Что такое АКПП: устройство и принцип работы автоматической коробкой передач

История появления

Первая разработка, которую можно отнести к классу АКПП появилась в 1908 на заводе Форд в Америке. Модель Т, была оснащена планетарной, пока еще механической коробкой передач. Данное устройство не было автоматическим, и требовало от водителей определенного набора навыков и действий для управления, но была значительно проще в использовании, чем распространенные в то время МКПП без синхронизации.

Вторым важным этапом в появлении современных АКП был перевод управления сцеплением с водителя на сервопривод в 30-х годах 20 века фирмой Дженерал Моторс. Такие АКПП назывались полуавтоматическими.

Первая по-настоящему автоматическая планетарная КПП «Коталь» была установлена в Европе в 1930 году. В это время различные фирмы в Европе разрабатывали системы фрикционов и тормозных лент.

Первые АКПП были очень дорогими и ненадежными, пока в конце 30-х годов не начались эксперименты по внедрению гидравлических элементов в их конструкцию для замены сервоприводов и электромеханических элементов управления. Этим путем развития пошла фирма Крайслер, которая и разработала первый гидротрансформатор и гидромуфту.

Современные конструкции АКПП были изобретены в 40–50 года 20 века американскими конструкторами.
В 80-ые годы 20 века АКПП начали оснащаться компьютерным управлением, для топливной экономии, появились 4-х и 5-ти ступенчатые АКПП.

Что такое АКПП?

Зная конструктивные особенности АКПП и принцип ее работы, Вы изначально продливаете жизнь своей коробке передач. В этой статье мы хотели бы рассказать Вам об основных механизмах и принципах работы автоматической коробки передач.

Автоматическая коробка переключения передач — это важный конструктивный элемент трансмиссии транспортного средства, служащая для изменения крутящего момента, направления, а также скорости движения т.с. и для длительного разъединения двигателя от трансмиссии. Различают бесступенчатые (Вариатор), ступенчатые (Гидроавтомат) и комбинированные коробки передач (Роботизированные коробки типа «DSG»).

Не секрет, что трансмиссия оказывает основное влияние на динамику автомобиля. Производители постоянно испытывают и внедряют новейшие технологии в наши автомобили. Тем не менее большинство автомобилистов предпочитают эксплуатировать автомобили с механической коробкой передач, так как считают, что головной боли последняя приносит гораздо меньше.Отчасти это так, но зная конструктивные особенности АКПП и принцип ее работы, Вы изначально продливаете жизнь своей коробке передач.

В этой статье мы хотели бы рассказать Вам об основных механизмах и принципах работы автоматической коробки передач.

Что лучше МКПП или АКПП

Как правило, наш отечественный автолюбитель к автоматическим коробкам передач относится с определенными  предубеждениями. Видимо причиной тому наше хроническое нежелание перекладывать на чужие плечи свою проблему и  попытка самостоятельного ее устранения. К примеру, американцы, а ведь именно они придумали АКПП, этим не страдают.

В Америке весьма не популярны механические коробки переключения передач и только 5% американских автолюбителей из ста пользуются механикой. Популярность АКПП и в Европе растет из года в год огромными темпами. Конечно же поклонники автомата есть и среди наших соотечественников, вот только правильно эксплуатировать их получается далеко не у всех. По утверждению автомехаников, именно несвоевременное тех. обслуживание и неправильная эксплуатация, зачастую служит первопричиной всех неисправностей автоматической коробки передач.

Классическая автоматическая коробка передач

Гидротрансформаторная КПП является популярной и классической моделью трансмиссии, устанавливаемой на большинстве сходящих с конвейера в настоящее время автомобилях. Коробка автомат состоит из планетарного редуктора передач, управляющей системы и гидравлического трансформатора, который и дал ей название — гидротрансформаторная КПП. Устанавливается как на легковых автомобилях, так и на грузовых транспортных средствах.

Роботизированная КПП

Коробка робот является своеобразной альтернативой механической КПП, только переключение скоростей происходит автоматизировано посредством электрических механизмов, приводящихся в действие электронным блоком. Единственным сходством роботизированной КПП с классической автоматической коробкой является наличие сцепления в самом корпусе коробки.

