Почнемо з того, що в США автомобілі, оснащені автоматичною трансмісією, з’явилися в 1940-х роках. Як відомо, наявність автоматичної коробки передач істотно полегшує процес експлуатації транспортного засобу, також знижуються навантаження на водія, підвищується безпека і т. д.
Зазначимо, що під «класичної» автоматичною коробкою слід розуміти гідромеханічну коробку передач (гідромеханічний “автомат”). Далі ми розглянемо пристрій коробки — автомат, конструктивні особливості, а також переваги і недоліки КПП даного типу.
Автомобіль з автоматичною трансмісією: переваги та недоліки
Почнемо з плюсів. Установка автоматичної трансмісії дозволяє водієві під час їзди не використовувати важіль перемикання передач, також не задіяна нога для постійного выжима зчеплення при переході на підвищену або знижену ступінь.
Іншими словами, зміна швидкості відбувається автоматично, тобто сама коробка враховує навантаження на ДВС, швидкість руху ТЗ, положення педалі газу, бажання самого водія різко прискоритися або рухатися плавно і т. д.
В результаті комфорт водіння автомобіля з АКПП значно зростає, передачі перемикаються автоматично, м’яко і плавно, двигун, елементи трансмісії і ходової частини захищені від сильних навантажень. Більш того, багато коробки автомат передбачають можливість не лише автоматичного, але і ручного перемикання передач.
Що стосується мінусів, вони також є. Насамперед, конструктивно АКПП є складним і дорогим агрегатом, відрізняється зниженою ремонтопридатністю і ресурсом в порівнянні з механічними (ручними) КПП. Автомобіль з даним типом КПП витрачає більше палива, автоматична коробка віддає менше крутного моменту на колеса, так як ККД коробки автомат дещо знижений.
Також наявність в автомобілі автоматичної трансмісії накладає на водія певні обмеження. Наприклад, коробку автомат потрібно прогрівати перед поїздкою, бажано уникати постійних різких стартів і занадто інтенсивного гальмування.
На машині з автоматичною коробкою не можна буксувати, не допускається буксирування автомобіля з коробкою автомат на високій швидкості на великі відстані без вивішування провідних коліс і т. д. Ще додамо, що таку коробку складніше і дорожче обслуговувати.
-
Як гальмувати двигуном
Коробка автомат: пристрій
Отже, навіть з урахуванням певних недоліків, автоматична гідромеханічна коробка з ряду причин довгий час залишалася найбільш поширеним рішенням для зміни крутного моменту серед інших типів автоматичних трансмісій.
Перш за все, навіть з урахуванням того, що ресурс і продуктивність таких коробок нижче, ніж у «механіки», гідромеханічна коробка передач достатньо надійна і довговічна. Тепер давайте розглянемо пристрій АКПП.
Автоматична коробка передач складається з таких базових елементів:
- Гідротрансформатор. Пристрій виконує функцію зчеплення за аналогією з МКПП, однак для переходу на ту чи іншу передачу не потрібно участі водія;
- Планетарний ряд, який аналогічний блоку шестерень в ручний «механіці» і дозволяє змінювати передавальне відношення при перемиканні передач;
Гальмівна стрічка і фрикционы (передній, задній фрикціон) дозволяють плавно і своєчасно перемикати передачі; - Управління АКПП. Даний вузол включає в себе маслосбірник (піддон коробки), шестерний насос, а також клапанну коробку;
Управління коробкою автомат здійснюється за допомогою селектора. Як правило, АКПП мають наступні основні режими:
- Режим Р – парковка;
- Режим R – рух заднім ходом;
- Режим N –нейтральна передача;
- Режим D –їзда вперед з автоматичним перемиканням передач;
Також можуть бути й інші режими. Наприклад, режим L2 означає, що буде включатися тільки перша і друга передачі при русі вперед, режим L1 вказує на включення тільки першої передачі, режим S слід розуміти як спортивний можуть бути різні «зимові» режими і т. д.
Додатково може бути реалізована імітація ручного керування АКПП, тобто водій може підвищувати або знижувати передачі самостійно (вручну). Ще додамо, що коробка автомат також часто має режим kick-down (кік-даун), який дозволяє автомобілю різко розганятися за такої необхідності.
Спрацьовує режим «кік-даун» в тому випадку, коли водій різко натискає на газ, після чого коробка швидко переходить на знижені передачі, тим самим дозволяючи розкрутити двигун до високих оборотів.
Як видно, коробка — автомат фактично складається з гідротрансформатора, механічної коробки передач, а також системи управління, що в сукупності утворює гідромеханічну коробку. Давайте розглянемо її пристрій.
Принцип роботи і конструкція гідротрансформатора
Гідротрансформатор необхідний для того, щоб передавати і змінювати крутний момент від двигуна на коробку. Також гідротрансформатор зменшує вібрації. Пристрій гідротрансформатора передбачає наявність насосного, турбінного і реакторного колеса.
