Устройство и принцип работы автоматической коробки передач. Акпп принцип работы Устройство переключения передач в акпп

Автоматическая Коробка Переключения Передач (АКПП) – вид трансмиссии в машине, в котором переключение скоростей осуществляется за счет электроники, не требуя внимания водителя.

Первая разработка, которую можно отнести к классу АКПП появилась в 1908 на заводе Форд в Америке. Модель Т, была оснащена планетарной, пока еще механической коробкой передач. Данное устройство не было автоматическим, и требовало от водителей определенного набора навыков и действий для управления, но была значительно проще в использовании, чем распространенные в то время МКПП без синхронизации.
Вторым важным этапом в появлении современных АКП был перевод управления сцеплением с водителя на сервопривод в 30-х годах 20 века фирмой Дженерал Моторс. Такие АКПП назывались полуавтоматическими.
Первая по-настоящему автоматическая планетарная КПП «Коталь» была установлена в Европе в 1930 году. В это время различные фирмы в Европе разрабатывали системы фрикционов и тормозных лент.

Первые АКПП были очень дорогими и ненадежными, пока в конце 30-х годов не начались эксперименты по внедрению гидравлических элементов в их конструкцию для замены сервоприводов и электромеханических элементов управления. Этим путем развития пошла фирма Крайслер, которая и разработала первый гидротрансформатор и гидромуфту.
Современные конструкции АКПП были изобретены в 40–50 года 20 века американскими конструкторами.
В 80-ые годы 20 века АКПП начали оснащаться компьютерным управлением, для топливной экономии, появились 4-х и 5-ти ступенчатые АКПП.

Устройство автоматической коробки передач и принципы работы

Основные элементы конструкции АКПП всегда одинаковые:
Гидротрансформатор, который выполняет роль cцепления. Через него и передается вращательное движение на колеса автомобиля. Его главная задача обеспечивать равномерное вращение без толчков. Гидротрансформатор состоит из больших колес с лопастями, погруженными в гидротрансформаторное масло. Передача момента осуществляется не за счет механического устройства, а с помощью масляных потоков и давления. В гидротрансформаторе располагается и реактор, ответственный за плавные и качественные изменения крутящего момента на колесах автомобиля.

Планетарная передача, которая содержит набор скоростей. В ней осуществляется блокировка одних шестерней и разблокировка других, определяя выбор передаточного числа.

Набор фрикционов и тормозных механизмов, ответственных за переход между шестеренками и выбор передачи. Эти механизмы блокируют и останавливают элементы планетарной передачи.
Устройства управления (гидроблок) – осуществляет управление устройством. Состоит из электронного блока, в котором и осуществляется управление коробкой с учетом всех факторов и датчиков, собирающих сведения (скорость, выбор режима).

Как работает автоматическая коробка передач?

При запуске двигателя в гидротрансформатор подается масло, давление начинает возрастать. Насосное колесо начинает двигаться, реактор и турбина неподвижны. При включении скорости и подачи бензина с помощью акселератора, насосное колесо начинает вращаться быстрее. Потоки масла начинают запускать вращение турбинного колеса. Эти потоки то отбрасывает на неподвижное реакторное колесо, то возвращает обратно к турбинному колесу, увеличивая его эффективность. Момент от вращения передаётся на колеса и автомобиль трогается с места. При достижении нужной скорости насосное и турбинное колесо двигаются одинокого быстро, при этом поток масла попадает на реактор уже с другой стороны (движение происходит только в одну сторону) и он начинается вращаться. Система переходит в режим гидромуфты. Если сопротивление на колесах растет (подъем в гору), реактор снова прекращает вращаться и обогащает крутящим моментом насосное колесо. Во время достижения необходимой скорости и момента, происходит смена передачи. Электронный блок управления подает команду, после чего тормозная лента и фрикционы тормозят пониженную передачу, а повышающее давление масла через клапан разгоняет повышенную, за счет этого и происходит переключение без потери мощности. При остановке двигателя или снижения скорости, давление в системе понижается и происходит обратное переключение. На выключенном двигателе гидротрансформатор находится не под давлением, поэтому запуск двигателя с «толкача» невозможен.

Преимущества и недостатки

По сравнению с механическими коробками передач, у автоматических есть весомые преимущества:

• автомобилем с АКПП проще и комфортнее управлять, дополнительные навыки и рефлексы водителю не требуются, переключения скоростей более плавные, что особенно актуально для перемещений по городу;
• двигатель и ведущие части автомобиля защищены от перегрузок и их ресурс повышается;
• ресурс многих АКПП значительно превышает аналогичный ресурс МКПП. При своевременном техническом обслуживании, необходимость ремонта наступает реже.

