Одним из существенных недостатков двигателей внутреннего сгорания, а также двигателей дизеля заключается в передаче на колеса максимального крутящего момента лишь в небольшом диапазоне оборотов. Для ликвидации этого недостатка их работы и была придумана трансмиссия.
Автоматическая коробка переключения передач или АКПП появилась сравнительно давно. Основной целью ее создания было избавление водителя от постоянной необходимости работы сцеплением и ручкой переключения передач. Автомобиль, таким образом, должен был стать комфортнее и безопаснее. Первые разработки в этой сфере начались в 1930 году в Америке, и к шестидесятым годам двадцатого века автоматические трансмиссии приобрели привычный нам вид, стали надежными и долговечными. АКПП распространились по миру, но в Европе они получили свое распространение совсем недавно, на конец двадцатого века автомобилей с АКПП было не более 20%. В СССР автомобили с АКПП массово не производились и пришли к нам только после распада советского союза. Редкие исключения составляли специализированные Чайки и Волги, некоторые автобусы, тракторы и БелАЗы. В XXI веке автомобили гражданского пользования с АКПП, наконец, начали производить и у нас.
Состоит классический автомат из гидротрансформатора, фрикционных и обгонных муфт, а также соединительных валов, электронного блока управления и планетарной передачи. 
Для обеспечения передаточных отношений используются планетарные передачи, которые состоят из водила, солнечной и кольцевой шестерни, сателлитов. За счет вращения одних и фиксации других элементов и происходит смена передаточного числа. Вокруг солнечной шестерни вращаются сателлиты, между ними устанавливается планетарное водило, сверху – коронная шестерня. Фиксация осуществляется за счет тормозных лент и фрикционов. При блокировке коронной шестерни передаточное отношение растет. Уменьшается при блокировке солнечной шестерни. Переключение передачи происходит посредством давления масла на гидравлический толкатель.
Масляный насос поддерживает необходимое для работы коробки давление всегда, пока двигатель работает.
В современных АКПП гидроблок и электронный блок управления объединены в один узел. Гидравлическая плита представляет собой лабиринт каналов, через которые и происходит воздействие масла на фрикционы или тормозные ленты. Внутри каналов устанавливаются регуляторы, клапана и соленоиды. Электрическая часть состоит из различных датчиков и компьютера.
Принцип работы гидротрансформатора АКПП
Механизм гидротрансформатора заменяет АКПП сцепление, он представляет собой большое колесо и его основная задача – передавать крутящий момент с двигателя на колеса, посредством вращения потоков масла, то есть АКПП не связана с двигателем жестко. Переключение передач происходит путем блокировки муфт. Процессом переключения руководит электронный блок управления, основываясь на показаниях датчиков оборота двигателя, его скорости, показаний гироскопа и других датчиков. Помимо гидравлических АКПП, принцип гидротрансформатора используется для работы бесступенчатых трансмиссий – вариаторов. Сфера применения гидротрансформатора очень велика – от привычных нам легковых автомобилей до сверхтяжелой специальной техники.
Гидротрансформатор включает турбинное, насосное и реакторное колеса. Насосное колесо соединяется с валом двигателя, а турбинное – с коробкой. Между ними находится реакторное колесо, которое связано с насосным через обгонную муфту. Принцип работы гидротрансформатора заключается в следующем: при начале движения начинает вращаться насосное колесо, тем самым закручивая потоки масла. Оно, в свою очередь, начинает вращать реакторное колесо, усиливая вращение за счет своих лопастей. Далее, на турбинное колесо передается поток масла и оттуда уже на колеса. 
Блокировка гидротрансформатора . Принцип работы современного гидротрансформатора включает использование блокировки. Насосное и турбинное колеса жестко связаны. Ранее блокировка активировалась на 70 км/ч, но современные автомобили используют ее с самых маленьких скоростей. Блокировка гидротрансформатора позволяет экономить топливо, эффективно тормозить двигатель. Однако из-за нее куда быстрее изнашивается фрикцион гидротрансформатора, уменьшается плавность хода и в целом АКПП изнашивается быстрее. КПД по ходу работы гидротрансформатора теряется на перемешивание масла и его нагрев.
Гидромуфта работает для передачи момента, но не изменяет его величину. Для его изменения предназначено реакторное колесо. Реактор остается неподвижным пока скорость вращения турбинного колеса не сравняется с вращательной скоростью насосного колеса, затем оно освобождается. Таким образом, снижаются потери, и крутящий момент увеличивается до 300%.
