Устройство коробки – автомат: как работает автоматическая КПП

Начнем с того, что в США автомобили, оснащенные автоматической трансмиссией, появились в 1940-х годах. Как известно, наличие автоматической коробки передач существенно облегчает процесс эксплуатации транспортного средства, также снижаются нагрузки на водителя, повышается безопасность и т.д. 

Отметим, что под «классической» автоматической коробкой следует понимать гидромеханическую коробку передач (гидромеханический автомат). Далее мы рассмотрим устройство коробки — автомат, конструктивные особенности, а также преимущества и недостатки КПП данного типа.

Автомобиль с автоматической трансмиссией: преимущества и недостатки

Устройство коробки автомат АКПП

Начнем с плюсов. Установка автоматической трансмиссии  позволяет  водителю во время езды не использовать рычаг переключения передач, также не задействована нога для постоянного выжима сцепления при переходе на повышенную или пониженную ступень.

Другими словами, изменение скорости  происходит автоматически, то есть сама коробка учитывает нагрузку на ДВС, скорость движения ТС, положение педали газа, желание самого водителя резко ускориться или двигаться плавно и т.д.

В результате комфорт вождения автомобиля с АКПП значительно возрастает, передачи переключаются автоматически, мягко и плавно, двигатель, элементы трансмиссии и ходовой части защищены от сильных нагрузок. Более того, многие коробки автомат предусматривают возможность не только автоматического, но и ручного переключения передач.

Что касается минусов, они также имеются. Прежде всего, конструктивно АКПП является сложным и дорогостоящим агрегатом, отличается сниженной ремонтопригодностью и ресурсом по сравнению с механическими (ручными) КПП. Автомобиль с  данным типом КПП  расходует больше топлива, автоматическая коробка отдает меньше крутящего момента на колеса, так как КПД коробки автомат несколько снижен.   

Также наличие в автомобиле автоматической трансмиссии накладывает на водителя определенные ограничения. Например, коробку автомат нужно прогревать перед поездкой, желательно избегать постоянных резких стартов и слишком интенсивного торможения.

На машине с автоматической коробкой нельзя буксовать, не допускается буксировка автомобиля с коробкой автомат на высокой скорости на большие расстояния без вывешивания ведущих колес и т.д. Еще добавим, что такую коробку сложнее и дороже обслуживать.   

Читайте также
  • Автомобиль на склоне

    Как тормозить двигателем

    Что такое торможение двигателем. Как правильно выполнять данный прием. Плюсы и минусы, соновные рекомендации. Торможение двигателем на автомобилях с АКПП.

Коробка автомат: устройство

Из чего состоит коробка автомат

Итак, даже с учетом определенных недостатков, автоматическая гидромеханическая   коробка по ряду причин долгое время оставалась наиболее распространенным решением для изменения крутящего момента среди других типов автоматических трансмиссий.

Прежде всего, даже с учетом того, что ресурс и производительность таких коробок ниже, чем у «механики», гидромеханическая коробка передач достаточно надежна и долговечна. Теперь давайте рассмотрим устройство АКПП.

Автоматическая коробка передач состоит из следующих базовых элементов:

  • Гидротрансформатор. Устройство выполняет функцию сцепления по аналогии с МКПП, однако для перехода на ту или иную передачу не требуется участия водителя;
  • Планетарный ряд, который аналогичен блоку шестерен в ручной «механике» и позволяет изменять передаточное отношение при переключении передач;
    Тормозная лента и фрикционы (передний, задний фрикцион)  позволяют  плавно и своевременно переключать передачи;
  • Управление АКПП. Данный узел включает в себя маслосборник (поддон коробки), шестеренчатый насос, а также клапанную коробку;

Управление коробкой автомат производится при помощи селектора. Как правило, АКПП имеют следующие основные режимы:

  • Режим Р – парковка;
  • Режим R – движение задним ходом;
  • Режим N –нейтральная передача;
  • Режим D –езда вперед с автоматическим переключением передач;

Также могут иметься и другие режимы. Например, режим L2 означает, что включаться будет только первая и вторая передачи при движении вперед, режим L1 указывает на включение только первой передачи, режим S следует понимать как спортивный, могут иметься различные «зимние» режимы и т.д.

Дополнительно может быть реализована имитация ручного управления АКПП, то есть водитель может повышать или понижать передачи самостоятельно (вручную). Еще добавим, что коробка автомат также зачастую имеет режим kick-down (кик-даун), который позволяет автомобилю резко разгоняться при такой необходимости.

Срабатывает режим «кик-даун» в том случае, когда водитель резко нажимает на газ, после чего коробка быстро переходит на пониженные передачи, тем самым позволяя раскрутить двигатель до высоких оборотов.

Как видно, коробка — автомат фактически состоит из гидротрансформатора, механической коробки передач, а также системы управления, что в совокупности и образует гидромеханическую коробку. Давайте рассмотрим ее устройство.