Вариатор

Вариатор — устройство плавной бесступенчатой передачи крутящего момента на колеса. Обеспечивает уменьшение расхода топлива и улучшает динамические показатели, щадящее состояние работы двигателя автотранспорта по сравнению с АКПП или МКПП. Вариаторы бывают ременные, цепные и тороидальные. Из вариаторов наиболее распространен с клиновидным ремнем.

Преимущества и недостатки

По сравнению с механическими коробками передач, у автоматических есть весомые преимущества:

• автомобилем с АКПП проще и комфортнее управлять, дополнительные навыки и рефлексы водителю не требуются, переключения скоростей более плавные, что особенно актуально для перемещений по городу;
• двигатель и ведущие части автомобиля защищены от перегрузок и их ресурс повышается;
• ресурс многих АКПП значительно превышает аналогичный ресурс МКПП. При своевременном техническом обслуживании, необходимость ремонта наступает реже.

Расходные части, такие как, например, диск сцепления или тросик, отсутствуют, вывести из строя АКПП значительно сложнее. Ресурс АКПП американского и японского производства, при современном обслуживании может достигать миллиона километров. Существует мнение, что у автомобилей с АКПП несколько больший расход топлива. Автомобили до конца 20-го века имели зачастую неправильно выбранные моменты и ограниченное количество скоростей (2–3). На современных АКПП количество передач составляет не менее 4–5 (на грузовых до 19).

Современная компьютерная автоматика справляется с выбором крутящего момента и скорости ничуть не хуже водителя. Кроме того, расход топлива на машинах с МКПП сильно зависит от манеры езды и профессиональных умений водителя. У современных АКПП есть множество режимов, они адаптированы под стиль вождения автовладельца.

Серьезным недостатком АКПП является невозможность точного и безопасного переключения передач в экстремальных условиях – на обгоне, выезд из сугроба быстрым переключением задней и первой передачи (раскачка), запуск двигателя «с толкача». Однако, большинство городских жителей выберут комфортное перемещение по пробкам взамен возможностей «прошаренного» водителя.

Вторым заблуждением автолюбителей является то, что АКПП не предназначены для вождения автомобиля в условиях гонок и бездорожья. Гражданские АКПП действительно не предназначены для спортивного вождения и управления заносами — в них нет соответственного охлаждения для таких нагрузок, и моменты переключения выбраны для спокойного вождения в городских условиях. Однако, АКПП оснащенная дополнительным охлаждением и перенастроенная на быстрое переключение скоростей покажет лучшее результаты чем МКПП.

Автомобили «Формулы-1» комплектуются АКПП и с очень быстрым движением справляются лучше, чем гоночные автомобили с МКПП. Долгие, управляемые заносы также возможны. Внедорожные автомобили уже продолжительное время оснащаются автоматами, которые на проходимость никак не влияют. Большинство водителей просто не понимают, как работает автоматическая коробка передач.

Устройство автоматической трансмиссии

В классическом автомате имеется 4 основных компонента:

1. Гидравлический трансформатор. В разрезе выглядит как бублик, за что и получил соответствующее название. Гидротрансформатор защищает коробку в случае быстрого набора скорости и торможения двигателем. Внутри находится трансмиссионное масло, потоки которого обеспечивают системе смазку и создают давление. За счет него между мотором и трансмиссией образуется сцепление, вращательный момент передается на ходовую часть.
2. Планетарный редуктор. Содержит шестеренки и другие рабочие элементы, приводящиеся в движение вокруг одного центра (планетарное вращение) с помощью зубчатой передачи. Шестерням даны следующие названия: центральная — солнечная, промежуточные — сателлиты, внешняя — коронная. В редукторе имеется планетарное водило, которое предназначено для фиксирования сателлитов. Чтобы передачи переключались, одни шестерни блокируются, а другие приводятся в движение.
3. Тормозная лента с набором фрикционов. Эти механизмы отвечают за включение передач, в нужный момент блокируют и останавливают элементы планетарной передачи. Многие не понимают, для чего нужна тормозная лента в АКПП. Она и сцепление последовательно включаются и выключаются, что приводит к перераспределению крутящего момента от двигателя и обеспечению плавного переключения передач. Если ленту неправильно отрегулировать, то при движении будут ощущаться рывки.
4. Система управления. Состоит из шестереночного насоса, маслосборника, гидравлического блока и ЭБУ (электронного блока управления). Гидроблок обладает контролирующими и управленческими функциями. В ЭБУ поступают данные от различных датчиков о скорости движения, выборе оптимального режима и т.д., благодаря этому АКПП управляется без участия водителя.

