Устройство и принцип работы автоматической коробки

Как появилась коробка автомат

Современная автоматическая коробка передач появилась благодаря трем направлениям в механики, которые были разработаны независимо друг от друга и в последствие стали единым узлом, позволяющим включать передачи автоматически, в зависимости от скорости движения автомобиля.

Первой разработкой в этом направлении стало появление планетарной передачи, которая стала основным механизмом автомобилей Ford T еще вначале XX века. Суть работы данного устройства заключалось в том, чтобы передачи включались плавно при помощи двух педалей. Одна из них работала на повышение и понижение передач, а другая активировала заднюю передачу. В те времена это было действительно новинкой, ведь тогда в трансмиссиях автомобилей еще не применялись синхронизаторы, обеспечивающие плавность включения.

Вторым направлением стало появление в 30-х годах прошлого века первой полуавтоматической коробки передач, когда планетарным механизмом стала управлять уже гидромуфта. При этом, использование сцепления в автомобиле не отменялось. Данное изобретение принадлежит известной компании General Motors.

Ну и последним изобретением, стало применение гидромуфты в данном типе трансмиссии, которая сводила к минимуму появление рывков. Кроме того, в этот раз помимо 2-х ступеней, впервые был введен овердрайв – повышающая передача, при этом, передаточное число не превышало единицу.

Компания Крайслер, которая в 1930-х годах ввела это новшество, представило новый тип трансмиссии, как полуавтомат, хотя в настоящее время он считается механическим.

В конечном счете, АКПП, в том виде, которую ее привыкли видеть, появилась в 1940-х годах и ее создателем стала компания General Motors. В этот же период, компания отказалась от применения гидромуфты и стала использовать специальный гидротрансформатор, который исключал возможность пробуксовки элемента. Позже был введен стандарт, который подразумевал пять положений селектора на АКПП: «D», «L», «N», «R» и «P».

Дополнительные режимы

«Е»

Так называемый «экономичный» режим работы АКПП. Используется для обеспечения плавного, спокойного, размеренного движения машины. Применяется в тех случаях, когда хочется значительно сократить расход топлива и количество вредных выбросов.

«S»

Спортивный режим – полная противоположность «экономичного». Автоматика позволяет коробке использовать мощность двигателя на полную катушку. Ни о какой экономии топлива в спортивном режиме и речи быть не может. Машина становится более «грязной» и «прожорливой», зато разгоны становятся действительно резкими.

«OD»

Функция «повышенной передачи» или «овердрайва». Как правило, овердрайв включается отдельной кнопкой на рычаге АКПП. О переходе (или выходе) в данный режим свидетельствует отдельный символ на приборной панели. По сути, это включение крайней четвертой или крайней пятой передачи в коробке. Переходить на «овердрайв» можно только на скоростях в 75-110 км/ч. Более того, из данного режима следует выходить на скорости ниже 70 км/ч. Главное достоинство «повышенной передачи» в росте динамики движения авто и экономии топлива на высоких скоростях.

«W»

Зимний режим. Встречается в некоторых АКПП. Иногда обозначается снежинкой. Используется исключительно при трогании на скользкой поверхности. При переключении в этот режим, коробка будет стартовать сразу со второй или третьей передачи.

Роботизированная КПП

Роботизированная модель коробки передач напоминает механический вариант по внешнему виду, но вид управления робот относится к автоматике. Роботизированный КПП дает возможность в несколько раз сократить расход топлива во время движения транспортного средства. Но, многие находят и недостатки в работе робота.

Если транспортное средство оснащено роботизированным оборудованием, водитель может рассчитывать только на сдержанный режим езды. Если водитель решил ускориться, и нажал на газ со всей силой, можно почувствовать, что коробка тяжело переключает скорости. Транспортное средство как будто подтолкнут с задней области вперед. Несмотря на недостаток, у робота масса меньше, чем у аналогичных моделей.

Многие производители решили удалить недостаток из автомобильных средств с роботизированной системой, и дополнили конструкцию автомобилей двумя моделями сцеплений. Каждое сцепление управляет передачами четного и нечетного характера. При этом, коробка стала функционировать легче и спокойней. Но модели с двумя сцеплениями дороже аналогичных вариантов.

