Вариатор, механика или автомат. Что лучше? Устройство и принцип работы классической акпп Принцип работы акпп zf

Появились в 1940-х годах. Как известно, наличие автоматической коробки передач существенно облегчает процесс эксплуатации транспортного средства, также снижаются нагрузки на водителя, повышается безопасность и т.д.

Отметим, что под «классической» автоматической коробкой следует понимать гидромеханическую коробку передач (гидромеханический автомат). Далее мы рассмотрим устройство коробки — автомат, конструктивные особенности, а также преимущества и недостатки КПП данного типа.

Читайте в этой статье

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 , 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 . Автомобиль с данным типом КПП расходует больше топлива, автоматическая коробка отдает меньше 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.

Коробка автомат: устройство

Итак, даже с учетом определенных недостатков, автоматическая гидромеханическая коробка по ряду причин долгое время оставалась наиболее распространенным решением для изменения крутящего момента среди других типов автоматических трансмиссий.

Прежде всего, даже с учетом того, что ресурс и производительность таких коробок ниже, чем у «механики», гидромеханическая коробка передач достаточно надежна и долговечна. Теперь давайте рассмотрим устройство АКПП.

Автоматическая коробка передач состоит из следующих базовых элементов:

Гидротрансформатор. Устройство выполняет функцию сцепления по аналогии с МКПП, однако для перехода на ту или иную передачу не требуется участия водителя;
Планетарный ряд, который аналогичен блоку шестерен в ручной «механике» и позволяет изменять передаточное отношение при переключении передач;
Тормозная лента и фрикционы (передний, задний фрикцион) позволяют плавно и своевременно переключать передачи;
Управление АКПП. Данный узел включает в себя маслосборник (поддон коробки), шестеренчатый насос, а также клапанную коробку;

Управление коробкой автомат производится при помощи селектора. Как правило, АКПП имеют следующие основные режимы:

Режим Р – парковка;
Режим R – движение задним ходом;
Режим N –нейтральная передача;
Режим D –езда вперед с автоматическим переключением передач;

Также могут иметься и другие режимы. Например, режим L2 означает, что включаться будет только первая и вторая передачи при движении вперед, режим L1 указывает на включение только первой передачи, режим S следует понимать как спортивный, могут иметься различные «зимние» режимы и т.д.

Дополнительно может быть реализована имитация ручного управления АКПП, то есть водитель может повышать или понижать передачи самостоятельно (вручную). Еще добавим, что коробка автомат также зачастую имеет режим kick-down (кик-даун), который позволяет автомобилю резко разгоняться при такой необходимости.

Срабатывает режим «кик-даун» в том случае, когда водитель резко нажимает на газ, после чего коробка быстро переходит на пониженные передачи, тем самым позволяя раскрутить двигатель до высоких оборотов.

Как видно, коробка — автомат фактически состоит из гидротрансформатора, механической коробки передач, а также системы управления, что в совокупности и образует гидромеханическую коробку. Давайте рассмотрим ее устройство.

Принцип работы и конструкция гидротрансформатора

Гидротрансформатор необходим для того, чтобы передавать и изменять крутящий момент от двигателя на коробку. Также гидротрансформатор уменьшает вибрации. Устройство гидротрансформатора предполагает наличие насосного, турбинного и реакторного колеса.

Также в гидротрансформаторе имеется блокировочная муфта и муфта свободного хода. Гидротрансформатор (ГДТ, часто в обиходе называется «бублик») является частью АКПП, однако имеет отдельный корпус из прочного материала, заполненный рабочей жидкостью.

Насосное колесо ГДТ присоединено к коленвалу двигателя. Турбинное колесо связано с самой коробкой передач. Между турбинным и насосным колесом также присутствует реакторное колесо, которое является неподвижным. Каждое из колес гидротрансформатора имеет лопасти, которые отличаются по своей форме. Между лопастями реализованы каналы, через которые проходит трансмиссионная жидкость (трансмиссионное масло, ATF, от англ. Automatic Transmissions Fluid).

Блокировочная муфта необходима для блокировки гидротрансформатора в некоторых режимах работы. Обгонная муфта или муфта свободного хода отвечает за то, чтобы жестко закрепленное реакторное колесо получило возможность вращаться в противоположную сторону.

Теперь давайте рассмотрим, как работает гидротрансформатор. Его работа основана на замкнутом цикле и заключается в том, что от насосного колеса трансмиссионная жидкость подается на турбинное колесо. Затем поток жидкости поступает к реакторному колесу.

