Автоматическая Коробка Передач АКПП — принцип работы, устройство и эксплуатация

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.

Автомобиль с автоматической трансмиссией: преимущества и недостатки

Начнем с плюсов. Установка автоматической трансмиссии позволяет водителю во время езды не использовать рычаг переключения передач, также не задействована нога для постоянного выжима сцепления при переходе на повышенную или пониженную ступень.

Другими словами, изменение скорости происходит автоматически, то есть сама коробка учитывает нагрузку на ДВС, скорость движения ТС, положение педали газа, желание самого водителя резко ускориться или двигаться плавно и т.д.

В результате комфорт вождения автомобиля с АКПП значительно возрастает, передачи переключаются автоматически, мягко и плавно, двигатель, элементы трансмиссии и ходовой части защищены от сильных нагрузок. Более того, многие коробки автомат предусматривают возможность не только автоматического, но и ручного переключения передач.

Что касается минусов, они также имеются. Прежде всего, конструктивно АКПП является сложным и дорогостоящим агрегатом, отличается сниженной ремонтопригодностью и ресурсом по сравнению с механическими (ручными) КПП. Автомобиль с данным типом КПП расходует больше топлива, автоматическая коробка отдает меньше крутящего момента на колеса, так как КПД коробки автомат несколько снижен.

Также наличие в автомобиле автоматической трансмиссии накладывает на водителя определенные ограничения. Например, коробку автомат нужно прогревать перед поездкой, желательно избегать постоянных резких стартов и слишком интенсивного торможения.

На машине с автоматической коробкой нельзя буксовать, не допускается буксировка автомобиля с коробкой автомат на высокой скорости на большие расстояния без вывешивания ведущих колес и т.д. Еще добавим, что такую коробку сложнее и дороже обслуживать.

Устройство автоматической трансмиссии

Схема АКПП
Устройство АКПП достаточно сложное и состоит из следующих основных элементов:

• гидротрансформатор;
• планетарный механизм;
• блок управления АКПП (TCU);
• фрикционные муфты;
• обгонная муфта;
• гидроблок;
• ленточный тормоз;
• масляный насос;
• корпус.

Гидротрансформатор представляет собой корпус, заполненный специальной рабочей жидкостью ATF, и предназначен для передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач. Фактически он заменяет сцепление. В его состав входят насосное, турбинное и реакторное колеса, блокировочная муфта и муфта свободного хода.

Колеса оснащены лопастями с каналами для прохода рабочей жидкости. Блокировочная муфта необходима для блокировки гидротрансформатора в конкретных режимах работы автомобиля. Муфта свободного хода (обгонная муфта) необходима для вращения реакторного колеса в противоположную сторону. Более подробно про гидротрансформатор можно почитать здесь.

Планетарный механизм АКП включает в себя планетарные ряды, валы, барабаны с фрикционными муфтами, а также обгонную муфту и ленточный тормоз.

Механизм переключения скоростей в АКПП достаточно сложен, и, по сути дела, работа трансмиссии состоит в выполнении некоторого алгоритма включения и выключения муфт и тормозов посредством давления жидкости.

Планетарный ряд, точнее блокировка одного из его элементов (солнечная шестерня, саттелиты, коронная шестерня, водило), обеспечивает передачу вращения и изменение крутящего момента. Элементы, входящие в планетарный ряд, блокируются при помощи обгонной муфты, ленточного тормоза и фрикционных муфт.

Пример гидравлической схемы АКПП

Блок управления АКПП может быть гидравлическим (уже не применяется) и электронным (ЭБУ АКПП). Современная гидромеханическая трансмиссия оснащается только электронным блоком управления. Он обрабатывает сигналы датчиков и формирует управляющие сигналы на исполнительные устройства (клапаны) гидроблока, обеспечивающие работу фрикционных муфт, а также управляющие потоками рабочей жидкости. В зависимости от этого жидкость под давлением направляется в ту или иную муфту, включая определенную передачу. TCU также управляет блокировкой гидротрансформатора. При неисправности блок TCU обеспечивает функционирование КПП в “аварийном режиме”. Селектор АКПП отвечает за переключение режимов работы КПП.