Роботизированная коробка передач установлена на:

• Skoda Rapid;
• Skoda Octavia;
• Skoda Yeti;
• Volkswagen Jetta.

Нельзя завести с толкача

Сколько раз вы видели, что заглохшую «механику» запускают под горку или силой молодецкой «с толкача». Лучше следить за состоянием автомобиля заранее, вовремя меняя свечи зажигания, контролируя заряд аккумуляторной батареи и работоспособность электроники, ведь завести таким образом автомобиль, оснащённый «автоматом», у вас не получится. Если же вы это попытаетесь проделать, учитывайте, при неработающем моторе усилитель тормозов тоже не работает, а значит просто остановить начавшую двигаться по инерции машину легким нажатием педали не получится. Можно попытаться, включив зажигание, начать движение на буксире и «прогревать» машину несколько минут. Затем перевести селектор в положение «2» или «L», и если чудо произошло и мотор заработал – в режим «N».

Если двигатель завести не удалось, лучше прекратите всякие попытки это сделать – вред, нанесенный коробке, будет гораздо масштабнее. Лучше сразу вызывать эвакуатор или выездных специалистов из автосервиса – это все равно проще и дешевле, чем потом заниматься ремонтом АКПП.

Коробки Aisin

Aisin –японская компания, тесно связанная с Toyota. Это один из крупнейших производителей трансмиссий в мире. Модельный ряд включает надежные образцы, такие как КПП Toyota серии A: A750 и A760. Ими комплектуются внедорожники, включая Lexus, последние 10 лет. Один из новейших проектов Aisin – первая в мире 8-скоростная поперечная коробка AWF8F35, разработанная в 2013 году.

Моделью AW 55-50 (поперечная 5-ступенчатая трансмиссия с передним приводом для версии 4×4) оснащены многие автомобили Opel и Volvo. Также эти марки используют модели AF33 и FA57. Их слабое место – электромагнитные клапаны контроллера. Проблема устраняется заменой всего модуля с последующей адаптацией коробки. В Saab и Opel владельцы сталкиваются с утечками масла из кулеров.

При этом, несмотря на техническое сходство, коробки от разных моделей зачастую несовместимы. Для сохранения моторесурса и продления срока эксплуатации специалисты рекомендуют не набирать резко скорость в зимнее время, избегать частой замены масла (делать это следует после 60 000 километров пробега). Хотя производители устанавливают меньшие лимиты. Также эксперты рекомендуют использовать смазку, соответствующую стандарту JWS 3309.

Автоматические коробки передач Aisin устанавливали на свои автомобили несколько десятков марок. Компания поставляет «роботов» для большинства моделей Toyota. Это серия A, появившаяся в 1950-х годах, A750/760 устанавливается на Toyota Land Cruiser 120, 100 и Hilux, Lexusy IS, GS. Трансмиссией AWF8F35 комплектуются Opel Insignia, Peugeot Rifter, DS 7.

«Автомат» AW 55-50 дебютировал в 2000 году в автомобилях Volvo: 40, 60 и 70. Он также устанавливался в первом поколении Kadya (двигатель 2.5T), Renault Laguna II V6, Opel Vectra C и Signum и почти на все модели Volvo, включая XC90 от 2000-03.

Новое – не всегда хорошее

У современных «автоматов» появились схожие проблемы с двигателями. Стремление сократить расходы на производство привело к преждевременному растрескиванию корзин сцепления, износу элементов планетарных редукторов. При этом цена запчастей для старых моделей АКПП в десятки раз выше, чем для современных «роботов». Еще один фактор, который следует учитывать, – взлетевшая мощность двигателей, что негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках трансмиссий.

Удорожание и усложнение конструкции провоцирует увеличение режимов. Это связано с необходимостью установки большего количества электроники. Результат – повышение стоимости ремонта.

В преждевременном износе менее надежных, но технологичных современных «роботов» виноваты и сами водители. Спортивный стиль вождения ускоряет разрушение конструктивных элементов. Даже быстрая езда приводит к перегреву коробки. Решит проблему установка дополнительного масляного радиатора. Снизит износ замена штатных муфт на усиленные.