Лопасти реактора сконструированы так, чтобы усиливать скорость потока жидкости АТФ. Затем ускоренный поток перенаправляется на насосное колесо, заставляя его вращаться с большей скоростью Результат — увеличение величины крутящего момента. Стоит добавить, что максимальный момент достигается при вращении гидротрансформатора на самой малой скорости.

Когда раскручивается коленвал двигателя, происходит выравнивание угловых скоростей насосного и турбинного колеса, при этом поток трансмиссионной жидкости изменяет направление. Затем происходит срабатывание муфты свободного хода, после чего начинает вращаться реакторное колесо. В этом случае гидротрансформатор переходит в режим гидромуфты, то есть происходит передача только крутящего момента.

Дальнейший набор скорости приводит к блокировке гидротрансформатора (блокировочная муфта замкнута), в результате чего происходит прямая передача крутящего момента от мотора к коробке. При этом блокировка ГДТ происходит на разных передачах.

Следует отметить, что в современных автоматических коробках передач реализован режим работы с проскальзыванием муфты блокировки гидротрансформатора. Такой режим исключает полную блокировку гидротрансформатора.

Данный режим работы возможно реализовать в том случае, если условия соответствующие, то есть когда нагрузка и скорость подходят для его активации. Главной же задачей проскальзывания муфты становится более интенсивный разгон автомобиля, снижение расхода горючего, более мягкое и плавное включение передач.

Из чего состоит АКПП: как устроена и работает механическая часть коробки

Сама автоматическая коробка передач (АКПП), как и механическая, ступенчато изменяет крутящий момент при движении машины вперед, а также позволяет двигаться назад при включении задней передачи.

При этом в автоматических коробках обычно используется планетарный редуктор. Данное решение компактное, позволяет реализовать эффективную работу. Например, МКПП зачастую имеет два планетарных редуктора, которые соединены последовательно и работают совместно.

Объединение редукторов делает возможным получить необходимое число ступеней (скоростей) в коробке. Простые АКПП имеют четыре ступени (четырехступенчатый автомат), тогда как современные решения могут иметь шесть, семь, восемь, или даже девять ступеней.

Планетарный редуктор включает в себя несколько последовательных планетарных передач. Такие передачи образуют планетарный ряд. Каждая из планетарных передач включает:

солнечную шестерню;
сателлиты;
коронную шестерню;
водило;

Возможность изменить крутящий момент и передать вращение становится доступной в том случае, когда происходит блокировка элементов планетарного ряда. Заблокирован может быть один или два элемента (солнечная или коронная шестерня, водило).

Если заблокирована коронная шестерня, тогда происходит увеличение передаточного числа. Если же солнечная шестерня неподвижна, тогда передаточное отношение будет уменьшено. Заблокированное водило означает, что происходит смена направления вращения.

За саму блокировку отвечают фрикционные муфты (фрикционы), а также тормоз. Муфты блокирует детали планетарного ряда между собой, тогда как тормоз удерживает нужные элементы редуктора благодаря соединению с корпусом КПП. В зависимости от конструкции той или иной АКПП, могут быть использованы ленточный или многодисковый тормоз.

Замыкание муфт и тормозов происходит благодаря гидроцилиндрам. Управление такими гидроцилиндрами реализовано из специального модуля (распределительный модуль).

Еще в общей конструкции автоматической коробки может присутствовать обгонная муфта, задачей которой становится удерживание водило, что позволяет предотвратить его вращение в противоположную сторону. Получаются, передачи в АКПП переключаются благодаря фрикционам и тормозам.

Управление АКПП и принцип работы автоматической коробки

Что касается принципов работы АКПП, коробка работает по заданному алгоритму включения и выключения фрикционов и тормозов. Система управления такими включениями и выключениями на современных коробках электронная, то есть имеет селектор (рычаг), датчики и коробкой передач.

Блок управления автоматической коробкой передач интегрирован в и тесно связан с блоком управления двигателем. По аналогии с ЭБУ двигателем, блок управления АКПП также взаимодействует с различными датчиками, которые передают на него сигналы о частоте вращения КПП, температуре трансмиссионной жидкости, положении педали газа, режимах установки селектора и т.д.

ЭБУ коробкой передач производит обработку полученных сигналов, затем отправляет команды на исполнительные устройства в распределительном модуле. В результате коробка определяет, какую передачу включить в тех или иных условиях (повышенную или пониженную).

