Описание работы и устройство АКПП — Энциклопедия японских машин — на Дром

Описание работы и устройство АКПП — Энциклопедия японских машин — на Дром

Для понимания сути автоматической трансмиссии сравним её с простой механической трансмиссией. Рассмотрим вкратце главные компоненты автоматической трансмиссии и функции, которые они выполняют ( рис. 1)

Рис.1. Главные компоненты автоматической трансмиссии :

1) Гидротрансформатор (ГТ) – соответствует сцеплению в механической трансмиссии , но не требует непосредственного управления со стороны водителя.
2) Планетарный ряд — соответствует блоку шестерен в механической коробке передач и служит для изменения передаточного отношения в автоматической трансмиссии при переключении передач.
3) Тормозная лента, передний фрикцион, задний фрикцион – компоненты, посредством которых осуществляется переключение передач.
4) Устройство управления – осуществляет контроль за переключением передач в трансмиссии со встроенной электронной системой управления.
Автоматическая трансмиссия переключает передачи самостоятельно в зависимости от скорости автомобиля и обеспечивает водителю приятные и комфортные условия для вождения автомобиля. От водителя лишь требуется вручную выбрать направление движения машины: вперёд или назад.

Гидротрансформатор (ГТ) (или torque converter в зарубежных источниках) служит для передачи крутящего момента непосредственно от двигателя к элементам автоматической коробки передач (АКП) и состоит из следующих основных частей (рис. 2):
— насосное колесо или насос (pump);
— плита блокировки ГТ (lock — up piston);
— турбинное колесо или турбина (turbine);
— статор (stator);
— обгонная муфта (one — way clutch).

Рис. 2. Общее устройство гидротрансформатора

Для иллюстрации принципа действия ГТ как элемента, передающего крутящий момент, воспользуемся примером с двумя вентиляторами (рис.3). Один вентилятор (насос) включён в сеть и создаёт поток воздуха. Второй вентилятор (турбина) — выключен, однако, его лопатки, воспринимая поток воздуха, создаваемого насосом, вращаются. Скорость вращения турбины меньше, чем у насоса, она как бы проскальзывает по отношению к насосу. Если применить этот пример по отношению к ГТ, то в нём в качестве вентилятора, включённого в сеть (насоса), выступает крыльчатка насосного колеса.

Рис. 3. Пример с вентиляторами

Насосное колесо механически связано с двигателем. В качестве выключенного вентилятора (турбины) выступает турбинное колесо, соединённое через шлицы с валом АКП. Подобно вентилятору — насосу, крыльчатка насосного колеса ГТ, вращаясь, создаёт поток, только уже не воздуха, а жидкости (масла). Поток масла, как и в случае с вентилятором — турбиной, заставляет вращаться турбинное колесо ГТ. В данном случае ГТ работает как обыкновенная гидромуфта, лишь передавая посредством жидкости крутящий момент от двигателя на вал АКП, не увеличивая его. Увеличение оборотов двигателя не приводит к сколь — ни будь существенному увеличению передаваемого крутящего момента.
Снова возвратимся к иллюстрации с вентиляторами. Поток воздуха, крутящий лопатки вентилятора — турбины, рассеивается впустую в пространстве. Если же этот поток, сохраняющий значительную остаточную энергию, направить снова к вентилятору — насосу, он начнёт вращаться быстрее, создавая более мощный поток воздуха, направленный к вентилятору — турбине. Тот, соответственно, тоже начнёт вращаться быстрее. Это явление известно как преобразование (увеличение) крутящего момента.

В ГТ в процесс преобразования крутящего момента помимо насосного и турбинного колёс включён статор, который изменяет направление потока жидкости. Подобно воздуху, вращавшему лопатки вентилятора — турбины, поток жидкости (масла), вращавший турбинное колесо ГТ, всё ещё обладает значительной остаточной энергией. Статор направляет этот поток обратно на крыльчатку насосного колеса, заставляя её вращаться быстрее, увеличивая тем самым крутящий момент. Чем меньше скорость вращения турбинного колеса ГТ по отношению к скорости вращения насосного колеса, тем большей остаточной энергией обладает масло, возвращаемое статором на насос, и тем большим будет момент, создаваемый в ГТ.

Рис. 4. Статор ГТ удерживается обгонной муфтой Рис. 5. Статор ГТ вращается свободно

Турбина всегда имеет скорость вращения меньшую, чем насос. Это соотношение скоростей вращения турбины и насоса максимально при неподвижном автомобиле и уменьшается с увеличением его скорости. Поскольку статор связан с ГТ через обгонную муфту, которая может вращаться только в одном направлении, то, благодаря особой форме лопаток статора и турбины поток масла направляется на обратную сторону лопаток статора (рис. 4), благодаря чему статор заклинивается и остаётся неподвижным, передавая на вход насоса максимальное количество остаточной энергии масла, сохранившееся после вращения им турбины. Такой режим работы ГТ обеспечивает максимальную передачу им крутящего момента. Например, при трогании с места ГТ увеличивает крутящий момент почти в три раза.
По мере разгона автомобиля проскальзывание турбины относительно насоса уменьшается и наступает момент, когда поток масла подхватывает колесо статора и начинает вращать его в сторону свободного хода обгонной муфты (см. рис. 5). ГТ перестаёт увеличивать крутящий момент и переходит в режим обычной гидромуфты. В таком режиме ГТ имеет КПД, не превышающий 85%, что приводит к выделению в нём излишнего тепла и, в конечном счёте, увеличению расхода топлива двигателем автомобиля.

Для устранения этого недостатка используется блокировочная плита (см. рис. 6а ). Она механически связана с турбиной, однако, может перемещаться влево и вправо. Для её смещения влево поток масла, питающий ГТ, подаётся в пространство между плитой и корпусом ГТ, обеспечивая их механическую развязку, то есть, плита в таком положении никак не влияет на работу ГТ.
При достижении автомобилем высокой скорости по особой команде от устройства управления АКП поток масла изменяется так, что он прижимает блокировочную плиту вправо к корпусу ГТ ( см. рис. 6б ). Для увеличения силы сцепления на внутреннюю сторону корпуса наносится фрикционный слой. Происходит механическая блокировка насоса и турбины посредством плиты. ГТ перестаёт выполнять свои функции. Двигатель жёстко связывается с входным валом АКП. Естественно, при малейшем торможении автомобиля блокировка немедленно выключается.

Существуют и другие способы блокировки ГТ, однако, суть всех способов одна — исключить проскальзывание турбины относительно насоса. В зарубежных источниках такой режим работы ГТ называется Lock — up ( лок — ап)
Корпус ГТ выполняет ещё одну очень важную функцию. С его помощью осуществляется привод масляного насоса АКП. Для этого используется дополнительный валик, размещённый внутри вала турбины. С корпусом ГТ этот валик связан шлицевым соединением. Во многих АКП масляный насос вращается непосредственно горловиной ГТ.

