В нашей статье рассмотрим плюсы и минусы классической коробки автомат АКПП: принцип работы, устройство, особенности конструкции, требующие ремонта или замены характерные недостатки и неисправности автоматической трансмиссии с гидротрансофрматором, а также ресурс и неоспоримые достоинства традиционного автомата.
Плюсы и минусы АКПП
Автоматическая коробка передач, вариатор, роботизированная коробка передач — на чем остановить свой выбор при заказе автомобиля. Еще 15-20 лет назад такой вопрос даже не стоял перед отечественными автолюбителями, машины советского, а затем и российского производства были доступны только с механической коробкой передач (МКПП). С появлением в России подержанных иномарок и возможности покупать новые автомобили известных мировых производителей изменилась расстановка сил в пользу автоматической трансмиссии, все больше потенциальных владельцев стали приобретать автомобиль с АКПП. По итогам 2012 года более 45% проданных на российском рынке новых иномарок оснащены автоматами. Даже АвтоВАЗ в июле 2012 года порадовал выпуском бюджетного седана Лада Гранта с АКПП.
Данный агрегат имеет неоспоримые достоинства, но не лишен и недостатков. Среди плюсов – удобство управления движущей силой автомобиля, а к недостаткам можно отнести медленное реагирование, не слишком высокую производительность и сравнительно короткий ресурс — срок службы. Однако следует отметить, что новейшие КПП производят достаточно быстродействующими. Прежде чем разобраться, что к чему, нужно четко понимать разницу в терминах. Автоматическая трансмиссия состоит из двух агрегатов — это сама коробка и гидротрансформатор.
Устройство гидротрансформатора
Итак, гидротрансформатор, или как его еще называют конвертор крутящего момента, представляет собой совокупность двух лопастных устройств – турбинного колеса и центробежного насоса. Связывает их между собой реактор или статор, который и направляет тот самый крутящий момент. Есть еще механизм блокировки, действующий при необходимости на статор, используя обгонную муфту. Насосное колесо находится в жесткой сцепке с коленчатым валом мотора, а турбина – с валом КПП.
Гидротрансформатор наполнен маслом, при активной работе оно постоянно перемешивается и нагревается, на что тратится много полезной энергии, ее же значительно потребляет и насос, создающий давление в рабочих связующих трубках. При большой разнице в оборотах у насоса и турбины реактор блокируется и подает на колесо насоса гораздо больший объём жидкости, в итоге крутящий момент при старте с места увеличивается до трёх раз, снижая КПД передачи. Все это объясняет невысокий общий КПД коробки передач в целом, а также делает более привлекательными в этом плане роботизированные МКПП и вариаторы.
Передача крутящего момента в гидротрансформаторе происходит очень плавно, благодаря чему исключаются ударные нагрузки на трансмиссию, что придает плавности хода автомобилю и положительно сказывается на качественной и продолжительной работе двигателя. Однако от использования гидротрансформатора могут возникнуть и проблемы: например, завести машину с помощью буксира или с толкача, в случае чего, не получится.
Устройство и приницип работы автоматической трансмиссии
Теперь разберемся с устройством самой коробки переключения передач с планетарным редуктором и пакетом фрикционов. Планетарный (дифференциальный) редуктор (передача) представляет собой механизм, в состав которого входят несколько планетарных шестерен, которые при работе вращаются вокруг так называемого солнечного, или центрального, колеса, обычно в сцепке с ним при помощи водила. К планетарной передаче иногда подключено еще и внешнее коронное колесо-шестерня, сцепленное с внутренней стороны с планетарными шестернями. При работе передачи на повышение частоты водило вращается благодаря работе двигателя. При этом коронная шестерня зафиксирована, а выходной вал передачи работает в соединении с солнечной шестерней.
Передачу можно сделать прямой путем фиксирования отпущенной кольцевой (коронной) шестерни с помощью фрикциона. Понижающей же передача получится тогда, когда движком приводится в действие солнечная шестерня при зафиксированном водиле. При этом снимается мощность с кольцевой шестерни.