Принцип работы и конструкция гидротрансформатора

Гидротрансформатор АКПП устройство и принцип работы

Гидротрансформатор необходим для того, чтобы передавать и изменять крутящий момент от двигателя на коробку. Также гидротрансформатор уменьшает вибрации. Устройство гидротрансформатора предполагает наличие насосного, турбинного и реакторного колеса.

Также в гидротрансформаторе имеется блокировочная муфта и муфта свободного хода. Гидротрансформатор (ГДТ, часто в обиходе называется «бублик») является частью АКПП, однако имеет отдельный корпус из прочного материала, заполненный рабочей жидкостью.

Насосное колесо ГДТ присоединено к коленвалу двигателя. Турбинное колесо связано с самой коробкой передач. Между турбинным и насосным колесом также присутствует реакторное колесо, которое является неподвижным. Каждое из колес гидротрансформатора имеет лопасти, которые отличаются по своей форме. Между лопастями реализованы каналы, через которые проходит трансмиссионная жидкость (трансмиссионное масло, ATF, от  англ. Automatic Transmissions Fluid).

Блокировочная муфта необходима для блокировки гидротрансформатора в некоторых режимах работы. Обгонная муфта или муфта свободного хода отвечает за то, чтобы жестко закрепленное реакторное колесо получило возможность вращаться в противоположную сторону.

Теперь давайте рассмотрим, как работает гидротрансформатор. Его работа основана на замкнутом цикле и заключается в том, что от насосного колеса трансмиссионная жидкость подается на турбинное колесо. Затем поток  жидкости поступает к реакторному колесу.

Лопасти реактора сконструированы так, чтобы усиливать скорость потока жидкости АТФ. Затем ускоренный поток перенаправляется на насосное колесо, заставляя его вращаться с большей скоростью Результат — увеличение величины крутящего момента. Стоит добавить, что максимальный момент достигается при вращении гидротрансформатора  на самой малой скорости.

Когда раскручивается коленвал двигателя, происходит выравнивание угловых скоростей  насосного и турбинного колеса, при этом поток трансмиссионной жидкости изменяет направление. Затем происходит срабатывание муфты свободного хода, после чего начинает вращаться реакторное колесо. В этом случае гидротрансформатор переходит в режим гидромуфты, то есть происходит передача только крутящего момента.

Дальнейший набор скорости приводит к блокировке гидротрансформатора (блокировочная  муфта замкнута), в результате чего происходит прямая передача крутящего момента от мотора к коробке. При этом блокировка ГДТ происходит на разных передачах.

Следует отметить, что  в современных автоматических коробках передач реализован режим работы с проскальзыванием муфты блокировки гидротрансформатора. Такой режим исключает полную блокировку гидротрансформатора.

Данный  режим работы возможно реализовать в том случае, если условия соответствующие, то есть когда нагрузка и скорость подходят для его активации. Главной же задачей проскальзывания муфты становится более интенсивный разгон автомобиля, снижение расхода горючего, более мягкое и плавное включение передач.

Из чего состоит АКПП: как устроена и работает механическая часть коробки

Устройство АКПП

Сама автоматическая коробка передач (АКПП), как и механическая, ступенчато изменяет крутящий момент при движении машины вперед, а также позволяет двигаться назад при включении задней передачи.

При этом в автоматических коробках обычно используется планетарный редуктор. Данное решение компактное, позволяет реализовать эффективную работу. Например, МКПП зачастую имеет два планетарных редуктора, которые соединены последовательно и работают совместно.

Объединение редукторов делает возможным получить необходимое число ступеней (скоростей) в коробке. Простые АКПП имеют четыре ступени (четырехступенчатый автомат), тогда как современные решения могут иметь шесть, семь, восемь, или даже девять  ступеней.

Планетарный редуктор включает в себя несколько последовательных планетарных передач. Такие передачи образуют планетарный ряд. Каждая из планетарных передач включает:

  • солнечную шестерню;
  • сателлиты;
  • коронную шестерню;
  • водило;

Возможность изменить крутящий момент и передать вращение становится доступной в том случае, когда происходит блокировка элементов планетарного ряда. Заблокирован может быть один или два элемента (солнечная или коронная шестерня, водило).

Если заблокирована коронная шестерня, тогда происходит увеличение передаточного числа. Если же солнечная шестерня неподвижна, тогда передаточное отношение будет уменьшено. Заблокированное водило означает, что происходит смена направления вращения.

За саму блокировку отвечают фрикционные муфты (фрикционы), а также тормоз. Муфты блокирует детали планетарного ряда между собой, тогда как тормоз удерживает нужные элементы редуктора благодаря соединению с корпусом КПП. В зависимости от конструкции той или иной АКПП, могут быть использованы ленточный или многодисковый тормоз.

