Устройство АКПП автомобиля и принцип работы. Типы АКПП

В последнее время автоматические коробки передач набирают все большую популярность. И на то есть свои причины. Такая коробка более простая в эксплуатации и не требует постоянной «игры» сцеплением в пробках. В крупных городах такая КПП далеко не редкость. Но устройство АКПП существенно отличается от классической механики. Многие автолюбители боятся брать машины с такой коробкой. Однако их опасения не оправданы. При правильной эксплуатации автоматическая коробка прослужит не меньше механики. Но чтобы лучше в ней разбираться, следует изучить подробно устройство АКПП автомобиля. Об этом мы расскажем в нашей сегодняшней статье.

Разновидности

Существует несколько типов данных коробок. Так, различают:

• Гидромеханическую АКПП.
• Роботизированную (ДСГ).
• Вариаторную.

В чем особенности каждой из них? Рассмотрим ниже.

Классическая АКПП

Гидромеханическая трансмиссия – наиболее распространенный тип АКПП. Устройство такой коробки предполагает наличие гидротрансформатора, механической коробки передач и системы управления. Но такая конструкция практикуется на машинах с задним приводом. Если это переднеприводный автомобиль, то в устройство АКПП включается еще дифференциал, и главная передача.

Гидротрансформатор (обиходное название – «бублик») – это основной узел в данной трансмиссии. Он служит для изменения и передачи крутящего момента от маховика двигателя на механическую коробку. Также бублик служит для гашения колебаний и вибраций, которые возникают при передаче вращающих усилий от ДВС.

Гидротрансформатор состоит из нескольких колес. Это:

• Турбинное.
• Реакторное.
• Насосное колесо.

Еще в конструкцию входят две муфты – блокировочная и свободного хода. Все эти детали заключены в отдельный тороидальный корпус, который внешне напоминает собой бублик (откуда и столь специфическое название).

Насосное колесо соединяется с коленчатым валом мотора. Турбинное взаимодействует с механической КПП. Между этими двумя элементами располагается реакторное колесо. Оно, в отличие от всех остальных, является неподвижным. Каждое колесо гидравлического трансформатора АКПП имеет лопасти, между которыми проходит рабочая АТФ-жидкость.

Блокировочная муфта автоматической трансмиссии предназначена для блокировки ГТФ (бублика) в конкретных режимах работы ДВС. Муфта свободного хода (также именуемая как обгонная) вращает реакторное колесо в противоположном направлении.

Работа ГТФ

Она осуществляется по замкнутому циклу. Так, АТФ-жидкость начинает поступать от насосного на турбинное, а затем – на реакторное колесо благодаря особой форме лопастей, скорость потока масла начинает неуклонно расти. АТФ-жидкость заставляет быстрее вращаться насосное колесо. Благодаря этому возрастает сила крутящего момента. Кстати, максимальный ее параметр достигается при минимальных скоростях. Это необходимо для того, чтобы машина беспрепятственно тронулась с места даже под нагрузкой. Когда автомобиль начинает набирать скорость, срабатывает муфта и блокируется гидротрансформатор. В данной ситуации производится прямая передача крутящего момента. Стоит отметить, что блокировочная муфта задействуется в АКПП на всех передачах, в том числе и на задней.

В современных автомобилях используется проскальзывающая муфта. Этот режим позволяет предотвратить полную блокировку механизма, что положительно сказывается на расходе топлива и плавности езды.

Планетарный редуктор

Данный узел выполняет функцию механической коробки передач. Редуктор может быть рассчитан на четыре, шесть, семь или восемь скоростей. В редких случаях применяется девятиступенчатая АКПП (например, на автомобилях марки «Ленд Ровер»).

Продолжаем изучать устройство АКПП. Планетарный механизм состоит из нескольких последовательных передач. Они образуют планетарный ряд. Каждая из скоростей включает в себя несколько элементов:

• Коронную шестерню.
• Сателлиты.
• Солнечную шестерню.
• Водило.

Как производится изменение крутящего момента? Изучая устройство гидротрансформатора АКПП, нужно отметить, что данная операция выполняется при помощи нескольких элементов планетарного ряда. Это водило, а также две шестерни (солнечная и коронная). Блокировка последней позволяет увеличить передаточное число. Солнечная шестерня, напротив, снижает данное отношение. А водило осуществляет смену направления вращения элементов.