Использование АКПП
Классическая АКПП имеет орган управления – селектор, на котором представлены несколько «передач»:
P – режим парковки, АКПП заблокирована механически. Завести автомобиль можно только на P и R. При отсутствии уклона этого режима достаточно, чтобы удержать автомобиль на месте;
R – режим заднего хода. Активируется только после того, как автомобиль полностью остановится;
N – нейтраль, используется для буксировки, АКПП выключена, но колеса не заблокированы;
D – переключение передач с 1 по последнюю последовательно;
S – переключение до второй передачи;
L – Езда на первой передаче.
Кроме этого, современные АКПП имеют еще и различные режимы функционирования коробки:
Sport – спортивный режим характеризуется тем, что переключение передач осуществляется на более высоких оборотах, автомобиль разгоняется быстрее;
Snow – зимний режим АКПП. В данном режиме машина начинает свое движение со 2-й передачи, снижая пробуксовки;
ECO – экономичный режим, топливная экономия;
O/D – запрет на переключение более высокой передачи, как правило, применяется для обгона;
Kickdown – режим быстрого ускорения для обгона, который активируется быстрым двойным нажатием на педаль акселератора, при этом автомат переключается на ступень вниз.
Плюсы АКПП
- Комфорт для водителя, меньше действий для управления машиной, больше времени на дорогу.
- АКПП не позволяет излишне нагружать двигатель, увеличивая его ресурс.
- Современные АКПП переключаются быстрее, чем любой водитель переключает МКПП.
- Огромный ресурс при правильной эксплуатации.
- Из-за отсутствия жесткой связи двигателя с трансмиссией ударные нагрузки на нее исключены.
Минусы АКПП
- Более дорогие в производстве по сравнению с МКПП.
- Более дорогой и сложный ремонт в случае поломки.
- Из-за передачи крутящего момента жидкостью больше потери мощности на двигатели, выше расход.
- АКПП не позволяет использовать двигатель на полную.
- Критична к пробуксовкам, меньше проходимость на моноприводных автомобилях.
- Нельзя запустить с толкача.
Эксплуатация и обслуживание АКПП
Как и любой узел автомобиля АКПП необходимо эксплуатировать правильно, если этого не делать ресурс коробки можно сократить в несколько раз.
Эксплуатация в зимний период.
Перед началом поездки АКПП необходимо прогревать не менее 5 минут при минусовой температуре. Автомату необходимо прогреться и разогнать по своим внутренностям загустевшее масло. Эксперты рекомендуют поставить автомобиль на тормоз и прогнать все положения селектора АКПП, задерживаясь в каждом на срок до минуты. До прогрева автомобиля и АКПП до рабочей температуры не следует допускать пробуксовок и резких разгонов.
Преодоление препятствий. Испытание сельскими, размытыми, грязными дорогами или снежно-ледяной коркой в России привычно для любого автовладельца. Приключения могут начинаться каждое утро в собственном дворе из-за «отличной» работы коммунальщиков и дорожных служб. АКПП не любит пробуксовок и выхода «раскачкой», таким образом её можно сжечь. Для преодоления препятствий лучше использовать режим SHOW/WINTER, если его нет – переключить передачу в положение L или S (на некоторых автомобилях может обозначаться 1 или D1) и стараться не останавливаться. Если колеса угодили в ямку, раскачку можно изобразить с помощью движения вперед, отпускания газа, съезда в ямку естественным ходом и снова набиранием оборотов, то есть, не переключаясь на задний ход. Если выбраться сразу не получается – дайте АКПП остыть и отдохнуть. В конце концов, существует масса других приемов для преодоления препятствий, например, помощь другого участника движения. Не забывайте отключать TRC или ESP, они снижают обороты двигателя при пробуксовках, что совсем не поможет, если автомобиль уже застрял.
Использование нейтрали.
Переключать АКПП в нейтраль стоит только при простое свыше двух минут, в остальных случаях это сильно изнашивает АКПП и совсем ей не помогает. При съезде с горы, переключение в нейтраль не дает никакой экономии. Нейтраль существует только для буксировки неисправного автомобиля. 
Буксировка прицепа либо же другого авто изнашивает автомобиль с АКПП значительно быстрее, буксировка не должна превышать расстояние в 20 километров.
Режим Кикдауна и разгоны. Если автомобиль изначально не позиционируется как спортивный, то постоянные разгоны ему только навредят. Если владелец автомобиля гонщик, то он может сразу готовить деньги на ремонт автомата. АКПП следует эксплуатировать в режимах, не превышающих 5 тыс. оборотов.
Запрещено переключать движущийся автомобиль на парковку или реверс, нажимать педаль газа и тормоза одновременно. Ездить на пониженной передаче и продолжать использовать ушедшую в аварию АКПП также запрещается.