1) Необходимость планетарных рядов .
Хотя ГТ и способен увеличивать крутящий момент, система планетарных рядов в АКП необходима по следующим причинам:
— при преодолении автомобилем подъёмов или во время его резкого разгона в трансмиссии необходимо создать крутящий момент больший, чем может создать один ГТ;
— автомобиль должен быть способен двигаться не только вперёд, но и назад.
2) Планетарные ряды .
В отличие от простой механической трансмиссии, в которой используются параллельные валы и сцепляющиеся между собой шестерни, в автоматических трансмиссиях в подавляющем большинстве используются планетарные передачи.
Преимущества планетарной передачи заключаются в её компактности, использовании лишь одного центрального вала и в способе переключения передач, осуществляемом путём блокировки одних и разблокировании других элементов планетарного ряда.
В автомобиле с простой механической трансмиссией водитель для переключения передач вынужден постоянно и последовательно выжимать педаль сцепления и отпускать педаль газа. Автоматическая трансмиссия автоматически переключает передачи в нужное время. Для этого водителю достаточно манипулировать лишь педалью газа, нажимая или отпуская её.
Планетарная передача обеспечивает ровное, без рывков, переключение скоростей движения автомобиля без потерь мощности двигателя, толчков и ударов, обычно ассоциируемых с моментом переключения передачи в простой трансмиссии.
3) Структура и теория планетарного ряда .
Планетарный ряд (planetary gear, см. рис. 7) состоит из следующих элементов:
— солнечной шестерни (sun gear);
— сателлитов (pinion gears);
— эпицикла (internal gear);
— водила (carrier).

Рис. 7. Планетарный ряд

Рис. 8. Принцип 2-й передачи в АКП

Солнечная шестерня находится в центре. Сателлиты вращаются вокруг солнечной шестерни, в то время как она вращается вокруг своей собственной оси. Эпицикл охватывает сателлиты, которые поддерживают водило. Все сателлиты вращаются одновременно и в одном направлении.
Переключение скорости вращения в планетарном ряду происходит тогда, когда 2 из 3 — х элементов планетарного ряда (солнечная шестерня, эпицикл, водило) находятся в определённых условиях — блокированы или разблокированы в различной комбинации. Что же это за условия?
Рассмотрим простой пример. На рис. 8 показан шарик С между досками А и В. Доска В зафиксирована неподвижно, а доска А двигается в направлении, показанном стрелкой. В этом случае шарик с двигается в том же направлении, что и доска А, только медленнее её.
Если применить этот пример к планетарному ряду, то в качестве доски А выступит эпицикл, в качестве доски В — солнечная шестерня и в качестве шарика С — сателлиты. Если зафиксировать солнечную шестерню и повернуть эпицикл в направлении стрелки, сателлит будет вращаться в том же направлении, что и эпицикл. Однако, как и в случае с досками и шариком, сателлит вращается медленнее, чем эпицикл. Такое соотношение скоростей вращения эпицикла и сателлитов в планетарном ряду АКП осуществляется на второй передаче

Рис. 9. Принцип 1-й или пониженной передачи в АКП

Подумаем, что произойдёт, если заставить двигаться сателлиты, а, следовательно, и водило, ещё медленнее. В предыдущем примере доска В была зафиксирована, а доска А — двигалась. На этот раз будем медленно двигать доску В в направлении, противоположном движению доски А. Как показано на рис. 9, шарик движется медленнее, чем в предыдущем случае. Что при этом происходит в планетарном ряде?
Скорость, с которой водило (шарик) передвигается эпициклом (доской А), уменьшается по отношению к скорости вращающейся в обратном направлении солнечной шестерни (доски В). В результате, скорость вращения водила меньше, чем в предыдущем случае со второй передачей. Такое соотношение скоростей водила и эпицикла осуществляется при включении в АКП первой или пониженной (low gear) передачи.

Рис. 10. Принцип 3-й передачи в АКП

Что произойдёт, если двигать доску А и доску В в одинаковом направлении и с одинаковой скоростью? Шарик С между досками не может двигаться самостоятельно, следовательно, он двигается вместе с ними (рис. 10). Если в планетарном ряду эпицикл и солнечная шестерня вращаются в одинаковом направлении и с одинаковой скоростью, водило вращается в том же направлении и с той же скоростью. Такое соотношение скоростей данных элементов планетарного ряда осуществляется при включённой третьей (drive) передаче.

Рис. 11. Принцип задней передачи в АКП

Попробуем двигать доску В в направлении, показанном стрелкой (рис. 11). Шарик С остаётся неподвижным, вращаясь только вокруг своей оси. В этом случае доска А двигается в направлении, противоположном направлению движения доски В. Применим эту ситуацию к планетарному ряду. Если водило зафиксировано и солнечная шестерня вращается по часовой стрелке (рис. 11), сателлиты вращаются и двигают эпицикл против часовой стрелки. В этом случае, если считать, что солнечная шестерня передаёт входной момент, а эпицикл — выходной, то применительно к автоматической трансмиссии получим передачу заднего хода (reverse gear).

Рис. 12. Принцип 4-й передачи в АКП

Наконец зафиксируем доску В и будем двигать шарик С в направлении стрелки (рис. 12). Тогда доска А двигается с большей скоростью и в том же направлении, что и шарик. Снова применим эту ситуацию к планетарному ряду. Если солнечная шестерня (доска В) заблокирована, а водило (шарик С) вращается по часовой стрелке (рис. 12), сателлиты вращаются в том же направлении вокруг солнечной шестерни. Скорость вращения эпицикла складывается из собственной скорости вращения сателлитов и скорости их вращения вокруг неподвижной солнечной шестерни. Другими словами, эпицикл вращается быстрее, чем водило. Такое соотношение в трансмиссии характерно для четвёртой (overdrive) передачи.

Схема планетарного ряда

Как правило, для переключения передач в 3 — скоростной автоматической трансмиссии используются 2 планетарных ряда, в 4 — скоростной — 3 планетарных ряда, но бывают и исключения, например, АКП AXOD (Ford).

Рассмотрим механизмы, посредством которых осуществляется блокировка различных элементов планетарного ряда в АКП и, следовательно, включение (выключение) различных передач. Этими механизмами являются тормоза и фрикционы.
Тормоз — это механизм, посредством которого осуществляется блокировка элементов планетарного ряда на неподвижный корпус АКП.
Фрикцион — это механизм, посредством которого подвижные элементы планетарного ряда блокируются между собой.

1) Тормозная лента (brake band).

Тормозная лента служит для временной блокировки элементов планетарного ряда на корпус АКП. Несмотря на свои небольшие размеры, лента обладает весьма сильной удерживающей способностью. Подобно тормозным башмакам, она использует для блокировки эффект самозажатия. Когда тормозная лента отпускается, толчок, возникающий при переключении передач, смягчается, поскольку элемент планетарного ряда, который удерживала лента, начинает вращаться в сторону, противоположную направлению приложения силы торможения ленты. Другими словами, когда лента отпускается, она стремится освободить себя быстрее.

Итак, перечислим основные достоинства тормозной ленты:
— несмотря на небольшой размер, она обладает большой удерживающей способностью;
— она подходит для блокировки вращающихся элементов планетарного ряда АКП на корпус АКП;
— она смягчает толчки и удары, возникающие при переключении передач.

Принцип действия тормозной ленты.

Один конец тормозной ленты крепится неподвижно на корпусе АКП, другой — к поршню сервопривода. Когда масло подаётся в полость включения сервопривода (рис.13), поршень сервопривода, передвигаясь под давлением масла (по рисунку влево), зажимает тормозную ленту, осуществляя тем самым блокировку элемента планетарного ряда. При подаче масла в полость отключения сервопривода давление масла в обеих полостях выравнивается, поршень сервопривода под действием возвратной пружины возвращается в исходное положение (вправо), тормозная лента высвобождается.

Рис. 13. Тормозная лента .

2) Система фрикционов (clutch system).