Принцип работы АКПП

На автотранспорт устанавливается несколько видов автоматических КПП со своими характерными особенностями. Упрощенно механизм работы классической АКПП состоит в передачи крутящего момента от коленвала двигателя на устройства трансмиссии, при этом происходит варьирование передаточного числа в соответствии с положением рычага селектора и условиями передвижения автотранспорта. При пуске двигателя в гидравлический трансформатор попадает рабочая жидкость, давление увеличивается.

Лопасти центробежного насоса начинают двигаться, реакторное колесо и главная турбина неподвижны в таком режиме.

При переключении рычага селектора и подачи топлива с помощью педали акселератора, лопасти насоса увеличивают обороты. Возрастающая скорость движения вихревых потоков начинает вращать лопасти турбины. Вихри масла то перекидываются к неподвижному реактору, то возвращаются назад к турбине, увеличивая ее эффективность. Крутящий момент переходит на колеса, и машина начинает движение.

По достижении требуемой скорости насосное колесо и лопастная центральная турбина движутся с одинаковой скоростью, при этом вихри трансмиссионной жидкости попадают на реакторное колесо с противоположной стороны (движение возможно только в одну сторону) и оно начинает вращение. Агрегат переходит в состояние гидравлической муфты. Если противодействие на колеса возрастает (движение на подъем), реакторное колесо останавливает вращение и добавляет крутящий момент центробежному насосу.

При достижении требуемой скорости и крутящего момента происходит смена передачи в планетарном узле. Электронный блок управления передает команду, вследствие чего тормозящая лента и фрикционные диски замедляют пониженную передачу, а увеличившееся движение потоков жидкости через клапан разгоняют повышенную передачу и обеспечивается изменение передач без уменьшения мощности.

При полной остановке машины или уменьшении скорости, давление рабочей жидкости снижается и происходит понижение передачи. На заглушенном двигателе в гидротрансформаторе отсутствует давление, поэтому запуск автомобиля с помощью толчка неосуществим.

Диагностика АКПП

Диагностику АКПП можно разделить на компьютерную и механическую. Компьютерная осуществляется с помощью специального автосканера, который подключается к блоку управления АКПП и двигателя. Стоит заметить, что не все автосканеры способны диагностировать коробку передач, так что рекомендуем обратить внимание на модель корейского производства Scan Tool Pro Black Edition.

Находясь в бюджетном сегменте (цена около 2000 р.) он позволяет выявить текущие ошибки всех систем и узлов автомобиля (двигателя, коробки передач, трансмиссию, ABS, ESP, систему кондиционирования и т.д.). Сканер прост в использовании, имеет достаточно широкий функционал и совместим с большинством автомобилей начиная с 1993 года выпуска.

Механическая диагностика проводится в том случае, когда компьютерная диагностика не дала результатов, а АКПП работает неисправно (удары при переключении, рывки, пробуксовки на передаче, срывы передач, пинки при переключении на другую передачу и т.д.).

Виды АКПП, сравнение с механикой

Постоянное повышение качества эксплуатации современного транспортного средства неизбежно привело к заметному конструкционному усложнению. Благоприятным образом на двигателе, скоростных качествах и ходовой части  отразилось оборудование автомобиля коробкой-автоматом, что к тому же позволило частично облегчить нагрузку водителя в движении. Благодаря простоте в эксплуатации и надежности, использование данного изобретения обрело широкое применение.

В наше с вами время АКПП широко применяются как в легковых и полноприводных авто, так и на грузовиках. Водителю на автомобиле с механической коробкой переключения передач для того чтобы двигаться с нужной скоростью нужно довольно часто «дергать» рычаг переключения передач также он должен самостоятельно следить за скоростью и нагрузкой.Использование коробки-автомата отменяет эти необходимости.

