Устройство и принцип автоматической коробки передач

Все двигатели внутреннего сгорания автомобиля работают в паре с трансмиссией. На сегодняшний день существует огромное разнообразие коробок передач, но условно их можно разделить на две категории:

• МКПП или механическая коробка переключения передач;
• АКПП или автоматическая коробка переключения передач.

Что касается «механики», то здесь различия касаются лишь количества скоростей и особенностей внутреннего строения. Больше об устройстве мкпп рассказывается здесь. Сосредоточимся на акпп: ее устройство, принцип работы, ее достоинства и недостатки по сравнению с механическими аналогами, а также обсудим основные правила использования «автомата».

Что такое АКПП

В отличие от механической коробки в автоматическом аналоге скорости переключает автоматика. В этом случае участие водителя сводится к минимуму. В зависимости от конструкции трансмиссии водитель либо выбирает на селекторе соответствующий режим, либо периодически дает определенные команды «роботу» на переключение нужной передачи.

Над необходимостью в создании автоматических коробок производители задумались, чтобы снизить рывки при переключении скоростей водителем в ручном режиме. Как известно, каждый автомобилист имеет свои привычки вождения, и, к сожалению, далеко не полезные. Для примера обратите внимание на самые распространенные ошибки, из-за которых механика часто выходит из строя. Эту информацию вы найдете в отдельной статье.

История изобретения

Впервые идею переключения передач в автоматическом режиме осуществил Герман Фиттенгер. Трансмиссия немецкого инженера была спроектирована в 1902-м. вначале ее использовали на судах.

Спустя два года братьями Статервент (Бостон) был представлен модернизированный вариант механической коробки, но, по сути это был первый «автомат». Планетарная трансмиссия устанавливалась в автомобили Ford модель Т. Принцип работы акпп заключался в том, что водитель при помощи одной педали повышал или понижал передачу. Задняя скорость включалась отдельной педалью.

Следующая ступень «эволюции» автоматической трансмиссии приходится на середину 30-х гг. Компания GM доработала уже существующий механизм, добавив в него гидравлический привод планетарной передачи. В полуавтомате все еще было сцепление.

Параллельно с General Motors инженеры Chrysler в конструкцию трансмиссии добавили гидравлическую муфту. Благодаря такой конструкции коробка перестала иметь жесткую сцепку ведущего и ведомого валов. Это обеспечило плавность переключения скоростей. Также механизм получил овердрайв. Это особенная повышающая передача (значение передаточного числа – менее 1), которая заменила двухступенчатую коробку.

Первой серийной разработкой акпп стала модель от компании GM. Механизм начали изготавливать в 1940-м г. В устройстве такой трансмиссии присутствует гидромуфта в сочетании с планетарной коробкой на 4 позиции. Переключение осуществлялось при помощи гидравлики.

Устройство автоматической трансмиссии

По сравнению с МКПП АКПП имеет более сложное устройство. Вот основные элементы автоматической трансмиссии:

• Гидротрансформатор – емкость с трансмиссионной жидкостью (ATF). Его цель – передавать крутящий момент от ДВС на ведущий вал коробки. Внутри корпуса установлены колеса турбины, насоса и реактора. Также в устройство гидротрансформатора входит две муфты: блокировочная и свободного хода. Первая обеспечивает блокировку гидротрансформатора на необходимом режиме работы трансмиссии. Вторая позволяет реакторному колесу вращаться в обратную сторону.
• Планетарный механизм – набор валов, муфт, барабанов, которые обеспечивают повышение и понижение передач. Этот процесс осуществляется за счет изменения давления рабочей жидкости.
• Блок управления – раньше использовался гидравлический, но на сегодняшний день используется электронный вариант. ЭБУ фиксирует сигналы, поступающие от разных датчиков. На основании этого блок управления подает сигналы на устройства, от которых зависит изменение режима работы механизма (клапаны гидроблока, которые направляют поток рабочей жидкости).
• Датчики – сигнальные устройства, которые фиксируют показатели разных элементов трансмиссии и посылают соответствующие сигналы на ЭБУ. В коробке присутствуют такие датчики: частота входного и выходного вращения, температуры и давления масла, положения рукоятки (или шайбы во многих современных автомобилях) селектора.
• Масляный насос – создает давление, необходимое для вращения соответствующих лопастей гидротрансформатора.