Целесообразность использования фрикционных дисков в автоматических трансмиссиях обусловлена их следующими преимуществами:
— способность выдерживать большие нагрузки;
— значительная степень свободы при их подборе (количество дисков можно увеличивать или уменьшать;
— нет необходимости в регулировке пакета фрикционов из — за износа дисков;
— способность прочного сцепления ведущих (drive plate) и ведомых (driven plate) дисков в пакете при больших скоростях вращения элементов планетарного ряда;
— хотя пакет фрикционов подвергается значительным нагрузкам, он не воздействует с такими же нагрузками на корпус АКП (в отличие от тормозной ленты, где большие нагрузки концентрируются в месте его крепления к корпусу АКП).

Принцип действия фрикционов.

Пакет фрикционов состоит из частей, показанных на рис. 14. Входной крутящий момент передаётся с барабана (drum) на ведущие диски. Ведомые диски поддерживаются втулкой (hub), которая передаёт выходной крутящий момент. Поршень (piston) приводится в действие давлением масла. Двигаясь под давлением масла вправо (по рисунку), поршень посредством конического диска (dished plate) плотно прижимает ведущие диски пакета к ведомым. Заставляя их вращаться как единое целое и осуществляя передачу крутящего момента от барабана к втулке. Как только давление масла падает, поршень под действием возвратной пружины (return spring) перемещается влево, ведущие и ведомые диски разжимаются, крутящий момент через пакет больше не передаётся.

Рис. 14. Составные части фрикциона .

Даже когда фрикцион выключен, в барабане, который вращается с большой скоростью, масло, оставшееся между барабаном и втулкой, отбрасывается под действием центробежной силы к внутренней стенке барабана. Вследствие этого возникает остаточное давление масла, которое прикладывается к поршню, вынуждая его к перемещению и подвключению фрикциона. Это приводит к преждевременному износу дисков и прочим неприятностям. Существуют 2 метода устранения подобного явления (рис. 15).

Метод 1 .
Используется контрольный шарик (check ball). Когда давления масла под поршнем нет (фрикцион выключен), центробежная сила вынуждает шарик переместиться со своего седла (по рисунку — влево), освобождая отверстие, через которое оставшееся в барабане масло вытекает из полости между поршнем и барабаном наружу. Когда в эту полость подаётся масло (фрикцион включается), его давление превышает центробежную силу и шарик под давлением масла возвращается на своё седло. Перекрывая отверстие для вытекания масла наружу.
Метод 2 .
Масло из полости между поршнем и барабаном вытекает наружу через отверстие (orifice). Воздух в эту полость поступает через секцию с контрольным шариком, которая ближе к оси вращения барабана. При таком способе при включении фрикциона всегда будет небольшая утечка масла. Но, поскольку масляный насос поддерживает постоянное давление масла в гидравлической системе, такая утечка не является проблемой.

Рис. 15. Методы устранения подвключения выключенного фрикциона .

3) Обгонная муфта (one — way clutch).

Обгонная муфта может вращаться лишь в одном направлении. Она состоит из подвижного внутреннего кольца (inner race), зафиксированного наружного кольца (outer race) и кулачков (рис.16).

Рис. 16. Обгонная муфта .

Принцип действия.
Когда внутреннее кольцо вращается по часовой стрелке, оно проскальзывает через кулачок (см. рис. 16). Когда же внутреннее кольцо пытается вращаться против часовой стрелки, оно поднимает кулачок и он, заклиниваясь, не даёт кольцу возможности вращаться в этом направлении.

В отличие от шестерёнчатого насоса, производительность которого зависит от числа оборотов двигателя, производительность лопастного насоса возрастает пропорционально числу оборотов двигателя лишь до определённой величины этих оборотов. По достижении двигателем таких оборотов количество масла, перекачиваемое лопастным насосом, больше не растёт, а составляет определённую постоянную величину (рис. 17), то есть линейное давление в гидравлической системе трансмиссии будет постоянным. Это уменьшает потери мощности в системе, возникающие при перекачке большего, чем необходимо, количества масла

Рис. 17

Принцип действия лопастного масляного насоса переменной производительности заключается в следующем. Когда обороты двигателя невелики, золотник насоса находится в положении, показанном на рис. 18а и 18б, и количество перекачиваемого насосом масла увеличивается пропорционально росту числа оборотов двигателя. При достижении определённой величины оборотов двигателя давление Р преодолевает давление Р1, пружина (spring) 2 сжимается и золотник движется, как показано на рис. 18в и 18г. В этой позиции золотника масло перетекает из канала а в канал b и далее в канал контроля количества масла (volume control passage), откуда направляется в камеру переменного объёма (variable chamber) насоса. Кулачок (cam ring) эксцентрика под воздействием возросшего давления масла в камере поворачивается на ролике (pivot roller), сжимая пружину (spring) 1 и уменьшая величину эксцентриситета насоса. Следовательно, производительность насоса уменьшается, соответственно, уменьшается давление масла в магистрали.

При работе масляного насоса масло закачивается из масляного поддона (oil pan) в каналы масляной магистрали. Слив избыточного масла в поддон через каналы А и В перекрыт золотником масляного клапана (рис. 19). Золотник удерживается в таком положении пружиной, когда количество перекачиваемого масла невелико. При увеличении числа оборотов двигателя и, следовательно, масляного насоса, количество масла, проходящего через клапан регулировки давления, увеличивается. Давление в полости С клапана увеличивается, вынуждая золотник перемещаться вниз ( по рисунку), открывая канал для слива избыточного количества масла из полости А в полость В и далее в поддон. Таким образом, поддерживается постоянное давление масла, называемое линейным давлением. Масло под таким давлением подаётся также в ГТ.

рис. 19. Клапан регулировки линейного давления масла.

3) Дроссельный клапан (throttle valve).

В целях обеспечения комфортного вождения автомобиля необходимо обеспечить правильное соотношение линейного давления масла и нагрузки на двигатель. Это соотношение регулирует дроссельный клапан. Дроссельный клапан регулирует линейное давление, которое подаётся на клапаны переключения передач и балансируется в них давлением, создаваемым центробежным регулятором (governor- ом). В общем, дроссельный клапан связан с дроссельной заслонкой двигателя и предназначен для определения нагрузки на двигатель и создания соответствующего этой нагрузке давления масла в гидравлической системе.

Существуют 2 типа дроссельных клапанов:
— вакуумный;
— механически соединённый с педалью акселератора (газа).

Рассмотрим вкратце каждый из этих типов.
Вакуумный дроссельный клапан (vacuum throttle valve) осуществляет свои функции через вакуумную диафрагму и шток. Разрежение, создаваемое при работе двигателя в его впускном коллекторе, напрямую прикладывается к диафрагме дроссельного клапана. Степень разрежения обратно пропорциональна величине угла открытия дроссельной заслонки двигателя. Принцип действия вакуумного дроссельного клапана таков.
Шток клапана прижимается вниз силой Fs, которая возникает вследствие разницы силы пружины и силы разрежения, приложенной к диафрагме (рис. 20). Сила Fs уравновешена силой давления масла Ft, направленной вверх. Канал поступления дополнительного количества масла от масляного насоса перекрыт. При нажатии на педаль газа дроссельная заслонка открывается, разрежение во впускном коллекторе двигателя уменьшается, соответственно, увеличивается сила Fs, которая, преодолевая силу давления масла Ft, перемещает шток дросселя вниз, открывая проход для дополнительного количества масла от масляного насоса. Давление на выходе дроссельного клапана увеличивается.

Рис. 20. Вакуумная диафрагма.