На лицо явные преимущества автомата перед механикой, такие как:

1. Комфортность управления автомобилем повышается ;
2. Плавно производятся автоматические переключения скоростей ;
3. Ходовая часть и двигатель защищает от перегрузок;
4. Возможно как автоматическое, так и ручное переключение передач.

Применяемые на сегодня АКПП условно делятся на два типа. Различаются эти типы в основном системами контроля и управления за использованием трансмиссии.

1. У первого типа АКПП управление и контроль выполняется определенным гидравлическим устройством.
2. Эту же функцию в АКПП второго типа выполняет электронное устройство. Роботизированные коробки.

Приведем вполне конкретные примеры:

Предположим, машина, двигается по равнинному отрезку дороги, участок с крутым подъемом. Какое-то время мы не трогаем педаль акселератора и наблюдаем за реакцией гидротрансформатора при изменении условий движения. При увеличении нагрузки на ведущие колеса автомобиль теряет скорость. Как следствие частота вращения турбины падает. Это влияет на противодействие движению рабочих жидкостей внутри гидротрансформатора.

От чего возрастает скорость циркуляции, это автоматически увеличивает крутящий момент на валу турбинного колеса до возникновения равновесия между ним и моментом сопротивления движению. Точно так автомат работает при трогании с места. Только теперь самое время задействовать акселератор — после этого обороты коленвала увеличиваются и насосного колесатоже, а машина и турбина были неподвижны, однако проскальзывание внутри гидротрансформатора не препятствовало холостой работе двигателя.

В таком случае в максимальное количество раз трансформируется крутящий момент. Но по достижению необходимой скорости  преобразование крутящего момента становится не нужным. При помощи автоматически действующей блокировки гидротрансформатор превращается в звено, которое жестко связывает ведомый и ведущий валы. При такой блокировке внутренние потери исключаются,  значение передачи КПД увеличивается, при этом режиме движения расход топлива уменьшается и повышается эффективность торможения двигателем при замедлении.

Реактор освобождается и вращается с турбинным и насосным колесами для снижения всех тех же потерь. С какой же целью КПП присоединяют к гидротрансформатору, когда тот самостоятельно в зависимости от нагрузок на ведущие колеса может величину крутящего момента изменять?

Гидротрансформатор способен изменять крутящий момент с коэффициентом 2-3.5 не более. А для эффективной работы трансмиссии таких диапазонов изменения придаточных чисел явно недостаточно. Также иногда встает необходимость включать заднюю передачу или нейтральную.

Коробки-автомат имея зубчатые зацепления все же многим отличаются от механических коробок, к примеру, передачи они переключают без разрывов потока мощности при помощи многодисковых фрикционных муфт приводимых гидравликой и ленточных тормозов. В зависимости от скорости машины и интенсивности нажатия на педаль акселератора автоматически выбирается нужная передача, она то и интенсивность разгона и определяет.

Определяет нужную передачу электронный и гидровлический блоки управления автоматической коробкой передач. Водитель же помимо нажатия на педаль газа может выбрать режимы спортивный или зимний (у таких режимов акпп индивидуальный алгоритм переключения передач), а также может выбрать режим который помогает передвигаться по участкам пути со сложным рельефом (в этом режиме автомат не сможет переключится выше определенной передачи).
В состав АКПП кроме планетарного механизма и гидротрансформатора также входит насос снабжающий гидроблок с гидротрансформатором рабочей жидкостью и смазывая коробку, а охлаждает рабочую жидкость, которая имеет свойство перегреваться, входящий в состав коробки-автомата радиатор охладления акпп. Есть также несколько различий в устройстве и компоновке автоматических трансмиссий заднеприводных и переднеприводных автомобилей. У переднеприводных автомобилей АКПП более компактна и внутри корпуса имеет отделение главной передачи т. е. дифференциал.

В остальном функции и принципы действия всех АКПП одинаковы. Для обеспечения движения и выполнения всех функций АКПП оснащена такими узлами, как: гидротрансформатор, узел управления и контроля, коробка передач и механизм выбора режима движения.

