Устройство коробки – автомат: как работает автоматическая КПП

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).    

Чем удобна автоматическая коробка передач?

Автоматическая трансмиссия имеет несколько преимуществ:

1. Автоматическое переключение скоростей упрощает процесс управления автомобилем, поскольку сокращается число педалей. Водителю не надо контролировать обороты двигателя и включенную передачу.
2. Проходимость транспортного средства, оборудованного автоматической трансмиссией, выше. Повышение проходимости достигается исключением разрыва потока мощности и крутящего момента при переключении скоростей.
3. Снижение динамических нагрузок, передаваемых на силовой агрегат и узлы трансмиссии.
4. Защита от запуска при включенной передаче. Встроенная в коробку система контроля блокирует стартер при установке селектора в положения, отличные от парковки и нейтрали. Современные автомобили позволяют выполнить пуск только в положении парковки.

К недостаткам автоматических коробок обычно относят:

1. Потери мощности в гидротрансформаторе, которые приводят к росту топлива. На современных многоскоростных коробках этот недостаток устранен путем обеспечения оптимальной частоты вращения двигателя и введения блокировки гидротрансформатора с компьютерным управлением.
2. Несколько сниженная динамика автомобиля с автоматической трансмиссией. Проблема решена на коробках с двумя сцеплениями, которые обеспечивают быстрое переключение скоростей.
3. Невозможность буксировки автомобиля или запуска мотора буксированием.
4. Быстрый износ рабочих элементов в бесступенчатых вариаторах. Невозможность с силовыми установками, развивающими крутящий момент более 300 Н/м.
5. Застрявший автомобиль нельзя освободить раскачкой (быстрым переключением первой и задней передачи), поскольку от подобных манипуляций автоматическая коробка выходит из строя.

Как работает автоматическая коробка передач?

Автоматическая гидромеханическая коробка передач в классическом варианте состоит из планетарных редукторов, гидротрасформатора, обгонных и фрикционных муфт, соединительных барабанов и валов.

Не вдаваясь в дебри, тем более ремонт АКПП своими руками делать настоятельно не рекомендуется, принцип работы автоматической КПП отличается тем, что переключение передач происходит за счет взаимодействия планетарных механизмов и гидромеханического привода при помощи электронных исполнительных устройств.

Особенности эксплуатации АКПП уже освещались на страницах сайта. Но мы повторимся.

Ну вот, собственно, можно заводить, прогревать и начинать движение.

Удачи вам, любители своего автомобиля.

Обслуживание и ремонт автоматической коробки передач

Стоит отметить, что каждая АКПП вне зависимости от года выпуска и числа ступеней, нуждается в периодическом обслуживании. Данная операция предполагает замену масла. В автоматической коробке передач оно подвергается более высоким нагрузкам, поскольку циркулирует в системе под давлением и позволяет передавать крутящий момент. регламенты у каждого производителя разные. Однако в среднем замена масла должна осуществляться каждые 60-70 тысяч километров.

Каким способом можно осуществить замену? Всего есть два метода:

• Частичная. В данном случае масло меняется не полностью. Так, сперва из сливного отверстия выливается старая жидкость. Обычно ее объем составляет не более 50 процентов от заправочного. После этого через щуп в коробку заливается новое масло. Его объем должен быть идентичным тому, который был слит ранее. Плюс данного метода в том, что его можно осуществить своими руками. Для этого нужна лишь яма и трубка-удлинитель. Но недостаток тоже есть. Ввиду того, что масло сливается не полностью, замену нужно производить вдвое чаще. Таким образом, в случае частичной замены коробка требует внимания не каждые 60, а 30 тысяч километров пробега.
• Полная. В данном случае задействуется специальное вакуумное оборудование. Насос выкачивает из системы весь объем масла, параллельно загоняя новое. Это более правильный метод замены, но в нем есть пара минусов. Так, данный способ невозможно применить своими руками. К тому же стоимость такой замены будет в несколько раз выше. Ведь помимо расходов на работу мастера, потребуется закупить больше АТФ-жидкости. Обычно при заправочном объеме в 8 литров для замены требуется около 12 л.

