Устройство и принцип работы АКПП автомобиля

На сегодняшний день автомобили укомплектовываются различными типами КПП. И если ранее большую часть составляла механика, то сейчас все больше водителей предпочитают автомат. Это не удивительно, ведь такая трансмиссия более удобна в эксплуатации, тем более если речь идет о поездках в городе. До недавнего времени такие коробки отличались низким КПД. Старые гидротрансформаторы медленно переключали передачи и с ними машина тратила гораздо больше топлива. Но сегодня конструкция, устройство и принцип работы АКПП немного отличаются. Эти коробки способы быстро переключаться и с ними машина меньше расходует топлива. Но обо всем по порядку.

Типы

На данный момент есть несколько разновидностей автоматических коробок. Это классический автомат с гидротрансформатором, вариатор и робот ДСГ. Последний был разработан специально концерном «Фольксваген-Ауди». Устройство и принцип работы АКПП данных типов существенно отличается. Но что их объединяет, так это переключение скоростей в автоматическом режиме. Далее подробно рассмотрим особенности каждой из этих трансмиссий.

Обычный автомат

Он являет собой гидромеханическую коробку передач. Несмотря на то что конструкция появилась более полувека назад, она до сих пор является весьма актуальной. Конечно, устройство ее было существенно доработано до наших дней. Сейчас такие коробки имеют по шесть передач. Если говорить об автомобилях из 80-х и 90-х, в них АКПП была четырехступенчатой.

В конструкцию данной КПП входит:

• Механическая коробка передач.
• Гидротрансформатор или «бублик».
• Система управления.

В случае если такой трансмиссией укомплектовывается переднеприводный автомобиль, то в состав также входит главная передача и дифференциал. Одна из самых основных частей в устройстве автоматической коробки – это гидротрансформатор. Он состоит из нескольких частей. Это насосное, турбинное и реакторное колесо. Благодаря им осуществляется плавная передача крутящего момента от ДВС на механическую КПП.

Еще в устройство АКПП входит муфта (свободного хода и блокировочная). Данные элементы вместе с турбинными колесами закрыты в круглом металлическом корпусе, по форме напоминающий бублик. Внутри гидротрансформатора имеется рабочая АТФ-жидкость. С коленчатым валом соединено насосное колесо. А со стороны КПП находится турбинное. Между этими двумя элементами также размещено реакторное колесо.

Как это работает?

Каков принцип работы АКПП данного типа? Действует классический автомат по замкнутому циклу. Как мы уже сказали ранее, внутри имеется АТФ-жидкость. Это своего рода трансмиссионное масло. Но, в отличие от механической коробки, оно не только выполняет смазывающую функцию, но также и передает крутящий момент. Какой у гидромуфты АКПП принцип работы? Под давлением данная жидкость поступает на турбинное колесо (от насосного), а далее поступает на реакторное. Поскольку оно имеет лопасти особенной формы, скорость потока жидкости при вращении элемента начинает постепенно расти. Таким образом, АТФ-масло приводит в действие турбинное колесо.

Пиковый крутящий момент в трансмиссии образуется при трогании автомобиля с места. По мере роста скорости машины, включается в работу блокировочная муфта. Последняя служит для жесткой блокировки «бублика» АКПП на определенных режимах работы ДВС. Обычно это происходит тогда, когда скорость вращения валов совпадает. Так, крутящий момент передается на коробку напрямую, без «притирок» и изменения передаточного числа. Кстати, на современных автоматических коробках применяется проскальзывающая муфта. Она способна исключить полную блокировку гидротрансформатора в определенных режимах. Это способствует плавному набору скорости и экономии топлива.

Механическая коробка передач в АКПП

Как таковой механики, привычной для всех автолюбителей, в данной трансмиссии нет. Роль механической коробки выполняет планетарный редуктор. Он может быть рассчитан на разное число ступеней – от четырех до восьми. Но все же наиболее распространенные варианты – это шестиступенчатые АКПП. В редких случаях можно встретить девятиступенчатый автомат (например, на «Ренж Ровер Эвог»).

Как устроена АКПП? Данный узел в трансмиссии являет собой набор из нескольких последовательных скоростей. Все они объединены в планетарный ряд. Планетарный редуктор включает в себя следующие компоненты:

• Солнечную и коронную шестерню.
• Водило.
• Сателлиты.