Режим парковки. Данным режимом следует пользоваться исключительно на горизонтальной плоскости. Если автомобиль стоит под уклоном, необходимо пользоваться ручным тормозом, а иначе весь вес автомобиля ляжет на блокиратор коробки, который тоже имеет свой ресурс. Причем сначала надо активировать ручник, потом уже переводить в положение парковки.
Контроль уровня и замена масла.
Как и двигатель, АКПП способна проработать без масла всего несколько часов. От качества и чистоты масла зависит, насколько будет хорошо и долго работать АКПП. На различных АКПП масло меняется от 20 тыс. до 120 тыс. километров пробега. 
Фильтр. Фильтр – это узел АКПП, ответственный за очистку масла от продуктов износа механизмов коробки. Современные фетровые фильтры меняются при каждой замене масла или ремонте, уже устаревшие, металлические, могли использоваться вплоть до капитального ремонта АКПП.
Современные АКПП. RAV4
Айсин – японская компания, специализирующаяся на производстве автоматических коробок передач, дочернее предприятие Японии. АКПП от Айсин по своей надежности и долговечности уступают лишь некоторым старым американским разработкам. Ресурс некоторых АКПП от Айсин доходит до 1500000 километров. В то время как многие производители ударились в эксперименты по созданию вариаторов и роботизированных коробок передач, Айсин и не думала о них забывать. 
С 2009 года Айсин начала выпускать АКПП модели U760E для автомобилей Лексус и Тойота Камри, Рав4 и других. Шестиступенчатые АКПП U760E и некоторые другие аналоги от других производителей называют убийцами механических и роботизированных коробок передач. Характеристики этой разработки догнали и перегнали механические коробки передач. Они переключаются быстрее, более плавно, комфортнее, достигнута большая топливная экономия, лучше управляются и при этом достаточно надежны. Но цена и ресурс АКПП и МКПП по-прежнему не сравнимы. На Рав4 и других автомобилях блокировка гидротрансформатора срабатывает с невысоких оборотов, КПД коробки значительно повышено, автомат не «протупливает», позволяет быстрее разгоняться, но при этом фрикцион гидротрансформатора изнашивается очень быстро.
Переключения АКПП Рав4 и других автомобилей занимают всего 0,2 секунды, их конкурент ДСГ немного быстрее, но совсем некомфортен при быстрой езде.
Казалось бы, это чисто гидравлический узел и ломаться там нечему, разве что протечь может… Но нет, современный гидротрансформатор много сложнее в устройстве, чем картинка в старом учебнике и скорее является узлом с ограниченным сроком службы, после чего должен пройти процедуру восстановления. Что же с ним происходит, что у него внутри и как это починить?
Как устроен "бублик"?
Основной задачей гидротрансформатора всегда было преобразование крутящего момента и оборотов: он работает как гидравлический редуктор, который умеет снижать обороты и повышать крутящий момент с коэффициентом трансформации до 2.4. Основана его работа на передаче энергии через поток жидкости - в данном случае трансмиссионного масла, которое мы все знаем как ATF (automatic transmission fluid).
Коленчатый вал мотора связан с насосным колесом, которое разгоняет жидкость и отправляет ее на турбинное колесо. Турбинное колесо в свою очередь связано с коробкой передач. Жидкость раскручивает турбинное колесо и отправляется обратно на насосное. Но перед этим она попадает на лопатки направляющего аппарата, выполненного в виде колеса-реактора, которые ускоряют поток жидкости и направляют его в сторону вращения.
Таким образом поток жидкости ускоряется до тех пор, пока скорости вращения насосного и турбинного колес не выравниваются, и тогда гидротрансформатор переходит в режим гидромуфты, при котором преобразования крутящего момента не происходит, а направляющий аппарат начинает свободно вращаться, не мешая току жидкости.
Чем больше разница скоростей вращения турбинного и насосного колес, тем больше ускоряется ток жидкости, но при этом она начинается нагреваться, а КПД гидротрансформатора падает - больше энергии уходит в нагрев. Когда же скорости вращения колес выравниваются, то в передаче момента через жидкость с большими потерями смысла нет.
Поэтому со временем в гидротрансформаторы стали внедрять элементы обычного фрикционного сцепления, основанного на трении. Называется это блокировкой гидротрансформатора. Суть блокировки - в соединении входного и выходного валов, чтобы передавать момент напрямую. Без нее старые машины с АКПП, как говорится, "не ехали".
На самых старых конструкциях блокировка срабатывала автоматически, за счет давления рабочей жидкости, но с появлением АКПП с электронным управлением функция стала управляться отдельным клапаном. Говорить же о способах реализации блокировки нужно в отдельной статье, потому что их великое множество. Но смысл один - соединять валы и временно исключать из цепочки передачи крутящего момента трансмиссионное масло.
