Как работает автоматическая коробка передач.
Если Вы ездили хотя бы раз на автомате, тогда Вам известны принципиальные отличия между автоматическими и механическими коробками передач:
в автоматической КПП нет педали сцепления и нет рычага переключения передач. Вам только надо выбрать режим движения вперед — drive, все остальное происходит автоматически.
Эта статья посвящена принципам работы АКПП. Мы начнем с ключевого механического решения – планетарная передача. Затем рассмотрим, из чего состоит автомат, познакомимся с его управлением и обсудим нюансы процесса управления АКПП.
Как и у механики, основная задача автомата – позволить двигателю работать в узком диапазоне входных скоростей и получать широкий диапазон скоростей на выходе.
Без трансмиссии машины ехали бы на одном передаточном числе, которое подбиралось бы исходя из желаемой скорости передвижения. Если такая скорость была бы 120 км/ч, то передаточное число соответствовало бы 3-й передаче современной механики.
Полагаем, что Вы никогда не пытались ездить только на 3-й передаче. А если попробовать, то станет очевидно, что машина совсем не ускоряется на средних оборотах, а на высоких скоростях двигатель ревет около красной зоны. Такая машина очень быстро бы ломалась.
Итак, КПП максимально эффективно использует крутящий момент двигателя для работы на определенной скорости.
Ключевое отличие между механикой и автоматом заключается в следующем: механика включает и выключает разные наборы шестерней для того, чтобы выходной вал получал различные передаточные числа, тогда как автомат использует один и тот же набор шестерней для получения различных передаточных скоростей.
Планетарная передача – это устройство, которое позволяет это делать автомату.
Посмотрим, как работает планетарная передача.
Планетарная передача & Передаточные числа
Если разобрать автомат и заглянуть внутрь, то мы обнаружим огромное скопление частей на маленьком пространстве.
Основной секрет автомата – планетарная передача. Размером с дыню, эта часть автомата производит его все передаточные числа. Все остальное в трансмиссии помогает планетарной передаче выполнять эту задачу. Автомат состоит из двух полных планетарных передач, связанных вместе в один компонент.
Каждый из этих компонентов может работать на вход и на выход, а также может быть зафиксирован. Выбирая, какой компонент, какую роль выполняет, мы определяем передаточное число всего соединения.
Посмотрим на одинарную планетарную передачу.
Одна из планетарных передач нашей трансмиссии имеет коронную шестерню с 72 зубьями и солнечную шестерню с 30 зубьями. Мы можем получить много передаточных чисел для этой пары.
| Вход | Выход | Стационарно | Формула | Передаточное число | |
| A | Солнечная шестерня (S) | Сателлиты (C) | Коронная шестерня (R) | 1 + R/S | 3.4:1 |
| B | Сателлиты (C) | Коронная шестерня (R) | Солнечная шестерня (S) | 1 / (1 + S/R) | 0.71:1 |
| C | Солнечная шестерня (S) | Коронная шестерня (R) | Сателлиты (C) | -R/S | -2.4:1 |
Если затормозить два из трех компонентов планетарной передачи, то передаточное число всего механизма станет равным 1:1. Обратите внимание, что первое передаточное соотношение – это понижение – выходная скорость ниже входной. Второе соотношение — овердрайв – выходная скорость выше входной. Последнее соотношение – снова понижение, при этом направление движения на выходе противоположное. Из этой конструкции можно получить еще несколько передаточных соотношений, но именно эти имеют отношение к автоматической трансмиссии. Вы можете посмотреть работу планетарной передачи в движении:
Нажимайте на кнопки слева в таблице.
Итак, этот тип передачи может производить все эти различные передаточные числа без необходимости включать и выключать передачи. С двумя такими передачами мы получаем 4 передачи и одну передачу назад – все, что нужно нашей КПП. Позднее мы посмотрим, как наши две планетарные передачи работают в едином узле.
Как устроена коробка-автомат с гидротрансформатором
Достоинство гидротрансформаторной трансмиссии заключается, конечно же, в удобстве управления тягой автомобиля. В упрёк таким трансмиссиям можно поставить медлительность, невысокий КПД и относительно небольшой ресурс. Хотя надо отдать им должное — современные коробки отличаются завидной «скорострельностью».
Не падайте в обморок, ничего сложного здесь нет. Сейчас всё растолкуем. Но сначала давайте определимся с терминологией. Дело в том, что многие по ошибке автоматической коробкой передач называют два агрегата, соединённых воедино: собственно саму коробку и гидротрансформатор.
Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин — центробежного насоса и центростремительной турбины. Между ними расположен направляющий аппарат — реактор. Насосное колесо жёстко связано с коленчатым валом двигателя, турбинное — с валом коробки передач. Реактор же, в зависимости от режима работы, может свободно вращаться, а может быть заблокирован при помощи обгонной муфты.