Расходные части, такие как, например, диск сцепления или тросик, отсутствуют, вывести из строя АКПП значительно сложнее. Ресурс АКПП американского и японского производства, при современном обслуживании может достигать миллиона километров.
Существует мнение, что у автомобилей с АКПП несколько больший расход топлива. Автомобили до конца 20-го века имели зачастую неправильно выбранные моменты и ограниченное количество скоростей (2–3). На современных АКПП количество передач составляет не менее 4–5 (на грузовых до 19). Современная компьютерная автоматика справляется с выбором крутящего момента и скорости ничуть не хуже водителя. Кроме того, расход топлива на машинах с МКПП сильно зависит от манеры езды и профессиональных умений водителя. У современных АКПП есть множество режимов, они адаптированы под стиль вождения автовладельца.

Серьезным недостатком АКПП является невозможность точного и безопасного переключения передач в экстремальных условиях – на обгоне, выезд из сугроба быстрым переключением задней и первой передачи (раскачка), запуск двигателя «с толкача». Однако, большинство городских жителей выберут комфортное перемещение по пробкам взамен возможностей «прошаренного» водителя.
Вторым заблуждением автолюбителей является то, что АКПП не предназначены для вождения автомобиля в условиях гонок и бездорожья. Гражданские АКПП действительно не предназначены для спортивного вождения и управления заносами - в них нет соответственного охлаждения для таких нагрузок, и моменты переключения выбраны для спокойного вождения в городских условиях. Однако, АКПП оснащенная дополнительным охлаждением и перенастроенная на быстрое переключение скоростей покажет лучшее результаты чем МКПП. Автомобили «Формулы-1» комплектуются АКПП и с очень быстрым движением справляются лучше, чем гоночные автомобили с МКПП. Долгие, управляемые заносы также возможны. Внедорожные автомобили уже продолжительное время оснащаются автоматами, которые на проходимость никак не влияют. Большинство водителей просто не понимают, как работает автоматическая коробка передач.

Характеристики и возможности

АКПП позволяет лучше управлять автомобилем, снижая требования к действию водителя – управление сцеплением и ручкой переключения, делает вождение менее утомительным. АКПП имеет нейтральное положение, положение парковки (вращение коробки блокируется дополнительно с помощью агрегатов), заднюю передачу и несколько скоростей для движения. Переключение осуществляется исходя из скорости и условий (например, при движении на подъеме, автоматически может включаться пониженная скорость). Время переключения исправной коробки передач для городских автомобилей составляет в районе 150 мс, что значительно быстрее реакции обычного водителя.
Основным органом управления АКПП является ручка переключения передач, она может располагаться в районе руля (старые американские и японские седаны либо современные минивэны) либо на традиционном месте расположения рычага АКПП. На старых моделях люкс класса коробка могла управляться с помощью кнопочной панели.
Во избежание случайных переключений или опасных ситуаций, в АКПП применяются различные виды защит. В автомобилях с АКПП нельзя запустить двигатель если селектор находится в положении скорости. Переключение режимов осуществляется с помощью кнопки для напольных компоновок рычага, или оттягивания рычажка при расположении на руле. С парковки автомобиль можно снять только при нажатом тормозе. В некоторых случаях прорезь выполняется в виде ступенек.

Общепринятые режимы АКПП:
P – парковка, АКПП механически заблокирована, при нахождении в горизонтальных поверхностях использование стояночного тормоза необязательно.
N – нейтраль. Можно осуществлять буксировку автомобиля.
L(D1, D2, S)– езда на пониженной передаче (1 передаче либо 2 передаче).
D – автоматический режим переключения с первой по последнюю скорость.
R – режим заднего хода. Кроме того, на АКПП может присутствовать кнопка overdrive, запрещающая переход на более высокую передачу при обгоне.
Нейтральная передача обычно располагается между D и R либо R находится в противоположном конце ручки селектора. Это требование было введено во избежание аварийных ситуаций на дороге и парковке.

Так же в АКПП могут присутствовать различные режимы и протоколы работы. Eco – экономный режим, для разных фирм реализован по-разному.
*Snow(Winter) – троганье с места со второй либо с третьей передачи для скользкого дорожного покрытия или перемещения в сугробе или грязи.
*Sport(Power) – передачи переключаются при более высоких оборотах двигателя.
*ShiftLock (кнопка или ключ) – разблокирование селектора при выключенном двигателе, применяется для транспортировки машины если вышел из строя двигатель или аккумулятор.
Некоторые АКПП имеют режим ручного переключения передач. Самым удачным и распространённым вариантом такой АКПП стал Типтроник, созданный компанией Порше. Отличительной чертой является орган управления, он выполнен в виде буквы Н и имеет символы «+» и «–« .

Кроме Типтроника к автоматам можно отнести вариатор и роботизированную КПП.

Особенности автомобиля с автоматом

Устройство автоматической коробки передач является более сложным, чем МКПП. Ремонт АКПП значительно сложнее - она состоит из куда большего количества запчастей. Обычно о неисправностях АКПП свидетельствуют пинки и паузы при переключении передач, задний ход или одна из скоростей, могут вообще пропасть. В иных случаях, автомобиль может перестать двигаться.