Теперь о ремонте. Наиболее безобидной операцией считается замена сальников и прокладок. Как правило, об износе уплотнительных элементов свидетельствует течь масла на корпусе коробки. Одна из наиболее частых операций – это замена прокладки поддона автоматической коробки передач.

Есть и более серьезные методы ремонта. Так, со временем может загрязняться гидроблок. Обычно это грязь от пакетов фрикционов. В результате золотники перестают нормально функционировать, и коробка начинает пинаться. Технология ремонта заключается в разборке гидроблока и замене вышедших из строя золотников. В некоторых случаях помогает лишь чистка гидроплиты.

Ремонт может потребоваться и в случае неисправности соленоидов. Причина их выхода из строя банальна. Это мелкие отложения в масле, которые каким-либо образом попали из фильтра на клапаны. В итоге последние начинают заедать и неправильно работать. Ремонт заключается в замене бронзовых втулок и колец соленоидов.

Если вовремя не устранить данную проблему, возрастет зазор между кольцом и корпусом вала. Из-за этого в щель будет сочиться масло. А так как давление в блоке упадет, насос вынужден более интенсивно качать масло (чтобы сжать фрикционы). Это происходит до тех пор, пока насос АКПП полностью не выдохнется. Характерным признаком изношенного насоса является повышенный гул и вой при работе АКПП.

Также выйти из строя может электронный блок управления коробки. Из-за этого электроника не может подавать правильно сигналы на исполнительные устройства. Коробка не в состоянии переключить передачу при высоких оборотах либо переключения осуществляются с рывками. Также коробка может вставать в аварийный режим. Ремонт АКПП в данном случае заключается в замене блока либо восстановлении шлейфов в случае их повреждения.

Что касается стоимости ремонта трансмиссии, цена зависит во многом от характера поломки. Но зачастую цена составляет от 30 до 90 тысяч рублей.

Принцип действия

Запуск АКПП происходит одновременно с включением двигателя. Работающий маслонасос нагнетает во внутреннее пространство коробки масло. Оно воздействует на гидравлический трансформатор и раскручивает его до скорости вращения коленчатого вала. Как только происходит нажатие на педаль газа и щелканье передачи, масло начинает свое движение к турбине и приводит ее во вращение. Затем смазка возвращается обратно к колесу насоса и ускоряет его.

Охлаждающую функцию масла выполняет радиатор АКПП, через который оно проходит. Расположенные в коробке датчики постоянно передают информацию на блок управления. Система считывает показания и изменяет нагрузку на мотор. Во время езды это обеспечивает щелканье скоростей в случае необходимости увеличения или уменьшения оборотов двигателя.Также АКПП можно переключать в ручном режиме. Примером является паркинг. Включается, когда автомобиль ставится на стоянке.

Гидротрансформатор

С помощью узла обеспечивается сцепление между мотором и трансмиссией. Задача состоит в осуществлении передачи и преобразовании крутящего момента.

Функции гидротрансформатора состоят в следующем:

• Воспринимать крутящий момент и изменять его в сторону увеличения.
• Разрывать связь между двигателем и трансмиссией при изменении скорости.
• Вести защиту АКПП в случае необходимости набора скорости или торможения двигателем.
• Забирать частично крутящий с целью обеспечения плавной смены передачи.
• Гасить вибрацию от работы двигателя.

Также гидротрансформатор обеспечивает работу мотора на холостом ходу.

Система смазки и охлаждения

Очень важна для нормального функционирования коробки передач, поэтому в ней используется специальная гидравлическая жидкость ATF, именно она смазывает и охлаждает подвижные элементы. Охлаждение рабочей жидкости происходит в радиаторе охлаждения, который бывает внутренний и внешний. Внутренний радиатор (представляет собой теплообменник) располагается внутри радиатора охлаждающей жидкости двигателя. Также бывают более сложные теплообменники, которые имеют собственное жидкостное охлаждение, они устанавливаются на корпус коробки. Внешний располагается отдельно и представляет собой полноценный радиатор. На некоторых автомобилях в магистраль охлаждения от АКПП к радиатору встраивается термостат, регулирующий проходимый через него объём масла. Чтобы не допустить загрязнение каналов системы частицами, которые образуются при износе подвижных деталей устанавливается фильтр, он очищает рабочую жидкость.