Механический дроссельный клапан (mechanical throttle valve).
Принцип действия.
При нажатии на педаль газа механически связанный с ней кулачок дроссельного клапана, поворачиваясь, передвигает вправо плунжер, который, в свою очередь, сжимает пружину А. Под действием пружины А золотник также перемещается вправо, открывая канал 7 поступления масла от магистрали (линейное давление). Линейное давление, поступающее через канал 7, поступает и на выход 20 дросселя (рис. 21а). Так как давление масла в клапане увеличивается, золотник под этим давлением перемещается влево, сжимает пружину А и перекрывает канал 7 ( рис. 21б). Давление в канале 20 дросселя падает. Как только давление в канале 20 упадёт до определённой величины, золотник снова перемещается вправо пружиной А, открывая канал 7 поступления линейного давления масла. Таким образом, дроссельный клапан регулирует давление постоянным перемещением золотника вправо — влево под воздействием давления масла и пружины А. Сила пружины А зависит от степени нажатия педали газа, то есть в нашем случае от угла поворота кулачка. Когда кулачок поворачивается на больший угол, пружина А сжимается плунжером клапана сильнее, поэтому и сила её возрастает, соответственно потребуется большее давление в канале 20 дросселя, чтобы преодолеть силу пружины А и переместить золотник клапана. В результате, пружина А создаёт баланс между педалью газа и давлением на выходе дроссельного клапана.

Рис. 21. Механический дроссельный клапан.

4) Центробежный регулятор (governor), давление регулятора (governor pressure).

Давление центробежного регулятора — это давление масла, которое зависит от скорости автомобиля. Регулятор посылает сигналы в виде различных значений давления масла на клапаны переключения передач (1 — 2, 2 — 3, 3 — 4) для их автоматического включения (выключения).
Существуют 2 типа регуляторов.
Тип А (рис. 22).
Масло, проходя через центр вала в узле регулятора, передвигает золотник по направлению к валу, открывая канал слива масла. Золотник в регуляторе выполняет 2 функции — выступает как элемент, распределяющий потоки масла, и как груз, который может перемещаться под действием центробежной силы. Как только скорость вращения регулятора увеличивается, центробежная сила, возникающая в нём, заставляет золотник перемещаться от вала и закрывать канал слива масла. Давление масла в канале А возрастает

Рис. 22. Центробежный регулятор типа А.

Чувствительность регулятора достаточна при высокой скорости автомобиля, но недостаточна при низкой. Поэтому в регуляторе устанавливаются 2 золотника (груза) — первичный и вторичный. Более тяжёлый первичный золотник работает при малых скоростях автомобиля. При достижении автомобилем определённой скорости первичный золотник становится неэффективным и в работу вступает вторичный золотник. Это даёт возможность регулировать давление регулятора почти в прямой зависимости от скорости автомобиля, будь она низкой или высокой. График зависимости давления, создаваемого центробежным регулятором, от скорости автомобиля показан на рис. 23б.

Тип В (рис. 23а).
Клапан регулятора создаёт своё давление от линейного давления.
1 — я ступень регулирования.
Когда скорость автомобиля невелика, основной и вспомогательный грузы, поднимаясь под действием центробежной силы в направлении стрелки, надавливают на золотник и он перемещается вниз, перекрывая канал слива масла и открывая канал для линейного давления масла. Давление на выходе регулятора быстро увеличивается до тех пор, пока первичный груз не упрётся в ограничитель.
2 -я ступень регулирования.
При высокой скорости автомобиля передвигается только вторичный груз. Величина перемещения золотника при этом меньше, соответственно, давление регулятора возрастает медленнее.

Рис. 23а. Центробежный регулятор типа В .

5) Ручной клапан (manual valve).

Ручной клапан предназначен для реализации команд, поступающих непосредственно от водителя: ехать вперёд, назад или парковать машину. Для передачи своих команд в трансмиссию водитель использует рычаг переключения передач, который в нашем примере может быть установлен в следующие позиции: P, R, N, D, 2 и 1 (рис. 24).

Рис. 24. Ручной клапан.

Рычаг переключения передач механически связан с ручным клапаном. В свою очередь, ручной клапан направляет масло в определённые каналы гидравлической системы трансмиссии, соответствующие каждому положению рычага переключения передач. Давление масла, которое проходит через ручной клапан, является линейным давлением и регулируется клапаном регулировки давления масла.

Что происходит с автомобилем при различных положениях рычага переключения передач?
Р (Park). Трансмиссия в нейтральном положении, выходной вал механически зафиксирован. Двигатель может быть запущен.
R (Reverse). Осуществляется движение автомобиля задним ходом.
N (Neutral). Трансмиссия в нейтральном положении. Двигатель может быть запущен.
D (Drive). Движение вперёд на 1 — ой, 2 — ой, 3 — ей передачах (при 3 — скоростной АКП).
О (Overdrive). Движение вперёд на 1 — ой, 2 — ой, 3 — ей и 4 — ой передачах ( при 4 — скоростной АКП).
2 (Second). Движение вперёд, зафиксированное на 2 — ой передаче.
1 (Low). Движение вперёд, на 1 — ой передаче.

В большинстве АКП клапан регулировки линейного давления масла и ручной клапан находятся в одном узле — клапанном устройстве (valve body).

В разделе «О тормозах и фрикционах» уже объяснялось, что изменение передаточного числа планетарного ряда, то есть переключение передач, осуществляется путём блокирования и разблокирования различных элементов планетарного ряда с помощью тормозных лент и фрикционов. В зависимости от условий вождения, заданных водителем путём выбора определённого положения ручного клапана, клапаны переключения передач приводят в действие тормоза и фрикционы, которые блокируют (разблокируют) необходимые для включения (выключения) конкретной передачи элементы планетарного ряда АКП ( рис. 25)

В таблице, приведенной ниже, показано, какие в общем случае тормоза и фрикционы задействуются при выборе определённого положения ручного клапана, при включении различных скоростей, а также передаточное отношение в трансмиссии при включении разных передач (задействованные элементы отмечены знаком » + «):

Положение ручного клапана и включён-
ные передачи

Передаточ-
ное отношение
в трансмис-
сииФрикционТормоз пониженной и передачи заднего ходаСервопривод тормозной лентыОбгонная муфтапереднийзаднийвключенвыключен
12,841++21,541++31,000+++

21,541++12,841++

Теперь рассмотрим на общем примере вкратце работу гидравлической системы трансмиссии при включении различных передач.

Положение D (1 — я передача).
При выборе водителем положения D ручного клапана линейное давление масла, нагнетаемое масляным насосом, подаётся от линии 7 в линию 1 (рис. 26) и прикладывается к заднему фрикциону, включая его. Включённый задний фрикцион и обгонная муфта обеспечивают блокировку элементов планетарного ряда, необходимых для включения данной передачи.

Рис. 26. Работа гидравлической системы автоматической трансмиссии при включении 1-й передачи .

Положение D (2 — я передача).
Когда скорость автомобиля увеличивается, увеличивается давление, создаваемое регулятором, что приводит к включению клапана переключения 1 — 2 передачи. При включении этого клапана линейное давление от линии 1 (рис. 27) через линии 8 и 9 подаётся в полость включения сервопривода тормозной ленты. При зажатии тормозной ленты соединительный элемент блокируется на корпус АКП.

Рис. 27. Работа гидравлической системы автоматической трансмиссии при включении 2-й передачи .

Положение D (3 — я передача).
С дальнейшим увеличением скорости автомобиля давление, создаваемое регулятором, становится достаточным для включения клапана переключения 2 — 3 передачи. При включении этого клапана линейное давление через линии 3 и 10 прикладывается к переднему фрикциону и в полость выключения сервопривода тормозной ленты (рис. 28). Тормозная лента отпускается, блокировку необходимых элементов планетарного ряда осуществляют передний и задний фрикционы.