Також у гідротрансформаторі є блокувальна муфта і муфта вільного ходу. Гідротрансформатор (ГДТ, часто в побуті називається «бублик») є частиною АКПП, однак має окремий корпус з міцного матеріалу, заповнений робочою рідиною.
Насосне колесо ГДТ приєднано до коленвалу двигуна. Турбінне колесо пов’язано з самою коробкою передач. Між турбінним і насосним колесом також присутній реакторне колесо, яке є нерухомим. Кожне з коліс гідротрансформатора має лопаті, які відрізняються за своєю формою. Між лопатями реалізовані канали, через які проходить трансмісійна рідина (трансмісійне масло ATF, від англ. Automatic Transmissions Fluid).
Блокувальна муфта необхідна для блокування гідротрансформатора в деяких режимах роботи. Обгонная муфта або муфта вільного ходу відповідає за те, щоб жорстко закріплене реакторне колесо отримало можливість обертатися в протилежну сторону.
Тепер давайте розглянемо, як працює гідротрансформатор. Його робота заснована на замкнутому циклі і полягає в тому, що від насосного колеса трансмісійна рідина подається на турбінне колесо. Потім потік рідини надходить до реакторного колеса.
Лопаті реактора сконструйовані так, щоб посилювати швидкість потоку рідини АТФ. Потім прискорений потік спрямовується на насосне колесо, примушуючи його обертатися з більшою швидкістю Результат — збільшення величини крутного моменту. Варто додати, що максимальний момент досягається при обертанні гідротрансформатора на самій малій швидкості.
Коли розкручується коленвал двигуна, відбувається вирівнювання кутових швидкостей насосного та турбінного колеса, при цьому потік трансмісійної рідини змінює напрямок. Потім відбувається спрацьовування муфти вільного ходу, після чого починає обертатися реакторне колесо. У цьому випадку гідротрансформатор переходить у режим гідромуфти, тобто відбувається передача тільки крутного моменту.
Подальший набір швидкості призводить до блокування гідротрансформатора (блокувальна муфта замкнута), в результаті чого відбувається пряма передача крутного моменту від двигуна до коробки. При цьому блокування ГДТ відбувається на різних передачах.
Слід зазначити, що в сучасних автоматичних коробках передач реалізований режим роботи з прослизанням муфти блокування гідротрансформатора. Такий режим виключає повну блокування гідротрансформатора.
Даний режим роботи можливо реалізувати в тому випадку, якщо відповідні умови, тобто коли навантаження і швидкість підходять для його активації. Головним же завданням прослизання муфти стає більш інтенсивний розгін автомобіля, зниження витрати пального, більш м’яке і плавне включення передач.
З чого складається АКПП: як влаштована і працює механічна частина коробки
Сама автоматична коробка передач (АКПП), як і механічна, поступово змінює крутний момент при русі машини вперед, а також дозволяє рухатися назад при включенні задньої передачі.
При цьому в автоматичних коробках зазвичай використовується планетарний редуктор. Дане рішення компактна, дозволяє реалізувати ефективну роботу. Наприклад, МКПП найчастіше має два планетарних редуктора, які з’єднані послідовно і працюють спільно.
Об’єднання редукторів робить можливим отримати необхідне число ступенів (швидкостей) в коробці. Прості АКПП мають чотири ступені (чотириступінчастий автомат), тоді як сучасні рішення можуть мати шість, сім, вісім, або навіть дев’ять ступенів.
Планетарний редуктор включає в себе кілька послідовних планетарних передач. Такі передачі утворюють планетарний ряд. Кожна з планетарних передач включає:
- сонячну шестерню;
- сателіти;
- коронну шестерню;
- водило;
Можливість змінювати крутний момент і передати обертання стає доступною в тому випадку, коли відбувається блокування елементів планетарного ряду. Заблокований може бути один або два елементи (сонячна або коронна шестерня, водило).
Якщо заблокована коронна шестерня, тоді відбувається збільшення передавального числа. Якщо ж сонячна шестірня нерухома, тоді передаточне відношення буде зменшено. Заблокований водило означає, що відбувається зміна напрямку обертання.
За саму блокування відповідають фрикційні муфти (фрикционы), а також гальма. Муфти блокує деталі планетарного ряду між собою, тоді як гальмо утримує потрібні елементи редуктора завдяки з’єднанню з корпусом КПП. В залежності від конструкції тієї чи іншої АКПП, можуть бути використані стрічковий або багатодискове гальмо.
Замикання муфт і гальм відбувається завдяки гідроциліндрів. Управління такими гідроциліндрами реалізовано із спеціального модуля (розподільчий модуль).