А вскоре на фрикционы блокировки возложили задачи, сходные с задачами обычного сцепления механической КПП - при разгоне они немного смыкались, пробуксовывая и помогая передавать крутящий момент, а сама блокировка стала срабатывать очень рано, чтобы уменьшить потери в гидротрансформаторе. Собственно, современные гидромеханические "автоматы" уже нельзя назвать классическими - это уже некий гибрид.
И чем мощнее становились двигатели, тем сильнее нагревалась жидкость в ГТД, тем сложнее было обеспечить его охлаждение, и тем больше работы по передаче крутящего момента старались переложить на сцепление блокировки.
Что ломается в гидротрансформаторе?
Раз есть сцепление внутри "бублика", значит, оно изнашивается - вечных фрикционных пар не бывает. К тому же продукты их износа загрязняют внутренности ГТД, поток горячей жидкости с абразивом "выедает" металл лопаток и других внутренних частей. Также потихоньку стареют, выходят из строя от перегрева или просто разрушаются уплотнения-сальники, а иногда выходят из строя подшипники или даже ломаются лопасти турбинных колес.
Продукты износа фрикционной накладки попадают и в саму АКПП, ведь охлаждение ГТД идет прокачкой масла через насос коробки и общий теплообменник. А в гидроблоке АКПП (о нем нужно рассказывать отдельно) есть еще много разных мест, где грязь может что-то забить или жидкость может проточить лишние отверстия, повредить соленоидные клапаны, замкнуть проводники…
В общем, со временем ГТД становится основным источником "грязи" в АКПП, которая обязательно выведет ее из строя. У некоторых АКПП проблема осложняется тем, что материал накладок "приклеен" к основе, и по мере износа в жидкость начинают попадать клеющие вещества, ускоряя процессы загрязнения в разы.
Таким образом, поживший "бублик" нужно менять или ремонтировать, пока он не сломал всю коробку передач. К слову, старые АКПП, у которых блокировка срабатывала редко, только на высших передачах или ее не имелось вовсе, имеют заметно большие интервал замены масла и ресурс.
Наиболее печальный случай
К чему это приводит, можно увидеть на примере широко распространенной 5-ступенчатой АКПП Mercedes 722.6. Она ставилась на несколько десятков моделей Mercedes-Benz, Jaguar, Chrysler, Dodge, Jeep и SsangYong c 1996 года и ставится по сей день.
В этой коробке передач гидротрансформатор блокируется на всех передачах, и специальный клапан регулирует его прижатие. Даже при плавном разгоне включается частичная блокировка, а при резком блокировка включается почти сразу. Машина получается экономичной и динамичной.
А вот износ закладок блокировки идет быстро, и если не менять масло вовремя, то при пробегах свыше ста тысяч километров плавная блокировка становится не такой уж и плавной, заставляя машину дергаться, а продукты износа повреждают постоянно работающий клапан соленоида блокировки, усиливая эффект.
Но даже если масло менять, то все равно к пробегу тысяч в двести километров накладки ГТД износятся и создадут очень много мусора, который разрушит клапан и, разумеется, коробка начнет работать жестко, с ударами. В итоге, если вовремя не отремонтировать источник мусора, вся АКПП отправится на свалку.
Ремонт гидротрансформаторов
Сам "бублик" в сборе - дорогое удовольствие. Его стоимость измеряется десятками тысяч рублей. Для примера: "бублик" в сборе для коробки ZF от Audi A6 C5 и Audi A4 B7 будет стоить около 60 000 рублей, а для BMW 5 series E60, 7 series E66 и X5 E53 - около 120 000 рублей.
А как узнать, что гидротрансформатор вышел из строя?
Если масло в АКПП быстро темнеет после замены, машина стала расходовать больше топлива, ощущаются рывки при равномерном движении или при торможении двигателем, то - скорее к мастеру проверять круглый железный "бублик". Не так уж дорог его ремонт, а неисправный, дел он может натворить очень много.
Как сделать так, чтобы гидротрансформатор подольше не ломался?
Инструкция будет простой. Во-первых, не нужно увлекаться ездой на высоких оборотах - гидротрансформаторы в таком режиме изнашиваются быстрее. Во-вторых, поменьше перегревайте машину. В-третьих, регулярно меняйте масло.
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:
- Насос
- Турбина
- Статор
- 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.
Двигатели внутреннего сгорания не способны обеспечить движение автомобиля в разных режимах без специальных устройств, изменяющих частоту вращения коленчатого вала. На части транспортных средств для этого используются автоматические коробки передач. Применение АКП позволяет сократить количество органов управления движением автомобиля и упростить его вождение.