Блокировка выполняется при помощи фрикционов. Это своего рода тормоз, который удерживает определенные детали редуктора за счет соединения их с корпусом КПП. В зависимости от марки авто («Мазда» это или «Форд»), устройство АКПП предполагает наличие ленточного или многодискового тормоза. Он замыкается при помощи гидравлических цилиндров. Последние управляются из распределительного модуля. Чтобы предотвратить вращение водила в иную сторону, используется обгонная муфта.

Электронная система

Устройство и работа АКПП современного авто невозможна без электронной системы управления. В нее входит:

• Блок управления.
• Входные датчики.
• Селектор АКПП (устройство его рассмотрим позже).
• Распределительный модуль.

Отметим, что список входных элементов довольно обширный. Так, сюда входят датчики:

• Положения педали газа.
• Температуры АТФ-жидкости.
• Частоты вращения валов на входе и выходе.
• Положения селектора АКПП.

Блок управления АКПП непрерывно обрабатывает сигналы, что поступают от данных элементов и формирует управляющие импульсы на исполнительные механизмы. Данный блок взаимодействует с ЭБУ двигателя.

Распределительный модуль выполняет срабатывание фрикционных муфт и управляет потоками АТФ-жидкости в трансмиссии. Данный модуль состоит из золотников-распределителей, а также электромагнитных клапанов с механическим приводом. Эти детали заключены в отдельный алюминиевый корпус и соединяются между собой каналами.

Важный элемент в устройстве АКПП «Хонды» - это соленоиды. Их также называют электромагнитными клапанами. Они нужны для регулирования давления трансмиссионного масла. А золотники выполняют режим работы коробки. Элементы приводятся в действие от рычага АКПП.

Поскольку основной рабочей жидкостью является АТФ-масло, в устройстве любой АКПП предусмотрен насос шестеренного типа. Он работает от ступицы гидротрансформатора и являет основу гидросистемы КПП. Для охлаждения масла в устройстве АКПП «Мерседес» предусмотрен специальный теплообменник. Это небольшой радиатор, что находится в передней части автомобиля. На некоторых моделях он заключен с основным радиатором ОЖ двигателя.

Селектор АКПП

Именно эта деталь осуществляет непосредственное управление автоматической коробкой. Существует несколько режимов работы АКПП:

• Паркинг.
• Задний ход.
• Нейтраль.
• Драйв (движение вперед).

На некоторых автомобилях «Ниссан» устройство АКПП предполагает наличие спортивного режима. Для его включения необходимо перевести селектор КПП в положение S. Режим отличается тем, что переключение передач осуществляется на более высоких оборотах двигателя. Тем самым достигается больший крутящий момент и скорость автомобиля. Если рассматривать «Кашкай Ниссан», устройство АКПП также предполагает наличие режима ручного переключения скоростей. Такая коробка имеет название «Типтроник».

Роботизированная трансмиссия ДСГ

Это разработка концерна «Фольксваген-Ауди». Появилась данная КПП в середине 2000-х и устанавливается на большинство легковых автомобилей марки «Шкода», «Ауди», а также на «Фольксвагены» (в том числе и на «Туарег»).

Ключевая особенность автоматической коробки ДСГ – это быстрое переключение передач без разрыва потока мощности. Это позволяет увеличить производительность и КПД трансмиссии. Автомобили с ДСГ отличаются хорошей разгонной динамикой. При этом у них ниже расход топлива, по сравнению с классическими гидротрансформаторами.

Устройство и работа АКПП данного типа существенно отличается от предыдущей КПП. Так, здесь нет привычного «бублика». Передача крутящего момента осуществляется за счет использования двух сцеплений. Кроме этого, может устанавливаться противоугонное устройство на АКПП данного типа.

Трансмиссия ДСГ

Она включает в себя:

• Двухмассовый маховик.
• Два ряда передач.
• Главную передачу и дифференциал.
• Электронную систему управления.
• Двойное сцепление.