При этом нет четкого заданного алгоритма, то есть точка перехода на разные передачи «плавающая» и определяется самим ЭБУ коробкой. Такая особенность позволяет системе работать более гибко.

Гидроблок (он же гидравлический блок, гидроплита, распределительный модуль) фактически осуществляет управление трансмиссионной жидкостью ATF, отвечая за срабатывание фрикционов и тормозов в АКПП. Данный модуль имеет электромагнитные клапаны (соленоиды) и специальные распределители, которые соединены между собой узкими каналами.

Соленоиды нужны для переключения передач, так как они регулируют давление рабочей жидкости в коробке. Работа данных клапанов контролируется и регулируется блоком управления АКПП. Распределители отвечают за выбор рабочих режимов и задействуются посредством рычага (селектора).

За циркуляцию гидравлической жидкости в автоматической коробке отвечает насос коробки. Насосы бывают шестеренчатыми и лопастными, их приводит в действие ступица гидротрансформатора. Важно понимать, что насос вместе с гидроплитой (гидроблоком) являются важнейшими деталями в конструкции гидравлической части коробки автомат.

С учетом того, что в процессе работы коробка имеет свойство нагреваться, АКПП зачастую имеет собственную систему охлаждения. При этом, в зависимости от конструкции, может присутствовать отдельный масляный радиатор коробки автомат, или же охладитель или теплообменник, который включается в .

Что в итоге

С учетом приведенной выше информации становится понятно, что автоматическая коробка является целым комплексом механических, гидравлических и электронных устройств. При этом управление осуществляется как гидравликой, так и электронным блоком.

Также следует отметить, что по компоновке автоматические трансмиссии могут отличаться для автомобилей с передним и задним приводом, хотя большинство составных элементов одинаковы.

Если говорить о механической части АКПП, в ее устройстве использован планетарный ряд, что отличает данный тип коробок от обычной «механики» (в механической коробке передач ставят параллельные валы и закрепленные на них шестерни, которые находятся в зацеплении между собой).

Что касается гидротрансформатора, данное устройство можно считать отдельным элементом АКПП, так как ГДТ ставится между мотором и коробкой, выполняя функции сцепления по аналогии с МКПП.

Также от гидротрансформатора приводится в действие масляный насос внутри коробки автомат. Указанный насос создает рабочее давление трансмиссионной жидкости, что, в свою очередь, позволяет реализовать управление коробкой.

Напоследок отметим, что не следует пытаться заводить машину с коробкой «автомат» без стартера (с разгона), как это часто практикуется на автомобилях с механической коробкой. Дело в том, что насос АКПП приводится в действие от двигателя.

Получается, пока ДВС не работает, давления рабочей трансмиссионной жидкости в коробке не будет. Это значит, что без давления не удастся реализовать управление АКПП, причем независимо от того, в каком положении будет стоять селектор выбора режима работы. Более того, попытка заводить машину с автоматом «с толкача» может привести к серьезным поломкам коробки передач.

Гидротрансформатор

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

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

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

Коробка передач

У разных производителей могут немного отличаться, но во всех присутствует: планетарный редуктор ещё его называют дифференциальным, обгонные и фрикционные муфты, соединяющие всё механизмы валы, барабаны выполняющие роль сцепления, а в некоторых моделях используется тормозная лента для затормаживания барабанов.

Состоит из обычно нескольких планетарных рядов, муфт и тормозов. Каждый из планетарных рядов конструктивно выполнен из солнечной шестерни и сателлитов, их связывает планетарное водило. Вращение передаётся, когда заблокирован один, два элемента редуктора. При блокировке водила, меняется направление что соответствует заднему ходу автомобиля. При блокировке коронной шестерни передаточное число увеличивается, а с блокировкой солнечной шестерни уменьшается, это и есть переключение передач.

Фрикционные муфта

Чтобы удержать элементы редуктора используются тормоза, а для фиксации частей планетарного ряда используются фрикционные муфты (фрикционы). Каждая такая муфта включает барабан с внутренней стороны которого есть шлицы и хаб с зубьями снаружи. Между ними помещены два типа фрикционных дисков, первые с выступами снаружи, которые входят в шлицы барабана, вторые с выступами внутри, куда входят зубья хаба. Срабатывание муфты происходит при сдавливании дисков поршнем внутри барабана в момент поступления рабочей жидкости к нему.