Характеристики и возможности

АКПП позволяет лучше управлять автомобилем, снижая требования к действию водителя – управление сцеплением и ручкой переключения, делает вождение менее утомительным. АКПП имеет нейтральное положение, положение парковки (вращение коробки блокируется дополнительно с помощью агрегатов), заднюю передачу и несколько скоростей для движения.

Переключение осуществляется исходя из скорости и условий (например, при движении на подъеме, автоматически может включаться пониженная скорость). Время переключения исправной коробки передач для городских автомобилей составляет в районе 150 мс, что значительно быстрее реакции обычного водителя.

Основным органом управления АКПП является ручка переключения передач, она может располагаться в районе руля (старые американские и японские седаны либо современные минивэны) либо на традиционном месте расположения рычага АКПП. На старых моделях люкс класса коробка могла управляться с помощью кнопочной панели.

Во избежание случайных переключений или опасных ситуаций, в АКПП применяются различные виды защит. В автомобилях с АКПП нельзя запустить двигатель если селектор находится в положении скорости. Переключение режимов осуществляется с помощью кнопки для напольных компоновок рычага, или оттягивания рычажка при расположении на руле. С парковки автомобиль можно снять только при нажатом тормозе. В некоторых случаях прорезь выполняется в виде ступенек.

Общепринятые режимы АКПП:

1. P – парковка, АКПП механически заблокирована, при нахождении в горизонтальных поверхностях использование стояночного тормоза необязательно.
2. N – нейтраль. Можно осуществлять буксировку автомобиля.
3. L(D1, D2, S)– езда на пониженной передаче ( 1 передаче либо 2 передаче).
4. D – автоматический режим переключения с первой по последнюю скорость.
5. R – режим заднего хода. Кроме того, на АКПП может присутствовать кнопка overdrive, запрещающая переход на более высокую передачу при обгоне.
6. Нейтральная передача обычно располагается между D и R либо R находится в противоположном конце ручки селектора. Это требование было введено во избежание аварийных ситуаций на дороге и парковке.

Так же в АКПП могут присутствовать различные режимы и протоколы работы. Eco – экономный режим, для разных фирм реализован по-разному.

Snow(Winter) – троганье с места со второй либо с третьей передачи для скользкого дорожного покрытия или перемещения в сугробе или грязи.

Sport(Power) – передачи переключаются при более высоких оборотах двигателя.

ShiftLock (кнопка или ключ) – разблокирование селектора при выключенном двигателе, применяется для транспортировки машины если вышел из строя двигатель или аккумулятор.

Некоторые АКПП имеют режим ручного переключения передач. Самым удачным и распространённым вариантом такой АКПП стал Типтроник, созданный компанией Порше. Отличительной чертой является орган управления, он выполнен в виде буквы Н и имеет символы «+» и «–« .

Кроме Типтроника к автоматам можно отнести вариатор и роботизированную КПП.

Ресурс АКПП

Точного значения срока службы автоматической коробки нет. Это будет зависеть от правильной эксплуатации автомобиля с АКПП, своевременного обслуживания коробки: замены масла и масляного фильтра, использования оригинальных запчастей и масла.

Некоторые модели коробок-автоматов рассчитаны на 100-150 тысяч пробега, современные модели автомобилей оснащаются коробками-автоматами, рассчитанными на 500 тысяч км и более, и при этом не нуждаются в замене масла.

Особенности автомобиля с автоматом

Устройство автоматической коробки передач является более сложным, чем МКПП. Ремонт АКПП значительно сложнее — она состоит из куда большего количества запчастей. Обычно о неисправностях АКПП свидетельствуют пинки и паузы при переключении передач, задний ход или одна из скоростей, могут вообще пропасть. В иных случаях, автомобиль может перестать двигаться.

Диагностика АКПП обычно проводится в несколько этапов:

1. Визуальный контроль масла. Если масло черное или содержит в своем составе металлические осколки – это свидетельствует о внутреннем повреждении или износе АКПП. Необходима замена масла в АКПП, что может решить основную часть проблем.
2. Диагностика ошибок с помощью разъема диагностики. Могли выйти из строя электронные элементы управления коробкой (датчики, компьютер), после чего коробка нормально функционировать не может.
   Тест-драйв работы АКПП, для этого изучают поведение коробки во время езды.
3. Замеры давления в каждом режиме работы АКПП.
4. Осмотр внутреннего состояния АКП.