При покупке автомобиля с «автоматом» необходимо показать его специалистам. Только квалифицированные мастера смогут определить, обслуживалась ли трансмиссия согласно графику, какие жидкости для этого использовались. К повреждениям также приводит неправильная буксировка автомобиля.

Сравнительная характеристика двух видов коробок передач

Производители трансмиссии нацелены создать комфортные, экономичные и надёжные агрегаты. Сравним, какая разница по этим критериям между вариатором и автоматом.

Как определить какое устройство установлено в автомобиле

Как различить коробки по внешним признакам:

• вариатор работает в режимах «P», «N», «D», «R». У автомата бывают дополнительные «L», «M»,»OD»;
• шильдик на двери багажника означает: CVT — вариаторная коробка, AT — автомат.

Вариатор отличается от автоматической коробки плавным разгоном и монотонным звучанием. В автомате передачи переключаются с лёгкими толчками.

Разница между вариатором и автоматом с экономической точки зрения

Чей ремонт дешевле: коробки автомат или вариатора? АКПП ставится в автомобили десятки лет. Хорошо изучен. Легко найти мастера или сервис по ремонту конкретной модели. Вместо дорогих фирменных запчастей можно подобрать качественный аналог.

Вариатор отличается от автомата меньшим весом, что отражается на расходе топлива и масла. По эксплуатационным расходам вариатор дешевле. Стоимость масла CVT может быть выше оригинального ATF, но по объему его нужно не более 7 л, в то время, как ATF требуется в среднем от 8 л.

Какое устройство лучше с точки зрения надёжности

Надёжность АКПП или вариатора зависит от модели, эксплуатации и качества обслуживания. При равных условиях ресурс обеих коробок достигает 300 000 км. Агрессивная езда, тяжёлые нагрузки, перегрев — одинаково негативно влияют на работу трансмиссий.

Какая коробка передач лучше для спортивной езды, так это автомат, поскольку вариатор плохо переносит большой крутящий момент. Для CVT подходит равномерное движение со скоростью не выше 150 км/ч.

«Ручной режим АКПП»

Наконец, на автоматических коробках передач бывает также обозначение передачи буквой «М». Если такая есть, то это скорее всего режим «мануал» или просто «ручной режим». По сути, данная опция позволяет эмитировать работу МКПП на АКПП. Повышение и понижение передач при этом осуществляется рычагом через символы «+» и «-». Коробки с этим режимом имеют специальную защиту.

Использование М-ки актуально в тех случаях, когда нужно проехать по суровому бездорожью на пониженной передаче и избежать пробуксовки. Данный режим хорош при прохождении поворотов и совершения ряда других маневров, в том числе резкого обгона. Наконец, режим «М» можно применять при движении накатом с горки (при торможении двигателем).

Многие автомобилистов мучает вопрос о том, как правильно управлять автомобилем, чтобы он прослужил долгие годы? На самом деле в этом нет ничего сложного.

Типы автоматических коробок передач

Существует три наиболее распространенных типа автоматических коробок передач, которые устанавливаются в автомобили — это так называемая «классическая» она же гидравлическая, роботизированная (робот, типтроник) и вариативная (вариатор, CVT).

«Классическая» АКПП

Это первый из появившихся типов коробок. Отличается полным отсутствием какой-либо связи между двигателем и колесами. Состоит из гидротрансформатора (ГТ), зубчатых и планетарных передач. Передаточное число меняется изменением давления масла и различного соединения передач между собой. Управляется автоматом.

Существует 5 основных режимов работы этого агрегата:

• P — парковочная блокировка ведущих колес, блокировка находится в самой коробке и никоим образом не связана с отдельным стояночным тормозом.
• R, в русскоязычном варианте Зх — положение для включения заднего хода. Зачастую существует запрет на включение это режима до полной остановки авто.
• N, на русском Н — собственно «нейтралка», включают при кратковременной остановке или коротком расстоянии буксирования.
• D, или Д — режим для движения машины вперед, при котором используются все ступени кроме повышенных.
• L, или ПП, или Тх — режим пониженной передачи для движения при сложных дорожных условиях.