Полезная энергия в гидротрансформаторной трансмиссии расходуется на перелопачивание (и нагрев) масла гидротрансформатором. Также немало энергии «жрёт» насос, который создаёт рабочее давление в управляющих магистралях. Отсюда более низкий КПД. Именно по этой причине механические роботизированные коробки и вариаторы более предпочтительны.
Гидротрансформатор является идеальным демпфером крутильных колебаний и способен гасить сильные толчки, которые передаются от двигателя на трансмиссию и наоборот. Это, кстати, очень благоприятно сказывается на ресурсе двигателя, трансмиссии и ходовой части. Но хлопот гидротрансформатор тоже может принести массу. Например, он не позволяет завести автомобиль с «толкача».
Передача крутящего момента от двигателя к коробке передач осуществляется потоками рабочей жидкости (масла), которая отбрасывается лопатками насосного колеса на лопасти колеса турбинного. Между насосным колесом и турбиной обеспечены минимальные зазоры, а их лопастям придана специальная геометрия, которая формирует непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости. Так что получается, что жёсткая связь между двигателем и трансмиссией отсутствует. Это обеспечивает работу двигателя и остановку автомобиля с включённой передачей, а также способствует плавности передачи тягового усилия.
Схема устройства гидротрансформатора
Масло в гидротрансформаторе двигается по такой вот замысловатой траектории. Чтобы увеличить скорость и повысить крутящий момент на турбинном колесе, реактор блокируется. Правда, при этом КПД передачи несколько снижается.
Надо сказать, что по описанной выше схеме работает гидромуфта, которая просто передаёт крутящий момент, не трансформируя его величину. Чтобы изменять момент, в конструкцию гидротрансформатора введён реактор. Это такое же колесо с лопатками, но оно, имея связь с картером (корпусом) коробки передач, не вращается (заметим, до определённого момента). Лопатки реактора расположены на пути, по которому масло возвращается из турбины в насос, и они имеют особый профиль. Когда реактор неподвижен (гидротрансформаторный режим), он увеличивает скорость потока рабочей жидкости, циркулирующей между колёсами. Чем выше скорость движения масла, тем выше его кинетическая энергия, тем она большее оказывает воздействие на турбинное колесо. Благодаря этому эффекту момент, развиваемый на валу турбинного колеса, удаётся значительно поднять.
Гидротрансформатор ZF и многодисковое сцепление Sachs, блокирующее насосное и турбинное колёса.
Представьте себе стандартную ситуацию — передача в коробке уже включена, а мы стоим на месте и жмём себе на педаль тормоза! Что происходит в этом случае? Турбинное колесо находится в неподвижном состоянии, а момент на нём в раза выше (в зависимости от конструкции) того, что развивает двигатель на этих оборотах. Кстати, момент на выходном валу гидротрансформатора будет тем больше, чем будут выше обороты двигателя. Стоит отпустить педаль тормоза, и автомобиль тронется. Разгон будет продолжаться до тех пор, пока момент на колёсах не сравняется с моментом сопротивления движению машины.
Алюминиевый селектор управления автоматической трансмиссией BMW X5.
Когда турбинное колесо приближается по оборотам к скорости вращения насосного колеса, реакторное колесо освобождается и начинает вращаться вместе с двумя «напарниками». В этом случае говорят, что гидротрансформатор перешёл в режим гидромуфты. Так снижаются потери, и увеличивается КПД гидротрансформатора.
А поскольку в некоторых случаях надобность в преобразовании крутящего момента и скорости отпадает, в определённые моменты гидротрансформатор и вовсе может быть заблокирован при помощи фрикционного сцепления. Этот режим помогает довести КПД передачи практически до единицы, проскальзывание между лопаточными колёсами в этом случае исключено по определению.
Но представьте себе такую ситуацию. Вы едете по прямой с постоянной скоростью и вдруг начинаете подниматься в горку. Скорость автомобиля начнёт падать, а нагрузка на ведущие колёса увеличится. На это изменение тут же отреагирует гидротрансформатор. Как только станет уменьшаться частота вращения турбины, реакторное колесо начнёт автоматически затормаживаться, в результате скорость циркуляции рабочей жидкости возрастёт, что автоматически приведёт к увеличению крутящего момента, который будет передаваться на вал от турбинного колеса (читай на колёса). В некоторых случаях увеличившегося момента хватит для того, чтобы преодолеть подъём без перехода на низшую передачу.
Поскольку гидротрансформатор не может преобразовывать скорость вращения и передаваемый крутящий момент в широких пределах, к нему присоединяют многоступенчатую коробку передач, которая, вдобавок ко всему, способна обеспечить и реверсивное вращение (иными словами — задний ход). Те коробки, которые работают в паре с гидротрансформаторами, обычно включают в себя ряд планетарных передач и имеют много общего с привычными нам «ручными» коробками.