Диагностика АКПП обычно проводится в несколько этапов:
Визуальный контроль масла. Если масло черное или содержит в своем составе металлические осколки – это свидетельствует о внутреннем повреждении или износе АКПП. Необходима замена масла в АКПП, что может решить основную часть проблем.
Диагностика ошибок с помощью разъема диагностики. Могли выйти из строя электронные элементы управления коробкой (датчики, компьютер), после чего коробка нормально функционировать не может.
Тест-драйв работы АКПП, для этого изучают поведение коробки во время езды.
Замеры давления в каждом режиме работы АКПП.
Осмотр внутреннего состояния АКП.
Ремонт АКПП своими руками может подразумевать только с 1 по 3 пункт данного списка. Для остальных операций понадобиться теплый бокс, специальное оборудование и опытный специалист. Последняя операция потребует подъемника, крана и целого набора инструментов. Снятие, установка и замена АКПП один из самых сложных и трудоемких в ремонте автомобиля. Ремонт внутренностей АКПП может быть сопоставим по стоимости с установкой новой или контрактной коробки. Будет лучше, если диагностика АКПП и ремонт будут произведены специалистами.

Чтобы избежать таких неприятностей необходимо следить за уровнем и цветом масла в коробке и своевременно его менять (когда написано в регламенте). Для разных АКПП применяются различные масла, описанные в литературе по автомобилю. В машинах фирмы Хонда применяется свое особенное масло, если залить другое коробка может выйти из строя.

Эксплуатировать автомат необходимо максимально бережно, не допуская пробуксовок, постоянных резких торможений и ускорений.

В холодное время года автомату необходимо дать время насытиться загустевшим маслом. Для этого необходимо прогреть автомобиль, включить передачу и постоять на тормозах не менее минуты, после чего можно трогаться.
Для большинства людей соблюдение такого рода простых операций не доставит проблем. В их случае, АКПП прослужит им очень долго. Современные АКПП очень надежны по конструкции, стоят не особо дороже своим механических собратьев, дарят чувство комфорта за рулем и серьезно облегчают жизнь любого водителя.

23 октября 2016

Автоматическая коробка передач автомобиля предназначена для передачи мощности двигателя на колеса. Она устанавливает именно ту передачу, которая лучше всего подходит для текущей скорости движения. Автоматическая трансмиссия избавляет водителя от необходимости переключения скорости вручную. Компьютер автомобиля при помощи датчиков определяет, в какой момент необходимо переключить скорость и посылает сигнал в электронном виде на включение или выключение передачи.

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.

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.

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.

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.

Планетарные ряды

Гидротрансформатор может увеличивать крутящий момент, но лишь до определенного предела. Устройство автоматической коробки передач для более значимого увеличения момента, например, при преодолении подъемов, а также для движения задним ходом предусматривает планетарные ряды. Планетарная передача также обеспечивает ровное переключения скоростей при движении без потери мощности мотора. Благодаря ей переключение происходит без толчков, случающихся при работе обычной трансмиссии.

Планетарный ряд включает следующие элементы:

• солнечную шестерню;
• сателлиты;
• эпицикл;
• водило.

Планетарным ряд называются из-за того, что фрикционные колеса, вращающиеся одновременно вокруг своих осей и перемещающиеся вместе с этими осями, очень напоминают планеты солнечной системы. От их взаимного положения зависит, какая в данный момент включена передача.

Как переключаются передачи в АКПП?

Переключение передач или изменение в планетарном редукторе передаточного числа осуществляется блокировкой и разблокировкой элементов планетарного ряда посредством тормозных лент и фрикционов. В гидравлической системе автоматической коробки передач автомобиля непосредственно переключение передач осуществляется клапаном. Трехскоростная коробка имеет два таких клапана, один из которых осуществляет переключение с первой передачи на вторую, другой - со второй на третью. Четырехскоростная коробка имеет уже три клапана.

Другие виды АКПП

Помимо рассмотренной гидравлической трансмиссии сегодня широко распространены другие типы автоматических коробок:

1. Вариаторная АКПП. В этом типе трансмиссии фиксированного передаточного числа для передач не существует. Поэтому такая АКПП называется бесступенчатой. Принцип работы в том, что в отличие от других «автоматов» она более эффективно использует мощность двигателя. Вследствие этого автомобили, оснащенные данным типом трансмиссии являются более экономичными и комфортными.
2. Роботизированная КПП. Автоматической такую коробку можно назвать условно, так как по сути она является обычной «механикой», где функция педали сцепления возложена на электронный блок. Автомобили с какими коробками также являются довольно экономичными, но менее комфортными, так как зачастую переключение передач в автоматическом режиме сопровождается рывками.

Таким образом, помимо наиболее распространенной гидравлической АКПП существует еще несколько видов автоматических коробок, различающихся своей конструкцией. Отличаются они ценой, экономичностью, комфортом управления авто. Общее же то, что водитель избавлен от необходимости самостоятельного выбора и переключения передач.