Рис. 28. Работа гидравлической системы автоматической трансмиссии при включении 3-й передачи .

Примечание. Приведенный пример носит общий характер. Для каждой конкретной АКП характерны свои передаточные отношения при переключении передач, свои тормоза, фрикционы и элементы планетарных рядов, которые обеспечивают включение (выключение) каждой передачи.

Принцип действия клапана переключения передач.

В зависимости от условий вождения автомобиля АКП выполняет те же самые операции, что и водитель при вождении автомобиля с обычной коробкой передач, то есть включает повышенную передачу при разгоне автомобиля, включает пониженную передачу при торможении автомобиля, преодолении им крутых подъёмов или при перевозке автомобилем больших грузов.

В гидравлической системе АКП механизмом, который непосредственно осуществляет переключение передач, является клапан переключения передач. В 3 — скоростной АКП таких клапанов 2: переключения с 1 — ой на 2 — ю и переключения со 2 — ой на 3 — ю передачу. В 4 — скоростной АКП к упомянутым двум клапанам добавляется третий: переключения с 3 — й на 4 — ю передачу. Рассмотрим принцип действия клапана переключения передач.

Предположим, что дроссельная заслонка двигателя открыта на определённый угол и автомобиль движется на низкой передаче. При этой передаче суммарная составляющая силы пружины Fa , давления, создаваемого дроссельным клапаном Fb и линейного давления Fc , прикладываемых к золотнику клапана переключения передач, вынуждает его перемещаться вправо (рис.29). При увеличении скорости автомобиля пропорционально увеличивается давление Fd , создаваемое центробежным регулятором, которое, преодолевая суммарное воздействие сил Fa , Fb и Fc , вынуждает золотник перемещаться влево. При определённой величине давления Fd золотник переместится влево настолько, что откроется канал, через который линейное давление масла поступит к исполнительным механизмам (тормозам и фрикционам), включающим следующую повышенную передачу. Как только скорость автомобиля уменьшится, давление Fd , создаваемое центробежным регулятором, также уменьшится и золотник клапана под действием сил Fa , Fb и Fc снова переместится вправо, перекрывая канал для линейного давления масла. Повышенная передача выключится.

При торможении автомобиль переходит на пониженную передачу на скорости, которая примерно на 5 км/ч меньше скорости перехода от данной пониженной передачи на следующую повышенную. Это улучшает управляемость автомобилем и снижает расход топлива.

Рис. 29. Принцип действия клапана переключения передач.

1) Клапан подстройки линейного давления масла (pressure modifier valve).

Крутящий момент, передаваемый фрикционами трансмиссии при разгоне автомобиля, отличается от момента, передаваемого при движении с постоянной скоростью. Давление масла, необходимое для включения фрикциона при постоянной скорости автомобиля, меньше давления, необходимого для включения фрикциона при разгоне автомобиля.

Для создания необходимого давления в гидравлической системе используется клапан подстройки линейного давления (рис.30), подстраивающий линейное давление до нужной величины. Когда давление 15, создаваемое центробежным регулятором и воздействующее на правую сторону золотника клапана подстройки давления, невелико, давление 16, создаваемое дроссельным клапаном плюс сила пружины, вынуждает золотник клапана подстройки перемещаться вправо. В результате, проход масла из магистрали 16 (давление дроссельного клапана) в магистраль 18 (линейное давление) перекрыт. С увеличением скорости автомобиля увеличивается давление 15 центробежного регулятора. Давление 15 преодолевает давление 16 дроссельного клапана и силу пружины и перемещает золотник клапана подстройки давления влево. Давление 16 поступает в магистраль 18 и, воздействуя на верхнюю часть клапана регулировки давления масла, уменьшает линейное давление масла 7.

Как только скорость автомобиля и давление 15 центробежного регулятора уменьшаются, сила пружины и давление 16 дроссельного клапана преодолевают давление 15 и золотник клапана подстройки давления масла снова перемещается вправо. Масло, создающее давление 18 дроссельного клапана, идёт на слив через секцию пружины. Итак, золотник клапана подстройки линейного давления перемещается только тогда, когда давление центробежного регулятора больше давления дроссельного клапана.

Рис. 30.

2) Аккумулятор (accumulator).

Поршень аккумулятора уменьшает удары при переключении передач, когда включаются фрикционы или тормозная лента. Обычно линейное давление воздействует на удерживающую сторону поршня, вынуждая его прижиматься вниз (рис. 31). Когда линейное давление прикладывается к упомянутым фрикционам и тормозу, оно одновременно воздействует на рабочую поверхность поршня, вынуждая его подниматься вверх. Часть энергии масла при этом теряется, что и смягчает удары при переключении передач.

Рис. 31. Принцип действия аккумулятора.

3) Соленоид кикдауна (kickdown solenoid).

Соленоид кикдауна приводится в действие при резком нажатии водителем педали газа. Когда водитель быстро и полностью нажимает на педаль газа, переключатель соленоида замыкается ею (рис. 32). Напряжение подаётся на соленоид, благодаря чему шток соленоида выдвигается наружу, открывая так называемый клапан кикдауна. Линейное давление 7 подаётся в линию 13 и включает клапаны переключения 1 — 2 и 2 — 3 передач. При отпускании педали соленоид обесточивается и в таком состоянии шток соленоида и клапан кикдауна удерживаются пружиной таким образом, что проход между линиями 4 и 13 открыт, а между линиями 7 и 13 закрыт (см. рис. 28). Линейное давление 4 в этом случае через канал 13 подаётся на клапаны переключения 1 — 2 и 2 — 3 передачи, где оно преодолевает давление 15 центробежного регулятора. В результате в АКП происходит переключение с высшей передачи на низшую (см. принцип работы клапана переключения передач в разделе «Переключение передач в АКП»).

Рис. 32. Соленоид кикдауна.

1) Переключатель блокировки зажигания (inhibitor switch).

Переключатель блокировки зажигания (рис. 33) механически связан с рычагом переключения передач и является частью электрической цепи включения стартера двигателя автомобиля. В целях безопасности он препятствует запуску стартера и, соответственно, двигателя, когда рычаг переключения передач не стоит в положении Р (паркинг) или N (нейтраль). Данный переключатель также используется для включения задних фонарей автомобиля, свидетельствующих о его торможении.

2) Парковочный механизм (parking mechanism).

Парковочный механизм механически блокирует АКП в целях предотвращения скатывания автомобиля при его парковке.
Принцип действия.
При установке рычага переключения передач в положение Р ручной вал (manual shaft) и пластина (plate), поворачиваясь в направлении стрелки, передвигают шток (rod) блокировки через вспомогательный рычаг (parking assist lever) в направлении, показанном на рис. 34. Шток воздействует на кулачок (cam), который толкает парковочный упор (parking pawl) вверх и упор входит в зацепление с парковочной шестерней (parking gear) АКП.
Во всех других положениях рычага переключения передач, кроме Р, парковочный упор удерживается от зацепления с парковочной шестерней возвратной пружиной (return spring).

Рис. 34. Парковочный механизм .

Общая схема автоматической трансмиссии с электронными средствами управления и контроля приведена на рис. 35.

Рис. 35. Схема электронноуправляемой автоматической трансмисси.