Если подробно углубиться в устройство и принцип работы гидротрансформатора АКПП, можно заметить, что изменение крутящего момента выполняется именно при помощи водила, а также коронной и солнечной шестерни. При блокировке второго механизма возрастает передаточное число. Сама блокировка выполняется путем работы фрикционов. Они удерживают детали планетарного редуктора путем соединения их с корпусом коробки. В зависимости от марки автомобиля, в конструкции используется многодисковой, либо ленточный фрикционный тормоз. Оба типа систем управляются при помощи гидроцилиндров. Сигнал на фрикционы поступает от распределительного модуля. А чтобы исключить вращение водила в противоположную сторону, в устройстве АКПП имеется обгонная муфта.

Система управления

Сейчас невозможно представить себе АКПП, принцип работы которой не зависел бы от электроники. Так, в данную систему входят различные датчики, распределительный модуль и блок управления. Во время работы АКПП система считывает информацию со всевозможных элементов. Это датчик температуры АТФ-жидкости, частоты вращения валов на выходе и входе, а также положения акселератора. Все эти сигналы обрабатываются в режиме реального времени. Затем блок управления формирует управляющие импульсы, что поступают на исполнительные механизмы. Также отметим, что принцип работы гидроблока АКПП основывается не только на считывании данных с датчиков, но и на согласовании сигналов, что имеются в электронном блоке управления двигателем.

За управление потоками рабочей жидкости и за действие фрикционных муфт отвечает распределительный модуль, что состоит из:

• Электромагнитных клапанов (они имеют механический привод).
• Золотников-распределителей.
• Алюминиевого корпуса, в который заключены вышеперечисленные детали.

Рассматривая принцип работы АКПП «Тойоты», важно отметить такую вещь, как соленоиды. Эти детали также называются электромагнитными клапанами. Для чего нужны соленоиды? Благодаря данным элементам осуществляется регулирование давления АТФ-жидкости в коробке. Откуда вырабатывается давление масла? Эту задачу выполняет специальный шестеренный насос АКПП. Принцип работы его простой. Действует данный элемент от ступицы «бублика». Вращаюсь с определенной частотой, он захватывает крыльчатками определенный объем масла и нагнетает его. А чтобы рабочая жидкость не перегревалась и принцип работы АКПП автомобиля не нарушался, в конструкции некоторых коробок есть радиатор. Он может быть вынесен отдельно в переднюю часть (скрыт под бампером) либо соединяться с основным радиатором охлаждения. Последняя схема часто практикуется на автомобилях «Мерседес».

Селектор

Принцип работы селектора АКПП предельно простой. Данный механизм соединен конструктивно с золотником, который выполняет определенный режим работы АКПП. Всего их несколько:

• Паркинг.
• Реверс.
• Нейтраль.
• Драйв.

Но это еще не все. Если рассматривать принцип работы АКПП «Хонды», можно заметить, что на селекторе есть спортивный режим. Чтобы его включить, достаточно перевести рукоятку в соответствующее положение. Рассматривая принцип работы АКПП «Ниссана», стоит сказать, что на некоторых моделях есть возможность ручного переключения передач.

Робот ДСГ

Этот тип АКПП появился относительно недавно. Первые модели стали применяться лишь в середине 2000 годов. Изначально такие коробки устанавливались на автомобили «Шкода». Но также их можно встретить на «Фольксвагене» и «Ауди».

Среди особенностей стоит отметить совершенно иной принцип работы АКПП. Гидротрансформатор как таковой здесь отсутствует в принципе. Вместо него используется двухдисковое сцепление и двухмассовый маховик. Такая конструкция позволяет существенно уменьшить временной промежуток между переключениями скоростей.

Если говорить об устройстве, в конструкцию этой коробки входит:

• Механическая КПП с двумя рядами передач.
• Электронная система управления.
• Дифференциал.
• Главная передача.
• Двойное сцепление.