АКПП с внешним радиатором охлаждения масла

АКПП со встроенным радиатором охлаждения в радиатор двигателя

Радиатор охлаждения масла АКПП с системой жидкого охлаждения

Управление коробкой передач осуществляется путём выбора необходимого режима работы рычагом селектора. На разных моделях может присутствовать разное сочетание режимов работы:

• Р (Neutral) – режим для длительной стоянки;
• N (Parking) – для кратковременной стоянки или буксировки;
• R (Reverse) – движение назад;
• L1, 2, 3 (Low) – понижающая предназначена для движения в тяжёлых дорожных условиях (пересеченная местность, крутой спуск или подъём);
• D (Drive) – движение вперёд, является главным режимом;
• D2/D3 – режимы ограничивающие переключение передач;
• S, P (Sport, Power, Shift) – спортивный режим движения;
• Е (Есоn) – обеспечивается более экономный стиль движения;
• W (Winter, Snow) – зимний режим, предусматривает мягкий старт с повышенной передачи для исключения пробуксовки, смена передачи осуществляется на пониженных оборотах;
• +/- — функция ручного переключения передач.

В некоторых моделях присутствует O/D (Overdrive) – специальная кнопка разрешающая переключаться на повышенную передачу, также бывает режим kick-down, который принудительно включает пониженную передачу при резком нажатии на педаль газа, за счёт чего обеспечивается более интенсивное ускорение.

Мы постарались наиболее подробно и доступно разобрать устройство АКП, принцип работы отдельных элементов и их взаимодействие. Но технологии не стоят на месте, возможно уже сейчас внедряют новые принципы работы, которые придутся по душе любому обывателю.

Подробнее о планетарной передаче

Многие считают основой АКПП гидротрансформатор, однако на деле он столь же важен, как и хитрая система планетарных передач. Как уже было указано, каждый элемент «автомата» имеет свое место и спроектирован из расчета на эксплуатацию в конкретной модели агрегата. В случае планетарных передач точность исполнения каждой шестерни крайне важна. Речь идет о:

• Солнечной шестерне;
• Кольцевой шестерне;
• Сателлитах и водиле.

Любая принципиальная схема планетарной передачи сводится к тому, что одна из устанавливаемых шестерен имела жесткую фиксацию. Например, солнечная шестерня или водило. Общий принцип планетарной передачи АКП предусматривает вращение шестерен аж трех типов. На практике для реализации 5- и 6-ступенчатых коробок передач одного планетарного механизма оказывается недостаточно.

Современная трансмиссия в автомобилях с коробкой-автоматом имеет т.н. планетарные ряды. Они связаны друг между другом несколькими планетарными механизмами. Планетарный ряд в зависимости от условий позволяет реализовывать достаточно широкий диапазон передаточных отношений: от 0.7:1.0 (повышенные передачи) до 4.5:1.0 (пониженные). Работает система так же, как и блок шестерен в механических коробках передач. Разница в том, что планетарная передача компактнее, позволяет реализовать наиболее широкий диапазон передаточных чисел, работает с большими нагрузками, имеет небольшую вибронагруженность и может похвастать высокой плавностью работы.

Режимы работы гидротрансформатора

Отсутствие жесткой связи в гидротрансформаторе имеет свои достоинства и недостатки. Плюсы: крутящий момент изменяется плавно и бесступенчато, демпфируются крутильные колебания и рывки, передаваемые от двигателя к трансмиссии. Минусы — низкий КПД, так как часть энергии теряется при «перелопачивании масла» и расходуется на привод насоса АКПП, что, в конечном итоге, приводит к увеличению расхода топлива.

При работе гидротрансформатора происходит значительный нагрев рабочей жидкости, поэтому в конструкции АКПП предусматривается система охлаждения с радиатором, который или встраивается в радиатор двигателя, или устанавливается отдельно.