Многие из Вас наверняка знают элементарные вещи об устройстве механической коробки передач - Вы знаете, что двигатель подключен к передаче путём сцепления, ведь без этой связи автомобиль не сможет прийти к полной остановке, разумеется, не убив двигатель. Но автомобили с автоматической коробкой передач не имеют сцепления, которое отключало бы трансмиссию от двигателя. Вместо этого в них используется удивительное устройство под названием гидротрансформатор . Может быть, его устройство Вам покажется несколько сложным, но то, что он делает и какое удобство доставляет, просто очень интересно!

В этой статье мы узнаем, почему автоматическая коробка передач автомобиля так нуждается в гидротрансформаторе, как работает гидротрансформатор и его некоторые недостатки.

Основы гидротрансформатора

Так же, как и в случае с ручной трансмиссией, автомобилю с автоматической коробкой передач необходимо найти способ, чтобы одновременно держать двигатель работающим (крутящимся коленчатым валом), а колеса и шестерни в коробке передач остановленными.Автомобили с МКПП используют для этого сцепление, которое полностью отключает двигатель от коробки передач, а вот автоматическая коробка передач использует гидротрансформатор.

Гидротрансформатор является одним из видов гидромуфты, которая позволяет двигателю вращаться независимо от трансмиссии. Если двигатель вращается медленно, например, когда автомобиль работает на холостом ходу на красном сигнале светофора, количество крутящего момента, который передаётся через гидротрансформатор, очень мало, и его достаточно, чтобы удержать автомобиль на месте путём лишь лёгкого давления на тормозную педаль.

Если бы Вы надавили на педаль газа в то время как автомобиль остановился, Вам пришлось бы также нажать сильнее на тормоза, чтобы удержать машину от перемещения. Это происходит потому, что при нажатии на газ двигатель ускоряется, и насос из-за этого ускорения подаёт больше жидкости в гидротрансформатор, вызывая больший крутящий момент, который, в свою очередь передаётся на колеса.

Как показано на рисунке выше, существуют четыре компонента внутри очень крепкого корпуса гидротрансформатора:

1. Насос
2. Турбина
3. Статор
4. Трансмиссионное масло

Корпус гидротрансформатора крепится болтами к маховику двигателя, то есть корпус всегда крутится с той же скоростью, с какой крутится коленвал двигателя. Плавники, которые составляют насос гидротрансформатора, крепятся к корпусу, поэтому они также вращаются с одинаковой скоростью, что и двигатель. Гидротрансформатор в разрезе на рисунке ниже показывает, как всё это связано внутри гидротрансформатора.

Насос внутри гидротрансформатора является одним из видов центробежных насосов. В то время как он вращается, жидкость движется направленно от центра к краям, примерно как вращающийся барабан стиральной машины во время отжима бросает воду и одежду по своим стенкам. В то же время, так как жидкость устремляется от центра, в это центре создаётся вакуум, который привлекает ещё больше жидкости.

Затем жидкость поступает в лопасти турбины, которая связана с передачей. Именно турбина заставляет передачу крутиться, что в основном и приводит в движение Ваш автомобиль. Так как же жидкость (точнее, масло) поступает из насоса к турбине?! Дело в том, что в то время, как жидкость эта устремляется от центра к краям насоса, она встречает на своём пути лопасти насоса, которые направлены таким образом, что жидкость рикошетит о них и направляется уже вдоль оси вращения насоса прочь от него - к турбине, которая как раз и расположена напротив насоса.

Лопасти турбины также немного искривлены. Это означает, что жидкость, которая поступает в турбину снаружи, должна изменить своё направление, переместившись в центр турбины. Именно это направленное изменение вызывает вращение турбины.

Чтобы ещё проще представить принцип работы гидротрансформатора, представим ситуацию с расположенными друг напротив друга на небольшом расстоянии (допустим, около одного метра) комнатными вентиляторами и направленными друг напротив друга - если включить один из вентиляторов, то он за счёт своих искривлённых лопастей погонит воздух от себя к вентилятору, который стоит напротив него, а тот, в свою очередь, начнёт вращаться, потому как его лопасти также искривлены и поток воздуха толкает их все в какую-либо одну сторону (именно в ту сторону, в какую и начнёт вращаться вал вентилятора).

Но мы всё ещё двигаемся далее: жидкость выходит из турбины в её центре, двигаясь опять же в другом - противоположном направлении, чем то, в котором она когда-то вошла в турбину - то есть снова по направлению к насосу. И вот здесь заключается большая проблема - дело в том, что по своей конструкции (точнее, по конструкции своих лопастей, насос и турбина вращаются в противоположные стороны, и, если жидкости будет разрешено попасть обратно в насос, то это будет сильно замедлять двигатель. Вот почему гидротрансформатор имеет статор, который, благодаря своей конструкции, изменяет направление движения масла, и, таким образом, остаточная энергия, которая возвращается от турбины к насосу, идёт в дело - немного помогая двигателю раскручивать насос.