Все это заключено в металлический корпус коробки. Если говорить про двойное сцепление, оно обеспечивает передачу мощности одновременно на второй и первый ряд передач. Если это шестиступенчатая ДСГ, в коробке есть ведущий диск (он соединен с двухмассовым маховиком через входную ступицу) и фрикционные муфты. Последние связаны с рядами передач через главную ступицу.

Кстати, тип сцепления может отличаться на коробке ДСГ. Если это шестиступенчатая коробка, в конструкции использовано сцепление мокрого типа. Масло обеспечивает не только смазку, но и охлаждение фрикционных дисков. Это существенно увеличивает ресурс агрегатов.

Если говорить о семиступенчатой трансмиссии, здесь применена сухая схема. Это существенно снижает объем используемого масла. Если в первом случае для работы ДСГ требовалось не менее шести с половиной литров, то во втором – не более двух. Насос, что нагнетает смазку, является электрическим. Такая конструкция, по мнению экспертов, менее надежная и не отличается высоким ресурсом.

Что касается рядов передач, первый отвечает за работу реверса и нечетных скоростей. Второй же служит для управления четными передачами. Каждый из рядов представляет собой вторичный и первичный вал с определенным набором шестерен. Первичный элемент является полным и расположен соосно, а шестерни жестко соединяются с валом. В это же время шестерни вторичного вращаются свободно. Также в конструкции есть синхронизаторы. Они облегчают включение той или иной скорости в КПП. Чтобы автомобиль мог двигаться назад, в коробке ДСГ предусмотрен промежуточный валю он оснащен реверсивной шестерней.

Управление переключением скоростей обеспечивает электроника. В нее входят различные датчики, блок управления и электрогидравлический блок с массой исполнительных механизмов. Модуль управления находится в картере автоматической роботизированной коробки передач. При работе КПП, датчики анализируют частоту вращения валов на выходе и входе, давление масла, положение вилок включения скоростей, а также температуру смазки. На основании данных сигналов ЭБУ реализует тот или иной алгоритм управления.

Благодаря блоку осуществляется управление гидравлическим контуром КПП. В эту систему входят:

• Золотники-распределители. Они приводятся в действие от рычага КПП.
• Электромагнитные клапаны. Данные элементы служат для переключения скоростей.
• Клапаны регулирования давления. Благодаря ним осуществляется работа фрикционной муфты.

Последние две составляющие относятся к исполнительным механизмам управления роботизированной КПП.

Также в конструкции данной коробки предусмотрен мультиплексор. Он позволяет управлять гидроцилиндрами при помощи электромагнитных клапанов. Что примечательно, количество первых вдвое больше, чем вторых. Таким образом, в исходном положении элемента задействуются одни гидроцилиндры, а в рабочем – другие.

Алгоритм работы роботизированной трансмиссии заключается в последовательном переключении нескольких рядов передач. Так, когда автомобиль начинает движение на первой, вторая уже входит в зацепление со вторым диском. После набора определенных оборотов происходит моментальное переключение. Ведь системе не нужно выбирать тот или иной вал – шестерни уже включились в работу.

Где применяется такая коробка передач? В основном ДСГ используется на автомобилях класса В, С и Д. Во многом все зависит от технических характеристик самого мотора. Так, шестиступенчатая коробка способна выдерживать момент в 350 Нм. А семидиапазонная ДСГ – лишь 250. Поэтому такая коробка не устанавливается на мощных автомобилях.

Вариатор

Это относительно новый тип автоматической коробки, хотя первые экземпляры стали применяться еще в 59-м году. Так, первым автомобилем с вариативной КПП стал «Даф». Далее эту схему стали практиковать такие производители, как «Форд» и «Фиат». Однако широкое распространение эта коробка получила только 10 лет назад. Сейчас данная КПП применяется на автомобилях:

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

Ключевая особенность в том, что она не имеет передач как таковых. Вариатор – это бесступенчатая трансмиссия, которая обеспечивает плавное изменение передаточных чисел по мере набора скорости автомобиля. Основной плюс такой КПП – оптимальное согласование нагрузки на автомобиль с оборотами коленвала. Благодаря этому достигается высокая топливная экономичность и производительность. Также заметно улучшается плавность хода, ведь дергания в ходе динамичного разгона здесь исключены.