Исторически сложилось так, что термин автоматическая коробка переключения (перемены) передач прочно закрепился только за одним видом устройств. Речь идет о получившем повсеместное распространение планетарном механизме с гидротрансформатором. Такое устройство можно назвать классическим.
В последнее время появилось довольно большое количество автомобилей с автоматизированным, а, точнее, роботизированным управлением механическими коробками передач. Общее устройство АКПП и принцип ее действия существенно отличается от указанных устройств.
С чисто технической точки зрения автоматической можно считать любую коробку передач, управление которой не требует вмешательства со стороны водителя.
Исключение составляют лишь вариаторы, в которых изменение числа оборотов происходит бесступенчато (фиксированные передачи отсутствуют), а потому плавно и без малейших рывков. Поэтому вариаторы нельзя относить к коробкам передач.
Для того чтобы окончательно разобраться с терминологией следует отметить, что у инженеров АКПП принято называть только планетарную часть агрегата. Именно в данном механизме и происходит изменение передаточного соотношения частоты вращения входного вала. В совокупности с гидротрансформатором данный механизм образует автоматическую передачу.
История создания
История появления коробки АКПП в ее классическом виде начинается на заре автомобилестроения. Три основных ее элемента были созданы и использовались в разных конструкциях автомобилей и лишь с появлением микропроцессоров были объединены в одном устройстве.
Первые двухступенчатые планетарные коробки использовались еще в двадцатые годы прошлого века на . Второй элемент – сервоприводы в системе управления работой коробки появились спустя десятилетие. Впервые полуавтоматические коробки стали применяться на автомобилях, выпущенных компаниями General Motors и Reo.
По-настоящему работоспособный автомат АКПП удалось сделать только с появлением гидромуфты, а позже и гидротрансформатора. Они использовались на легковых машинах американской компании Chrysler.
Объединение всех трех элементов и позволило инженерам решить все проблемы, связанные с автоматической передачей крутящего момента от двигателя на колеса транспортного средства.
Таким образом, технический прогресс и привел к появлению первых серийных автомобилей Buick, оснащенных двухступенчатой автоматической коробкой передач Dynaflow. Это уже был значительный шаг вперед, позволивший компенсировать значительные потери мощности на более ранних устройствах.
В последствии количество ступеней только возрастало, например, на Land Rover Evoque был установлен 9-диапазонный автомат.
АКПП — что это такое
Классическая автоматическая передача представляет собой довольно сложный комплекс из двух устройств. Ответить на вопрос: «Что это такое АКПП?» возможно только разобравшись в ее конструкции.
Автоматическая передача состоит из трех основных частей:
- Гидротрансформатора, который принимает крутящий момент от силового агрегата и передает его на следующий непосредственно за ним механизм.
- Собственно коробки перемены передач планетарного типа — данное устройство преобразует усилие и осуществляет привод колес через главный редуктор.
- Устройства управления, состоящего из некоторого количества золотников, регулирующего потоки масла к исполнительным механизмам.
По аналогии с механической трансмиссией гидротрансформатор АКПП играет роль сцепления — он установлен между двигателем и планетарным механизмом. Его устройство значительно более сложное и допускает проскальзывание передачи во время начала движения и торможения. На большинстве современных АКПП гидротрансформатор блокируется при высоких оборотах двигателя.
Видео компании Тойота поясняет принцип работы гидротрансформатора и других элементов АКПП:
Планетарная коробка соответствует по назначению своему механическому аналогу. Разница состоит в том, что в автомате переключения производятся сервоприводами, а на механике – вручную.
Фактически управление работой АКПП осуществляется при помощи двух педалей: акселератора и тормоза. При этом нажатие на «газ» не приводит к увеличению частоты оборотов двигателя, а влияет непосредственно на скорость движения.
Устройство узлов и механизмов
Конструкции отдельных элементов могут различаться. Рассмотрим только один из наиболее часто встречающихся вариантов — гидротрансформатор. Он имеет в своем составе:
- турбонасос;
- турбину;
- статор.
Корпус данного устройства жестко устанавливается на маховике, чем по аналогии оно сходно с корзиной механического сцепления.
Статоры бывают двух видов: неподвижные по отношению к блоку двигателя или стопорящиеся при помощи ленточного тормоза. Такая конструкция позволяет обеспечивать оптимальное использование крутящего момента, особенно на малых оборотах. Корпус гидротрансформатора заполнен вязким маслом.