В автоматической коробке применяются следующие датчики:

• датчик частоты вращения на входе;
• датчик частоты вращения на выходе;
• датчик температуры масла АКПП;
• датчик положения рычага селектора;
• датчик давления масла.

Подробнее про датчики АКПП можно почитать тут.

Упрощённая кинематическая схема АКПП

АКПП состоит из:

1. Гидротрансформатор (ГТ) – соответствует сцеплению в механической трансмиссии, но не требует непосредственного управления со стороны водителя.
2. Планетарный ряд – соответствует блоку шестерен в механической коробке передач и служит для изменения передаточного отношения в автоматической трансмиссии при переключении передач.
3. Тормозная лента, передний фрикцион, задний фрикцион – компоненты, посредством которых осуществляется переключение передач.
4. Устройство управления. Этот узел состоит из маслосборника (поддон коробки передач), шестеренчатого насоса и клапанной коробки. Клапанная коробка представляет собой систему каналов с расположенными в них клапанами и плунжерами, которые выполняют функции контроля и управления. Это устройство преобразует скорость движения автомобиля, нагрузку двигателя и степень нажатия на педаль газа в гидравлические сигналы. На основе этих сигналов, за счет последовательного включения и выхода из рабочего состояния фрикционных блоков, автоматически изменяются передаточные

Принцип работы и срок службы АКПП

Время, необходимое на переключение скорости в АКПП, зависит от скорости автомобиля и нагрузки на двигатель. Система управления вычисляет нужные действия и передает их в виде гидравлических воздействий. Гидравлика перемещает муфты и тормоза планетарного механизма, тем самым происходит автоматическое изменение передаточного числа в соответствии с оптимальным режимом двигателя в данных условиях.

Одним из главных показателей, влияющих на эффективность работы автоматической трансмиссии, является уровень масла, который нужно регулярно проверять. Рабочая температура масла (ATF) составляет около 80 градусов. Поэтому для того, чтобы избежать повреждений пластиковых механизмов коробки в зимний период, перед движением машину необходимо прогревать. А в жаркое время года, наоборот, охлаждать. Охлаждение АКПП может осуществляться охлаждающей жидкостью или воздухом (с помощью масляного радиатора).

АКПП в разрезе

Наибольшее распространение получил жидкостный радиатор. Температура atf, необходимая для нормальной работы двигателя, не должна превышать 20% от температуры в системе охлаждения. Температура охлаждающей жидкости не должна превышать 80 градусов, за счет этого и происходит охлаждение atf. Теплообменник соединен с внешней частью корпуса масляного насоса, к которой крепится и фильтр. При циркуляции масла в фильтре происходит его контакт с жидкостью охлаждения через тонкие стенки каналов.

Кстати, автоматическая трансмиссия считается очень тяжелой. Вес АКПП составляет около 70 кг (если она сухая и без гидротрансформатора) и около 110 кг (если она заправленная).

Для нормального функционирования АКПП необходимо и правильное давление масла. От этого во многом зависит срок службы АКПП. Давление масла должно быть на уровне 2,5-4,5 бар.

Ресурс коробки-автомат может быть различен. Если в одном автомобиле трансмиссия может прослужить только 100 тысяч км., то в другом – порядка 500 тысяч. Это зависит от эксплуатации автомобиля, от регулярного контроля за уровнем масла и его замены вместе с фильтром. Продлить ресурс АКПП возможно также используя оригинальные расходные материалы и своевременно обслуживая КПП.