Важно отметить, что скорость вращения турбины никогда не будет равной скорости вращения насоса, а КПД в гидротрансформаторе даже близко не будет стоять к механическим шестерёнчатым механизмам, передающим крутящий момент. Именно поэтому у автомобиля с АКПП значительно более высокий расход топлива. Для борьбы с этим эффектом, большинство автомобилей имеет гидротрансформатор, снабжённый блокировочной муфтой. Когда требуется, чтобы две половинки гидротрансформатора (насос и турбина) вращались с одинаковой скоростью (это происходит, например, когда автомобиль движется на высокой скорости), блокировочная муфта блокирует их вместе намертво, что исключает проскальзывание насоса относительно турбины и, таким образом, повышает эффективность расхода топлива.

Принцип работы АКППКлассический “автомат” включает в себя несколько агрегатов, главными из которых являются гидротрансформатор и механическая планетарная коробка передач.
Гидротрансформатор выполняет не только функции сцепления, но и автоматически изменяет крутящий момент в зависимости от нагрузки и частоты вращения колес автомобиля. Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин — центробежного насоса, центростремительной турбины и расположенного между ними направляющего аппарата-реактора. Насос и турбина предельно сближены, а их колесам придана форма, обеспечивающая непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости. В результате гидротрансформатор получил минимальные габаритные размеры и одновременно снижены потери энергии на перетекание жидкости от насоса к турбине.

Насосное колесо связано с коленчатым валом двигателя, а турбина — с валом коробки передач. Тем самым в гидротрансформаторе отсутствует жесткая связь между ведущими и ведомыми элементами, а передача энергии от двигателя к трансмиссии осуществляется потоками рабочей жидкости, которая отбрасывается с лопаток насоса на лопасти турбины.

Собственно, по такой схеме работает гидромуфта, которая просто передает крутящий момент, не трансформируя его величину. Чтобы изменять момент, в конструкцию гидротрансформатора введен реактор. Это также колесо с лопатками, однако оно жестко прикреплено к корпусу и не вращается (заметим: до определенного времени). Реактор расположен на пути, по которому масло возвращается из турбины в насос. Лопатки реактора имеют особый профиль, а межлопаточные каналы постепенно сужаются. По этой причине скорость, с которой рабочая жидкость течет по каналам направляющего аппарата, постепенно увеличивается, а сама жидкость выбрасывается из реактора в сторону вращения насосного колеса, как бы подталкивая и подгоняя его. Отсюда сразу два следствия. Первое — благодаря увеличению скорости циркуляции масла внутри гидротрансформатора при неизменном режиме работы насоса (читай: двигателя, поскольку насосное колесо, как говорилось выше, жестко связано с коленвалом) крутящий момент на выходном валу гидротрансформатора увеличивается. Второе — при неизменном режиме работы насоса режим работы турбины изменяется автоматически и бесступенчато в зависимости от приложенного к валу турбины (читай: колесам автомобиля) сопротивления.

Поясним эти аксиомы на конкретных примерах. Допустим, автомобилю, который двигался по равнинному участку дороги, предстоит подъем в гору. Забудем на время про педаль акселератора и посмотрим, как отреагирует на изменение условий движения гидротрансформатор. Нагрузка на ведущие колеса увеличивается, а автомобиль начинает терять скорость. Это приводит к уменьшению частоты вращения турбины. В свою очередь уменьшается противодействие движению рабочей жидкости по кругу циркуляции внутри гидротрансформатора. В результате скорость циркуляции возрастает, что автоматически приводит к увеличению крутящего момента на валу турбинного колеса (аналогично переходу на низшую передачу в механических КПП) до тех пор, пока не наступит равновесие между ним и моментом сопротивления движению.

По аналогичной схеме работает автоматическая трансмиссия и при старте с места. Только теперь самое время вспомнить про педаль газа, нажатие на которую увеличивает обороты коленчатого вала, а значит, и насосного колеса, и про то, что сначала автомобиль, а следовательно, и турбина находились в неподвижном состоянии, но внутреннее проскальзывание в гидротрансформаторе не мешало двигателю работать на холостом ходу (эффект выжатой педали сцепления). В этом случае крутящий момент трансформируется в максимально возможное число раз. Зато когда достигнута необходимая скорость, надобность в преобразовании крутящего момента отпадает. Гидротрансформатор посредством автоматически действующей блокировки превращается в звено, жестко связывающее его ведущий и ведомый валы. Такая блокировка исключает внутренние потери, увеличивает значение КПД передачи, уменьшает расход топлива в установившемся режиме движения, а при замедлении повышает эффективность торможения двигателем. Кстати, одновременно с целью снижения все тех же потерь реактор освобождается и начинает вращаться вместе с насосным и турбинным колесом.

Зачем же к гидротрансформатору присоединяют КПП, если он сам способен изменять величину крутящего момента в зависимости от нагрузки на ведущие колеса? Увы, гидротрансформатор может изменять крутящий момент с коэффициентом, не превышающим 2-3,5. Как ни крути, а такого диапазона изменения передаточного числа недостаточно для эффективной работы трансмиссии. К тому же нет-нет да и возникает надобность во включении зад
него хода или полном разъединении двигателя от ведущих колес.