Все элементы автоматической коробки находятся в одном корпусе.

Принцип работы и срок службы АКПП

В процессе движения автомобиля блок управления трансмиссии анализирует нагрузки двигателя и в зависимости от показателей подает сигналы на элементы управления гидротрансформатора. Трансмиссионная жидкость с соответствующим давлением перемещает муфты в планетарном механизме. Благодаря этому изменяется передаточное число. Скорость данного процесса зависит также от скорости самого транспорта.

На работу агрегата влияет несколько факторов:

• Уровень масла в коробке;
• АКПП исправно работает при определенной температуре (около 80^оС), поэтому в зимний период она нуждается в прогреве, а летом – в охлаждении;
• Охлаждение акпп происходит таким же образом, что и у двигателя – с помощью радиатора;
• Давление масла (в среднем этот показатель находится в пределах от 2,5 до 4,5 бар.).

Если вовремя следить за исправностью охлаждающей системы, а также за указанными выше факторами, коробка прослужит до 500 тысяч пробега. Хотя все зависит от того, насколько автомобилист внимателен к процедуре обслуживания трансмиссии.

Немаловажным фактором, влияющим на ресурс коробки, является использование оригинальных расходных материалов.

Основные режимы работы АКПП

Хотя автомат переключает скорости в автоматическом или полуавтоматическом режиме, водитель может установить определенный режим, необходимый для конкретной ситуации. К основным режимам относятся:

• Р – режим парковки. Во время его активации (соответствующее положение рычага селектора) ведущие колеса блокируются. Когда рычаг находится в этом положении, нужно заводить и глушить мотор. Ни в коем случае нельзя включать эту функцию во время движения;
• R – передача заднего хода. Как в случае с механикой, этот режим необходимо включать только когда машина полностью остановится;
• N – нейтральная передача или не включена ни одна функция. При этом режиме колеса свободно вращаются, машина может двигаться накатом даже при включенном моторе. Не рекомендуется использовать этот режим для экономии топлива, так как при холостой работе мотор обычно потребляет больше топлива, чем при включенной скорости (например, при торможении мотором). Данный режим имеется в машине на случай, когда машину потребуется буксировать (хотя некоторые авто не можно буксировать);
• D – данный режим позволяет автомобилю двигаться вперед. Электроника сама управляет переключением скоростей (понижает/повышает передачу). На этом режиме автоматика использует функцию торможения двигателем при отпускании педали акселератора. Когда включен данный режим, трансмиссия пытается удержать авто, когда оно стоит под горку (эффективность удержания зависит от угла наклона).

Дополнительные режимы АКПП

Помимо основных режимов каждая автоматическая коробка оснащается дополнительными функциями. Каждая компания по производству автомобилей оснащает трансмиссию своих моделей разными опциями. Вот некоторые из них:

• 1 (иногда L) – трансмиссия не включает вторую передачу, а позволяет раскрутить мотор до максимальных оборотов. Таким режимом пользуются на крайне сложных дорожных участках, например, на крутых и затяжных подъемах;
• 2 – аналогичный режим, только в этом случае коробка не поднимется выше второй передачи. Чаще всего на этой позиции машина может достичь максимум 80 км/ч.;
• 3 (или S) – еще один ограничитель скорости, только на этот рад это третья передача. Некоторые автомобилисты используют его для выполнения обгона или при резком ускорении. Не переходя на 4 скорость, мотор раскручивается до максимальных оборотов, что положительно влияет на разгон машины. Обычно на этом режиме авто может разогнаться до 140 км/ч. (главное – следить за стрелкой тахометра, чтобы она не заходила в красную зону).

