18 Июля 2017 г.    $ 59.07 (-0.81)    € 67.62 (-0.74)

Как работает АКПП. Этот сложный и популярный «автомат»

Одним из основных элементов классической АКПП является планетарная передача. Удивительно, но эта деталь использовалась еще в легендарном Ford model T 1908 года. Правда, в машине, которая «поставила Америку на колеса», передачи включались вручную, а вот двумя годами ранее – в 1906 – все те же американцы из компании Cadillac начали продажи первого в мире автомобиля, оснащенного полностью автоматической трансмиссией. КПП этих машин были трехступенчатыми, а переключение передач осуществлялось при помощи гидравлики, то есть при помощи давления рабочей жидкости. Долгие годы гидравлическое управление применялось повсеместно, но в последнее время за переключение передач отвечают электронные блоки управления.

Условно автоматическую коробку передач можно разделить на две части – собственно планетарную коробку передач и гидротрансформатор. Крутящий момент от двигателя автомобиля передается довольно сложному гидротрансформатору, который преобразует вращение в зависимости от режима движения или вообще может не передавать вращение.

Как работает АКПП

В механической коробке передач в постоянном зацеплении находятся шестерни ведущего, ведомого и промежуточного валов, и нужное передаточное отношение получается при соединении ведомого вала с той или иной парой шестерен, тогда как в «автомате» выбор режима движения реализуется блокированием определенных шестерен планетарных передач. Что же такое – планетарная передача? В состав планетарного редуктора (см. Рис. 1) входит солнечная шестерня (именно она получает преобразованный крутящий момент от гидротрансформатора), соединенные с ней при помощи водила сателлиты (обычно их три или четыре), которые, в свою очередь зацеплены с коронной, или кольцевой, шестерней. На каждом из элементов планетарной передачи имеются фрикционные (реже – ленточные) тормоза, которые позволяют заблокировать ту или иную часть механизма.

Рассмотрим три примера. В первом случае нам нужно получить повышенную передачу. Посмотрим внутрь механизма: кольцевая шестерня зафиксирована, и крутящий момент с солнечной шестерни передается сателлитам, вращающимся с большей скоростью, водило «собирает» вращение сателлитов и вращается со скоростью, большей, чем была первоначально. Передача получается понижающей, если зафиксировать водило – «помогавшие» нам ранее сателлиты вращаются, заставляя двигаться кольцевую шестерню, и вращение это получается медленным. Наконец, узнаем, как получается прямая передача. Здесь все очень просто: при помощи фрикциона между собой фиксируются водило и кольцевая шестерня, и потерь на трение и вращение неактивных элементов нет. Очень важный вопрос: «снятое» с какого из элементов вращение передается на карданный вал, раздаточную коробку или приводы? Если мы блокируем какую-либо часть механизма, то вращение «снимается» с незаблокированной части. Скажем, фрикционы заставляют водило стоять на месте, а колеса получают вращение, «снятое» с кольцевой шестерни. В случае с прямой передачей планетарный редуктор можно мысленно отбросить, роль коробки передач играет гидротрансформатор (о нем – далее). Рассмотренный на рис. 1 планетарный редуктор представляет собой трехступенчатый агрегат, но в большинстве современных автомобилей передач гораздо больше. Для улучшения условий работы двигателя, снижения расхода топлива и получения хорошей динамики в АКПП устанавливают не по одному планетарному редуктору, а чаще всего по два или более, и нередко вторые и третьи планетарные редукторы не имеют понижающих передач. Выходит, что прямая для второго редуктора передача получается более «скоростной», чем повышающая передача первого механизма, а понижающая передача второму редуктору не требуется, так как вращение «снимается» с него не всегда.

