Avto-MAC

Как устроена АКПП?

Автоматическая коробка передач с гидротрансформатором не так уж сложна, как кажется на первый взгляд. Мы изучим ее во всех подробностях и поймем, что ремонт АКПП - посильная задача для грамотного мастера.

Сперва нужно определить термины. Часто под АКПП ошибочно имеют в виду соединенные механизмы - коробку передач и гидротрансформатор. Внутри трансформатора находятся два устройства с лопастями - центробежный насос и центростремительная турбина. В промежутке размещен управляющий агрегат - реактор. Насосное колесо присоединяется к коленвалу, турбинное - к валу трансмиссии. Расположение реактора определяется режимом работы - он может без помех вращаться или блокироваться.
Гидротрансформатор потребляет много энергии и обладает достаточно малым КПД. Энергия затрачивается на перемешивание масла, которое нагревается. Еще много «съедает» насос, создающий давление. Поэтому экономически выгоднее устанавливать роботизированные МКПП и вариаторы. Также автомобиль с гидротрансформатором невозможно завести «толканием», техника должна быть исправной - это значит, регулярно проходить техосмотр.
Достоинства у гидротрансформатора все же есть - данное устройство отлично смягчает сотрясения. Это чрезвычайно полезно для всех подвижных деталей автомобиля, включая поршни двигателя, их ресурс заметно увеличивается при использовании трансформатора.
Крутящий момент передается от силового агрегата к трансмиссии через масляные потоки. Лопасти колеса насоса отбрасывают его на колесо турбины. Размеры межколесных промежутков мизерные, лопасти имеют особую форму, благодаря чему масло непрерывно циркулирует по замкнутому кругу.
Поскольку отсутствует жесткая связь, тяговое усилие передается плавно, с включенной передачей можно остановить автомобиль и оставить двигатель работать вхолостую. Износ деталей минимальный, нет опасности их повреждения.
Масло описывает сложную траекторию в трансформаторе. Ради повышения скорости и момента реактор блокируют муфтой. КПД устройства падает. Гидромуфта в состоянии только передавать момент, без изменения его величины, она остается прежней. Чтобы изменить крутящий момент, гидротрансформатор оснащён реактором - колесом с лопастями, прикрепленным к картеру. Он не крутится до задания соответствующего режима. Лопасти реактора преграждают путь масла в трансформаторе, и через них передается усилие. Неподвижный реактор повышает скорость жидкости, омывающей колеса. При ускорении движения масла увеличивается кинетическая энергия частиц, и оказывается большое усилие на турбинное колесо.
Если передача включена, но автомобиль остается на месте из-за нажатой педали тормоза, колесо турбины не двигается, и крутящий момент, создаваемый на нем, где-то вдвое больше создаваемого двигателем. Момент увеличивается пропорционально оборотам силового агрегата. Если отпустить тормоз, машина немедленно поедет. Разгоняться она будет, пока момент станет равным сопротивлению, которое оказывает при движении автомобиля воздух и трение шин о дорожное полотно.
При приблизительно одинаковых скоростях вращения турбинного и насосного колес реактор высвобождается и тоже крутится. Подобное состояние гидротрансформатора называется «режим гидромуфты». В этом Потери энергии самые низкие, а КПД устройства самый высокий. Выгодно, чтобы коробка передач почаще пребывала в таком состоянии.
Фрикционное сцепление полностью блокирует гидротрансформатор. Такие моменты возникают, когда не нужно преобразование скорости и крутящего момента. Колеса с лопатками принципиально неспособны проскальзывать при блокировке, и КПД трансмиссии достигает 100%.
Рассмотрим еще одну ситуацию: машина передвигается с определенной скоростью, и внезапно начинается подъем. Скорость снижается, нагрузка увеличивается. Гидротрансформатор немедленно начинает действовать. При замедлении турбинного колеса реактор тормозится, масло в трансформаторе циркулирует быстрее. Соответственно, растет момент, который передают на вал при помощи колеса турбины, затем практически без потерь крутящий момент достигает ведущих колес. Часто подобного увеличения момента хватает для преодоления подъема, не включая более низкую передачу. Польза очевидная - детали меньше изнашиваются, не столь скоро понадобится диагностика АКПП и ее ремонт.
У гидротрансформатора есть ограничения - он способен выполнять преобразование скорости и крутящего момента лишь в небольших пределах. Для расширения диапазона гидротрансформатор соединяют с многоступенчатой коробкой передач. Она еще и обеспечивает движение автомобиля назад. Обычно работающие вместе с гидротрансформаторами коробки оснащены несколькими планетарными передачами, и по своей сути похожи на традиционные механические.
При возрастании частоты вращения трансмиссии мотор крутит водило. Кольцевая шестерня неподвижно фиксирована, выходной вал подсоединен к солнечной шестерне. Когда кольцевую отпускают и фиксируют фрикционом, образуется прямая передача. На понижающей двигатель вертит солнечную шестерню, а водило неподвижное, и на выходе усилие передается кольцевой шестеренке.