Ще в загальній конструкції автоматичної коробки може бути обгонная муфта, завданням якої стає утримування водило, що дозволяє запобігти його обертання в протилежну сторону. Виходять, передачі в АКПП перемикаються завдяки фрикционам та гальмам.
Управління АКПП і принцип роботи автоматичної коробки
Що стосується принципів роботи АКПП, коробка працює за заданим алгоритмом включення і виключення фрикціонів і гальм. Система управління такими включення і виключення на сучасних коробках електронна, тобто має селектор (важіль), датчики і ЕБУ коробкою передач.
Блок управління автоматичною коробкою передач інтегрований в ЕСУД і тісно пов’язаний з блоком управління двигуном. За аналогією з ЕБУ двигуном, блок керування АКПП також взаємодіє з різними датчиками, які передають на нього сигнали про частоті обертання КПП, температурі трансмісійної рідини, положенні педалі газу, режимах установки селектора і т. д.
ЕБУ коробкою передач виробляє обробку отриманих сигналів, потім відправляє команди на виконавчі пристрої у розподільчому модулі. В результаті коробка визначає, яку передачу включити в тих чи інших умовах (підвищену або знижену).
При цьому немає чіткого заданого алгоритму, тобто точка переходу на різні передачі «плаваюча» і визначається самим ЕБУ коробкою. Така особливість дозволяє системі працювати більш гнучко.
Гідроблок (він же гідравлічний блок, гидроплита, розподільчий модуль) фактично здійснює управління трансмісійної рідиною ATF, відповідаючи за спрацьовування фрикціонів і гальм в АКПП. Даний модуль має електромагнітні клапани (соленоїди) і спеціальні розпилювачі, які з’єднані між собою вузькими каналами.
Рекомендуємо також прочитати статтю про те, що робити, якщо з’явилася текти між двигуном і коробкою передач. З цієї статті ви дізнаєтеся про причини, з яких моторне масло з ДВС випливає в місці з’єднання двигуна і коробки, а також, що робити в цьому випадку.
Соленоїди потрібні для перемикання передач, так як вони регулюють тиск робочої рідини в коробці. Робота даних клапанів контролюється і регулюється блоком управління АКПП. Розподільники відповідають за вибір робочих режимів і задіюються допомогою важеля (селектора).
За циркуляцію гідравлічної рідини в автоматичній коробці відповідає насос коробки. Насоси бувають шестеренчатыми і лопатевими, приводить їх у дію маточина гідротрансформатора. Важливо розуміти, що насос разом з гидроплитой (гидроблоком) є найважливішими деталями в конструкції гідравлічної частини коробки автомат.
З урахуванням того, що в процесі роботи коробка має властивість нагріватися, АКПП найчастіше має власну систему охолодження. При цьому, в залежності від конструкції, може бути окремий масляний радіатор коробки автомат, або ж охолоджувач або теплообмінник, який включається в загальну систему охолодження силового агрегату.
Що в підсумку
З урахуванням наведеної вище інформації стає зрозуміло, що автоматична коробка є цілим комплексом механічних, гідравлічних і електронних пристроїв. При цьому управління здійснюється як гідравлікою, так і електронним блоком.
Також слід зазначити, що за компонуванні автоматичні трансмісії можуть відрізнятися для автомобілів з переднім і заднім приводом, хоча більшість складових елементів однакові.
Якщо говорити про механічної частини АКПП, в її пристрої використаний планетарний ряд, що відрізняє даний тип коробок від звичайної «механіки» (в механічній коробці передач ставлять паралельні вали і закріплені на них шестерні, які знаходяться в зачепленні між собою).
Що стосується гідротрансформатора, цей пристрій можна вважати окремим елементом АКПП, так як ГДТ ставиться між двигуном і коробкою, виконуючи функції зчеплення за аналогією з МКПП.
Рекомендуємо також прочитати статтю про те, як гальмувати двигуном. З цієї статті ви дізнаєтеся про те, що даний спосіб гальмування та зниження швидкості автомобіля може бути корисним у процесі експлуатації ТЗ.
Також від гідротрансформатора приводиться в дію масляний насос всередині коробки автомат. Зазначений насос створює робочий тиск трансмісійної рідини, що, в свою чергу, дозволяє реалізувати керування коробкою.
Наостанок зазначимо, що не слід намагатися заводити машину з коробкою «автомат» без стартера (з розгону), як це часто практикується на автомобілях з механічною коробкою. Справа в тому, що насос АКПП приводиться в дію від двигуна.
Виходить, поки ДВС не працює, тиску робочої трансмісійної рідини в коробці не буде. Це означає, що без тиску не вдасться реалізувати керування АКПП, причому незалежно від того, в якому положенні буде стояти селектор вибору режиму роботи. Більш того, спроба заводити машину з автоматом «з штовхача» може призвести до серйозних поломок коробки передач.