Основные различия между гидравлически- и электронноуправляемыми трансмиссиями приведены ниже:

скорость нагрузка
автомобиля двигателя

ЭУ- трансмиссия может работать в 3-х режимах: ECONOMY, POWER и HOLD, которые выбираются водителем (рис.36). Работа такой трансмиссии контролируется электронным блоком управления и контроля (компьютером, другими словами) и различными датчиками (см. рис.35).

Рис. 36. Переключатели режимов работы ЭУ-трансмиссии.

Режим ECONOMY.
В этом режиме время переключения передач выбирается оптимальным с целью обеспечения более экономичного режима вождения

Режим POWER.
В этом режиме время переключения передач затянуто с целью обеспечения скорейшего разгона автомобиля.

Режим HOLD.
В этом режиме при рычаге переключения передач, установленном в положение D, в трансмиссии постоянно включена 3-я передача (переключается на 2-ю при скорости автомобиля меньше, чем 20 км/ч). Соответственно, при рычаге переключения передач, установленном в положение 2, постоянно включена 2-я передача, в положение 1 — 1-я передача. Такая особенность ЭУ- трансмиссии полезна тем, что позволяет применять торможение двигателем при спусках с уклонов. Режим HOLD автоматически отключается при выключении зажигания автомобиля.

Основные электронные средства управления и контроля в ЭУ-трансмиссии.

1) Импульсный генератор.
Датчик турбины с зубчатым колесом выдаёт сигнал, величина которого зависит от скорости вращения турбины в гидротрансформаторе трансмиссии (рис.37). Этот сигнал является главным в системе управления параметрами в ЭУ-трансмиссии.

Рис. 37. Импульсный генератор.

Чувствительный ротор установлен на входном валу турбины ГТ и имеет несколько выступов на своей рабочей поверхности. При вращении ротора в момент прохода каждого выступа над датчиком турбины датчик выдаёт в электронный блок управления и контроля импульсный сигнал. Блок по частоте следования импульсов определяет скорость вращения турбины ГТ.

2) Датчик положения дроссельной заслонки.
Датчик представляет собой переменный резистор. Он состоит из рычага, установленного соосно дроссельной заслонке, и переменного резистора для определения степени открытия дроссельной заслонки (рис.38). Сигнал, пропорциональный степени открытия дроссельной заслонки двигателя, посылается в электронный блок управления и контроля. Данный датчик является также датчиком электронной системы впрыска топлива.

Рис. 38.

Переключение передач и блокировка (lock-up) ГТ в ЭУ-трансмиссии основываются на электрических сигналах, поступающих в электронный блок управления и контроля от импульсного генератора и датчика положения дроссельной заслонки.
Датчик холостого хода.
Датчик холостого хода в датчике положения дроссельной заслонки (рис.38) включается, когда дроссельная заслонка двигателя полностью закрыта. Во всех остальных её положениях этот датчик выключен. Датчик также используется как ограничитель хода дроссельной заслонки. Сигналы от датчика посылаются в электронный блок управления и контроля.

3) Соленоид.
Принцип действия.
Когда напряжение подаётся на обмотку соленоида, шток соленоида поднимается вверх и открывает канал для слива масла (рис. 39б). Масло, воздействующее на клапан переключения передач АКП, сливается и золотник клапана под действием пружины перемещается вправо, изменяя направление потоков масла, которые включают (выключают) соответствующие тормоза и фрикционы АКП.

Рис. 39б. Соленоид включен .

Когда напряжение на обмотке соленоида отсутствует, шток соленоида перекрывает канал для слива масла (рис.39а). Давление масла, воздействующее на клапан переключения передачи, преодолевает давление пружины и заставляет золотник клапана перемещаться влево.

Рис. 39а. Соленоид выключен.

Существуют также соленоиды, в которых применяется обратная вышеописанной схема их открытия и закрытия, то есть при подаче напряжения на обмотку соленоида канал для слива масла закрывается, а при обесточивании соленоида — канал открывается.

• Перепечатка разрешается только с разрешения автора и при условии размещения ссылки на источник

Устройство АКПП: структура, строение и принцип работы

Автоматическая Коробка Переключения Передач (АКПП) – вид трансмиссии в машине, в котором переключение скоростей осуществляется за счет электроники, не требуя внимания водителя.

История появления

Первая разработка, которую можно отнести к классу АКПП появилась в 1908 на заводе Форд в Америке. Модель Т, была оснащена планетарной, пока еще механической коробкой передач. Данное устройство не было автоматическим, и требовало от водителей определенного набора навыков и действий для управления, но была значительно проще в использовании, чем распространенные в то время МКПП без синхронизации.
Вторым важным этапом в появлении современных АКП был перевод управления сцеплением с водителя на сервопривод в 30-х годах 20 века фирмой Дженерал Моторс. Такие АКПП назывались полуавтоматическими.
Первая по-настоящему автоматическая планетарная КПП «Коталь» была установлена в Европе в 1930 году. В это время различные фирмы в Европе разрабатывали системы фрикционов и тормозных лент.

Чертеж КПП «Коталь»

Первые АКПП были очень дорогими и ненадежными, пока в конце 30-х годов не начались эксперименты по внедрению гидравлических элементов в их конструкцию для замены сервоприводов и электромеханических элементов управления. Этим путем развития пошла фирма Крайслер, которая и разработала первый гидротрансформатор и гидромуфту.
Современные конструкции АКПП были изобретены в 40–50 года 20 века американскими конструкторами.
В 80-ые годы 20 века АКПП начали оснащаться компьютерным управлением, для топливной экономии, появились 4-х и 5-ти ступенчатые АКПП.

Устройство автоматической коробки передач и принципы работы

Основные элементы конструкции АКПП всегда одинаковые:
Гидротрансформатор, который выполняет роль cцепления. Через него и передается вращательное движение на колеса автомобиля. Его главная задача обеспечивать равномерное вращение без толчков. Гидротрансформатор состоит из больших колес с лопастями, погруженными в гидротрансформаторное масло. Передача момента осуществляется не за счет механического устройства, а с помощью масляных потоков и давления. В гидротрансформаторе располагается и реактор, ответственный за плавные и качественные изменения крутящего момента на колесах автомобиля.

Гидротрансформатор в разрезе

Планетарная передача, которая содержит набор скоростей. В ней осуществляется блокировка одних шестерней и разблокировка других, определяя выбор передаточного числа.

Набор фрикционов и тормозных механизмов, ответственных за переход между шестеренками и выбор передачи. Эти механизмы блокируют и останавливают элементы планетарной передачи.
Устройства управления (гидроблок) – осуществляет управление устройством. Состоит из электронного блока, в котором и осуществляется управление коробкой с учетом всех факторов и датчиков, собирающих сведения (скорость, выбор режима).

Как работает автоматическая коробка передач?

При запуске двигателя в гидротрансформатор подается масло, давление начинает возрастать. Насосное колесо начинает двигаться, реактор и турбина неподвижны. При включении скорости и подачи бензина с помощью акселератора, насосное колесо начинает вращаться быстрее. Потоки масла начинают запускать вращение турбинного колеса. Эти потоки то отбрасывает на неподвижное реакторное колесо, то возвращает обратно к турбинному колесу, увеличивая его эффективность. Момент от вращения передаётся на колеса и автомобиль трогается с места. При достижении нужной скорости насосное и турбинное колесо двигаются одинокого быстро, при этом поток масла попадает на реактор уже с другой стороны (движение происходит только в одну сторону) и он начинается вращаться. Система переходит в режим гидромуфты. Если сопротивление на колесах растет (подъем в гору), реактор снова прекращает вращаться и обогащает крутящим моментом насосное колесо. Во время достижения необходимой скорости и момента, происходит смена передачи. Электронный блок управления подает команду, после чего тормозная лента и фрикционы тормозят пониженную передачу, а повышающее давление масла через клапан разгоняет повышенную, за счет этого и происходит переключение без потери мощности. При остановке двигателя или снижения скорости, давление в системе понижается и происходит обратное переключение. На выключенном двигателе гидротрансформатор находится не под давлением, поэтому запуск двигателя с «толкача» невозможен.