Когда передача работает в режиме повышения частоты, двигатель вращает водило. Выходной вал передачи при этом соединён с солнечной шестернёй, в это время кольцевая шестерня зафиксирована.Если кольцевую шестерню отпустить и в это время при помощи фрикциона её зафиксировать относительно водила, передача получится прямой.Передача получается понижающей в том случае, когда движок приводит в действие солнечную шестерню, и при этом водило зафиксировано. Мощность при этом снимается с кольцевой шестерни.
В механической коробке шестерни находятся в постоянном зацеплении, при этом ведомые — свободно вращаются на вторичном валу. Включая передачу, мы механически блокируем соответствующую шестерню на ведомом валу. Работа автоматической коробки передач построена на таком же принципе. Но планетарные передачи (или редукторы) имеют некоторые интересные особенности. Они включают в себя несколько элементов: водило, сателлиты, солнечную и кольцевую шестерни.
Планетарная передача
Приводя во вращение одни элементы и фиксируя другие, такие редукторы позволяют менять передаточные отношения, то есть скорость вращения и передаваемое через планетарную передачу усилие. Приводятся планетарные передачи от выходного вала гидротрансформатора, а их соответствующие элементы фиксируются при помощи фрикционных лент или фрикционных пакетов (в механической коробке эту роль играют синхронизаторы и блокирующие муфты).
Планетарные передачи. Водило (1), сателлиты (2), шлицы солнечной шестерни (3).
Включается передача следующим образом. На фрикцион давит гидравлический толкатель, который в свою очередь приводится в действие давлением рабочей жидкости, той самой, что используется в гидротрансформаторе. Давление это создаётся специальным насосом, а распределяется оно между соответствующими фрикционами передач под неусыпным контролем электроники при помощи специальной системы электромагнитных клапанов — соленоидов в соответствии с алгоритмом работы коробки.
Пакеты фрикционов состоят из нескольких колец — неподвижных и подвижных. Они свободно вращаются друг относительно друга до тех пор, пока не возникнет необходимость включить передачу. Гидравлический толкатель зажмёт фрикционы тогда, когда в соответствующей магистрали будет создано рабочее давление. Подвижные элементы фрикциона, жёстко связанные, например, с водилом планетарной передачи, будут застопорены, водило остановится, передача включится.
Существенное отличие АКПП от обычных механических коробок заключается в том, что передачи в них переключаются практически без разрыва потока мощности. Одна выключилась, другая почти в тот же момент включилась. Сильные рывки при переключениях практически исключены, поскольку их гасит уже упомянутый выше гидротрансформатор. Хотя, надо отметить, современные коробки со спортивной настройкой не могут похвастать плавной работой. Толчки при их работе обусловлены более быстрой сменой передач: такой расклад позволяет отыграть некоторое количество времени при разгоне, но приводит к ускоренному износу фрикционов. На трансмиссии и ходовой части в целом это тоже сказывается не лучшим образом.
Автоматическая трансмиссия Audi Q7
В автоматических трансмиссиях первого поколения системы управления были целиком гидравлическими. В дальнейшем гидравлику оставили только в качестве исполнительной части системы управления, задавать же алгоритм работы стала электроника. Благодаря ей возможно реализовывать различные алгоритмы работы коробки — режим резкого ускорения, спортивный, экономичный, зимний…
Одна из последних разработок компании ZF — восьмиступенчатая гидромеханическая коробка передач. Как сообщают сами создатели, коробка позволяет экономить до 6% топлива по сравнению с аналогичными шестиступенчатым «автоматом» и 14% по сравнению с пятиступенчатым. Всё логично, большое количество передач позволяет увеличить время, при котором двигатель работает в наиболее «эффективном» режиме и удельный расход топлива минимален. Теряется время на лишние переключения? Совсем немного.
В спортивном режиме, например, тяга двигателя используется на все сто процентов. Включение каждой последующей передачи происходит при частотах коленчатого вала, близких к частотам, на которых развивается максимальный крутящий момент. При дальнейшем ускорении частота вращения коленчатого вала доводится до максимальных значений, при которых двигатель развивает максимальную мощность. И так далее. Автомобиль в этом случае развивает значительно большие ускорения по сравнению с теми, что осуществляются при работе «экономичной» или «нормальной» программ.
Управляющие клапаны гидравлического блока управления.