Многие автоматы оснащены полуавтоматическим режимом переключения скоростей. Одно из названий таких модификаций – Типтроник. Селектор в них будет иметь отдельную нишу сбоку от основных режимов.

Значки + и – позволяют переключиться на соответствующую передачу в «ручном» режиме. Это, конечно, относительно ручной режим, так как процесс все равно корректирует электроника, чтобы водитель не испортил трансмиссию неправильными действиями.

При переключении скоростей педаль акселератора можно держать нажатой. Этот дополнительный режим имеется на случай езды по сложным участкам дороги, например, по снегу или на крутых склонах.

Еще один дополнительный режим, который может присутствовать в автоматической трансмиссии – «Зима». Каждый производитель по-своему обозначает его. Например, на селекторе может быть нарисована снежинка или буква W, или написано «Snow». В этом случае автоматика не будет позволять ведущим колесам пробуксовывать во время старта движения или при переключении скорости.

На зимнем режиме авто будет стартовать со второй передачи, а скорости будут переключаться на меньших оборотах мотора. Некоторые используют этот режим, когда едут летом по песку или по грязи. В жаркий период на хорошей дороге не стоит использовать эту функцию, так как коробка быстро перегреется из-за работы с повышенной нагрузкой.

Помимо перечисленных режимов трансмиссия некоторых автомобилей имеет режим «Спорт» (передачи включаются на более повышенных оборотах) или Shift Lock (функция переключения рычага селектора может активироваться даже при выключенном моторе).

Как управлять автоматической коробкой передач

Хотя переключение скоростей в данной трансмиссии требует минимального участия водителя, тем не менее, оно не исключается полностью. Вот основные шаги правильного использования автоматической коробки.

Основные правила использования коробки автомата

Старт движения должен происходить в такой последовательности:

• Выжимаем педаль тормоза;
• Заводим мотор (на заглушенном двигателе рычаг невозможно переместить);
• Нажимаем кнопку блокировки на рычаге переключения режимов (если она имеется). Обычно она расположена сбоку или сверху рукоятки;
• Переводим рычаг селектора в положение D (если нужно сдать назад, тогда выбираем R). Скорость активируется спустя одну-две секунды после установки необходимого режима, а мотор слегка снизит обороты.

Движение автомобиля должно осуществляться следующим образом:

• Отпускаем педаль тормоза;
• Машина сама начнет движение (если старт осуществляется в горку, то при этом нужно добавить газа);
• Режим езды определяется характером нажатия на педаль газа: если резко нажимается, то машина будет более динамичной, в случае плавного нажатия авто будет плавно разгоняться, а передачи будут включаться медленней;
• Если возникла необходимость резко ускориться, нажимаем педаль в пол. Активируется функция «кик-дауна». В этом случае коробка переходит на пониженную передачу и раскручивает мотор до более высоких оборотов, чтобы авто разогналось. Однако не всегда это обеспечивает максимальную динамику. В этом случае лучше перевести рычаг селектора в режим S или 3, тогда скорость не переключится на четвертую передачу, а будет разгоняться на третьей.

Останавливаемся следующим образом:

• Отпускаем педаль газа;
• Если нужно остановиться быстрее – нажимаем на тормоз;
• Чтобы авто не двигалось, удерживаем тормоз;
• Если остановка кратковременная, то рычаг селектора оставляем в режиме D, а если она более длинная, то его переводим в режим N. В этом случае мотор не будет сжигать топливо зря. Чтобы машина не двигалась произвольно, тормоз не стоит отпускать или же активировать режим парковки.

Некоторые напоминания относительно использования автомата:

• Педали газа и тормоза активируются только правой ногой, а левая вообще не задействуется;
• Педаль тормоза во время остановки необходимо всегда держать нажатой, за исключением активации режима Р;
• При движении с горки не включать N, так как АКП использует тормоз двигателем;
• Когда переключается режим с D на N или обратно, на кнопку блокировки не следует нажимать, чтобы случайно во время движения не включить заднюю скорость или парковку.