Справка! Это основные режимы работы, которые в обязательном порядке присутствуют во всех гидравлических АКПП. Кроме них, в зависимости от производителя, существуют дополнительные режимы, облегчающие вождение в разных условиях.

Роботизированная АКПП

Последняя по времени появления разновидность коробки-автомата. По своей сути представляет собой механическую коробку передач под управлением робота, который, в соответствии с заданными алгоритмами, отключает сцепление и переключает передачи. То есть водитель и автомобиль обеспечивают только входящие данные без воздействия на механизм переключения передач.

Роботы для таких коробок используются либо электрические, либо гидравлические. Гидравлические осуществляют работу с помощью гидроцилиндров управляемых электромагнитными клапанами. Они достаточно быстрые, но более энергозатратные. Это основной вид робота для машин спортивного типа.

Электрические роботы более медленные, но более экономичные. Используют в своей работе сервомоторы и различные механизмы. Чаще устанавливаются на бюджетные авто.

Сама же коробка механическая с фрикционным сцеплением. Существуют роботизированные КПП с одинарным и двойным сцеплением.

Справка! Легко отличить робота от «классики» можно по отсутствию у робота знака P, который означает парковочный режим.

Вариатор

Второе название, по которому можно определить тип коробки по документации на автомобиль — CVT (Continuously Variable Transmission). Работает по принципу плавной передачи крутящего момента от двигателя колесам. Как таковые передачи в ней отсутствуют, а передаточное соотношение меняется либо полностью автоматически, в соответствии с заданной программой, либо в ручном режиме.

Наиболее распространены коробки с клиноременным строением вариатора. Изменение передаточного числа в них передается между двумя, состоящими из двух конических частей каждый, шкивами с помощью специального ремня. Так же ремень называют цепью из-за того, что его основная составляющая это металлические полосы. Необходимое для движения цилиндров давление нагнетается масляным насосом, который прокачивает специальную ATF жидкость, которая также выступает в качестве смазки.

Второй тип вариатора — это тороидный. В этом случае усилие передается через тороидные ролики, зажатые между валами и расположенные на одной оси. Используется этот тип достаточно редко.

У этой АКПП есть возможность переключаться на ручной режим управления. В этом случае водитель самостоятельно переключает передачи и это отображается на приборной панели. Но не стоит рассчитывать, что можно будет держать количество оборотов в красной зоне — автоматика просто не дает этого делать, но и заглохнуть при их недостатке невозможно.

Коробки Mercedes

В 80-е и 90-е годы прошлого века Mercedes выпускал чрезвычайно надежные коробки передач 4G Tronic (722.3 и 722.4). Они откалиброваны так, чтобы снизить износ двигателя и собственных компонентов в любых условиях. В большинстве случаев автомобиль стартует со второй передачи, что обеспечивает плавность хода и сокращает количество рывков.

Между ремонтами эти КПП проходят сотни тысяч километров. Коробка передач 722.5 имеет дополнительную пятую передачу с электрическим управлением, считается более долговечной. «Автомат», скрывающийся под обозначением «722.6» (торговое наименование «5G-Tronic»), является более спорным. Он основан на электронном управлении и блокировке гидротрансформатора. Пока трансмиссия устанавливалась на автомобили с не очень мощными двигателями, серьезных проблем не было.

Они появились, когда агрегат начали сочетать с дизелями. Без серьезных доработок коробка устанавливалась на мощные версии S-класса, например ML с 4-литровым дизельным силовым агрегатом. Огромный крутящий момент моторов привел к необходимости проводить ремонт каждые 50 000-100 000 км. Более современные варианты коробок Mercedes – 7-ступенчатая 722,9 и новейший 9G-Tronic, получивший обозначение 725,9.

Эксперты справедливо отмечают высокую надежность «автоматов» немецкой марки, произведенных в 80-е и 90-е годы прошлого столетия. Например, 4G-Tronic устанавливался на модели 190, W124, W126 и сегодня эксплуатируется без проблем. Не отличался капризностью «автомат» 722.6, которым комплектовались модели класса C, E и S до 2013 года. Также он устанавливался на первое поколение ML (W163) и класс G. Здесь и начались проблемы.