На большинстве современных автомобилей с автоматической трансмиссией те или иные алгоритмы управления активизируются в зависимости от манеры вождения. Электроника адаптирует работу тандема двигатель-трансмиссия самостоятельно. Компьютер, анализируя информацию от многочисленных датчиков, принимает решение о переключении передач в те или иные моменты, в зависимости от требуемого характера переключений. Если манера движения размеренная и плавная, контроллер делает соответствующие поправки, при которых двигатель не выводится на мощностные режимы работы, что положительно сказывается на расходе топлива. Как только водитель «занервничал» и начал чаще и резче нажимать на педаль газа, искусственный интеллект тут же понимает, что ускорения и разгоны нужно производить резвее, и силовой агрегат сразу же начнёт работать по «спортивной» программе. Если же водитель станет педалировать плавно, «умная» электроника переведёт коробку и двигатель в штатный режим работы.
Шестиступенчатая трансмиссия полноприводной Audi A8
Всё большее количество автомобилей оснащается коробками, в которых наряду с автоматическим предусмотрен и полуавтоматический режим управления. Здесь команды на переключение передач даёт водитель, а сами переключения обеспечивает система управления. Но это совсем не означает, что электроника позволит вам сильно разгуляться. Часто скорость перехода с одной передачи на другую в этом режиме увеличивают, но многие производители, заботясь о ресурсе силового агрегата, время переключений оставляют таким же, как в автоматическом режиме. Машиностроители называют эти системы — Autostick, Steptronic, Tiptronic.
Американцы любят устанавливать селектор автоматической трансмиссии на рулевую колонку. Европейцы и японцы ставят их на центральный тоннель.
Кстати, с недавних пор некоторые АКПП можно тюнинговать. А возможно это стало благодаря перепрограммированию блоков управления двигателем и коробки. В угоду скорости разгона в программе управления АКПП меняют моменты перехода с передачи на передачу и существенно сокращают время переключений.
На новом Mitsubishi Lancer управлять коробкой в ручном режиме можно и при помощи селектора, и посредством удобных магниевых подрулевых переключателей.
Электроника из года в год становится всё умнее. Компьютеры научили анализировать степень износа фрикционов и генерировать соответствующее давление, необходимое для включения каждой муфты. Регистрируя давление, можно прогнозировать степень износа фрикционных дисков, а следовательно, и коробки в целом. Блок управления постоянно контролирует исправность системы, записывая в свою память коды неисправностей тех элементов, в которых происходили сбои в процессе работы.
Четырёхступенчатая коробка и гидротрансформатор 2002 (M76) концерна GM в составе силового агрегата устанавливаются на автомобиле поперечно.
В некоторых случаях блок управления начинает работать по обходной программе. Обычно в аварийном режиме в коробке передач запрещаются все переключения, и включается одна передача, как правило, — вторая или третья. Эксплуатировать, в этом случае автомобиль не рекомендуется (да и не получится), но доехать своим ходом до мастерской программа поможет.
Все типы коробок способны доставлять радость владельцам автомобилей своей службой при пробеге в 200 тысяч километров с лишним. Но есть одно «но» — безотказная работа возможна при правильной эксплуатации и регулярном квалифицированном ТО.
Режимы автоматической трансмиссии
«P» — parking. В этом режиме все передачи выключены, выходной вал КПП и «ветка» трансмиссии, связанная с ведущими колёсами, заторможены блокирующим механизмом коробки. При работающем двигателе ограничитель частоты вращения коленчатого вала срабатывает гораздо раньше, чем при разгоне. Такая «защита от дурака» не позволяет «перекручивать» мотор и без толку перелопачивать трансмиссионную жидкость.
«R» — reverse, — задний ход.
«N» — нейтраль. В этом режиме двигатель и ведущие колёса не связаны. Автомобиль может двигаться накатом, его можно также буксировать без вывешивания ведущей оси.
Режим «D» или «Drive» разрешает движение. В этом режиме смена передач осуществляется автоматически.
«S», «Sport», «PWR», «Power» или «Shift» — спортивный режим. Самый динамичный и самый расточительный. При разгонах двигатель «загоняется» в режим максимальной мощности. Скорость перехода с одной передачи на другую (в зависимости от конструкции и программы) может быть увеличена. Двигатель в этом случае всегда находится в тонусе, как правило, работая на оборотах, которые не ниже тех, на которых развивается максимальный крутящий момент. Забудьте об экономичности.
«» — режим, в котором осуществляется переход на пониженную передачу для осуществления интенсивного ускорения, например, при обгоне. Резкий подхват происходит за счёт того что двигатель выводится в режим максимальной отдачи, и за счёт большего передаточного отношения понижающей передачи. Чтобы трансмиссия перешла в этот режим, по педали газа нужно хорошенько топнуть. В трансмиссиях более старшего поколения для срабатывания «кикдауна» нужно было обязательно нажать педаль газа, что называется, «в пол» до характерного щелчка.