Пакет фрикционов – это система подвижных и неподвижных колец, вращающихся независимо друг от друга, пока не включена передача. Когда же в соответствующей магистрали возникает давление, фрикционы зажимаются гидравлическим толкателем. Те элементы фрикциона, сцепленные с водилом планетарного редуктора, что были подвижны, застопорятся, остановив водило и включив передачу.
Крутящий момент от мотора к коробке передач передается с помощью потоков рабочего масла, подаваемого лопастями колеса насоса на лопасти турбины. Зазоры между турбинным и насосным колесами минимальны, а их лопасти имеют гармоничное и соответствующее друг другу строение, поэтому круг циркуляции масла непрерывен. Получается, что между двигателем и коробкой передач нет жесткой связи, благодаря чему обеспечивается работа двигателя и возможность остановки автомобиля при включенной передаче, а также плавной передаче тяги.
Необходимо отметить, что по выше приведенной схеме функционирует гидромуфта, передающая крутящий момент без преобразования его величины. Реактор, внедренный в конструкцию гидротрансформатора, как раз и предназначен для изменения момента. Он представляет собой такое же колесо с небольшими лопастями, но оно до определенного момента не вращается. Лопасти реактора имеют специфическое строение и находятся на пути масла, идущего обратно от турбины к насосу. Когда реактор пребывает в гидротрансформаторном режиме (без движения), он способствует увеличению скорости движения рабочей жидкости, которая в это время совершает круговорот между колесами. Чем быстрее двигается масло, тем выше энергия, воздействующая на колесо турбины. Благодаря такому эффекту значительно повышается крутящий момент, развивающийся на валу колеса турбины.
Например, в одной из рядовых ситуаций, когда включена передача в коробке, а машина удерживается на месте педалью тормоза, происходит следующее. Колесо турбины неподвижно, тогда как момент в нем выше обычно развиваемого двигателем на этих оборотах в полтора, а то и в два раза в зависимости от модели. Как только отпускается педаль тормоза, машина начинает трогаться с места и разгоняться до того момента, когда момент на колесах становится равен моменту сопротивления автомобиля.
Когда скорость оборотов колеса турбины приближается к скорости насосного колеса, реактор становится свободным и начинает вращение вместе с ними. Такая ситуация называется переходом гидротрансформатора в режим гидромуфты, что способствует снижению потерь и увеличению КПД гидротрансформатора.
Так как есть случаи, когда необходимости в преобразовании крутящего момента нет, гидротрансформатор может быть и вовсе заблокирован фрикционным сцеплением. В таком режиме КПД передачи может доходить практически до 100%, так как проскальзывание между лопаточными колесами совершенно исключено.
Однако, например, когда автомобиль едет по прямой, поддерживая постоянную скорость, а потом дорога начинает уходить вверх под уклон, гидротрансформатор тут же начнет реагировать. При уменьшении частоты вращения турбинного колеса, реактор начинает автоматически замедляться, что ускорит движение рабочей жидкости, а, следовательно, и крутящий момент, передаваемый на вал колеса турбины и, конечно, на колеса. Иногда такого увеличенного крутящего момента будет достаточно для поднятия в гору, не переходя на низшую передачу.
Гидротрансформатор не способен изменять скорость вращения и крутящий момент в больших пределах, поэтому к нему подключают коробку передач с большим количеством ступеней, которая к тому же будет способна обеспечить обратный ход. КПП, работающие в комплексе с гидротрансформаторами, обычно содержат несколько планетарных передач, и у них оказывается много общего с механическими коробками.
Колеса-шестерни в механической коробке передач все время находятся в зацеплении, при этом те, что являются ведомыми, вращаются на вторичном валу свободно. Когда включается какая-то передача, происходит блокировка соответствующей шестерни на ведомом валу. АКПП работает по такому же принципу, только планетарные передачи состоят из таких элементов как сателлиты, водило, кольцевая и солнечная шестерни.
Такие редукторы приводят в движение одни элементы и фиксируют другие, тем самым позволяя менять скорость вращения, а также усилие, передаваемое с помощью планетарной передачи. Последняя приводится от выходного вала гидротрансформатора, соответствующие же ее элементы фиксируются фрикционными лентами (пакетами). В механической коробке эти функции несут блокирующие муфты и синхронизаторы.