Коробки автоматических трансмиссий имеют зубчатые зацепления, но существенно отличаются от обычных механических КПП хотя бы потому, что передачи в них переключаются без разрыва потока мощности с помощью приводимых гидравликой многодисковых фрикционных муфт или ленточных тормозов. Необходимая передача выбирается автоматически с учетом скорости автомобиля и степени нажатия на педаль газа, которая определяет желаемую интенсивность разгона. За выбор передачи отвечает гидравлический и электронный блоки управления АКПП. Водитель, кроме нажатия на акселератор, может влиять на процесс смены передач, выбрав зимний или спортивный алгоритм переключения или установив, например, при движении в сложных условиях селектор КПП в специальное положение, которое не позволяет автоматике переключаться выше определенной разгонной передачи.

Кроме гидротрансформатора и планетарного механизма в состав КПП-автоматов входит масляный насос, снабжающий гидротрансформатор и гидравлический блок управления рабочей жидкостью и обеспечивающий смазку коробки, а также радиатор охлаждения рабочей жидкости, которая из-за интенсивного “перелопачивания” имеет свойство сильно нагреваться.

Гидротрансформатор. Общее устройство и принцип действия

Гидротрансформатор (ГТ) (torque converter) служит для передачи крутящего момента непосредственно от двигателя к элементам автоматической коробки передач (АКП) и состоит из следующих основных частей:

Насосное колесо или насос (pump);
- плита блокировки ГТ (lock - up piston);
- турбинное колесо или турбина (turbine);
- реактор;
- обгонная муфта (one - way clutch).

Для иллюстрации принципа действия ГТ как элемента, передающего крутящий момент, воспользуемся примером с двумя вентиляторами. Один вентилятор (насос) включён в сеть и создаёт поток воздуха. Второй вентилятор (турбина) - выключен, однако, его лопатки, воспринимая поток воздуха, создаваемого насосом, вращаются. Скорость вращения турбины меньше, чем у насоса, она как бы проскальзывает по отношению к насосу. Если применить этот пример по отношению к ГТ, то в нём в качестве вентилятора, включённого в сеть (насоса), выступает крыльчатка насосного колеса.

Насосное колесо механически связано с двигателем. В качестве выключенного вентилятора (турбины) выступает турбинное колесо, соединённое через шлицы с валом АКП. Подобно вентилятору - насосу, крыльчатка насосного колеса ГТ, вращаясь, создаёт поток, только уже не воздуха, а жидкости (масла). Поток масла, как и в случае с вентилятором - турбиной, заставляет вращаться турбинное колесо ГТ. В данном случае ГТ работает как обыкновенная гидромуфта, лишь передавая посредством жидкости крутящий момент от двигателя на вал АКП, не увеличивая его. Увеличение оборотов двигателя не приводит к сколь - нибудь существенному увеличению передаваемого крутящего момента.

Снова возвратимся к иллюстрации с вентиляторами. Поток воздуха, крутящий лопатки вентилятора - турбины, рассеивается впустую в пространстве. Если же этот поток, сохраняющий значительную остаточную энергию, направить снова к вентилятору - насосу, он начнёт вращаться быстрее, создавая более мощный поток воздуха, направленный к вентилятору - турбине. Тот, соответственно, тоже начнёт вращаться быстрее. Это явление известно как преобразование (увеличение) крутящего момента.

В ГТ в процесс преобразования крутящего момента помимо насосного и турбинного колёс включён реактор, который изменяет направление потока жидкости. Подобно воздуху, вращавшему лопатки вентилятора - турбины, поток жидкости (масла), вращавший турбинное колесо ГТ, всё ещё обладает значительной остаточной энергией. Статор направляет этот поток обратно на крыльчатку насосного колеса, заставляя её вращаться быстрее, увеличивая тем самым крутящий момент. Чем меньше скорость вращения турбинного колеса ГТ по отношению к скорости вращения насосного колеса, тем большей остаточной энергией обладает масло, возвращаемое статором на насос, и тем большим будет момент, создаваемый в ГТ.

По аналогичной схеме работает автоматическая трансмиссия и при старте с места. Только теперь самое время вспомнить про педаль газа, нажатие на которую увеличивает обороты коленчатого вала, а значит, и насосного колеса, и про то, что сначала автомобиль, а следовательно, и турбина находились в неподвижном состоянии, но внутреннее проскальзывание в гидротрансформаторе
не мешало двигателю работать на холостом ходу (эффект выжатой педали сцепления). В этом случае крутящий момент трансформируется в максимально возможное число раз. Зато когда достигнута необходимая скорость, надобность в преобразовании крутящего момента отпадает. Гидротрансформатор посредством автоматически действующей блокировки превращается в звено, жестко связывающее его ведущий и ведомый валы. Такая блокировка исключает внутренние потери, увеличивает значение КПД передачи, уменьшает расход топлива в установившемся режиме движения, а при замедлении повышает эффективность торможения двигателем. Кстати, одновременно с целью снижения все тех же потерь реактор освобождается и начинает вращаться вместе с насосным и турбинным колесом.