При работе в режиме «Overdrive» или «O/D» повышающая передача будет включаться чаще, переводя двигатель на пониженные обороты. «Овердрайв» обеспечивает экономичное передвижение, но его активация может привести к существенной потере в динамике.
«Norm» реализует наиболее сбалансированный режим движения. Переключения на повышающие передачи, как правило, происходят по достижении средних оборотов и на оборотах несколько выше средних.
Если поставить селектор напротив «1» (L, Low), «2» или «3», ваша коробка не будет переходить выше выбранной передачи. Режимы востребованы в тяжёлых дорожных условиях, например, при движении по горным дорогам, при буксировке прицепа или другого автомобиля. В этом случае двигатель может работать в области средних и высоких нагрузок без перехода на повышающую передачу.
«W», «Winter», «Snow» — так называемый «зимний» режим работы АКПП. В целях предотвращения пробуксовки ведущих колёс трогание с места осуществляется со второй передачи. Дабы не спровоцировать лишние проскальзывания, переход с одной передачи на другую в этом случае тоже может осуществляться более мягко и при более низких оборотах. Разгон при этом может быть не слишком динамичным.
Наличие значков «+» и «-» определяет совсем не полюсность, а возможность ручного переключения передач. Разные производители «перемешивать» передачи позволяют : селектором управления АКПП, кнопками на руле или подрулевыми переключателями… В этом режиме электроника не позволит перейти на те передачи, которые, по её мнению, неуместны в данный момент. При работе со знаками «сложения» и «вычитания» скорость смены ступеней не будет выше той, что определена программой в режиме «Sport». Достоинство ручного режима — возможность действовать на опережение.
Как работает АКПП | Устройство автоматической коробки передач | Эксплуатация и примеры
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. Впрочем скорее всего многие просто опасаются автоматической коробки передач, т.к не знают устройства акпп, принцип действия, и не подозревают как просто работает АКПП.
- Что такое АКПП
- Что лучше МКПП или АКПП
- Как работает АКПП?
- Гидротрансформатор
- Из чего состоит АКПП?
- Видео
Что такое АКПП?
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. Впрочем скорее всего многие просто опасаются автоматической коробки передач, т.к не знают устройства акпп, принцип действия, и не подозревают как просто работает АКПП.
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.
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»).
ПОЛЕЗНАЯ ИНФОРМАЦИЯ Разновидности и типы АКПП
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.
- Как определить неисправность АКПП?
Как работает АКПП?
Для того, чтобы понять принцип работы автоматической коробки передач — мы условно распределим ее на три части: гидравлическая, электронная и механическая. Как можно догадаться, механическая часть отвечает непосредственно за переключение передач. Гидравлическая передает крутящий момент и создает воздействие на механическую. Электронная — это мозг, который отвечает за переключение режимов (селектор) и обратную связь с системами автомобиля.
Как известно сердцем машины является двигатель, в случае с коробкой передач это так же уместно. Трансмиссия должна преобразовывать мощность и крутящий момент двигателя таким образом, чтобы обеспечить для движения транспортного средства необходимые условия. Большую часть этой тяжелой работы выполняет гидротрансформатор (он же «бублик») и планетарные передачи.
Гидротрансформатор в зависимости от частоты вращения колес и нагрузки изменяет крутящий момент автоматически и выполняет функции сцепления (как в механической коробке). В свою очередь гидротрансформатор состоит из пары лопастных машин — центростремительной турбины и центробежного насоса, а также между ними расположен направляющий аппарат-реактор.
Турбина с насосом максимально сближены, а их колеса имеют форму, которая обеспечивает непрерывный круг циркуляции рабочих жидкостей. Именно благодаря этому у гидротрансформатора минимальны габаритные размеры и минимальны потери энергии при перетекании жидкостей от насоса к турбине. Коленвал двигателя связан с насосным колесом, а вал коробки передач с турбиной. В виду этого в гидротрансформаторе нет жесткой связи между ведомыми и ведущими элементами, потоки рабочих жидкостей осуществляют передачу энергии от двигателя к трансмиссии, которая с лопаток насоса отбрасывается на лопасти турбины.
Как работает АКПП видео:
Гидромуфта и гидротрансформатор
Собственно говоря, гидромуфта работает по такой же схеме, не трансформируя его величину она передает крутящий момент. Реактор введен в конструкцию гидротрансформатора для того чтобы изменять момент. В принципе это такое же колесо с лопатками только жестко посаженное на корпус и до определенного времени не вращающееся. На пути по которому возвращается масло из турбины в насос расположен реактор. Особый профиль имеют лопатки реактора, сужаются постепенно межлопаточные каналы. Благодаря этому скорость рабочих жидкостей текущих по каналам направляющего аппарата, понемногу увеличивается, а выбрасываемая в сторону вращения насосного колеса из реактора жидкость подгоняет и подталкивает его.