Обгонная муфта

Она сдерживает водило от вращения в другую сторону чтобы уменьшить удары во время включения передачи и предотвращает торможение двигателем в определённых режимах работы коробки.

Особенность Honda

Двухвальная АКПП Хонда

Уже упоминалось, что коробки Honda отличаются от всех остальных автоматов, по сути это обычная механика с гидравлическим управлением. Плюсы этих коробок - это надежность, т. к. ломаться там практически нечему, они проще в ремонте и изготовлении. Состоят такие коробки из двух и более валов с шестернями и путем включения определенной комбинации шестерней меняется передаточное число.

Одна шестерёнка в каждой паре постоянно сцеплена со своим валом, вторая связана со своим через так называемое мокрое сцепление (фрикционная муфта включения передачи), т. е. все шестерни вращаются, но одна из пары не сцеплена с валом и соответственно крутящий момент и вращение не передаются на колеса автомобиля (нейтраль). Устройство и принцип работы муфты, как и на обычных автоматах. Когда диски сжимаются, вторая шестерня сцепляется со своим валом, соответствующая передача включена.

Задняя реализуется на сцеплении одной из передач. На валу рядом с шестерней одной передачи находится реверсивная шестерня, эти две шестерни не закрепляются жёстко на валу, между ними имеется втулка с зубьями зафиксированная на этом валу, а на этой втулке кольцевая муфта с зубьями. И в зависимости в какую из сторон будет перемещена эта муфта, та шестерня и сцепляется с валом, кольцевая муфта смещается при помощи вилки с гидравлическим приводом. Реверсивная шестерня меняет направление вращения, включается задний ход.

Система управления

Распределяет потоки рабочей жидкости (ATF), она состоит из набора золотников, масляного насоса, гидроблока. Бывает два вида систем гидравлическая или электронная.

Гидравлическая система

Использует давление масла от дроссельного клапана в зависимости от нагрузки в данный момент, центробежного регулятора, соединенного с выходным валом АКП. Рабочая жидкость от этих регуляторов подходит к золотнику и действует на него с разных сторон, и в зависимости от разности давления он перемещается в одну или другую сторону открывая нужные каналы, это определяет на какую передачу переключится коробка.

Электронная система

С помощью этой системы можно добиться более гибких режимов работы, которые не может обеспечить полностью гидравлическая система. Она использует соленоиды (электромагнитные клапаны), они перемещают золотники. Работой всех соленоидов руководит электронный блок управления (ЭБУ) коробки иногда объединённый с ЭБУ двигателя. На основании показаний, поступающих от датчика скорости, температуры масла, педали газа и рычага коробки даёт сигналы соленоидам. Электромагнитные клапаны делятся на регулирующие давление, управляющие переключением, распределяющие потоки.

Регулирующие формируют и поддерживают в пределах заданной величины давление рабочей жидкости, которое зависит от состояния автомобиля. Клапаны переключения управляют передачами, подавая жидкость к муфтам включения передач. Распределяющие потоки направляют жидкость из одного канала гидроблока в другой.

При выборе режима АКПП рычагом селектора, поступает сигнал на клапан управления режимом по механической или электронной связи. Он направляет ATF только к тем клапанам, которые могут быть задействованы для включения передач, разрешённых в этом режиме.

Гидроблок

Устройство гидроблока

Самый сложный узел АКП, он состоит из металлической плиты с большим количеством каналов и всей механической части системы управления (золотники, соленоиды). В нём перераспределяются потоки жидкости, и через него обеспечивается доступ ATF с нужным давлением во все элементы механической части коробки.

Масляный насос

Располагается внутри коробки передач и бывает разных типов (шестерёнчатого, трохоидного, лопастного), может полностью управляться электроникой или же иметь механическую связь с гидротрансформатором и двигателем. Он осуществляет беспрерывную циркуляцию ATF и создаёт давление в системе. Непосредственно сам насос не создаёт давление, а заполняет рабочей жидкостью гидросистему, и при помощи тупиковых каналов в гидроблоке начинает формироваться давление. В современных АКПП всё чаще используется автоматический (электронный) насос, позволяющий оптимальным образом поддерживать давление.