Как работает АКПП

Остановимся подробнее на фрикционах – от их работы отчасти и происходит переключение передач. Каждому из нескольких планетарных редукторов современных АКПП требуются пакеты фрикционов – наборы из подвижных и неподвижных тонких металлических колец. Подвижные кольца соединены с вращающимися элементами редуктора, и когда электроника создаст давление жидкости в нужной магистрали «автомата», неподвижные диски соединятся с подвижными, останавливая, например, водило или кольцевую шестерню. Таким образом и происходит автоматическое включение передач. Электронный блок управления коробкой передач отслеживает скорость автомобиля и обороты двигателя, а главными критериями перемены передач являются экономия топлива и поддержание оптимального режима работы мотора. Системы управления современными АКПП могут даже анализировать степень износа пакетов фрикционов и изменять давление для включения той или иной передачи, что существенно повышает ресурс работы «автоматов». При этом электроника фиксирует степень износа элементов, и при прохождении диагностики (это особенно полезно при покупке машины) неисправность коробки передач легко можно увидеть. Для создания давления, необходимого для переключения передач, служит специальный насос, а между магистралями коробки передач жидкость распределяют электромагнитные клапаны. Создаваемое насосом давление очень высоко, и развить его путем буксирования автомобиля невозможно, поэтому «автоматные» автомобили не заведешь «с толкача», так что их владельцам следует особое внимание уделять заряду аккумулятора.

А как же дела со сцеплением? Ведь если двигатель и рассмотренная нами АКПП неразрывно связаны, при включении передачи и остановке автомобиля силовой агрегат непременно заглохнет. Значит, нужно устройство, которое могло бы в определенные моменты разъединять мотор и трансмиссию, и это устройство – гидротрансформатор – входит в состав самой трансмиссии. Механизм состоит из трех основных частей – центробежного насоса, колесо которого жестко соединено с маховиком двигателя, центростремительной турбины (в свою очередь, она передает преобразованное вращение планетарной коробке передач) и расположенного между ними реактора, который позволяет полностью заблокировать передачу крутящего момента.

Как работает АКПП

Насосные и турбинные колеса гидротрансформатора не соединены друг с другом – между ними имеются минимальные зазоры. Вращение передается при помощи масла, которое попадает с лопаток насосного колеса на лопатки колеса турбинного. Форма рабочих поверхностей элементов выполнена так, что даже при отсутствии жесткой связи между колесами рабочая жидкость циркулирует по непрерывному кругу. Конструкция из центробежного насоса и центростремительной турбины позволяет передавать вращение и не выключать передачу при остановке автомобиля, а для изменения крутящего момента служит реактор. Если на турбинном колесе требуется повысить крутящий момент (например, при старте с места), реактор останавливается, такой режим работы называется гидротрансформаторным. Форма лопаток реактора позволяет при возвращении масла из турбинного колеса в насосное создавать дополнительное сопротивление, с каждым разом все увеличивая и увеличивая скорость движения жидкости. Когда скорость «разогнавшегося» турбинного колеса приближается к скорости колеса насосного, реактор тоже начинает вращаться, не создавая помех при движении рабочей жидкости и позволяя поднять КПД «автомата». В таком случае гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты.

Такова общая схема работы классической АКПП. Осталось только разобраться, чем режим «D» отличается от режимов «2» или «Sport». В первом случае электроника управляет переключением передач по стандартной программе, а вот режимов, также отвечающих за движение вперед, очень много, и каждый из них рассчитан на определенный стиль вождения (например, уже упомянутый «S») или дорожные условия (например, в режиме «2» АКПП не может переключиться выше второй передачи). Другой известный и популярный у японских автопроизводителей режим – Overdrive. Когда «Овердрайв» включен, «автомат» переключается на повышенную передачу раньше, чем обычно, при этом теряется динамика, но появляется лучшая стабильность движения. А для обгонов и других маневров, в которых требуется максимальная отдача от двигателя, служит Kick-down. Он позволяет в один момент перейти на пониженную передачу, и для его включения требуется резко «ударить» по педали акселератора.

В последнее время производители автоматических трансмиссий стремятся оснастить свои творения максимальным числом передач, это делается для получения более плавного разгона и сокращения расхода топлива. Например, восьмиступенчатая АКПП позволяет сэкономить до 14% горючего по сравнению с шестиступенчатой «сестрой». Но довольно низкий КПД «автоматов» вполне может поставить крест на этом виде коробок передач, и, возможно, довольно скоро большинство автомобилей в мире будут оснащаться вариаторами или роботизированной «механикой».