Из чего состоит АКПП?
1. Гидротрансформатор — сходен со сцеплением в мех.коробке, но управления непосредственно водителем не требует.
2. Планетарный ряд — сходен с блоком шестерен в мех.коробке и изменяет придаточное отношение в автомате при переключении передач.
3. Тормозная лента, задний фрикцион, передний фрикцион — они служат для непосредственного переключения передач.
4. Устройство управления — это целый узел состоящий из шестеренчатого насоса, клапанной коробки и маслосборника. Клапанная плита (гидроблок) — это система каналов с клапанами (соленоидами) и плунжерами, выполняющими функции контроля и управления, также преобразует нагрузку двигателя, степень нажатия на акселератор и скорость движения в гидравлические сигналы. На основании таких сигналов, за счет последовательного включения и выхода из рабочего состояния фрикционных блоков, автоматически меняются передаточные числа.
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.
Масляный насос в свою очередь трансмиссионной жидкостью наполняет гидротрансформатор создавая тем самым нужное давление в системе контроля и управления. Поэтому мнение о том, что машину с автоматом можно принудительно завести без стартера разогнав ее до большой скорости, является ошибочным. Энергию шестеренчатый насос получает только от двигателя, при неработающем двигателе давление в системе контроля и управления отсутствует вне зависимости от того в каком положении находится ручка рычага переключения скоростей. Поэтому вращение карданного вала принудительно не заставит коробку заработать, а двигатель — завестись.
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
Виды АКПП | Сравнение с механикой | Достоинства и недостатки
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:
- Комфортность управления автомобилем повышается ;
- Плавно производятся автоматические переключения скоростей ;
- Ходовая часть и двигатель защищает от перегрузок;
- 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.
- У первого типа АКПП управление и контроль выполняется определенным гидравлическим устройством.
- 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 колеса тоже, 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.
Отличия в устройстве АКПП заднеприводных и переднеприводных автомобилей
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.
Как работает автоматическая коробка передач
В преддверии начала установки АКПП на автомобили УАЗ давайте разберемся как же она устроена.
Есть разные виды АКПП подразделяющиеся по внутреннему устройству: классика — гидравлический автомат (AT), вариатор (CVT), роботизированная коробка передач (MTA)
Самый распространенный и самый «изученный» тип АКПП это гидравлический автомат. Из названия следует, что в нем работу выполняет жидкость. Рассмотрим устройство такой АКПП более подробно:
Смотрится страшно, но если разложить всё по отдельным частям, то будет более понятно.
Автоматическая коробка передач состоит из двух частей: Гидротрансформатора и механической КПП с устройством управления.
Вместо обычных шестеренок в такой КПП используются планетарные редукторы.
Гидротрансформатор – выполняет роль, аналогичную механизму сцепления в механической коробке передач. Он передает крутящий момент от двигателя к автоматической трансмиссии. Но в отличии от механического аналога здесь нет жесткой связи ДВИГАТЕЛЬ-КПП.
Планетарный ряд — собранные вместе несколько планетарных редукторов. Их задача состоит в изменении передаточного отношения в автоматической трансмиссии при переключении передач. Выполняет те же функции, что и блок шестерен в механической коробке передач.
Фрикционный тормоз (фрикционная муфта) — отвечает непосредственно за переключение передач.
Система управления.
На старых АКПП она была полностью гидравлическая. Команды на переключение передач вырабатывались за счет изменения давления в гидравлических датчиках.
На всех современных АКПП используется электронная система управления. Вместо гидравлических датчиков стоят электрические. Вместо клапанов переключения скоростей используются соленоиды.
Но объединяет две системы то, что для включения фрикционных муфт, которые определяют какая скорость задействована, используется гидравлика.
Гидротрансформатор
В начале будет проще понять принцип работы гидротрансформатора на примере гидромуфты.
Гидромуфта по конструкции очень на него похожа, но не умеет изменять передаточное число, а только передает крутящий момент.
Гидромуфта состоит из двух колес с лопатками (как у вентилятора) которые вращаются друг напротив друга.
Одно колесо, насосное, соединено с двигателем, второе колесо, турбинное, соединено с КПП. Оба колеса находятся в герметичном кожухе внутрь которого залито масло.
При вращении двигателем насосного колеса вязкое масло захватывается его лопатками, выбрасывается на лопатки турбинного колеса приводя его в движение. Таким образом кинетическая энергия от вращения вала двигателя передается валу КПП хотя при этом отсутствует жесткая связь между ними.
Наиболее наглядно демонстрирует этот механизм опыт с двумя вентиляторами расположенными друг напротив друга. Один из них выключен, второй включен. Воздух ударяясь о неподвижные лопатки выключенного вентилятора заставляет их вращаться.