Ремонт АКПП своими руками может подразумевать только с 1 по 3 пункт данного списка. Для остальных операций понадобиться теплый бокс, специальное оборудование и опытный специалист. Последняя операция потребует подъемника, крана и целого набора инструментов. Снятие, установка и замена АКПП один из самых сложных и трудоемких в ремонте автомобиля.

Ремонт внутренностей АКПП может быть сопоставим по стоимости с установкой новой или контрактной коробки. Будет лучше, если диагностика АКПП и ремонт будут произведены специалистами.

Чтобы избежать таких неприятностей необходимо следить за уровнем и цветом масла в коробке и своевременно его менять (когда написано в регламенте). Для разных АКПП применяются различные масла, описанные в литературе по автомобилю. В машинах фирмы Хонда применяется свое особенное масло, если залить другое коробка может выйти из строя.

Эксплуатировать автомат необходимо максимально бережно, не допуская пробуксовок, постоянных резких торможений и ускорений. В холодное время года автомату необходимо дать время насытиться загустевшим маслом. Для этого необходимо прогреть автомобиль, включить передачу и постоять на тормозах не менее минуты, после чего можно трогаться.

Для большинства людей соблюдение такого рода простых операций не доставит проблем. В их случае, АКПП прослужит им очень долго. Современные АКПП очень надежны по конструкции, стоят не особо дороже своим механических собратьев, дарят чувство комфорта за рулем и серьезно облегчают жизнь любого водителя.

Что нельзя делать с АКПП

Чтобы автоматическая коробка прослужила долго и не ломалась, нельзя делать некоторые вещи.

• Заводить автомобиль с АКПП с «толкача». Такой запуск вдвое сократит жизнь автоматической коробки передач.
• Нельзя ездить в положении ручки «P» (паркинг).
• Использовать положение «N» (нейтралка) для спуска с горки. Особенно если включить этот режим прямо на ходу из положения «D». В таком случае машина может заглохнуть, отключается гидроусилитель руля и тормозов, машина становится практически неуправляемой.
• Использовать положение «N» во время обычного движения.
• Включать положение «R» (задний ход) до окончательной остановки машины.
• Включать положение «D» (драйв) во время движения задним ходом до полной остановки машины.
• Буксировать машину большего веса чем ваша.
• Буксировать машину с АКПП на расстояние больше 40-50 км при скорости больше 50 км/ч. В буксируемой машине с заглушенным двигателем в автоматической коробке не создается нужного давления масла, поэтому все детали в ней вращаются без нужного количества смазки, что приводит к быстрому износу.

На первый взгляд автоматическая коробка передач представляется неким очень сложным механизмом, управлять которым и поддерживать в рабочем состоянии, очень трудно. На самом деле это не так. Для тех водителей, которые долгое время ездили на механике, период привыкания к автомату может быть немного тяжеловат. Но те, кто всегда ездил только на автомате, считают, что автомобиль с АКПП намного проще в управлении.

Коробка автомат – обозначение букв

Вождение автомобиля с АКПП требует соблюдения определенных правил и ограничений, чтобы раньше времени не отправить в ремонт свою коробку передач. А еще нужно запомнить обозначения букв на рычаге переключения передач, чтобы не задумываться, что же сейчас включать.

P – паркинг. При включении блокируются ведущие колёса и вал коробки передач. Включается во время длительной остановки;
N – нейтраль. Применяется, если автомобиль нужно буксировать. Не блокирует вал и колёса;
D – драйв. Стандартный режим движения, передачи переключаются автоматически;
L (D2) – пониженная передача. Включается при сложных дорожных условиях и низкой скорости;
D3 – пониженная передача. Используется для езды под горку или в горку, без особого экстрима, не дает блокировать гидротрансформатор;
R – реверс (задний ход). Можно включать только после остановки с нажатой педалью тормоза;
O/D – овердрайв. Включение четвертой передачи при высокой скорости движения;
PWR – power. Спортивный режим;
Normal – для «семейного» режима езды, неторопливо и с максимальной экономией топлива;
Manual – перевод коробки в режим ручного переключения передач.