Работа автоматической коробки передач
Ежегодно на дорогах России и стран СНГ появляется все больше автомобилей, оборудованных автоматическими коробками передач (АКП). Они надежны и удобны, а главное — обеспечивают простое управление транспортным средством. О том, как устроена и работает типичная коробка-автомат, читайте в данной статье.
История автоматической коробки передач
Автоматическая коробка передач (АКП) — изобретение не новое, оно имеет долгую и богатую историю. Однако «настоящим» автоматам предшествовали полуавтоматические коробки, эксперименты с которыми начались еще в 20-е – 30-е годы прошлого века — разработками в данном направлении наиболее активно занимались автогиганты Chrysler и General Motors. Эти коробки совмещали в себе традиционную механическую (обычно двухступенчатую) коробку передач, гидромуфту и механизм автоматического включения повышающей передачи — овердрайв.
Первые полуавтоматические коробки передач обладали невысокой надежностью, да и обеспечивали далеко не лучшие характеристики, однако находили применение из-за значительного упрощения вождения автомобиля. А постоянный ремонт и покупка запчастей на коробки передач и для других узлов был в то время нормальным явлением.
Первую полностью автоматическую коробку передач создали инженеры General Motors — уже в 1940 году АКП опционально устанавливались на автомобили Oldsmobile, а впоследствии на знаменитые Cadillac и Pontiac. Скоро к автоматическим коробкам пришли и другие автопроизводители, в том числе Mercedes Benz, Rolls-Royse и многие другие. Интересно, что во время войны коробками-автоматами комплектовались и некоторые образцы военной техники.
Уже в 1960-х годах автоматические коробки использовались практически всеми американскими и очень многими европейскими производителями автомобилей. С конца 80-х годов начали внедряться компоненты электронного управления «автоматами», и теперь работа по переключению скоростей ложилась на компьютеризированные системы.
На сегодняшний день АКП — это сложная система, управляемая бортовым компьютером, который производит переключение скоростей исходя из десятков параметров. Большинство современных «автоматов» не нуждаются в замене масла, многие из них обладают «спортивными» режимами работы и находят самое широкое применение: от малолитражных автомобилей до мощных внедорожников и больших городских автобусов.
Устройство АКП
Существует большое разнообразие конструкций автоматических коробок передач, однако наиболее распространенной и типичной является схема, содержащая следующие элементы:
- Гидротрансформатор;
- Планетарный редуктор;
- Фрикционы, тормозные ленты, обгонные муфты;
- Устройство управления.
Каждый из компонентов выполняет свои функции.
Гидротрансформатор (ГТ). Это — аналог сцепления в механической коробке передач. ГТ жестко закреплен на маховике двигателя, он служит для передачи крутящего момента от мотора к коробке, его работа происходит без участия водителя.
Планетарный редуктор. Служит для ступенчатого изменения крутящего момента, то есть он осуществляет переключение передач. Большинство современных АКП содержит сразу два или три планетарных редуктора.
Фрикционы и тормозные ленты. Переключение передач в АКП осуществляется блокировкой тех или иных элементов планетарных редукторов — солнечной шестерни, эпицикла (или коронной шестерни) и водила. Блокировка осуществляется тормозными лентами (с их помощью элементы блокируются на корпус АКП) и фрикционами (элементы блокируются между собой, то есть вращаются как одно целое).
Устройство управления. К устройству управления относятся клапаны (золотники), которые непосредственно осуществляют автоматические переключение скоростей в зависимости от множества отслеживаемых параметров.
Также нужно сказать о гидравлической системе АКП, которая играет важнейшую роль в работе всей трансмиссии. Управление тормозными лентами, фрикционами и муфтами осуществляется с помощью масла (точнее — с помощью масляных сервоприводов и поршней), которое нагнетается насосом, а его давление регулируется несколькими клапанами.
Переключение передач также осуществляется масляными клапанами:
- Ручной клапан — связан с рычагом переключения передач (селектором), с его помощью производится подача масла к тем узлам АКП, которые включаются в работу в данном конкретном положении селектора;
- Клапан переключения передач — производит автоматическое включение и отключение передач при достижении определенной скорости. Клапан может иметь как гидромеханическое, так и электромеханическое управление. Количество клапанов в АКП обычно на один меньше количества передач.
Большое преимущество АКП в том, что переключение передач в ней производится плавно, без ударов и толчков. Это значительно повышает срок службы всей трансмиссии, а поэтому ремонт и запчасти на автоматические коробки передач требуются реже, чем для «механики».
Работа автоматической коробки передач
Как было сказано выше, переключение передач в автоматической коробке происходит блокировкой тех или иных элементов планетарного редуктора с помощью лент и фрикционов. В общем случае принцип таков:
- Увеличение передаточного отношения производится блокировкой эпицикла;
- Уменьшение передаточного отношения производится блокировкой солнечной шестерни;
- Изменение направления вращения производится блокировкой водила.
Работа автоматической коробки, содержащей два планетарных редуктора, можно рассмотреть на наиболее типичном примере — когда селектор находится в положении «D». В начальном положении работает задний планетарный редуктор, в то время как передний не передает момента, однако задний редуктор включается только при повышении оборотов двигателя до определенного уровня.
При повышении скорости срабатывает клапан переключения 1-2 передачи, эпицикл переднего редуктора блокируется тормозной лентой на корпус коробки — в этом случае работают оба редуктора, повышая передаточное число относительно первой передачи.
При дальнейшем повышении скорости срабатывает клапан переключения 2-3 передачи, тормозная лента переднего редуктора ослабляется, и он перестает передавать крутящий момент. Одновременно происходит блокировка элементов заднего редуктора, и передаточное число коробки увеличивается относительно второй передачи.
При снижении скорости клапаны закрываются в обратном порядке, и, соответственно, происходит переключение с третьей на вторую передачу или со второй на первую.
Для движения задним ходом (селектор в положении «R») задний редуктор не передает крутящего момента, водило переднего редуктора блокируется на корпус, и в результате выходной вал КП меняет направление вращения на противоположное относительно направления вращения коленвала двигателя.
При положении селектора в позициях «P», «N» и «L» также производится блокировка тех или иных компонентов АКП. В режиме «P» блокируется вся коробка, обеспечивая безопасную парковку. В положении «N» — напротив, не производится блокировок, это аналог «нейтрали» в механической коробке. И, наконец, в положении «L» производится принудительное понижение передачи, которое необходимо для движения в сложных дорожных условиях.
Преимущества и недостатки АКПП
Главные преимущества коробки-автомата — простота управления автомобилем. Для этого нужно просто устанавливать селектор в то или иное положение, а все остальное коробка сделает сама, руководствуясь положением дроссельной заслонки, скоростью автомобиля, оборотами двигателя и другими параметрами.
Есть и еще одно достоинство — АКП работает плавней и с меньшими нагрузками, чем МКП, поэтому намного реже возникает необходимость ремонта и связанной с ним покупки запчастей для автоматической коробки.
У «автоматов» есть и недостатки, однако они проявляются на бездорожье, а в городских условиях они не имеют никакого значения. Поэтому во всем мире наблюдается постоянное увеличение количества автомобилей с АКП. Например, в Америке автоматическими коробками оснащено 8 из 10 машин, в России этот показатель вдвое ниже, но тенденция, что называется, налицо — всего за пять лет количество автомобилей с АКП в нашей стране увеличилось более чем на 10%, и рост продолжается.
С каждым годом коробки-автоматы совершенствуются, и по многим параметрам уже давно обогнали «механику». Поэтому к ним все больший интерес проявляют и производители автомобилей, и покупатели.