Достоинства 4-ступенчато варианта

Многие водители хвалят распространенные четырехступенчатые коробки и не доверяют новомодным шестиступенчатым АКПП. Они приводят следующие аргументы:

1. Ненадежность. Четыре ступени лучше, потому что они уже давно изобретены и более надежны, а коробки АКПП с большим количеством передач будут чаще ломаться.
2. Денежные затраты. Во-первых, сама «шестиступка» дороже четырехступенчатой коробки. Во-вторых, и её ремонт будет требовать дополнительных затрат, так как механизм АКПП там сложнее, а в совокупности с первым пунктом, шестиступенчатая коробка вообще становится огромной дырой в бюджете владельца автомобиля с такой трансмиссией.
3. Отсутствие отличий. Также сторонники четырехступенчатой автоматической коробки утверждают, что различий в ощущениях по езде с различными АКПП нет, и они совсем не видят разницы. Более того, по их мнению, различий нет и в технической части: расходе топлива, скорости, плавности переключения.

Однако не стоит делать поспешных выводов, так как все эти аргументы – ошибочны. Шестиступенчатый автомат – далеко не новый предмет в автомобилестроении, и все ошибки (которые, возможно, встречались у первых поколений машин с такими коробками) уже давно исправлены. Конструкции этих коробок очень похожи, а значит нельзя судить о том, какой из АКПП надежнее и практичнее – скорее всего, они в этом параметре одинаковы.

Автомат с шестью передачами действительно дороже, и его ремонт в сервисном центре также потребует немалых затрат. Но ремонт автоматической четырехступенчатой коробки также недешев, а ломается она не реже, то есть вы переплачиваете только изначально, за саму коробку.

Управление АКПП

Управление автоматической трансмиссией осуществляет селектор АКПП. Режимы работы автоматической трансмиссии зависят от перемещения рычага в определенное положение. В автомате доступны следующие режимы:

1. Р – Parking. Используется при парковке. В данном режиме механически блокируется выходной вал трансмиссии.
2. R – Reverse. Используется для включения передачи заднего хода.
3. N – Neutral. Нейтральный режим.
4. D – Drive. Движение вперед в режиме автоматического переключения скоростей.
5. M – Manual. Режим ручного переключения скоростей.

В современных автоматических трансмиссиях с большим числом рабочих диапазонов могут использоваться дополнительные режимы работы:

• (D), или O/D— овердрайв – «экономичный» режим движения, при котором возможно автоматическое переключение на повышающую передачу;
• D3, или O/D OFF— расшифровывается как “отключение овердрайва”, это активный режим движения;
• S (либо цифра 2) — диапазон пониженных передач (первая и вторая, либо только вторая передача) , «зимний режим»;
• L (либо цифра 1) — второй диапазон пониженных передач (только первая передача).

Схема режимов АКПП
Также имеются и дополнительные кнопки, характеризующие режимы работы АКП:

• кнопка Sport, или Power — переключение передач происходит на более высоких оборотах двигателя;
• кнопка Winter, или Snow — движение с места происходит со второй или третьей передачи;
• кнопка Shift lock (шифт лок) — возможность разблокирования селектора при остановленном двигателе.

В некоторых коробках есть режим “кик даун” (kick-down). Режим “кик даун” предполагает резкое ускорение транспортного средства путем переключения на пониженную передачу. В некоторых случаях режим “кик даун” запрещен при отключении режима овердрайв.

Назначение и работа АКПП

Многим водителям не раз приходилось водить автомобиль и на механической, и на автоматической коробке передач, а есть еще и роботизированная коробка (РКПП), но про нее поговорим в другой раз. Между двумя механикой и автоматом существуют два отличия:

• АКПП не имеет педали сцепления
• автомат не требует переключения передач. Это происходит автоматически в режиме езды

Функция у всех коробок передач одна, но реализация у каждого из видов своя. АКПП при ограниченных оборотах позволяет иметь широкий диапазон скоростей. Если у механики переключение передач осуществляется с помощью блокирования шестерней, то в автомате одни и те же шестерни могут обеспечивать различное передаточное число. В автоматической коробке передач используется планетарная передача.