АКПП: устройство и принцип работы
В наше время в большом количестве автолюбителей используют автоматическую коробку передач (АКПП) и с каждым годом их становится всё больше и больше. АКПП не только снижает нагрузку на водителя при управлении автомобилем по сравнению с механической коробкой переключения передач (МКПП) во время поездки, но и помогает водителю снизить расход топлива, переключая передачи на оптимальных оборотах двигателя в зависимости от выбранного режима вождения.
Изобрели АКПП в Америке, откуда она получила широкое распространение. В настоящее время в США, и многих Европейских странах популярность МКПП не очень велика их используют примерно 5% водителей. Однако спрос на автомобили с АКПП в России постоянно растет и сегодня половина продаваемых в России иномарок оснащены АКПП.
Гидравлическая коробка передач
Все АКПП можно разделить на несколько основных типов:
- Вариаторы;
- Гидравлические АКПП;
- Роботизированная механика.
Гидравлическая АКПП
АКПП, основанная на работе гидротрансформатора, была серьёзно доработана по требованию европейцев и на данный момент получила несколько режимов работы (зимний, спортивный, экономичный), соответствующих каждому стилю вождения.
Также в классических автоматах увеличивается и количество передач. В 90-е годы были только 4-х ступенчатые автоматы, сейчас же они могут быть и 8-ми.
Классическая коробка-автомат в разрезе
Составляющие элементы коробки-автомата:
- гидротрансформатор;
- механическая коробка передач;
- насос рабочей жидкости;
- система охлаждения и управления;
- тормозная лента;
- планетарный ряд (планетарный редуктор)
Основными агрегатами АКПП являются: гидротрансформатор и механическая планетарная коробка передач.
Устройство гидротрансформатора
Гидротрансформатор осуществляет изменение и передачу крутящего момента от двигателя к механической коробке передач. Расположен между двигателем и коробкой передач. В гидротрансформаторе находятся две лопастные машины: центростремительная турбина, центробежный насос. Помимо всего прочего в гидротрансформаторе располагается реакторное колесо, муфта свободного хода (обгонная муфта), блокировочная муфта. Насосное колесо обеспечивает соединение с коленчатым валом двигателя, а турбинное колесо — с механической коробкой передач. Между этими двумя колёсами закреплено неподвижное реакторное колесо. У всех колёс гидротрансформатора имеются лопасти определённой формы с каналами, обеспечивающие проход рабочей жидкости, ведь работа гидротрансформатора основывается на непрерывной циркуляции рабочей жидкости, передающей энергию от двигателя к трансмиссии. Поток жидкости от насосного колеса передается на турбинное колесо, потом на реакторное колесо. Из-за того что лопасти реактора имеют своеобразное строение, поток жидкости увеличивается, увеличивая обороты насосного колеса. Поток жидкости меняет своё направление после выравнивания угловых скоростей насосного и турбинного колеса. Задействуется обгонная муфта и реакторное колесо начинает вращаться. Гидротрансформатор начинает передавать только крутящий момент.
Блокировочная муфта предназначена для блокировки гидротрансформатора, а муфта свободного хода (обгонная муфта) обеспечивает вращение в обратную сторону реакторного колеса.
Конструкция механической коробки передач значительно проще позволяет ступенчато изменять крутящий момент и двигаться задним ходом. Зачастую состоит из двух планетарных редукторов, соединённых последовательно, современные коробки-автомат могут выполняться, как и шестиступенчатыми, так и восьмиступенчатыми. Преимущество коробки-автомата заключается в том, что используемые в них планетарные редукторы более компактные и обладают соосной работой.
Электронная система управления
Электронная система управления обрабатывает сигналы, поступающие с различных датчиков, и, обработав их, отдаёт управляющее сигналы на распределяющий модуль.
Планетарный ряд
Основным преимуществом планетарной передачи является её компактность, использование одного центрального вала. Планетарная передача позволяет без рывков, толчков и потери мощности переключать скорости. Трансмиссия автоматически переключает передачи, для этого водителю достаточно манипулировать только педалью газа, нажимая или отпуская её.
Составляющие элементы планетарного ряда:
- солнечная шестерня;
- сателлит;
- коронная шестерня;
- водила
Планетарный ряд в полуразобранном состоянии
Вращение передаётся при том условии, если заблокирован один или два элемента планетарного редуктора. Фрикционные муфты и тормоза осуществляют блокировку этих элементов. Чтобы удержать какие-то определённые элементы используется тормоз, а чтобы заблокировать элементы между собой, то задействуется муфта, обеспечивая передачу крутящего момента. Гидроцилиндры, управляющиеся с помощью распределительного модуля, приводят в действие тормоза и муфты.