Все вышеперечисленные элементы заключены в единый металлический корпус. Почему в конструкции применяется двойное сцепление и два ряда передач? Если рассматривать принцип работы АКПП автомобиля с ДСГ, нужно отметить, что пока одна передача находится в работе, вторая уже готовится к последующему включению. Так происходит при разгоне и при снижении скорости. Присутствуют в такой КПП и фрикционные муфты. Они связаны через главную ступицу с рядами передач в трансмиссии.

Существует несколько типов коробок ДСГ:

• Шестиступенчатая.
• Семиступенчатая.

Принцип работы АКПП первого типа основывается на действии «мокрого» сцепления. Так, в коробке имеется специальное масло, обеспечивающее не только смазку, но и охлаждение фрикционов. Жидкость под давлением циркулирует в системе и осуществляет передачу крутящего момента.

Что касается второго типа ДСГ, здесь уже применено сухое сцепление. Принцип работы схож с МКПП – диск прижимается к маховику и уже посредством силы трения передает крутящий момент. По мнению экспертов, такая схема конструкции является менее надежной. Ресурс дисков составляет порядка 50 тысяч километров, а стоимость замены достигает 700 долларов вместе с расходными материалами.

Ряды передач включают в себя заднюю скорость, а также четные и нечетные скорости. Каждый ряд представляет собой набор валов (состоящий из первичного и вторичного), а также определенный набор шестерен. Для осуществления движения назад, в конструкции применен промежуточный вал с реверсивной шестерней.

Как и в классическом автомате, здесь есть электроника, которая управляет переключением скоростей. Сюда входит блок управления, датчики и исполнительные механизмы. Так, сперва датчики считывают данные про частоту вращения валов и положение вилки включения передач, а далее блок анализирует эту информацию и применяет определенный алгоритм управления.

Гидравлический контур ДСГ состоит из:

• Золотников-распределителей, которые работают от селектора.
• Электромагнитные клапаны (те же соленоиды). Они служат для переключения передач в автоматическом режиме.
• Клапаны регулирования давления, что способствуют слаженной работе фрикционной муфты.

Как работает ДСГ?

Принцип работы гидравлической системы АКПП робота заключается в последовательном переключении ряда передач. Когда машина начинает двигаться с места, система включает первую скорость. При этом вторая уже находится в зацеплении. Как только автомобиль набрал более высокую скорость (около 20 километров в час), электроника переключает скорость на повышенную. В зацеплении находится уже третья передача. Так происходит вплоть до самой высокой. Если машина снижает скорость, электроника вводит в зацепление уже пониженную передачу. Переключение осуществляется моментально, поскольку в конструкции задействовано два ряда передач.

Применение

Стоит отметить, что такая трансмиссия применяется не на каждом авто. Как мы уже сказали ранее, основная масса – это машины от концерна «ВАГ». Но коммерческий транспорт (например, «Фольксваген Крафтер») ими не укомплектовывается. А все потому, что коробка рассчитана на определенный порог крутящего момента. Он не должен превышать 350 Нм.

Это касается шестиступенчатых трансмиссий. ДСГ на семь скоростей и вовсе не выдерживают более 250 Нм. Поэтому встретить такую коробку можно максимум на «Туареге» и более слабых автомобилях типа «Пассата» или «Октавии».

Вариатор

Эта коробка передач тоже работает в автоматическом режиме. Появилась она еще полвека назад, но активно стала применятся лишь последние 10-15 лет. Что являет собой вариатор? Это бесступенчатая автоматическая трансмиссия, которая плавно изменяет передаточное число посредством ременной, либо цепной передачи. Изменение передаточных чисел происходит по мере набора скорости транспортным средством. На данный момент такая коробка широко применяется следующими автопроизводителями:

• «Ниссан».
• «Мерседес».
• «Хонда».
• «Ауди».
• «Субару».
• «Тойота».
• «Форд».

Какие плюсы есть у этой коробки? Благодаря плавному изменению передаточного числа, автомобиль набирает скорость быстро и при этом без рывков. Водитель и пассажиры не ощущают толчков при разгоне, как бы сильно не была нажата педаль акселератора. Однако здесь есть подводные камни. Такая коробка тоже имеет ограничения по крутящему моменту, как и ДСГ. Поэтому используется в основном на легковушках.

Разновидности вариаторов

Есть несколько типов данных трансмиссий:

• Тороидный.
• Клиноременной вариатор.

