в автомате установлена планетарная передача.

Устройство и принцип работы роботизированной коробки больше схож с МКПП, чем с АКПП. DSG имеет два сцепления и соединена с двигателем через первичный вал, которых у робота тоже два. Входные валы соединяются с выходными через систему зубчатых колёс. Для переключения скорости между шестернями вторичных валов установлены синхронизаторы. Управляет работой коробки электронный блок Мехатроник.

Как можно и как нельзя буксовать на коробке автомат

Основные элементы автоматической трансмиссии

Механизм автоматической коробки передач автомобиля представляет собой систему рычагов и шестеренок, передающих мощность на ведущие колеса, позволяя двигателю работать наиболее эффективно.

Собирается коробка в алюминиевом кожухе, называемом картером. В нем располагаются главные компоненты автоматической трансмиссии:

1. Гидротрансформатор, выполняющий роль сцепления, но не требующий со стороны водителя производить непосредственное им управление.
2. Планетарный ряд, изменяющий передаточное отношение при переключении.
3. Задний, передний фрикционы, тормозная лента, непосредственно осуществляющие переключение передач.
4. Устройство управления.

Режимы работы

Управление АКПП водителем происходит через селектор. Каждое положение рычага рассчитано под определённые условия движения. Количество и виды режимов зависят от модели автоматической коробки передач. Расшифровка обозначений указана в инструкции по эксплуатации к автомобилю. Основные режимы работы автомата приведены в таблице.

Масло для АКПП ATF SP3: аналоги, характеристики и применение

· блокировку дифференциала (включать в движении нельзя).

Переключать коробку автомат в ручной режим необходимо:

• при подъёме или спуске с горки;
• по бездорожью, чтобы не перегреть автомат пробуксовкой;
• для длительного обгона, прохождения крутых поворотов и других манёвров.

https://motoran.ru/transmisii/transmissiya-avtomobilya

Назначение КПП: что нужно знать

https://avtokart.ru/dvigateli/vidy-transmissii-avtomobilya.html