Однако в замкнутом пространстве в котором работает гидромуфта обратный поток масла идущий от турбинного колеса попадает на лопатки насосного колеса в обратном направлении и замедляет его ход. Чтобы уменьшить этот эффект, на пути движения масла устанавливают третье колесо — реакторное. Это колесо может свободно вращаться или блокироваться на валу.
Таким образом получается гидротрансформатор.
Схема гидротрансформатора:
1 — блокировочная муфта; 2 — турбинное колесо; 3 — насосное колесо; 4 — реакторное колесо; 5 — механизм свободного хода
Если третье колесо (реактор) свободно вращается, то гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты.
Если же реакторное колесо фиксируется неподвижно, то за счет своих лопастей он изменяет направление потока жидкости, выходящей из турбинного колеса и направляет его под определенным углом на лопасти насосного колеса. Это позволяет значительно увеличить передаваемый от двигателя в трансмиссию крутящий момент. Таким образом происходит трансформация крутящего момента.
*Коэффициент трансформации момента Kt (или силовое передаточное отношение) определяется отношением крутящего момента турбинного колеса к крутящему моменту насосного колеса гидропередачи Kt = MT / MH.
В автомобильных гидротрансформаторах коэффициент трансформации равен 2-3,5, а КПД 0,9
Схема потока жидкости в гидротрансформаторе:
Недостатком гидропередачи является рассогласование частот вращения насосного и турбинного колес, так называемое — скольжение гидропередачи, имеющее место при любом режиме работы трансмиссии. Минимальная величина скольжения составляет примерно 3% и приводит к снижению КПД гидропередачи. Так как, при движении автомобиля с постоянной скоростью наличие гидротрансформатора в трансмиссии не является необходимым, как это требуется на режимах разгона и торможения, в современных коробках применяют механизм блокировки гидротрансформатора.
Для блокировки гидротрансформатора чаще всего используется блокировочная муфта, которая позволяет жёстко соединить между собой насосное и турбинное колесо. Это приводит к тому, что гидротрансформатор выключается из силового протока, а двигатель напрямую соединяется с ведущим валом коробки передач.
Основные детали гидротрансформатора:
Детали гидротрансформатора:
1 — насосное колесо; 2 — турбинное колесо; 3 — крышки муфты свободного хода; 4 — часть корпуса гидротрансформатора; 5 — остатки рабочей жидкости с продуктами механического износа деталей; 6 — колесо реактора; 7 — муфта свободного хода реактора; 8 — упорная шайба турбинного колеса; 9 — упорный подшипник реактора; 10 — поршень блокировки гидротрансформатора
Компоновка деталей гидротрансформатора:
В качестве рабочей жидкости в современных гидротрансформаторах используется ATF
Насос
Насос создает давление жидкости во всей гидросистеме.
Как правило насос располагается между гидротрансформатором и коробкой передач. Насос приводится в движение коленчатым валом двигателя.
В настоящее время в АКПП наиболее часто используют несколько видов насосов: шестерёнчатые, трохоидные и лопастные.
Разборка шестеренчатого насоса и его принцип действия можно посмотреть на видео:
Планетарная коробка передач
Хотя гидротрансформатор может сам изменять крутящий момент, но это происходит в очень узком диапазоне, что явно недостаточно для нормального движения автомобиля. Поэтому к гидротрансформатору подсоединяют коробку перемены передач в основе которой находятся планетарные редукторы.
Все пары шестерен редуктора находятся в постоянном зацеплении.
Лучше всего работу планетарного редуктора демонстрирует видеоролик:
Механизмы переключения
Чтобы включать или выключать ту или иную группу планетарных редукторов в АКПП используются ленточные и дисковые фрикционные элементы, а так же муфты свободного хода (обгонные муфты).
Ленточный тормоз
Ленточный тормоз используется для остановки одного из звеньев АКПП и состоит из тормозной ленты и тормозного барабана.
Тормозная лента охватывает тормозной барабан, один её конец жёстко прикреплен к картеру коробки, а второй соединен с устройством управления (с поршнем).
Тормозные ленты изготавливаются из листовой стали. Для увеличения коэффициента трения между тормозной лентой и барабаном к внутренней поверхности тормозной ленты прикрепляется фрикционная накладка. В АКПП наиболее часто используются фрикционные накладки, изготовленные на бумажно-целлюлозной основе. Такие накладки обладают хорошими износостойкими свойствами, не вызывают большого износа поверхности тормозного барабана и не сильно загрязняют рабочую жидкость.
Дисковый тормоз и блокировочная муфта
Дисковый тормоз ничем не отличается от блокировочной муфты. Разница заключается только лишь в том, что дисковый тормоз соединяет звено коробки передач с картером, а блокировочная муфта соединяет между собой два звена АКПП.