Автомат 722.6 можно найти в автомобилях SsangYong, Jaguar (XJ и XK) и даже в Porsche. Следующее поколение 7G устанавливали на все модели немецкого бренда, а также на корейские машины. Новейшим 9-ступенчатым вариантом уже комплектуется модельный ряд Mercedes.

Основные режимы:

«P»

Данный режим используется на стоянке. Включать его можно только после полной остановки автомобиля на ровной поверхности. Переход в режим «Р» осуществляется до того, как будет отпущена педаль тормоза. После переключения мотор будет отсоединен от трансмиссии. Для блокировки используется дополнительная шестерня.

Важно: если использовать «Р» в движении, можно сломать фиксирующую шестерню, что чревато дорогостоящим ремонтом мотора. Также нельзя использовать описываемый режим без ручного тормоза автомобиля, при парковке на уклоне, превышающем 15 градусов

Также нельзя использовать описываемый режим без ручного тормоза автомобиля, при парковке на уклоне, превышающем 15 градусов.

«R»

Режим движения задним ходом. Активировать реверс можно только после полной остановки автомобиля. Перед начала движения назад, следует подождать примерно 1.5 секунды. Без нажатия кнопки-фиксатора на рукоятке АКПП из этого режима можно перейти только в нейтральный.

«N»

Нейтральная передача. В ней двигатель работает в холостую (не передает крутящий момент колесам). Как правило, нейтраль используется для кратковременных остановок. Крайне не рекомендуется включать нейтральную передачу до остановки машины. Также «нейтралка» используется во время буксировки автомобиля. При этом буксировка должна происходить на скорости не выше 45 км/ч (и непродолжительное время).

В этот же режим можно вернутся без снятия нажатия кнопки из режима «Драйв» при полной остановке.

«D», «D1», «D2», «D3»

Основной режим работы АКПП обозначается буквой «D». Езда на 4 передачах. В этом режиме, в зависимости от текущего нажатия педали газа, электроника сама будет осуществлять понижение или повышение передачи.

Режимы, обозначенные просто цифрами (1, 2, 3) или буквой «D» с какой-нибудь из цифр означает пониженные передачи. Соответственно в 3-ке коробка не будет переключаться выше третьей передачи. В 2-ке АКПП не станет переключаться выше 2-ой передачи.

Режим «D1» или «1» или «L» — это использование только первой передачи. Применяется в тех случаях, когда скорость авто не может превысить 25 км/ч. Данный режим ни в коем случае нельзя включать во время движения при большой скорости! В противном случае, может случится потеря управления и занос. «Единица» применяется также применяется в ситуациях, когда нужно на полную катушку использовать возможности автомобиля по торможению двигателем.

Как работает автоматическая коробка передач автомобиля

Итак, прежде чем говорить о том, что такое трансмиссия автомат, как работает данный тип коробок и какова их надежность и ресурс, сразу отметим, что данный тип КПП повсеместно встречается на тяжелых  внедорожниках и другой технике, рассчитанной на тяжелые условия эксплуатации. Другими словами, это уже можно считать весомым аргументом.

Идем далее. Конструктивные особенности АКПП и принцип ее работы в большей или меньшей степени отличаются от механических коробок передач. Коробка-автомат, как и другие типы трансмиссий, выполняет задачу изменения крутящего момента и, соответственно, скорости движения транспортного средства. При этом все происходит автоматически, то есть без участия водителя.

Также АКПП позволяет «отсоединить» двигатель от трансмиссии (нейтральная передача). При этом среди различных автоматов можно выделить гидроавтомат (гидромеханическую ступенчатую АКПП), бесступенчатые вариаторы и роботизированные коробки передач с одним (типа АМТ) и двумя сцеплениями (типа DSG).

Волне логично, что любая автомат коробка будет сложнее механики, однако это не означает, что такой тип КПП заметно проигрывает оппоненту. Более того, информация о низкой надежности автоматических коробок никак не распространяется на все автоматы. Также часто виной преждевременных поломок АКПП становится не сам агрегат, а  владелец, практикующий нарушение правил его эксплуатации и облуживания.