Преимущества и недостатки

По сравнению с механическими коробками передач, у автоматических есть весомые преимущества:

• автомобилем с АКПП проще и комфортнее управлять, дополнительные навыки и рефлексы водителю не требуются, переключения скоростей более плавные, что особенно актуально для перемещений по городу;
• двигатель и ведущие части автомобиля защищены от перегрузок и их ресурс повышается;
• ресурс многих АКПП значительно превышает аналогичный ресурс МКПП. При своевременном техническом обслуживании, необходимость ремонта наступает реже.

Расходные части, такие как, например, диск сцепления или тросик, отсутствуют, вывести из строя АКПП значительно сложнее. Ресурс АКПП американского и японского производства, при современном обслуживании может достигать миллиона километров.
Существует мнение, что у автомобилей с АКПП несколько больший расход топлива. Автомобили до конца 20-го века имели зачастую неправильно выбранные моменты и ограниченное количество скоростей (2–3). На современных АКПП количество передач составляет не менее 4–5 (на грузовых до 19). Современная компьютерная автоматика справляется с выбором крутящего момента и скорости ничуть не хуже водителя. Кроме того, расход топлива на машинах с МКПП сильно зависит от манеры езды и профессиональных умений водителя. У современных АКПП есть множество режимов, они адаптированы под стиль вождения автовладельца.

Коробка-атомат в разрезе

Серьезным недостатком АКПП является невозможность точного и безопасного переключения передач в экстремальных условиях – на обгоне, выезд из сугроба быстрым переключением задней и первой передачи (раскачка), запуск двигателя «с толкача». Однако, большинство городских жителей выберут комфортное перемещение по пробкам взамен возможностей «прошаренного» водителя.
Вторым заблуждением автолюбителей является то, что АКПП не предназначены для вождения автомобиля в условиях гонок и бездорожья. Гражданские АКПП действительно не предназначены для спортивного вождения и управления заносами — в них нет соответственного охлаждения для таких нагрузок, и моменты переключения выбраны для спокойного вождения в городских условиях. Однако, АКПП оснащенная дополнительным охлаждением и перенастроенная на быстрое переключение скоростей покажет лучшее результаты чем МКПП. Автомобили «Формулы-1» комплектуются АКПП и с очень быстрым движением справляются лучше, чем гоночные автомобили с МКПП. Долгие, управляемые заносы также возможны. Внедорожные автомобили уже продолжительное время оснащаются автоматами, которые на проходимость никак не влияют. Большинство водителей просто не понимают, как работает автоматическая коробка передач.

АКПП болида Формула-1

Характеристики и возможности

АКПП позволяет лучше управлять автомобилем, снижая требования к действию водителя – управление сцеплением и ручкой переключения, делает вождение менее утомительным. АКПП имеет нейтральное положение, положение парковки (вращение коробки блокируется дополнительно с помощью агрегатов), заднюю передачу и несколько скоростей для движения. Переключение осуществляется исходя из скорости и условий (например, при движении на подъеме, автоматически может включаться пониженная скорость). Время переключения исправной коробки передач для городских автомобилей составляет в районе 150 мс, что значительно быстрее реакции обычного водителя.
Основным органом управления АКПП является ручка переключения передач, она может располагаться в районе руля (старые американские и японские седаны либо современные минивэны) либо на традиционном месте расположения рычага АКПП. На старых моделях люкс класса коробка могла управляться с помощью кнопочной панели.
Во избежание случайных переключений или опасных ситуаций, в АКПП применяются различные виды защит. В автомобилях с АКПП нельзя запустить двигатель если селектор находится в положении скорости. Переключение режимов осуществляется с помощью кнопки для напольных компоновок рычага, или оттягивания рычажка при расположении на руле. С парковки автомобиль можно снять только при нажатом тормозе. В некоторых случаях прорезь выполняется в виде ступенек.

Общепринятые режимы АКПП:
P – парковка, АКПП механически заблокирована, при нахождении в горизонтальных поверхностях использование стояночного тормоза необязательно.
N – нейтраль. Можно осуществлять буксировку автомобиля.
L(D1, D2, S)– езда на пониженной передаче ( 1 передаче либо 2 передаче).
D – автоматический режим переключения с первой по последнюю скорость.
R – режим заднего хода. Кроме того, на АКПП может присутствовать кнопка overdrive, запрещающая переход на более высокую передачу при обгоне.
Нейтральная передача обычно располагается между D и R либо R находится в противоположном конце ручки селектора. Это требование было введено во избежание аварийных ситуаций на дороге и парковке.

Удаление царапин на кузове автомобиля без покраски.

НЕ ТРАТЬТЕ ДЕНЬГИ НА ПЕРЕКРАСКУ!
Теперь Вы сами сможете всего за 5 секунд убрать любую царапину с кузова вашего автомобиля.

Так же в АКПП могут присутствовать различные режимы и протоколы работы. Eco – экономный режим, для разных фирм реализован по-разному.
*Snow(Winter) – троганье с места со второй либо с третьей передачи для скользкого дорожного покрытия или перемещения в сугробе или грязи.
*Sport(Power) – передачи переключаются при более высоких оборотах двигателя.
*ShiftLock (кнопка или ключ) – разблокирование селектора при выключенном двигателе, применяется для транспортировки машины если вышел из строя двигатель или аккумулятор.
Некоторые АКПП имеют режим ручного переключения передач. Самым удачным и распространённым вариантом такой АКПП стал Типтроник, созданный компанией Порше. Отличительной чертой является орган управления, он выполнен в виде буквы Н и имеет символы «+» и «–« .

Типтроник Porsche Cayenne

Кроме Типтроника к автоматам можно отнести вариатор и роботизированную КПП.

Особенности автомобиля с автоматом

Устройство автоматической коробки передач является более сложным, чем МКПП. Ремонт АКПП значительно сложнее — она состоит из куда большего количества запчастей. Обычно о неисправностях АКПП свидетельствуют пинки и паузы при переключении передач, задний ход или одна из скоростей, могут вообще пропасть. В иных случаях, автомобиль может перестать двигаться.

АКПП в процессе ремонта

Диагностика АКПП обычно проводится в несколько этапов:
Визуальный контроль масла. Если масло черное или содержит в своем составе металлические осколки – это свидетельствует о внутреннем повреждении или износе АКПП. Необходима замена масла в АКПП, что может решить основную часть проблем.
Диагностика ошибок с помощью разъема диагностики. Могли выйти из строя электронные элементы управления коробкой (датчики, компьютер), после чего коробка нормально функционировать не может.
Тест-драйв работы АКПП, для этого изучают поведение коробки во время езды.
Замеры давления в каждом режиме работы АКПП.
Осмотр внутреннего состояния АКП.
Ремонт АКПП своими руками может подразумевать только с 1 по 3 пункт данного списка. Для остальных операций понадобиться теплый бокс, специальное оборудование и опытный специалист. Последняя операция потребует подъемника, крана и целого набора инструментов. Снятие, установка и замена АКПП один из самых сложных и трудоемких в ремонте автомобиля. Ремонт внутренностей АКПП может быть сопоставим по стоимости с установкой новой или контрактной коробки. Будет лучше, если диагностика АКПП и ремонт будут произведены специалистами.

