Автоматические коробки передач: какие бывают, как устроены и как работают
Рассказываем простыми словами про один из самых важных узлов автомобиля — его основные типы, устройство, преимущества и недостатки.
Для чего нужна коробка передач
Существуют машины, в которых этого узла нет — к таковым, например, относится большинство моделей электромобилей. Но автомобилям с двигателями внутреннего сгорания коробка передач необходима. Без неё мотор просто не сможет вращать колёса с частотой и силой, необходимыми для разгона и комфортного движения авто.
Диапазоны оборотов вращения коленвала и колёс отличаются в десятки раз. Именно коробка передач отвечает за синхронизацию мощности и крутящего момента мотора с текущими скоростью и нагрузкой машины. Делает она это с помощью редукторов.
В случае с механической коробкой оптимальную передачу выбирает водитель — для начала движения включает первую, на трассе использует высшие, а для обгонов переключается на одну-две передачи ниже. «Автоматы» же выполняют эту работу сами.
Что такое АКПП
Автоматическая коробка переключения передач или сокращенно АКПП — устройство, которое обеспечивает оптимальную передачу крутящего момента с двигателя на колёса. Водителю достаточно выбрать лишь режим работы — к примеру, D или R.
Желание облегчить жизнь водителю, избавив его от необходимости то и дело выжимать сцепление и работать с рычагом механической коробки появилось у инженеров чуть ли не сразу после изобретения автомобиля. Первым, кто не просто воплотил мечту в реальность, но и получил патент на своё устройство, стал американец Оскар Бэнкер в 1935 году.
Уже в 1950-е крупные автомобильные фирмы в США вывели на рынок ряд серийных моделей с автоматической трансмиссией. К концу века АКПП стали доступны не только на машинах премиального сегмента, но и массового.
Сейчас, благодаря удобству, на большинстве рынков, а том числе и российском, машины с «автоматом» пользуются большей популярностью, нежели модели с механическими коробками.
Не все «автоматы» устроены и работают одинаково. На данный момент к группе автоматических коробок передач можно отнести:
- Классические гидромеханические АКПП
- «Роботы» с одним или двумя сцеплениями
- Вариаторы
Их объединяет наличие в машине только пары педалей — газа и тормоза.
Как устроен гидромеханический «автомат»
С момента своего появления более 90 лет назад гидромеханические автоматические коробки передач, которые часто называют классическими, сильно прибавили в надёжности, научились выдерживать огромный крутящий момент и максимально плавно переключать передачи.
Вместе с тем их конструкция принципиально не изменилась. Такие АКПП по-прежнему состоят из трёх основных частей: гидротрансформатора, планетарного редуктора и управляющего гидроблока. В картер коробки заливается специальное трансмиссионное масло.
У каждого из упомянутых модулей своя важная роль. Гидротрансформатор с установленными внутри корпуса насосным и турбинным колёсами, а также реактором отвечает за передачу крутящего момента с вала двигателя на входной вал планетарного редуктора.
Именно «бублик», как ещё называют гидротрансформатор, позволяет обойтись без непосредственного сцепления металлических частей трансмиссии и двигаться с минимальной скоростью — и даже буксовать. Последнее качество гидромеханической коробки очень ценят те, кто выезжает на тяжёлое бездорожье.
Что касается непосредственно функции смены передач или, говоря иначе, диапазонов, то этим занимается планетарный редуктор с помощью дисковых и ленточных тормозов. Причём переключения происходят очень быстро — и без разрыва потока мощности. А вот на какой тормоз и когда воздействовать, чтобы в нужный момент коробка выбрала оптимальный диапазон — задача управляющего гидроблока.
- Преимущества
Плавность переключений и высокая надёжность. При нормальных условиях эксплуатации и своевременном обслуживании классические АКПП могут проехать без ремонта и до 500 000 километров.
- Недостатки
КПД «автоматов» ниже, чем у механических и роботизированных коробок, что выливается в больший расход топлива. Сюда же относится и дороговизна агрегата.
Как работает и чего боится вариатор
Вариаторы, или бесступенчатые трансмиссии с постоянно меняющимся передаточным числом (английская аббревиатура CVT), уже давно составляют серьёзную конкуренцию классическим «автоматам». Конструктивно эти коробки даже в чём-то схожи.
В обеих есть гидротрансформаторы, выполняющие функцию сцепления и передачи крутящего момента от двигателя к остальным элементам трансмиссии, и планетарные механизмы. На CVT они служат в основном для включения заднего хода. При этом за смену передач в вариаторе отвечают два соединённых ремнём шкива — ведущий и ведомый.
Изменение передаточного числа происходит за счёт схождения или расхождения подвижных конических элементов, которые либо увеличивают, либо уменьшают диаметры шкивов в местах посадки ремня. А заведует работой подвижных деталей опять-таки гидравлический блок.
В целом вариаторы уже давно избавились от своих детских болезней. Задиры рабочих поверхностей конусов и сбои в работе управляющей электроники на машинах с пробегом до 100 тысяч километров случаются редко. Тем не менее, стоит иметь в виду, что высокий крутящий момент, безболезненно перевариваемый гидромеханическими коробками, для CVT может быть противопоказан.
Почему в автомобиле садится аккумулятор и как этого избежать
Поэтому вариаторы, как правило, не ставят на внедорожники. Владельцам же кроссоверов с таким коробками не рекомендуется нагружать трансмиссию ездой по глубокому песку или снегу. А лучше вообще избегать пробуксовок.
- Преимущества
Вариаторы дешевле и в теории экономичнее классических АКПП.
- Недостатки
Такие коробки конструктивно не рассчитаны на высокий крутящий момент.