Для простоты понимания, то есть какой принцип работы автоматической коробки передач, следует рассмотреть гидромеханический ступенчатый автомат. Данную КПП можно разделить на три составляющих элемента:

1. Гидравлика
2. Механика
3. Электронное управление

Механическая часть является планетарным рядом (планетарная передача), то есть физическими ступенями (скоростями). Гидравлика в АКПП осуществляет передачу крутящего момента, а также за счет жидкости ATF реализовано переключение передач путем ее воздействия на исполнительные механизмы.

Электроника тесно интегрирована в ЭСУД автомобиля, фактически управляет работой гидравлической системы, перераспределяет потоки  трансмиссионной жидкости, отвечает за выбор режимов АКПП и т.д.  

Преобразование крутящего момента ДВС и его передача на коробку  происходит за счет гидротрансформатора («бублик» АКПП).  Если просто, ГДТ является гидромуфтой и выполняет задачу сцепления по аналогии с МКПП. При этом жесткой связи между АКПП и ДВС нет, так как крутящий момент передается через жидкость, которая с лопаток насоса отбрасывается на лопасти турбины.

Планетарный ряд  похож на пакеты шестерен в МКПП, то есть ступенчато изменяет передаточное отношение в АКПП. Фрикционы АКПП являются механизмами, которые осуществляют переключение передач.

Управление коробкой автомат осуществляется в гидроблоке, который является клапанной плитой. Если просто, гидроблок представляет собой систему каналов с клапанами (соленоидами) и плунжерами, а также датчиками. 

ЭБУ АКПП получает сигналы от датчиков, учитывается скорость движения ТС, нагрузка на ДВС, степень открытия дроссельной заслонки и положение педали газа и т.д.  Затем формируются управляющие сигналы, которые посылаются на соленоиды.  Срабатывание клапанов по команде ЭБУ позволяет перераспределять жидкость в гидроблоке и тем самым воздействовать на фрикционы. Результат – автоматическое, быстрое, плавное и своевременное переключение передач.  

Что касается вариаторов CVT и роботов DSG, у вариатора основным отличием от «классической» АКПП, рассмотренной выше, является отсутствие физических ступеней (передач) в самой коробке, при этом также имеется гидротрансформатор и гидроблок.

На DSG и аналогах устройство самой коробки больше напоминает МКПП, нет гидротрансформатора, но также есть гидроблок (мехатроник). Другими словами, используются различные комбинации тех или иных решений.

Отметим, что наиболее приближенным к МКПП по конструкции и наименее комфортным при езде является только обычный робот АМТ, который фактически можно считать автоматизированной механикой (переключение передач и управление работой сцепления реализовано при помощи отдельных сервомеханизмов).    

Классическая автоматическая коробка передач

Классический вариант АКПП считается наглядным примером автоматической трансмиссии. К техническим характеристикам традиционной модели можно записать отсутствие связи между колесами и двигателем. При этом, крутящий момент переходит с использованием рабочей жидкости с применением двух установленных турбин. Современные варианты классических передач подстроены под зимние условия, или режим работы спортивной направленности. При этом, езда может стать экономичной. Одни модели позволяют переходить на ручное управление.

Расход топлива на устройстве с АКПП меньше, чем на механической коробке. Старт и разгон производится быстрей. Модели автомобилей с подобным оборудованием стоят дороже.

После лет разработок автоматическая коробка может быть управляема под конкретно установленные и необходимые условия во время вождения. При этом, транспортные средства можно подстраивать под необходимые условия, например, зимние.

Если на автомобиле установлен доступ к ручному правлению, вождение зависит не только от водителя. Компьютер контролирует движение, и работает даже на ручном режиме. Поэтому разумней назвать режим полуавтоматическим.

Классическая коробка передач входит в комплектацию автомобилей:

• Uz-daewoo Gentra;
• Nissan Almera;
• Chevrolet Cobalt;
• Hyundai Accent;
• Renault Logan Classic.