При этом оба типа коробок имеют почти одинаковое устройство и принцип работы. В конструкцию вариатора входит:

• Система управления.
• Шкив, что обеспечивает передачу крутящего момента.
• Цепной или ременной привод.
• Механизм разъединения коробки (служит для включения задней передачи).

Чтобы трансмиссия воспринимала крутящий момент, в конструкции задействуется сцепление. Оно может быть нескольких видов:

• Центробежным автоматическим.
• Электронным.
• Многодисковым.

Есть и такие вариаторы, где в качестве сцепления применяется гидротрансформатор (как на классических автоматах). Обычно такую схему практикуют на коробках «Мультиматик» от «Хонда». Специалисты считают, что именно этот тип сцепления наиболее надежный и ресурсный.

Привод

Как мы уже сказали, в вариаторе может использоваться разный привод – цепной, дибо ременной. Последний является более популярным. Ремень заходит на два шкива, которые образуют конические диски. Шкивы эти способны сдвигаться и раздвигаться в зависимости от необходимости. Для сближения дисков в конструкции предусмотрены специальные пружины. Сами шкивы имеют небольшой угол наклона. Его величина составляет примерно 20 градусов. Сделано это для того, чтобы ремень перемещался с минимальным сопротивлением во время работы коробки.

Теперь о цепном приводе. Цепь на автоматической вариативной коробке передач являет собой несколько металлических пластин, что соединены осями. Как говорят специалисты, такой привод и конструкция является более гибкой. Цепь способна изгибаться под углом до 25 градусов без потери ресурса. Но в отличие от ременного, данный привод имеет иной принцип работы. АКПП передает крутящий момент при точечном контакте со шкивами. На определенных участках образуется высокое напряжение (сила трения). Так достигается высокий КПД. А чтобы шкивы не изнашивались от такого напряжения, их изготавливают из высокопрочной подшипниковой стали.

Задняя передача в вариаторе

Поскольку привод вариатора способен вращаться только в одну сторону, для реализации задней передачи инженерам пришлось разработать отдельный планетарный редуктор. Он устроен и работает аналогично редуктору в классическом автомате.

Система управления

Аналогично предыдущим АКПП, в вариаторе используется электронная система управления. Однако ее принцип работы несколько иной. Так, система обеспечивает корректировку диаметра дисков вариатора.

По мере изменения скорости движения, один диаметр шкива увеличивается, а второй – уменьшается. Управление режимами осуществляется через селектор благодаря датчику АКПП. Принцип работы вариатора с цепным приводом и ременным заключается в изменении диаметра шкивов.

О проблемах

Ввиду сложной конструкции и малой распространенности, многие сервисы отказываются работать с такими трансмиссиями. Поэтому вариаторы плохо прижились в нашей стране. Как показал опыт эксплуатации, ресурс данной коробки даже при должном обслуживании составляет не более 150 тысяч километров. Ввиду этого, разумно покупать такие авто только в новом состоянии, которые находятся на гарантии. Брать авто на вариаторе с рук опасно – можно попасть на дорогостоящий ремонт, за который возьмется далеко не каждый сервис.

Подводим итоги

Итак, мы выяснили устройство и принцип работы гидромеханической АКПП, роботизированной и вариатора. Как видите, устроены эти все коробки по-разному и имеют свой алгоритм действия. Какую трансмиссию лучше выбрать? Специалисты говорят, что наиболее разумным будет выбор классического автомата. Как показал опыт эксплуатации, владельцы авто с ДСГ и вариатором часто обращались в сервисы и эти коробки дорогие в обслуживании. Классический автомат на рынке очень давно, и его конструкция постоянно дорабатывается и совершенствуется. Поэтому такие коробки отличаются высоким ресурсом, неприхотливы в эксплуатации и могут ремонтироваться в любом сервисе. Практика показала, что ресурс АКПП на легковом автомобиле составляет от 300 до 400 тысяч километров. Это серьезный срок, учитывая, что некоторые современные двигателя ходят всего 250. Но чтобы такая трансмиссия прослужила долго, стоит регулярно менять в ней АТФ-жидкость, а именно каждые 60 тысяч километров.