Нужен ли автомобилю с коробкой автоматом ручной тормоз?

Если автоматическая коробка оснащена режимом парковки, зачем тогда в автомобиле имеется стояночный тормоз? В руководстве по эксплуатации большинства современных авто производители указывают, что это дополнительная мера от произвольного движения машины.

Большинство автомобилистов не используют ручник, потому что режим парковки всегда хорошо справляется со своей задачей. А в зимний период иногда колодки примерзают к дискам (особенно если накануне машина побывала в луже).

Вот в каких случаях необходим ручник:

• При остановке на склоне для дополнительной фиксации машины;
• Также он пригодится, когда производится замена колес;
• Перед тем, как включить режим Р на склоне (в этом случае рычаг будет переключаться с большими усилиями, что может привести к износу фрикционных деталей трансмиссии);
• Если на склоне авто стоит и на режиме Р, и на ручнике, то при начале движения сначала снимаем «парковку», а затем ослабляем ручной тормоз.

Плюсы и минусы АКПП

У автоматической коробки есть как достоинства, так и недостатки. К достоинствам относятся такие факторы:

• Переключение скоростей переключается плавно, без рывков, что обеспечивает более комфортное движение;
• Нет необходимости менять или ремонтировать сцепление;
• На ручном режиме обеспечивается хорошая динамика, даже если водитель совершит ошибку, то автоматика немного подкорректирует ситуацию;
• АКПП способен адаптироваться под стиль вождения автомобилиста.

Недостатки автомата:

• Конструкция агрегата более сложная, из-за чего ремонт должен выполнять специалист;
• Помимо дорогостоящего обслуживания замена трансмиссии будет очень дорогой, так как в ней имеется большое количество сложных механизмов;
• В автоматическом режиме КПД механизма невысокий, что приводит к перерасходу топлива;
• Вес коробки без технической жидкости и гидротрансформатора составляет около 70 кг, а при полной комплектации – приблизительно 110 кг.

АКПП и МКПП что лучше?

Среди автоматических коробок имеется несколько видов, и каждый из них имеет свои особенности. О каждой из них рассказывается в отдельной статье.

Что же лучше: механика или автомат? Если коротко, то это дело вкуса. Все автомобилисты делятся на два лагеря: одни уверены в большей эффективности МКПП, а другие – АКПП.

Автоматическая трансмиссия по сравнению с механикой:

• Более «задумчива»;
• Имеет меньшую динамику, даже в ручном режиме;
• При разгоне расход топлива значительно увеличивается;
• Для более экономичного режима следует плавно ускоряться и замедляться;
• Поломка автомата происходит крайне редко, но в случае должного и своевременного обслуживания;
• Стоимость новой трансмиссии крайне высокая, поэтому к ее обслуживанию нужно подходить с особой внимательностью;
• Не требует особых навыков, особенно для новичков, к примеру, для старта в горку.

Ввиду стремления иметь более комфортный автомобиль многие автолюбители отдают предпочтение именно автоматическим коробкам. Однако, если новичок учится на механике, он сразу приобретает необходимые навыки. Тот, кто освоил механическую коробку, легко поедет на любой трансмиссии, чего не скажешь наоборот.

Вопросы и ответы:

Какие элементы входят в состав акпп? Автоматическая коробка состоит из: гидротрансформатора, планетарного механизма, блока управления, фрикционных муфт, обгонной муфты, гидроблока, ленточного тормоза, масляного насоса, корпуса.

Как работает коробка передач на автомате? Когда запускается мотор, начинает работать маслонасос (создает давление в системе). Масло нагнетается на крыльчатку гидротрансформатора, который передает крутящий момент на трансмиссию. Передаточные числа меняются электроникой.

В чем особенности работы автоматической коробки передач? В отличие от механики автомат требует минимум действий от водителя (только включить нужный режим и нажимать газ или тормоз). В некоторых модификациях имеется ручной режим (например, типтроник).