В МКПП шестеренки непрерывно зацепляются, ведомые свободно вертятся на валу. При включении одной из передач определенная шестеренка оказывается заблокированной на валу. Автоматика функционирует аналогичным образом. Однако, передачи планетарного типа (редукторы) обладают своими особенностями. В их состав входит водило, сателлиты, кольцевая и солнечная шестеренки.
Когда одни детали вращаются, а другие зафиксированы, передаточное соотношение изменяется в значительном диапазоне. Соответственно, регулируется скорость вращения валов и оказываемое на колеса машины давление. Передачи вертят вал трансформатора, за фиксацию их деталей отвечают фрикционные пакеты. Аналогичные функции в МКПП выполняют синхронизаторы с блокирующими муфтами.
Для подключения одной из передач надавливает гидротолкатель на фрикцион, а его, в свою очередь, давит масло, которым заполнен гидротрансформатор. Давление развивает насос особой конструкции, а за его распределение между «правильными» фрикционами отвечает сложная электронная схема. Поступающие от нее сигналы регулируют целую систему клапанов, в которых проходящий по виткам электрический ток наводит магнитное поле в электромагнитах.
Во фрикционный пакет входят несколько колец, одни из них двигаются, другие зафиксированы. Кольца вертятся как угодно, пока будет включена одна из передач. Если в определенную магистраль подано давление, достигающее необходимой величины, отвечающий за нее гидротолкатель зажимает фрикционы. Подвижные детали фрикциона, имеющие связь с водилом или шестерней, останавливаются, и передача заработает как положено.
Важное преимущество АКПП, по сравнению с механикой - передачи переключаются непрерывно. Одна выключается, другая одновременно включается, нет «разрыва». Автомобиль двигается плавно, без резких рывков - гидротрансформатор гасит возникающие в коробке колебания. Специальная спортивная настройка некоторых современных коробок не обеспечивает должной плавности. Передачи сменяются слишком быстро, и рывки все же возникают. Автомобиль разгоняется динамичнее, но с меньшим комфортом для сидящих в салоне людей, и детали изнашиваются быстрее. Кроме фрикционов, встряски отрицательно сказываются на трансмиссии и ходовой части в целом. Владелец машины вправе сделать выбор, что для него важнее. Как правило, запчасти для АКПП обходятся дороже, чем для механической трансмиссии, и за труд работников автосервиса приднтся заплатить больше. Чтобы не эксплуатировать машину постоянно в жестком спортивном режиме, его включают лишь время от времени, он всегда опциональный.
В первых АКПП управление было только гидравлическое. При последующем развитии технологий гидравлика осталась исполнительной частью, но рабочий алгоритм задает все более интеллектуальная электроника. Благодаря этому можно реализовать разные алгоритмы - резкое ускорение автомобиля, спортивный режим, режим экономии топлива, зимней езды. Водитель получает необыкновенную свободу действий и от него не требуется высокая квалификация.
Ступеней в трансмиссиях со временем становится больше. Уже никого не удивить 9-ступенчатой коробкой передач. А 8-ступенчатые АКПП для иномарок превращаются в привычную норму. В числе новаторских разработок компании ZF - гидромеханическая коробка с восемью ступенями. Разработчики утверждают, что она экономит 6% горючего по сравнению с 6-ступенчатой автоматикой, и потребляет на 14% меньше, чем при установке 5-ступенчатой. Экономия возникает за счет более рационального использования передаточных соотношений - чем их больше, тем проще выбрать самую подходящую передачу для данного режима движения. Расплата за это - приходится чаще переключать передачи, теряется время, и сильнее изнашиваются детали. Но разработчики постарались минимизировать износ за счет эффективной конструкции и прочных материалов, а переключает передачи автоматика сама, водителю не нужно беспокоиться. Он может сосредоточиться на выполнении более важных функций.
В спорт-режиме усилие мотора используется на пределе. Автомобиль развивает огромные ускорения по сравнению с доступными при езде в нормальном или экономном режиме. Тонко настроенные и хорошо отлаженные программы движения записаны в цифровую память. Мощный процессор «заботится» о своевременном подключении передач.
Большинство современных авто с АКПП удобно для водителей-новичков. Человеку не приходится выбирать режим - он становится активным в зависимости от характера вождения и сопротивления, испытываемого на дороге автомобилем. Информация поступает от разнообразных датчиков в центральный компьютер, который принимает решения. При постепенном плавном движении мощность двигателя не изменяется. В результате уменьшается расход горючего, меньше изнашиваются цилиндры, работает только их часть, причем по очереди. Это приводит к большей итоговой экономии, несмотря на повышенный износ конструктивных элементов коробки передач. Если водитель резко и часто жмет акселератор, электроника самостоятельно переходит в спортивный режим движения.
Полуавтоматический режим отличается от автоматического тем, что водитель отдает команды для переключения передач, а автоматика их выполняет в оптимальном для исполнительных устройств режиме. Вместе с тем, искусственный интеллект не позволит человеку совершать явно грубые и нерациональные действия. Даже если шофер задаст ускоренный переход с одной передачи на другую, в реальности его время останется прежним, как при работе автоматики без участия человека. Возможность вмешиваться в работу автоматизированных трансмиссий производители оставляют для большего комфорта водителей, привыкших всем управлять.