Гидротрансформатор Планетарный ряд

Тормозная лента Пакеты фрикционов

Гидротрансформатор (torque converter ) — предназначен для того чтобы передавать крутящий момент от двигателя к компонентам АКПП. Установлен он в кожухе расположенном между коробкой и двигателем выполняя функции сцепления. Наполненный рабочей жидкостью в процессе работы он несет высокие нагрузки вращаясь с довольно большой скоростью. Он, поглощая и сглаживая вибрации двигателя и передавая крутящий момент, приводит в действие насос для масла, который находится в коробке передач.

Планетарный ряд — в отличие от «механики», где сцепляющиеся между собой шестеренки и параллельные валы, в «автоматах» в основном используются передачи планетарные.

Составные части фрикциона — давлением масла в движение приводится поршень (piston). Поршень двигаясь под давлением масла, посредством конического диска ( dished plate) прижимает очень плотно ведомые к ведущим дискам пакета, от чего они вращаются единым целым и осуществляют передачу крутящего момента от барабана к втулке. Несколько планетарных механизмов, обеспечивающие необходимые передаточные отношения, расположены в корпусе коробки передач.

Передачу же крутящего момента от двигателя через механизмы планетарные непосредственно к колесам осуществляется при помощи фрикционных дисков, дифференциала и прочих сервисных устройств. Посредством трансмиссионной жидкости через систему контроля и управления происходит управление всеми перечисленными устройствами.

Тормозная лента — устройство посредством которого осуществляется блокировка элементов планетарного ряда.

Гидроблок — сложнейший механизм в автоматической коробке. Как мы уже писали выше, это мозги трансмиссии. Наиболее дорогстоящая по ремонту деталь.

Устройство АКПП Видео

Как работает автоматическая коробка передач? Возможности и характеристики

Такая трансмиссия включает следующие режимы:

• “нейтраль”;
• “паркинг”;
• задний ход;
• скорости.

Передачи зависят от интенсивности езды и условий. Если агрегат исправен, он “думает” всего 15 мс (у обычного человека реакция медленнее). Базовый “пункт” управления — ручка, располагающаяся около руля (например, на “олдскульных” японских и американских машин) или рычага коробки. Иногда основным запускающим элементом является кнопочная панель (класс “люкс” прошлого поколения). 

Принцип работы автоматических коробок передач основан на снижении участия водителя в процессе управления техническим средством (не надо работать со сцеплением и переключающей ручкой). Чтобы избежать опасных ситуаций на дороге из-за случайных переключений, “автомат” имеет несколько видов защиты:

• когда селектор расположен на одной из скоростей, двигатель нельзя запустить;
• переключение происходит при помощи кнопки напольных рычажных компоновок (если рычажок расположен на руле, его нужно оттянуть);
• отключение режима “паркинг” возможно только после нажатия тормозной педали.

Нужен ли автомобилю с коробкой автоматом ручной тормоз?

Абсолютно все автомобили оборудованы стояночным тормозом. Отличаются лишь механизмы его реализации: механический, электромеханический или полностью электронный. Однако, несмотря на это, подавляющее большинство владельцев авто с АКПП пренебрегают его использованием, мотивируя это тем, что достаточно поставить машину на «паркинг», а при короткой остановке и вовсе достаточно и рабочего тормоза. Но, к сожалению, такой подход не верен. Поскольку даже в инструкции производителя предписывается постоянное использование ручного тормоза при длительной стоянке

Вероятнее всего такая предосторожность вызвана банальной перестраховкой автомобильных компаний, которую, справедливо говоря, сложно назвать излишней. Тем более что существует множество ситуаций, в которых невозможно обойтись без «ручника»:

Подведем итоги

Как видно, использование коробки — автомат не предполагает каких-либо сложностей, однако необходимо соблюдать определенные правила и придерживаться целого ряда рекомендаций.

Прежде всего, данную коробу нужно прогревать, на «автомате» нежелательно буксовать или часто ездить с прицепом, всячески нагружать автомобиль, перегревать АКПП в пробках и т.п.

Только соблюдение условий и правил эксплуатации коробки — автомат позволяет сохранить плановый ресурс АКПП (особенно с учетом достаточно высокой стоимости ремонта «автомата»), а также не испытывать каких-либо проблем и сбоев (толчки, пинки, рывки АКПП) во время езды на автомобиле с трансмиссией данного типа.