Планетарная коробка или редуктор представляет собой целый набор механизмов в ее состав входят:
- эпицикл — большая шестерня с обращенными внутрь зубьями;
- малая солнечная шестерня;
- водило с шестернями сателлитами.
Видео — принцип работы планетарного ряда автоматической коробки передач:
Один из вышеперечисленных узлов зафиксирован неподвижно по отношению к картеру коробки. Сателлиты находятся одновременно в зацеплении, как эпицикла, так и малой солнечной шестерни. Помимо названных узлов в состав коробки входят фрикционные муфты, которые, в свою очередь, состоят из двух элементов: хаба – ступицы и барабана.
Между ними находится комплект из чередующихся стальных и пластиковых фрикционных дисков и кольцеобразного поршня, управляющего их работой. В планетарной КП имеется также обгонная муфта, ее конструкция может быть разной. Она устроена таким образом, что способна вращаться достаточно свободно в одну сторону и заклинивает при изменении направления.
Устройство АКПП, помимо названных выше узлов, имеет еще и механизм управления, принцип работы которого зависит от типа исполнительных механизмов.
В современных АКП золотники гидроприводов перемещаются под воздействием соленоидов, напряжение на которые поддается от электронного блока управления. В классическом варианте управление осуществляется с учетом положения педали акселератора и регулятора давления масла центробежного типа установленного на выходном валу коробки.
Водитель выбирает режим работы АКП при помощи селектора, в большинстве современных автомобилей он устанавливается на центральной консоли. Управление может быть продублировано кнопками на рулевом колесе.
В настоящее время принят единый стандарт обозначения режимов работы АКП, позволяющий водителю не переучиваться при смене автомобилей разных производителей.
Принцип работы автоматической коробки передач (АКПП)
Существует несколько типов автоматических коробок перемены передач, работа каждой из них имеет ряд особенностей.
В общем виде принцип действия современной АКПП заключается в передаче крутящего момента от коленчатого вала двигателя на механизмы трансмиссии. При этом происходит изменение передаточного соотношения в зависимости от положения селектора и акселератора и условий движения автомобиля.
Рассмотрим принцип работы АКПП подробнее:
- Двигатель раскручивает маховик, на котором жестко закреплена ведущая турбина. Она вызывает вихреобразное движение эксплуатационной жидкости в картере, что за счет вязкости и трения приводит в действие ведомую турбину. Отсутствие жесткой механической связи обеспечивает возможность вращения их с разной частотой. При больших оборотах гидротрансформатор блокируется для снижения потерь энергии.
- Усилие передается на первичный вал АКП, где через систему шестеренок происходит изменение передаточного числа. Фрикционные муфты позволяют задействовать нужные секции для обеспечения оптимального режима работы двигателя. Для снижения ударных нагрузок и рывков в машине применяются обгонные муфты, которые имеют свойство проскальзывать на обратном ходе.
- Управление работой фрикционов осуществляется при помощи гидравлической системы, состоящей из кольцевого исполнительного цилиндра. Гидропривод сжимает определенный пакет из фрикционов, которые приводят в действие соединенную с ними секцию из шестеренок.
- Давление масла в системе обеспечивает специальным гидронасосом. Управление гидроприводами осуществляется при помощи золотников, перемещение которых в современных коробках обеспечивается соленоидами. В классической АКП они имеют гидравлический привод. В таком варианте управлении осуществляется непосредственно акселератором и центробежным регулятором давления.
Переключение передач в современных АКПП осуществляется при помощи селектора или кнопок, смонтированных на спице рулевого колеса. Водитель выбирает режим работы коробки, в электронном блоке управления активируется соответствующая программа. Соленоиды открывают нужные клапаны, и происходит передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии автомобиля. По мере необходимости подключаются ступени с оптимальным передаточным числом.
Видео — устройство и работа автоматической коробки передач:
Одной из важнейших технических характеристик АКПП является время переключения передачи. Для автомобилей разных классов этот параметр имеет свои значения, при этом разница между ними может быть значительной.
Так для большинства массовых автомобилей время срабатывания находится в диапазоне от 130 до 150 мс. Суперкары могут похвастаться втрое меньшим показателем порядка 50 – 60 мс, у болидов он еще меньше – 25 мс.
Режимы
В настоящее время предусмотрен следующие стандартные :
- P (parking) — режим парковки, силовой агрегат и трансмиссия разобщены, селектор заблокирован. Стояночный тормоз используется также как и на машинах с механической коробкой.
- R (reverse) — режим заднего хода, селектор невозможно перевести в данное положение при движении автомобиля вперед.
- N (Neutral) — на советских автомобилях обозначалась русской буквой «Н», режим предназначен для остановок на срок не более пяти минут или для буксировки на сравнительно небольшие расстояния.