Вариаторная АКПП
Вариатор — бесступенчатая автоматическая коробка передач, в которой передачи не имеют фиксированного передаточного числа.
Если сравнивать вариатор с другими АКПП, то его преимущество заключается в эффективном использовании мощности двигателя, потому что обороты коленчатого вала оптимально согласовываются с нагрузкой на ваш автомобиль, благодаря этому обеспечивается довольно высокая экономия топлива. Также при поездке на автомобиле с вариаторной АКПП достигается высокий уровень комфорта, из-за непрерывного изменения крутящего момента, а также из-за отсутствия рывков.
Вариаторная коробка передач
Устройство вариаторной АКПП
Общее устройство вариаторной АКПП:
- раздвижные шкивы;
- дифференциал;
- клиновидный ремень;
- гидротрансформатор;
- планетарный механизм задней передачи;
- гидравлический насос;
- электрический блок управления
Раздвижные шкивы выглядят как две клиновидные «щеки», расположенных на одном валу. Гидроцилиндр, сжимающий диски в зависимости от оборотов, приводит их в действие.
Вариаторная АКПП в разрезе
Гидротрансформатор имеет те же функции, что и в классической АКПП, т.е. передаёт и изменяет крутящий момент.
Устройство, распределяющее крутящий момент на ведущие колёса, называется дифференциал.
Планетарный механизм задней передачи заставляет вращаться вторичный вал в обратном направлении.
Для того чтобы создать давление рабочей жидкости, гидротрансформатор запускает работу гидравлического насоса.
Блок управления служит для управления исполнительными устройствами вариатора, зависит от сигналов, подаваемых с датчиков (местоположения коленвала, контроля расхода топлива, ABS, ESP и т.д.).
На данный момент вариатор невозможно совместить с мощными двигателями, и поэтому вариатор не может стать конкурентом для классического автомата.
Роботизированная механика
Роботизированная механика — механическая коробка передач, в которой отсутствует педаль сцепления, а ее функции выполняет электронный блок.
Роботизированная механика
В роботизированной коробке передач сочетается комфорт АКПП, надежность и топливная экономичность механической коробки передач. В большинстве случаев «робот» дешевле классической АКПП. В настоящее время все ведущие автопроизводители стараются оснастить автомобили роботизированными коробками передач. Однако стоит заметить, что так называемые «роботы», быстрее других АКПП выходят из строя.
Устройство роботизированной АКПП
Общее устройство роботизированной коробки передач:
- сцепление;
- механическая коробка передач;
- привод сцепления и передач;
- система управления
Устройство роботизированной коробки передач
Используется сцепление фрикционного типа, отдельный диск или пакет фрикционных дисков. Прогрессия заключается в наличии двойного сцепления, обеспечивающего передачу крутящего момента, не разрывая поток мощности. Роботизированная АКПП может иметь либо электрический привод сцепления и передач, либо гидравлический. Давайте рассмотрим преимущества и недостатки, а также принцип работы каждого из них. Электродвигатель и механическая передача в электрическом приводе являются исполнительными органами. Этот привод характерен невысокими скоростями переключения передач, около 0.3 до 0.5 секунды, его преимущество заключается в небольшом потреблении электроэнергии. Переключение передач в гидравлическом приводе выполняется гидроцилиндрами, управляющиеся электромагнитными клапанами, использующие большие затраты энергии и имеющие более быструю скорость переключения передач (0.05 – 0.06 секунды на некоторых спортивных автомобилях). Основным недостатком роботизированной коробки передач является довольно большое время на переключение одной передачи, что приводит к рывкам и провалам в динамике автомобиля, а также снижает комфорт управления транспортным средством. Эту проблему решили с помощью внедрения АКПП с двумя сцеплениями (преселективная коробка передач), передачи могут переключаться без потери мощности. Имея двойное сцепление, вы можете при включенной передаче выбрать следующую и в нужный момент времени включить ее без перерыва в работе коробки.
Существуют два режима работы: автоматический и полуавтоматический. В автоматическом режиме электронный блок управления реализует определенный алгоритм управления коробкой с помощью исполнительных механизмов. Работа в полуавтоматическом режиме позволяет последовательно переключать передачи с более низкой на более высокую (и наоборот), рычаг селектора и/или подрулевые переключатели помогают в переключении передач.
Видео — автоматическая коробка передач
Заключение!
На данный момент в мире существует множество различных коробок передач, отличающихся своими плюсами и минусами. Некоторым свойственен экономичный расход топлива, другим – быстрое переключение передач и т.д. Поэтому каждый водитель сможет подобрать для себя и своего стиля вождения коробку передач, отвечающую всем его критериям.