Замыкание муфт и тормозов происходит благодаря гидроцилиндрам. Управление такими гидроцилиндрами реализовано из специального модуля (распределительный модуль).

Еще в общей конструкции автоматической коробки может присутствовать обгонная муфта, задачей которой становится удерживание водило, что позволяет предотвратить его вращение в противоположную сторону. Получаются, передачи в АКПП переключаются благодаря фрикционам и тормозам.

Управление АКПП и принцип работы автоматической коробки

Управление АКПП гидроблок

Что касается принципов работы АКПП, коробка работает по заданному алгоритму включения и выключения фрикционов и тормозов. Система управления такими включениями и выключениями на современных коробках электронная,  то есть имеет селектор (рычаг), датчики и ЭБУ коробкой передач.

Блок управления автоматической коробкой передач интегрирован в ЭСУД и тесно связан с блоком управления двигателем. По аналогии с ЭБУ двигателем, блок управления АКПП также взаимодействует с различными датчиками, которые передают на него сигналы о частоте вращения КПП, температуре трансмиссионной жидкости, положении педали газа, режимах установки селектора и т.д.

ЭБУ коробкой передач производит обработку полученных сигналов, затем отправляет команды на исполнительные устройства в распределительном модуле. В результате коробка определяет, какую передачу включить в тех или иных условиях (повышенную или пониженную).

При этом нет четкого заданного алгоритма, то есть точка перехода на разные передачи «плавающая» и определяется самим ЭБУ коробкой. Такая особенность позволяет системе работать более гибко.

Гидроблок (он же гидравлический блок, гидроплита, распределительный модуль) фактически осуществляет управление трансмиссионной жидкостью ATF, отвечая за срабатывание фрикционов и тормозов в АКПП. Данный модуль имеет электромагнитные клапаны (соленоиды) и специальные распределители, которые соединены между собой узкими каналами.

Течет масло между двигателем и коробкой причины ремонтРекомендуем также прочитать статью о том, что делать, если появилась течь между двигателем и коробкой передач. Из этой статьи вы узнаете о причинах, по которым моторное масло из ДВС вытекает в месте соединения мотора и коробки, а также что делать в этом случае.

Соленоиды нужны для переключения передач, так как они регулируют давление рабочей жидкости в коробке. Работа данных клапанов контролируется и регулируется блоком управления АКПП. Распределители отвечают за выбор рабочих режимов и задействуются посредством рычага (селектора).

За циркуляцию гидравлической жидкости в автоматической коробке отвечает насос коробки. Насосы бывают шестеренчатыми и лопастными, их приводит в действие ступица гидротрансформатора. Важно понимать, что насос вместе с гидроплитой (гидроблоком) являются важнейшими деталями в конструкции гидравлической части коробки автомат.

С учетом того, что в процессе работы коробка имеет свойство нагреваться, АКПП зачастую имеет собственную систему охлаждения. При этом, в зависимости от конструкции, может присутствовать отдельный масляный радиатор коробки автомат, или же охладитель или теплообменник, который включается в общую систему охлаждения силового агрегата.

Что в итоге

С учетом приведенной выше информации становится понятно, что автоматическая коробка  является целым комплексом механических, гидравлических и электронных устройств. При этом управление осуществляется как гидравликой, так и электронным блоком.

Также следует отметить, что по компоновке автоматические трансмиссии могут отличаться для автомобилей с передним и задним приводом, хотя большинство составных элементов одинаковы.

Если говорить о механической части АКПП, в ее устройстве  использован планетарный ряд, что отличает данный тип коробок от  обычной «механики» (в механической коробке  передач ставят параллельные валы и закрепленные на них шестерни, которые находятся в зацеплении между собой).

Что касается гидротрансформатора,  данное устройство можно считать отдельным элементом АКПП, так как ГДТ ставится между мотором и коробкой, выполняя функции сцепления по аналогии с МКПП.

Торможение двигателем что нужно знатьРекомендуем также прочитать статью о том, как тормозить двигателем. Из этой статьи вы узнаете о том, чем данный способ торможения и снижения скорости автомобиля может быть полезен в процессе эксплуатации ТС.

Также от гидротрансформатора приводится в действие масляный насос внутри коробки автомат. Указанный насос создает рабочее давление трансмиссионной жидкости, что, в свою очередь, позволяет реализовать управление коробкой. 

Напоследок отметим, что не следует  пытаться заводить машину с коробкой  «автомат» без стартера  (с разгона), как это часто практикуется на автомобилях с механической коробкой. Дело в том, что насос АКПП  приводится в действие от двигателя.

Получается, пока ДВС не работает, давления рабочей трансмиссионной жидкости в коробке  не будет.  Это значит, что без давления не удастся реализовать управление АКПП, причем независимо от того, в каком положении будет стоять селектор выбора режима работы. Более того, попытка заводить машину с автоматом «с толкача»  может привести к серьезным поломкам коробки передач.

Читайте также