- D (Drive) — на отечественных машинах «Д» движение вперед, при этом в действие поочередно приводятся все ступени, за исключением повышающей секции.
- L (Low) – принудительная понижающая передача предназначена для обеспечения движения автомобиля в тяжелых дорожных условиях и в пробках малым ходом.
Помимо вышеперечисленных существуют и дополнительные режимы АКПП:
- O/D (overdrive) режим, в котором возможно включение ступени с передаточным числом менее единицы, предназначен для движения по шоссе с постоянной скоростью.
- D3 либо O/D OFF предполагает задействование только пониженных передач без овердрайва позволяет избегать частых блокировок гидротрансформатора АКПП.
- S (иная версия цифра 2) зимний режим для движения в тяжелых дорожных условиях на 1 и 2 передаче или на второй.
- L (другой вариант цифра 1) другой диапазон, когда используется исключительно первая ступень для перемещения на стоянках, въезде в гараж и выезде из него.
Автоматическая коробка не во всех режимах поддерживает торможение двигателем, что нужно учитывать при эксплуатации автомобиля. Использование обгонной муфты позволяет движение автомобиля накатом.
В большинстве машин торможение двигателем возможно только при включении пониженного диапазона из положения P, переход во время движении невозможен.
Кнопочные системы управления расположенные на спице руля обычно вводят еще ряд дополнительных режимов АКП:
- Power либо Sport обеспечивает лучшую динамику разгона автомобиля, с появление электронных контролеров может включаться резким нажатием на акселератор.
- Snow либо Winter для избегания проскальзывания колес начало движения осуществляется со второй или даже третьей передач.
- Shift lock или Shift lock release позволяет разблокировать селектор при выключенном силовом агрегате.
Спортивный режим, включаемый автоматически, еще называют Kickdown , в большинстве моделей его использование возможно только на овердрайве. Для исключения ошибок водителя при переключениях селектора его рычаг блокируется разными способами. Это может быть и специальная кнопка на рычаге и необходимость его утопления вниз для перевода из одного положения в другое.
В случае поломки механизмов трансмиссии или возникновения опасности для них АКПП переходит в аварийный режим, возникает вопрос — что это такое? На деле водитель при возникновении такой неисправности имеет возможность добраться до гаража или автосервиса своим ходом.
Плюсы и минусы
Как и всякое сложное устройство, АКП имеет ряд достоинств и недостатков. Каковы же плюсы и минусы у автоматической коробки передач?
Польза научно-технической революции в первую очередь заключается в том, что все высокие технологии и новинки от изобретателей делают нашу жизнь не только проще, но и комфортнее. Автопром тоже не стоит на месте, и автомобилисты каждый год получают в подарок такие «вкусняшки», как навигаторы, электронные системы контроля работы узлов автомобиля, корректоры октанового числа и даже автопилоты, которые в будущем помогут автомобилям самостоятельно лавировать в тесном трафике. Но когда речь заходит о комфорте, то сразу же на ум приходит автоматическая трансмиссия - именно АКПП существенно облегчила жизнь автомобилистов, которые не хотят заключать «брачный контракт» с капризной механикой.
АКПП значительно упростила жизнь водителям
Фото
Если говорить хрестоматийно, то автоматическая коробка передач, или АКПП - это разновидность трансмиссии, которая обеспечивает автоматический (иными словами, без вмешательства водителя) выбор передаточного числа, соответствующего сложившимся условиям движения. Главное отличие «автомата» от МКПП заключается в том, что водитель может значительно облегчить жизнь своей правой руке. С точки зрения конструкции АКПП отличается и действием ее механической части - имеется в виду использование гидромеханического привода и планетарных механизмов. Именно потому профессионалы всегда говорят «автоматическая трансмиссия», это термин более точно передает ее суть, чем определение «автоматическая коробка переключения передач».
«Автоматический» экскурс в историю
За то, что сегодня мы можем наслаждаться классическим примером гидромеханической трансмиссии, мы должны благодарить несколько независимых линий разработок, объединенных воедино.
Для того чтобы докопаться до истины во всей этой истории с АКПП, следует покопаться в Ford T, в конструкции которого использовалась планетарная механическая трансмиссия. Нет, на заре автомобилестроения водитель все равно должен был обладать определенными навыками, но это уже было значительное упрощение игры под названием «укрощение автомобиля». И если учесть, что в то время основная масса автомобилей оснащалась традиционными коробками, лишенными синхронизаторов, то это был настоящий прорыв.