Левый рисунок - Реактор ГТ удерживается обгонной муфтой; Правый рисунок - Статор ГТ вращается свободно.

Турбина всегда имеет скорость вращения меньшую, чем насос. Это соотношение скоростей вращения турбины и насоса максимально при неподвижном автомобиле и уменьшается с увеличением его скорости. Поскольку реактор связан с ГТ через обгонную муфту, которая может вращаться только в одном направлении, то, благодаря особой форме лопаток реактора и турбины поток масла направляется на обратную сторону лопаток реактора (рис. 4), благодаря чему реактор заклинивается и остаётся неподвижным, передавая на вход насоса максимальное количество остаточной энергии масла, сохранившееся после вращения им турбины. Такой режим работы ГТ обеспечивает максимальную передачу им крутящего момента. Например, при трогании с места ГТ увеличивает крутящий момент почти в три раза.

По мере разгона автомобиля проскальзывание турбины относительно насоса уменьшается и наступает момент, когда поток масла подхватывает колесо реактора и начинает вращать его в сторону свободного хода обгонной муфты (см. рис. 5). ГТ перестаёт увеличивать крутящий момент и переходит в режим обычной гидромуфты. В таком режиме ГТ имеет КПД, не превышающий 85%, что приводит к выделению в нём излишнего тепла и, в конечном счёте, увеличению расхода топлива двигателем авт
омобиля.

Для устранения этого недостатка используется блокировочная плита (рис. а). Она механически связана с турбиной, однако, может перемещаться влево и вправо. Для её смещения влево поток масла, питающий ГТ, подаётся в пространство между плитой и корпусом ГТ, обеспечивая их механическую развязку, то есть, плита в таком положении никак не влияет на работу ГТ.

При достижении автомобилем высокой скорости по особой команде от устройства управления АКП поток масла изменяется так, что он прижимает блокировочную плиту вправо к корпусу ГТ (рис. б). Для увеличения силы сцепления на внутреннюю сторону корпуса наносится фрикционный слой. Происходит механическая блокировка насоса и турбины посредством плиты. ГТ перестаёт выполнять свои функции. Двигатель жёстко связывается с входным валом АКП. Естественно, при малейшем торможении автомобиля блокировка немедленно выключается.

Как ни странно, но в настоящее время АКПП (автоматическая коробка переключения передач ) набирает популярность у автолюбителей и будущих автовладельцев. (Ваш покорный слуга относится к противникам данного вида коробок). Но об этом ниже.

Итак, АКПП…

Основное назначение АКПП - такое же, как и у механики – прием, преобразование, передача и изменения направления крутящего момента. Различаются автоматы по количеству передач, по способу переключения, по и по типу применяемых актуаторов.

Работу АКПП лучше рассмотреть на конкретном примере, а именно на классической трехступенчатой коробке передач с гидравлическими актуаторами (приводами) и гидротрансформатором. Надо отметить, что существуют и преселективные АКПП.

В устройство АКПП входит:

1. Гидротрансформатор – механизм, обеспечивающий преобразование, передачу крутящего момента, используя рабочую жидкость. Рабочая жидкость для АКПП обычно, готовое трансмиссионное масло для автоматических коробок передач. Но многие автолюбители используют жидкость для гидравлических приводов большегрузной техники (веретенку), хотя это и неправильно. Веретенка не предназначена для работы в условиях высокой скорости движения шестерен.
2. Планетарный редуктор – узел, состоящий из «солнечной шестерни», сателлитов, и планетарного водила и коронной шестерни. Планетарка является главным узлом автоматической коробки.
3. Система гидравлического управления – комплекс механизмов, предназначенных для управления планетарным редуктором.

Для того чтобы более полно объяснить принцип работы АКПП начнем с гидротрансформатора.

Гидротрансформатор

Гидротрансформатор служит одновременно сцеплением и гидромуфтой для передачи крутящего момента к планетарному механизму.

Представьте себе две крыльчатки с лопастями, расположенными друг напротив друга на минимальном расстоянии и заключенных в одном корпусе. В нашем случае одна крыльчатка называется насосное колесо , которое соединено жестко с маховиком, вторая крыльчатка называется турбинным колесом и соединено посредством вала с планетарным механизмом. Между лопастными крыльчатками находится рабочая жидкость.