Пульт управления (селектор) монтируют в разных местах салона авто. В американских моделях он чаще находится на рулевой колонке. Европейские и японские производители предпочитают монтировать селектор на центральном туннеле. В последней версии автомобиля Mitsubishi Lancer коробкой передач можно управлять с помощью селектора или подрулевых переключателей. Когда водитель может действовать любой рукой, это повышает безопасность движения и уменьшает нагрузку на нервную систему человека, который неизбежно устает.
Некоторые коробки передач поддаются доработке, с приданием им дополнительных характеристик. Чаще всего, тюнинг касается программного кода. Блоки управления перепрограммируют, задают в них новые режимы движения. Самые популярные изменения - повышение скорости разгона за счёт ускоренного переключения передач. Естественно, сохранность узлов автомобиля от этого страдает. К тюнингу регулярно прибегают профессиональные гонщики и любители. В мастерских, где обслуживают стритрейсеров, запросто переделают трансмиссию почти любого авто последнего года выпуска.
Интеллектуальность систем управления с каждым годом повышается. Увеличивается количество датчиков, в том числе во внутренних механизмах автомобиля. Поступающая от них информация тонко анализируется, корректируются команды, поступающие к исполнительным устройствам. Компьютеры уже даже анализируют износ фрикционов трансмиссии, и заставляют технику создавать давление, в точности нужное, чтобы подключить определенную муфту. Регистрация давления позволяет следить за состоянием дисков и трансмиссии в целом, делать прогнозы и вовремя выполнять ремонт. Незаменимую помощь такая информация оказывает при разработке новых моделей трансмиссий. В память постоянно записываются коды неисправностей, происходящих во время езды, если случаются какие-то неполадки.
Если возникает форс-мажорная ситуация на дороге, включается специальная программа. В аварийном режиме трансмиссия обычно поддерживает только одну передачу (вторую или третью), переключить их невозможно. Нормально ездить машина в таком состоянии не сможет, но, как минимум, дотянет до автосервиса собственным ходом.
Любая коробка передач может безотказно служить вплоть до пробега автомобиля в 200 тысяч км - при соблюдении рекомендуемых условий эксплуатации. К ним относится и регулярное прохождение техобслуживания. Следует обращаться в профессиональный сервис, где работают специалисты высокой квалификации, выполняют диагностику на современном оборудовании.
Режимы автоматической трансмиссии
«P» - парковка. Передачи полностью отключены, выходной вал трансмиссии заблокирован. Если двигатель работает, ограничение частоты вращения коленвала включается очень рано. Мотор не перегружается, и рабочая жидкость в гидротрансформаторе не перелопачивается бесцельно.
«R» - задний ход. Функция понятна из названия.
«N» - нейтраль. Мотор теряет связь с колёсами. Машина способна ехать только «накатом» под горку, или когда ее буксируют.
«D» - нормальное движения. Смена передач происходит автоматически, водитель может не вмешиваться.
«S» - спортивный. Это наиболее скоростной и расточительный в отношении топлива режим. Мотор выдает наибольшую мощность. Конкретная реализация блока управления определяет, увеличивает ли заданная программа скорость переключения передач. Движок работает на оборотах, близких к тем, при которых он развивает наибольшее усилие.
«Kick-down» - особый режим со сниженной передачей, чтобы сообщить автомобилю резвое ускорение. Такая потребность возникает при обгоне. Отдача мотора максимальная, при большом передаточном соотношении снижающей передачи происходит резкий рывок машины вперед. Для перевода коробки передач в такое состояние по педали акселератора следует хорошо топнуть. В старых авто «кикдаун» запускался при полном выжимании педали «в пол», когда был слышен щелчок.
«O/D» (overdrive) - режим, когда повышающая передача подключается часто, и двигатель переходит на сниженные обороты. Это дает экономию топлива при движении, но теряется динамика автомобиля.
«Norm» - самый сбалансированный режим. Автоматика подключает повышающие передачи при работе мотора на средних оборотах или чуть выше.
«1», «2», «3» - при установке селектора напротив этих цифр трансмиссия не использует передачи, большие установленного значения по номеру. Режим ограничения применяют в трудных условиях: при езде по горам, если авто буксирует тяжелый груз - другую машину или загруженный прицеп. Повышающие передачи не используются, двигатель работает на нагрузках выше среднего.
«W» - зимний режим для езды по скользкой поверхности - обледеневшей дороге, глубокому снегу. Чтобы ведущие колеса не пробуксовывали, автомобиль трогается с места на второй передаче. Переход между передачами происходит мягче, на сниженных оборотах, что исключает излишнее проскальзывание. Динамика разгона страдает, но повышается комфорт и безопасность пассажиров.
Ручное переключение передач в АКПП
Возможность ручного переключения показывают значки «+» и «-». В современных автомобилях данная функция реализована по-разному - с помощью селектора коробки передач, кнопками на рулевом колесе или переключателями под рулем. В любом случае искусственный интеллект не разрешит включать передачи, объективно неуместные в сложившейся ситуации. Реальная скорость переключения передач при ручном управлении остается такой же, как при автоматическом.