Вот на такие красавцы ставились первые АКПП
Фото
Вторым важным изобретением, подарившим нам коробку-автомат, были разработки американских компаний General Motors и Reo, которые в 30-х годах прошлого столетия вывели на рынок полуавтоматические трансмиссии. Но надежность этих систем была еще очень далека от идеала, а для переключения передач все еще использовалось сцепление.
И, наконец, в тех же 1930-х годах в трансмиссию был впервые внедрен гидравлический элемент. Такие трансмиссии стали массово устанавливаться на автомобили корпорации Chrysler уже в послевоенные годы. Позднее гидромуфту заменили гидротрансформатором. Но если вы хотите знать, кому принадлежит первенство в установке на свои машины полностью автоматической коробки передач, то это была компания General Motors, которая в 40-х годах ХХ века оснащала ими свои «Олдсмобили», «Кадиллаки» и «Понтиаки».
Lexuc LS 460 - счастливый обладатель восьмиступенчатого "автомата"
Фото
И когда в 2007 году компанией Toyota был представлен Lexus LS460, конструкция которого предусматривала наличие восьмиступенчатой автоматической трансмиссии, все поняли, что у совершенства нет предела. По крайней мере, того, который мы могли бы узреть сегодня.
Устройство «автомата»: комфортные тонкости
Главные части традиционной АКП - это гидротрансформатор, планетарные редукторы, фрикционные и обгонные муфты, а также соединительные валы и барабаны. Кроме этого, в отдельных случаях применяются также тормозная лента, предназначение которое - затормаживать один из барабанов. Исключение составляют лишь «автоматы» компании Honda, вместо планетарного редуктора использующие валы с шестернями, как это делается в случае механической коробки передач.
АКПП - довольно сложное устройство
Фото
Основная функция, исполняемая гидротрансформатором - при трогании автомобиля он передает момент с проскальзыванием. Когда двигатель набирает высокие обороты, фрикционная муфта блокирует гидротрансформатор и делает невозможным проскальзывание. Что касается планетарного редуктора, то его главная задача - это передача крутящего момента опосредованно.
Фрикционные муфты, которые нередко называют «пакетом», служат для переключения передач разобщением и сообщением элементов коробки.
Устройство АКПП
Фото
Основное отличие «автомата» от «механики» заключается в том, что МКПП включает и выключает разные шестерни для получения выходным валом различных передаточных чисел, а АКПП использует всегда один и тот же набор шестерней. Именно это и позволяет осуществлять автоматической коробке планетарная передача.
Ремонт "автомата" лучше всего доверять профессионалам
Фото
Режимы работы «автомата»
С конца 50-х годов прошлого столетия практически у каждой автоматической коробки переключения передач есть стандартный набор режимов работы, которые обозначены латинскими буквами на рычаге переключения:
▪ «N
» (от англ. «neutral») - режим нейтральной передачи, который, как правило, используется во время буксировки или при стоянке на короткое время (в отечественном варианте - «Н»);
▪ «D
» (от англ. «drive») - режим движения вперед, когда задействованы все ступени, или же все, кроме тех, которые повышают передачи (в отечественном варианте - «Д»);
▪ «R
» (от англ. «reverse») - режим заднего хода, который ни при каких обстоятельствах нельзя включать до того момента, пока автомобиль полностью не остановился (в отечественном варианте - «Зх»);
▪ «L
» (от англ. «low») - режим пониженной передачи, используемый для «тихого хода» (в отечественном варианте - «ПП» или «Тх»);
▪ «Р
» (от англ. «park») - режим парковочной блокировки ведущих колес (данная система блокировки не связана со стояночным тормозом и находится непосредственно внутри АКП).
Автопроизводители еще с середины ХХ века начали использовать строгую последовательность режимов работы «автомата» - P-R-N-D-L .
Стандартная раскладка режимов "автомата"
Фото
Кроме основных режимов, нередко встречаются и дополнительные:
▪ «O/D
» (от англ. «overdrive») - режим движения, предусматривающий возможность перехода на повышающую передачу в автоматическом режиме (этот режим очень удобен для того, чтобы движение по трассе было равномерным);
▪ «D3
» - режим, который использует только первую, вторую или третью передачи, или же отключает повышающие передачи (удобен для езды по городу);
▪ «S
» (используется также цифра «2») - режим пониженных передач или «зимний режим»;
▪ «L
» (используется также цифра «1») - режим пониженных передач, при включении которого работает только первая передача.
Всегда нужно помнить, что «автомат», в отличие от «механики», может тормозить двигателем не во всех режимах. АКПП знает, когда торможение двигателем запрещено, и потому трансмиссия в обгонных муфтах проскальзывает, что позволяет автомобилю двигаться накатом. Аналогичный принцип используется и в велосипедах.