Система смазки и охлаждения

Очень важна для нормального функционирования коробки передач, поэтому в ней используется специальная гидравлическая жидкость ATF, именно она смазывает и охлаждает подвижные элементы. Охлаждение рабочей жидкости происходит в радиаторе охлаждения, который бывает внутренний и внешний. Внутренний радиатор (представляет собой теплообменник) располагается внутри радиатора охлаждающей жидкости двигателя. Также бывают более сложные теплообменники, которые имеют собственное жидкостное охлаждение, они устанавливаются на корпус коробки. Внешний располагается отдельно и представляет собой полноценный радиатор. На некоторых автомобилях в магистраль охлаждения от АКПП к радиатору встраивается термостат, регулирующий проходимый через него объём масла. Чтобы не допустить загрязнение каналов системы частицами, которые образуются при износе подвижных деталей устанавливается фильтр, он очищает рабочую жидкость.

АКПП с внешним радиатором охлаждения масла

АКПП со встроенным радиатором охлаждения в радиатор двигателя

Радиатор охлаждения масла АКПП с системой жидкого охлаждения

Управление коробкой передач осуществляется путём выбора необходимого режима работы рычагом селектора. На разных моделях может присутствовать разное сочетание режимов работы:

Р (Neutral) – режим для длительной стоянки;
N (Parking) – для кратковременной стоянки или буксировки;
R (Reverse) – движение назад;
L1, 2, 3 (Low) – понижающая предназначена для движения в тяжёлых дорожных условиях (пересеченная местность, крутой спуск или подъём);
D (Drive) – движение вперёд, является главным режимом;
D2/D3 – режимы ограничивающие переключение передач;
S, P (Sport, Power, Shift) – спортивный режим движения;
Е (Есоn) – обеспечивается более экономный стиль движения;
W (Winter, Snow) – зимний режим, предусматривает мягкий старт с повышенной передачи для исключения пробуксовки, смена передачи осуществляется на пониженных оборотах;
+/- - функция ручного переключения передач.

В некоторых моделях присутствует O/D (Overdrive) – специальная кнопка разрешающая переключаться на повышенную передачу, также бывает режим kick-down , который принудительно включает пониженную передачу при резком нажатии на педаль газа, за счёт чего обеспечивается более интенсивное ускорение.

Мы постарались наиболее подробно и доступно разобрать устройство АКП, принцип работы отдельных элементов и их взаимодействие. Но технологии не стоят на месте, возможно уже сейчас внедряют новые принципы работы, которые придутся по душе любому обывателю.

Autoleek

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:

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.
Планетарный редуктор – узел, состоящий из «солнечной шестерни», сателлитов, и планетарного водила и коронной шестерни. Планетарка является главным узлом автоматической коробки.
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:

планетарных элементов
муфт сцепления и тормозов
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!

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.

В последнее время большим спросом начали пользоваться автомобили с И сколько бы ни говорили автомобилисты, что АКПП - это ненадежный механизм, который дорог в обслуживании, статистика утверждает обратное. С каждым годом машин с МКПП становится меньше. Удобство «автомата» оценили многие водители. Что касается дорогого обслуживания, самая ответственная деталь в этой коробке - гидротрансформатор АКПП. Фото механизма и его устройство - далее в нашей статье.

Характеристика

В конструкцию помимо данного элемента входит множество других систем и механизмов. Но основную функцию (это передача крутящего момента) выполняет именно гидротрансформатор АКПП. В просторечии его называют «бубликом» за счет характерной формы конструкции.

Стоит отметить, что на для переднеприводных авто гидротрансформатор АКПП включает в себя дифференциал и главную передачу. Помимо функции передачи крутящего момента «бублик» принимает на себя все вибрации и удары от маховика двигателя, тем самым сглаживая их до минимума.

Конструкция

Давайте рассмотрим, как устроен гидротрансформатор АКПП. Данный элемент состоит из нескольких узлов:

Турбинного колеса.
Блокировочной муфты.
Насоса.
Реакторного колеса.
Муфты свободного хода.

Все эти механизмы помещены в единый корпус. Насос непосредственно связан с коленвалом двигателя. Турбина сопрягается с шестернями коробки передач. Реакторное колесо размещено между насосом и турбиной. Также в конструкции колеса «бублика» имеются лопасти особой формы. Работа гидротрансформатора АКПП основана на перемещении специальной жидкости внутри (трансмиссионного масла). Поэтому АКПП включает в себя также масляные каналы. Кроме этого, здесь есть свой радиатор. Для чего он нужен, рассмотрим немного позже.

Что касается муфт, блокировочная предназначена для фиксации положения гидротрансформатора в определенном режиме (например, «паркинг»). Муфта свободного хода служит для вращения реакторного колеса в обратной стороне.