Принцип работы гидротрансформатора

Во время , при вращении маховика вращается и насосное колесо, его лопасти подхватывают рабочую жидкость и направляют ее на лопасти турбинного колеса, под действием центробежной силы. Соответственно лопасти турбинного колеса приходят в движение, но рабочая жидкость после выполнения работы отлетает от поверхности лопастей и направляется обратно на насосное колесо, тем самым тормозя его. Но не тут то было! Для изменения направления отлетающей рабочей жидкости между колесами располагается реактор , у которого так же имеются лопасти и расположены они под определенным углом. Получается следующее - жидкость от турбинного колеса возвращаясь через лопасти реактора ударяет вдогонку лопасти насосного колеса, тем самым увеличивая крутящий момент , потому что сейчас действуют две силы – двигателя и жидкости. Надо отметить, что при начале движения насосного колеса, реактор стоит неподвижно. Так продолжается до тех пор, пока обороты насосного не сравняются с оборотами турбинного колеса и стоящий неподвижно реактор только будет мешать своими лопастям – притормаживать обратное движение рабочей жидкости. Для исключения этого процесса в реакторе находится муфта свободного хода , которая позволяет реактору крутиться со скоростью крыльчаток, этот момент называется точкой сцепления .

Получается, что при достижении номинальных оборотов двигателя, сила от двигателя передается на планетарный механизм через… жидкость. Другими словами гидротрансформатор АКПП превращается в гидромуфту. Значит, крутящий момент уже передался дальше – на планетарный механизм?

Нет! Для того чтобы передать силу от двигателя, необходимо чтобы сработала муфта привода от ведущего вала. Но все по порядку…

Планетарный редуктор

Планетарный редуктор состоит из:

1. планетарных элементов
2. муфт сцепления и тормозов
3. ленточных тормозов

Планетарный элемент представляет собой узел из солнечной шестерни, вокруг которой расположены сателлиты, которые в свою очередь крепятся на планетарное водило. Вокруг сателлитов находится коронная шестерня. Вращаясь, планетарный элемент передает крутящий момент на ведомую шестерню.

Муфта сцепления представляет собой набор дисков и пластин, чередующихся друг с другом. Чем-то муфта АКПП представляет собой сцепление мотоцикла. Пластины муфты вращаются одновременно с ведущим валом, а вот диски соединены с элементом планетарного ряда. Для трехступенчатой коробки планетарных рядов два – первой-второй передачи и второй-третьей. Привод в действие муфты обеспечивается сжатием между собой дисков и пластин, этот работу выполняет поршень. Но поршень не может сам двигаться, в действие он приводится гидравлическим давлением.

Ленточный тормоз выполнен в виде обхватывающей пластины одного из элементов планетарного ряда и приводится в действие гидравлическим актуатором.

Для понятия работы всей коробки разберем работу одного планетарного ряда. Представим себе, что затормозилась солнечная шестерня (в центре), значит, в работе остаются коронная и сателлиты на планетарном водило. В этом случае скорость вращения водило будет меньше, чем скорость коронной шестерни. Если позволить солнечной шестерне вращаться с сателлитами, а затормозить водило, то коронная шестерня изменит направление вращения (задний ход ). Если скорости вращения коронной шестерни, водило и солнечной шестерни, будут одинаковые, планетарный ряд будет вращаться как единое целое, то есть, не преобразовывая крутящий момент (прямая передача ). После всех преобразований крутящий момент передается на ведомую шестерню и далее на хвостовик коробки. Надо отметить что мы рассматриваем принцип работы автоматической коробки передач у которой ступени расположены на одной оси, такая коробка предназначена для авто с задним приводом и передним расположением двигателя. Для переднеприводных авто, размеры коробки должны быть уменьшены, поэтому как и вводятся несколько ведомых валов.

Таким образом, затормаживая и отпуская один или несколько элементов вращения можно добиться изменения скорости вращения и изменения направления . Всем этим процессом управляет гидравлическая система управления.

Гидравлическая система управления

Гидравлическая система управления состоит из масляного насоса, центробежного регулятора, системы клапанов, исполняющих устройств и масляных каналов. Весь процесс управления зависит от скорости вращения двигателя и нагрузки на колеса. При движении с места масляный насос создает такое давление, при котором обеспечивается алгоритм фиксации элементов планетарного ряда так, что бы крутящий момент на выходе был минимальным, это и есть первая передача (как говорилось выше – затормаживается солнечная шестерня в двух ступенях). Далее при росте оборотов, давление увеличивается и в работу входит вторая ступень на уменьшенных оборотах, первая ступень работает в режиме прямой передачи. Увеличиваем еще обороты двигателя – начинает работать вся в режиме прямой передачи.

Как только нагрузка на колеса увеличится, то центробежный регулятор начнет понижать давление от масляного насоса и весь процесс переключения повторится с точностью до наоборот.

При включении пониженных передач на рычаге переключения, выбирается такая комбинация клапанов масляного насоса, при которой включение повышенных передач невозможно.

Достоинства и недостатки АКПП

Главным достоинством автоматической коробки передач , конечно, служит комфорт при вождении - дамы просто в восторге! И, бесспорно, с автоматом двигатель не работает в режиме повышенных нагрузок.

Недостатки (и они очевидны) – низкий КПД, полное отсутствие «драйва» при трогании с места, большая цена, а главное – авто с автоматом нельзя завести с «толкача»!

Подводя итоги, скажем, что выбор коробки это дело вкуса и… стиля вождения!