Включение передачи происходит следующим образом. Давление рабочей жидкости гидротрансформатора приводит в действие гидравлический толкатель, который, в свою очередь давит на фрикцион. Источник давления жидкости – специальный насос, а распределение этого давления между фрикционами происходит под постоянным контролем электроники с помощью совокупности электромагнитных соленоидов (клапанов). При этом должен быть соблюден алгоритм работы коробки передач.
Основным отличием автоматической коробки передач от механической является переключение передач, которое в ней происходит так, что поток мощности не разрывается: одна передача выключается, а в тот же момент включается другая. Резкие рывки при этом исключены, так как их успешно гасит и смягчает гидротрансформатор. Хотя, следует отметить, что современные коробки передач с настройками спортивного режима не отличаются особой плавностью работы, что обусловлено слишком быстрой сменой одной передачи на другую. Такие характеристики позволяют машине быстрее брать разгон, но, к сожалению, гораздо быстрее изнашивают фрикционы, а также уменьшают срок службы и самой трансмиссии, и всей ходовой части.
Работа коробки передач в различных режимах
В трансмиссиях-автоматах самого первого поколения управление было полностью гидравлическим. Впоследствии гидравлика стала выполнять только исполнительские функции, устанавливать же алгоритм стала целиком электроника. Именно благодаря ей стала возможной реализация различных режимов работы коробки передач – резкого ускорения (kick-down), экономичного режима, зимнего, спортивного и других.
Например, если рассмотреть спортивный режим, то при нем двигательная тяга используется полностью – каждая последующая передача включается при частоте вращения коленчатого вала, близкой к той, на которой развивается максимальная величина крутящего момента. Дальнейшее увеличение скорости приводит к ускорению частоты вращения вала до своих максимальных значений, при которых двигатель работает на полную мощность. Также происходит и далее. Машина при этом способна развивать гораздо более высокие ускорения, чем при работе в обычном или экономичном режимах.
Большинство современных автомобилей, оборудованных автоматическими коробками передач, имеют технологии, позволяющие алгоритмам управления активизироваться самостоятельно, что зависит от водительской манеры вождения. Электроника, автоматически анализируя информацию с разнообразных датчиков, сама адаптирует необходимую в этом случае работу двигательного агрегата и принимает решение о переключении передач в нужный момент в соответствии с требуемым характером переключений.
Если водитель управляет автомобилем спокойно, аккуратно и плавно, то контроллер осуществляет соответствующие настройки, при которых мотор не выходит на мощностные режимы, что позволяет расходовать топливо более экономично. Если же водитель станет нажимать на педаль газа более резко и часто, то электроника сразу же сделает вывод о необходимости более резвого разгона, и двигатель в паре с коробкой передач сразу же начнут работать в спортивном режиме. При возвращении к плавному педалированию коробка опять же самостоятельно перейдет на нормальную программу работы.
Коробка полуавтомат
Растет количество автомобилей, оснащаемых коробками передач, где, кроме автоматического, присутствует еще и полуавтоматический режим управления. В таком случае система только самостоятельно переключает передачи, а установки на это дает водитель. Однако это не означает полную свободу действий в управлении – зачастую скорость переключения передач увеличивается, но время переключений остается таким же, как при автоматическом режиме. Об этом заботятся некоторые производители, желая продлить срок службы силового агрегата. В сфере машиностроения эта система имеет разные названия – Steptronic, Autostick или Tiptronic.
Тюнинг АКПП
Не так давно стало возможно осуществлять тюнинг некоторых автоматических трансмиссий с помощью перепрограммирования блоков управления двигателем и коробкой передач. Для улучшения скорости разгона в программе АКПП изменяют моменты, когда происходит переход с одной передачи на другую, а также значительно сокращают время переключений. Компьютерные технологии сегодня развиваются стремительно, электроника научилась анализировать степень старения фрикционов и создавать необходимое давление для того, чтобы могла включиться каждая муфта. Путем регистрации давления можно осуществлять прогноз степени износа фрикционов и, соответственно, самой коробки. Блоком управления постоянно осуществляется контроль исправности системы и фиксируются в памяти коды ошибок и сбоев, происходивших в работе ее элементов.