Машина набирает скорость быстро, при этом без рывков, максимально плавно. Но ввиду определенных ограничений по крутящему моменту и мощности, вариативные АКПП используются только на легковых автомобилях и некоторых кроссоверах. Также заметно увеличивается стоимость машины на вариаторе, поскольку эта трансмиссия является довольно высокотехнологичной.

Устройство и типы

Существует всего два вида данных трансмиссий. Это тороидный и клиноременной вариатор. Последний получил наибольшее распространение. Но вне зависимости от типа, они имеют одинаковое устройство (АКПП «Тойоты» не исключение). Так, в конструкцию входит:

• Вариаторная передача.
• Механизм, который обеспечивает передачу крутящего момента.
• Система управления.
• Механизм для разъединения коробки передач и для включения реверсивной передачи.

Чтобы коробка могла воспринимать и передавать крутящий момент, задействуются следующие механизмы сцепления:

• Автоматическое центробежное. Применяется на вариаторах «Трансматик».
• Многодисковое мокрое. Это вариаторы «Мультиматик».
• Электронное (коробки «Гипер», используемые на некоторых японских авто).
• Гидротрансформатор. В качестве примера можно привести трансмиссии «Экстроид», «Мультидрайв» и «Мультиматик».

Последний тип соединения является наиболее популярным и ресурсным. Отметим, что сам привод вариативной КПП может быть ременным либо цепным.

Первый тип состоит из одной либо двух ременных передач. Также в устройство АКПП «Тойоты» входит два шкива. Последние образую некие конические диски, что способны раздвигаться и сдвигаться между собой. Таким образом производится изменение диаметра шкива. Для сближения конусов в устройстве АКПП «Мазды» предусмотрены специальные пружины (иногда задействуется центробежная сила). Конический диск имеет 20-градусный угол наклона. Это позволяет обеспечит перемещения приводного ремня с минимальным сопротивлением.

На вариаторах «Мультитроник» применена металлическая цепь. Она являет собой несколько пластин, что соединены осями. Подобная конструкция отличается хорошей гибкостью. Радиус изгиба составляет до 25 миллиметров. В отличие от ременного вариатора, цепной обеспечивает передачу крутящего момента при точечном контакте пластин с дисками. На этих участках возникают высокие напряжения. Благодаря такой схеме обеспечивается минимальная потеря при передаче крутящего момента и наилучший КПД. Конические диски изготовлены из подшипниковой высокопрочной стали.

В силу конструктивных особенностей и устройства гидроблок АКПП не способен обеспечить реверсивное движение. Поэтому в вариаторе для включения задней передачи используются вспомогательные механизмы. Это планетарный редуктор. Он имеет такое же устройство и принцип работы, как и на классических гидротрансформаторных АКПП.

Также в конструкции такой КПП имеется электронная система управления. Она обеспечивает синхронную корректировку диаметра шкива вариатора в зависимости от текущих оборотов двигателя. Данная система обеспечивает и включение реверсивной передачи. Управление вариатором осуществляется через селектор, что находится в салоне. Режимы управления – такие же, как и на обычной АКПП. Устройство и ремонт этих коробок тоже похожи. Однако отметим, что многие сервисы боятся брать в работу данные автомобили, поскольку попросту не имеют соответствующего опыта. Такая коробка появилась в России совсем недавно, и вокруг нее ходит множество мифов о правильности обслуживания и ремонта. Специалисты же говорят, что для такой КПП достаточно лишь вовремя менять масло и не перегревать сам механизм.

Заключение

Итак, мы выяснили, каких типов бывает автоматическая коробка, как она устроена и как работает. Что выбрать обычному автолюбителю? Опыт эксплуатации показывает, что оптимальным вариантом будет покупка машины с классической гидротрансформаторной АКПП. Такая коробка знакома многим – ее можно отремонтировать и обслужить в любом сервисе. К тому же современные автоматы данного типа отличаются неплохим ресурсом в 300-400 тысяч километров. Что же касается робота ДСГ и бесступенчатого вариатора, то такие коробки выхаживают не более 150 тысяч на наших дорогах. Дальше начинаются проблемы и серьезные капиталовложения. Поэтому от их покупки стоит воздержаться.