Что такое «робот» и как им пользоваться
Ещё один агрегат, называемый «автоматом», представляет из себя стандартную механическую коробку, в которой за смыкание-размыкание сцепления и выбор нужной передачи отвечает отдельный механизм. Приказы же исполнительному устройству отдаёт не водитель, а специальный электронный блок.
Научить такую коробку плавно менять передачи пытались многие фирмы, но без особых успехов. Понять, на каких оборотах мотора и при какой нагрузке «робот» решит переключиться вверх или вниз, практически невозможно. Можно лишь, почувствовав начало момента выключения сцепления, отпустить педаль газа. Тогда смена передач пройдет более-менее гладко. Если же продолжать жать на акселератор, зацепление шестерен произойдёт с заметным толчком.
Разумеется, со временем можно подстроиться к характеру и такого своенравного устройства, но комфортным его все равно не назовёшь. К тому же исполнительный механизм «робота» не учитывает износ ведомого диска сцепления, что требует периодической регулировки — так называемой инициации точки схватывания.
Если пренебречь этой несложной, но требующей посещения специализированного сервиса процедурой, диск сцепления может быстро выйти из строя.
- Преимущества
«Роботы» дешевле всех остальных «автоматов» и являются одними из самых экономичных.
- Недостатки
Здесь лишь один пункт — дискомфорт при переключениях.
Как работают преселективные коробки с двумя сцеплениями
Такие «автоматы» имеют еще одно название, ставшее нарицательным — DSG. Применять используемое Volkswagen обозначение ко всем коробкам подобного типа формально пусть и некорректно, но в целом допустимо. Ведь несмотря на производство разными фирмами, они устроены и работают одинаково.
С технической точки зрения это две коробки в одной — с двумя первичными и двумя вторичными валами. Одна отвечает за включение чётного ряда передач, вторая – нечётного. Причем в зацеплении одновременно находятся шестерни двух последовательных передач — например, 1 и 2 или 2 и 3. Работает та пара, чьё сцепление сомкнуто.
Переключение — смыкание-размыкание сцеплений — происходит за доли секунды, то есть, как и в случае с классическим «автоматом» и вариатором, без разрыва потока мощности. При этом в преселективной коробке нет гидротрансформатора и пар трения, за исключением пакетов сцепления, что обеспечивает отличную экономичность.
С плавностью переключений у исправных коробок тоже порядок. Да, когда в начале нулевых Volkswagen начал активно оснащать свои модели преселективными DSG, последние не отличались надёжностью, что обошлось немецкому концерну очень дорого — не только в финансовом, но и в репутационном плане.
На сегодняшний день «роботам» с двумя сцеплениями вполне можно доверять. Если не пренебрегать базовыми принципами правильной эксплуатации автоматических коробок, которые мы собрали в конце этого материала, 300 тысяч километров до ремонта они точно ходят.
Однако записывать преселективы в идеальные коробки на все случаи жизни пока рановато. Они позволяют и ездить черепашьим ходом, и месить глину на бездорожье. Но делают это за счёт проскальзывания дисков сцеплений, что никак не прибавляет им здоровья. А менять пакеты сцеплений или электрогидравлический блок — он же «мехатроник» — очень дорогое удовольствие.
- Преимущества
Экономичность, быстрота и плавность переключений.
- Недостатки
Дороговизна ремонта, ограниченный ресурс пакетов сцепления при эксплуатации на бездорожье.
Режимы работы АКПП
Селекторы классического «автомата», вариатора и роботизированных коробок могут быть как механическими, так и электронными, при этом выбираемые с их помощью основные режимы — одни и те же:
- D (драйв) — движение вперёд
- R (реверс) — движение назад
- N (нейтраль) — нейтральная передача
- P (паркинг) — стоянка
Общее правило, впрочем, не распространяется на «роботы» с одним сцеплением — у них нет режима паркинга, но, как и большинство современных автоматических коробок, они тоже позволяют переключать передачи в ручном режиме, качнув селектор в положение «+» или «–», либо с помощью расположенных под рулём специальных лепестков.
Правда, на вариаторе никакого реального переключения не происходит, а лишь фиксируется предварительно заданное электроникой передаточное отношение. Что всё равно удобно, например, для поддержания постоянной тяги на крутом подъёме или в раскисшей колее.
Зимний, заставляющий машину трогаться с более высокой передачи, и спортивный, уводящий переключения в зону повышенных оборотов, режимы тоже стали штатными функциями большинства современных АКПП.
Вместе с тем на дорогах ещё часто встречаются возрастные автомобили, где наряду с литерами на селекторе коробки нанесены цифры 1, 2, 3 или 4. Это не номер передачи, а верхний лимит выбранного диапазона, означающий, что коробка не переключится выше первой, второй, третьей или четвёртой передачи соответственно.
Как продлить срок службы АКПП
В зависимости от конструкции автоматические коробки по-разному переносят нагрузки. Тем не менее, есть универсальные советы, которыми не стоит пренебрегать как водителю машины с «роботом» или вариатором, так и владельцу автомобиля с классической АКПП.
- Масло в коробке передач прогревается медленнее, чем в двигателе, поэтому лучше избегать резких ускорений первые 10 минут после старта. В зимнее время это особенно актуально.
- Пробуксовка колёс вредна для всех элементов трансмиссии, включая коробку. Да, гидромеханический автомат в этом плане крепче остальных, но лучше не злоупотреблять.
- Буксировка за пределами дорог с твёрдым ровным покрытием тоже вредный фактор.
- Не пренебрегайте регулярной заменой трансмиссионной жидкости. Если в сервисной книжке автомобиля ничего про это не сказано, обновляйте масло через каждые 60 тысяч километров.
Что такое система кругового обзора автомобиля и зачем она нужна