В экстренных случаях блок управления работает в аварийном режиме, когда в коробке передач блокируются все переключения, а работает только какая-то одна передача, обычно вторая или третья. В этом случае ездить на автомобиле не советуют, это и не получится, возможной становится только поездка до ближайшего автосервиса с целью устранения неисправностей.
Любая коробка передач способна удовлетворить ожидания владельца автомобиля, где она установлена, и служить на протяжении 200 тысяч километров. Однако следует помнить, что безотказная ее работа и длительный ресурс напрямую зависят от грамотной эксплуатации и регулярного прохождения квалифицированного техобслуживания.
Режимы работы автоматической коробки передач
1.Рarking (Р) – стояночный режим, когда выключены все передачи, выходной вал коробки и все остальные ее элементы управления заблокированы. Когда двигатель работает, ограничитель скорости вращения вала начинает срабатывать намного раньше, чем это происходит при разгоне. Такие защитные меры от неграмотного управления не позволяют лишний раз зря перемешивать рабочую жидкость трансмиссии.
2.Reverse (R) – передача для движения автомобиля задним ходом.
3.Neutral (N) – нейтральная передача, при включении которой ведущие колеса не связаны с двигателем. Блокировка выходного вала отсутствует, поэтому автомобиль способен ехать накатом, а также возможно его буксировать.
4.Drive (D) – основной режим для движения автомобиля. В этом режиме передачи с 1 по 3 (4) переключаются автоматически.
5.Sport (S) или как он иногда еще называется Power, PWR или Shift – это спортивный режим, в котором двигатель при разгонах работает на полную мощность и расход топлива достигает максимальной величины. Есть возможность увеличивать скорость переключения передач с одной на другую (зависит от программы и конструкции). Мотор при работе коробки в этом режиме постоянно пребывает в тонусе и работает обычно на оборотах, близких к тем, на которых развивается максимальная величина крутящего момента. Ну и, конечно, об экономичности в этих условиях можно забыть.
6.Kick-down – переход на низшую передачу для того, чтобы реализовать резкое ускорение (используется, например, при обгоне). Двигатель переходит в режим повышенной отдачи. Из-за этого, а также за счет увеличенного передаточного отношения пониженной передачи происходит резкий подхват. Чтобы перевести трансмиссию в этот режим. Необходимо резкое нажатие педали газа. В более ранних версиях трансмиссий при этом должен почувствоваться характерный щелчок.
7.Overdrive (O/D) – режим, при котором чаще включается повышенная передача. Такой режим движения на пониженных оборотах внушительно экономит топливо, но автомобиль при этом теряет динамику.
8.Norm – наиболее сбалансированный режим, при котором переключение передач на более высокие происходит постепенно, по мере увеличения оборотов.
9.Winter (W, Snow) – это режим работы АКПП, используемый в зимних условиях. Он осуществляет трогание автомобиля с места со второй передачи во избежание пробуксовки. Переход с одной передачи на другую по этой же причине происходит более плавно, на низких оборотах. Разгон тоже происходит более медленно.
10.Если установить рычаг напротив цифр 1, 2 или 3, то коробка не будет переходить выше, чем выбранная передача. Такой режим используется в трудных условиях езды, например, по серпантину или при движении с прицепом или буксировке другого авто. Двигатель в таком случае способен работать на средних и высоких нагрузках без перехода на высшую передачу.
11.Некоторые модели АКПП предусматривают возможность ручного управления коробкой. Кнопки со значками «+» и «–», обозначающими именно наличие этой возможности, могут в зависимости от модели находиться в разных местах – на самом селекторе управления АКПП, на руле или в виде подрулевых переключателей и т.п. Но в режиме самостоятельного управления электроника все равно не позволит переходить на неуместные в конкретный момент передачи. Скорость же смены скоростей будет не выше той, которая присутствует в спортивном режиме.