Дисковый тормоз состоит из: дисков с фрикционными накладками (они с внутренними шлицами), дисков без накладок (шлицы снаружи), поршня, возвратной пружины, барабана.
При выключенной муфте фрикционные накладки внешнего диска и фрикционные накладки внутреннего диска свободно вращаются относительно друг друга. При включении муфты, рабочая жидкость давит на поршень, он сжимает пакет фрикционов и они «склеиваются» между собой. Таким образом внешний диск и внутренний становятся жестко связанными.
Для выключения муфты достаточно убрать давление жидкости через клапан.
Обгонная муфта
Обгонная муфта (также муфта свободного хода) — деталь механической трансмиссии, которая предотвращает передачу крутящего момента от ведомого вала обратно к ведущему в случае, если по какой-либо причине ведомый начинает вращаться быстрее.
Обгонная муфта не требует управления, она работает за счет разницы в скорости оборотов. Примером обгонной муфты является велосипедная «трещётка».
Система охлаждения
Главная причина из-за которой АКПП выходит из строя явялется её перегрев. Чтобы охлаждать рабочую жидкость (ATF) используют радиаторы и теплообменники.
АКПП с внешним радиатором охлаждения
АКПП с радиатором охлаждения встроенным в радиатор охлаждения двигателя
АКПП с теплообменником
Системы управления
В первых поколениях АКПП были распространены полностью гидравлические системы управления. В них команды на управление элементами системы формировались за счет разницы давлений клапана-дросселя и скоростного регулятора. Поток рабочей жидкости через систему каналов воздействовал на нужный гидроцилиндр, который в свою очередь через фрикционы или ленточный тормоз включал или выключал нужную передачу.
Как и все гидросистемы такая конструкция была очень чувствительна к параметрам рабочей жидкости (масла).
Сейчас используются электрогидравлические системы. В них гидравлика оставлена только на последнем этапе — на исполнительном. Измерительные функции и функции анализа переданы полностью электронике.
Выделяют следующие основные части электрогидравлической системы: измерительную (датчики), аналитическую (блок управления) и исполнительную (соленоиды).
Вид на гидроблок снизу. Справа виден ряд электромагнитных клапанов.
Разобранный гидроблок очень похож на лабиринт.
В электронный блок управления (он же — ЭБУ, контроллер, компьютер, «мозги») поступают сигналы от датчиков. Сигналы обрабатываются и анализируются в соответствии с программой блока. На основании результатов сравнительного анализа сигналов, поступивших от датчиков с данными, хранящимися в памяти устройства, блок формирует управляющие сигналы, которые поступают к исполнительным элементам системы (соленоидам). Соленоиды преобразовывают поступающие к ним электрические сигналы в механическое перемещение гидравлического клапана. Рабочая жидкость воздействует на нужный гидроцилиндр и включает/выключает нужную передачу.
Общепринятые обозначения режимов АКПП
«P» — parking. Режим стоянки. Все передачи выключены, выходной вал КПП и ведущие колёса заторможены блокирующим механизмом.
«R» — reverse, задний ход.
«N» — нейтраль. В этом режиме двигатель и ведущие колёса рассоединены. Автомобиль может двигаться накатом, его можно буксировать.
«D» или «Drive» основной режим для движения вперед. Смена передач осуществляется автоматически.
«S», «Sport», «PWR», «Power» или «Shift» — спортивный режим. Самый динамичный и самый неэкономичный. При разгонах двигатель в все время находится в режиме максимальной мощности. Переключение передач производится позднее, на больших оборотах, чем в обычном режиме.
«Kick-down» — режим, в котором осуществляется переход на пониженную передачу для осуществления интенсивного ускорения, например, при обгоне. Для включения режима надо резко нажать на педаль газа.
«Overdrive» или «O/D» — режим, при котором повышающая передача будет включаться чаще, переводя двигатель на более низкие обороты. «Овердрайв» обеспечивает экономичное передвижение, но с потерей в динамике.
«Norm» реализует самый сбалансированный режим движения. Переключения на повышающие передачи, как правило, происходят по достижении средних оборотов и на оборотах несколько выше средних.
«1» (L, Low), «2» или «3» — выбор фиксированной скорости в АКПП. Эти режимы пригодятся в тяжёлых дорожных условиях, например, при движении по горным дорогам, при буксировке прицепа.
«W», «Winter», «Snow» — «зимний» режим работы АКПП. В целях предотвращения пробуксовки ведущих колёс трогание с места осуществляется со второй передачи. Чтобы не спровоцировать проскальзывания колес, переход с одной передачи на другую производится более мягко и при более низких оборотах.
«+» и «-» — возможность ручного переключения передач в сторону повышения и в сторону понижения.