Принцип работы гидротрансформатора АКПП

Как действует данный элемент в коробке? Все действия «бублика» осуществляются по замкнутому циклу. Так, главная рабочая жидкость здесь - это «трансмиссионка». Стоит отметить, что она отличается по вязкости и составу от тех, что используются в механических коробках. Во время работы гидротрансформатора смазка поступает от насоса на турбинное колесо, а затем - на реакторное.

Благодаря лопастям жидкость начинает быстрее вращаться внутри «бублика», тем самым увеличивая крутящий момент. Когда частота вращения коленвала увеличивается, угловая скорость турбины и насосного колеса выравнивается. Поток жидкости меняет свое направление. Когда автомобиль набрал уже достаточную скорость, «бублик» будет работать только в режиме гидромуфты, то есть передавать лишь крутящий момент. Когда скорость движения увеличивается, ГТФ блокируется. При этом замывается муфта, и передача момента от маховика на коробку производится напрямую, с одинаковой частотой. Элемент разъединяется снова при переключении на следующую передачу. Так заново происходит сглаживание угловых скоростей до того момента, как скорость вращения турбин не сравняется.

Радиатор

Теперь о радиаторе. Для чего в автоматических коробках он выведен отдельно, ведь на «механике» такой системы не применяют? Все очень просто. На механической коробке масло выполняет лишь смазывающую функцию.

При этом его заливают лишь наполовину. Жидкость содержится в поддоне КПП, и в ней смачиваются шестерни. В автоматической коробке масло выполняет функцию передачи крутящего момента (откуда пошло название «мокрое сцепление»). Здесь нет фрикционных дисков - вся энергия идет через турбины и масло. Последнее постоянно двигается в каналах под высоким давлением. Соответственно, маслу необходимо охлаждаться. Для этого и предусмотрен в такой трансмиссии собственный теплообменник.

Неисправности

Выделяют следующие поломки трансмиссии:

Неисправность ГТФ.
Поломка и
Неисправность масляного насоса и контролирующих датчиков.

Как определить поломку?

Выяснить, какой именно элемент вышел из строя, без демонтажа коробки и ее разбора довольно трудно. Однако предугадать серьезный ремонт можно по нескольким признакам. Так, если наблюдаются неисправности гидротрансформатора АКПП или тормозной ленты, коробка будет «пинаться» при переключении режимов. Машина начинает дергаться, если вы ставите ручку с одного режима на другой (причем когда нога находится на педали тормоза). Также коробка входит сама в аварийный режим. Машина двигается только на трех передачах. Это говорит о том, что коробке нужна серьезная диагностика.

Что касается замены гидротрансформатора, она выполняется при полном демонтаже коробки (отсоединяются приводные валы, «колокол» и прочие детали). Этот элемент - самая дорогая составляющая любой АКПП. Цена на новый ГДТ начинается от 600 долларов для бюджетных моделей авто. Поэтому важно знать, как правильно использовать коробку, чтобы максимально отсрочить ремонт.

Как сохранить КПП?

Считается, что ресурс у данной трансмиссии на порядок ниже, чем у механики. Однако специалисты отмечают, что при должном обслуживании узла вам не потребуется ремонт или замена гидротрансформатора АКПП. Так, первая рекомендация - это своевременная замена масла. Регламент - 60 тысяч километров. И если на МКПП масло залито на весь срок эксплуатации, то в «автомате» оно является рабочей жидкостью. Если смазка черная или имеет запах гари, ее нужно срочно заменить.

Вторая рекомендация касается соблюдения температурных режимов. Не стоит слишком рано начинать движение - температура масла коробки должна быть не ниже 40 градусов. Для этого переведите рычаг по всем режимам с задержкой в 5-10 секунд. Так вы прогреете коробку и подготовите ее к эксплуатации. На холодном масле ездить нежелательно, так же как и на сильно горячем. В последнем случае жидкость будет буквально гореть (при замене вы услышите запах гари). АКПП не подходит для дрифта и жесткой эксплуатации. Также не стоит на ходу включать нейтральную передачу, а затем снова включать «драйв». Так вы сломаете тормозную ленту и ряд других важных элементов в коробке.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет гидротрансформатор АКПП. Как видите, это весьма ответственный узел в коробке. Именно через него передается крутящий момент на коробку, а затем на колеса. И поскольку масло здесь является рабочей жидкостью, нужно соблюдать регламенты его замены. Так коробка будет радовать вас долгим ресурсом и плавными переключениями.