Снятие АКПП для ремонта

Чтобы избежать таких неприятностей необходимо следить за уровнем и цветом масла в коробке и своевременно его менять (когда написано в регламенте). Для разных АКПП применяются различные масла, описанные в литературе по автомобилю. В машинах фирмы Хонда применяется свое особенное масло, если залить другое коробка может выйти из строя.

Эксплуатировать автомат необходимо максимально бережно, не допуская пробуксовок, постоянных резких торможений и ускорений.

В холодное время года автомату необходимо дать время насытиться загустевшим маслом. Для этого необходимо прогреть автомобиль, включить передачу и постоять на тормозах не менее минуты, после чего можно трогаться.
Для большинства людей соблюдение такого рода простых операций не доставит проблем. В их случае, АКПП прослужит им очень долго. Современные АКПП очень надежны по конструкции, стоят не особо дороже своим механических собратьев, дарят чувство комфорта за рулем и серьезно облегчают жизнь любого водителя.

Автоматическая коробка передач: устройство и принцип работы

Транспортных средств с автоматической коробкой переключения передач с каждым годом становится всё больше. И, если у нас – в России и СНГ – «механика» всё ещё продолжает преобладать перед «автоматом», то на Западе автомобилей с АКПП сейчас уже подавляющее большинство. Это неудивительно, если принять во внимание неоспоримые достоинства автоматических коробок: упрощение управления автомобилем, стабильно плавные переходы с одной передачи на другую, защита двигателя от перегрузок и т.п. неблагоприятных режимов работы, повышение комфорта водителя во время езды. Что касается недостатков этого варианта трансмиссии, то современные АКПП по мере совершенствования постепенно от них избавляются, делают их несущественными. В данной публикации – об устройстве коробки-«автомата» и всех её плюсах/минусах в работе.

Содержание

Автоматической коробкой передач называется такая разновидность трансмиссии, которая обеспечивает автоматический, без прямого воздействия водителя, выбор передаточного числа, более всего соответствующего актуальным условиям движения транспортного средства. Вариатор к АКПП не относится и выделяется в отдельный (бесступенчатый) класс трансмиссий. Потому как вариатор производит изменения передаточных чисел плавно, вообще без каких либо фиксированных ступеней-передач.

Об истории создания и совершенствования АКПП

Идея автоматизировать переключение передач, избавив водителя от необходимости часто выжимать педаль сцепления и «работать» рычагом переключения скоростей, не нова. Она начала внедряться и оттачиваться ещё на заре автомобильной эпохи: в начале ХХ века. Причём нельзя назвать какого-либо определённого человека или фирму единственным создателем автоматической коробки передач: к появлению классической, получившей сейчас всеобщее распространение гидромеханической АКПП привели три изначально независимые линии разработок, которые в итоге объединились в единой конструкции.

Один из основных механизмов коробки-автомата – это планетарный ряд. Первая серийная автомашина, оснащённая планетарной коробкой передач, была выпущена ещё в 1908 году, и это был «Форд Т». Хотя в целом та коробка переключения передач ещё не была полностью автоматической (от водителя «Форда Т» требовалось нажимать две ножных педали, первая из которых переводила с низшей на высшую передачу, а вторая включала задний ход), она уже позволяла значительно упростить управление, по сравнению с обычными КПП тех лет, без синхронизаторов.

Второй важный момент в становлении технологии будущих АКПП – это перевод управления сцеплением с водителя на сервопривод, воплощённый в 30-х годах ХХ века фирмой «Дженерал Моторс». Эти коробки переключения передач назывались полуавтоматическими. Первой полностью автоматической КПП стала внедрённая в производство в 30-х годах ХХ века планетарная электромеханическая коробка «Коталь». Она устанавливалась на французские автомобили забытых ныне марок «Деляж» и «Делайе» (существовали до 1953 и 1954 г. соответственно).

Автомобиль «Деляж D8» – премиум-класс довоенной эпохи.

Другие автопромышленники в Европе также разрабатывали похожие системы фрикционов и тормозных лент. Вскоре подобные АКПП были реализованы в автомобилях ещё нескольких немецких и британских марок, известной и ныне здравствующей из которых является «Майбах».

Специалисты другой известной фирмы – американской «Крайслер» продвинулись далее других автопроизводителей, внедрив гидравлические элементы в конструкцию КПП, которые заменили сервоприводы и электромеханические элементы управления. Инженеры «Крайслера» разработали первые в истории гидротрансформатор и гидромуфту, которые имеются теперь в конструкции каждой автоматической коробки передач. А первая в истории гидромеханическая коробка-автомат, похожая по конструкции на современную, на серийных автомобилях была внедрена корпорацией «Дженерал Моторс».

Автоматические коробки передач тех лет были очень дорогими и технически сложными механизмами. К тому же, не всегда отличавшимися надёжной и долговечной работой. Они могли выигрышно выглядеть только в эпоху несинхронизированных механических коробок передач, управление автомобилем с которыми было достаточно тяжёлым трудом, требующим от водителя хорошо отработанного навыка. Когда широко распространились механические КПП с синхронизаторами, то по удобству и комфорту АКПП того уровня были ненамного лучше них. В то время как МКПП с синхронизаторами обладали гораздо меньшей сложностью и дороговизной.

В конце 1980/1990-х годах у всех крупных автопроизводителей происходила компьютеризация систем управления двигателем. Аналогичные им системы стали применять и для управления переключением скоростей. Если прежние решения использовали только гидравлику и механические клапаны, то теперь потоками жидкости стали управлять соленоиды, контролируемые компьютером. Это сделало переключения плавнее и комфортнее, улучшило экономичность и повысило эффективность работы трансмиссии.

Кроме того, на некоторых автомобилях были внедрены «спортивные» и другие дополнительные режимы работы, возможность вручную управлять коробкой передач («Tiptronic» и т.п. системы). Появились первые пяти- и более ступенчатые АКПП. Совершенствование расходных материалов позволило на многих коробках-автоматах отменить процедуру замены масла в процессе эксплуатации автомобиля, поскольку ресурс залитого в её картер на заводе масла стал сравнимым с ресурсом самой коробки передач.

Конструкция автоматической коробки передач

Современная коробка-автомат, или «гидромеханическая трансмиссия», состоит из:

• гидротрансформатора крутящего момента (он же – «гидродинамический трансформатор, ГДТ»);
• планетарного механизма автоматического переключения передач; тормозной ленты, заднего и переднего фрикционов – устройств, что напрямую переключают передачи;
• устройства управления (узла, состоящего из насоса, клапанной коробки и маслосборника).

Гидротрансформатор

Гидротрансформатор нужен для передачи крутящего момента от силового агрегата к элементам автоматической трансмиссии. Располагается между коробкой и мотором, и, таким образом, выполняет функцию сцепления. Гидротрансформатор наполнен рабочей жидкостью, которая улавливает и передает энергию двигателя в масляный насос, находящейся непосредственно в коробке.

Состоит гидротрансформатор состоит из больших колёс с лопастями, погружёнными в специальное масло. Передача крутящего момента осуществляется не механическим устройством, а при помощи масляных потоков и их давления. Внутри гидротрансформатора расположены пара лопастных машин – центростремительная турбина и центробежный насос, а между ними – реактор, который ответственен за плавные и стабильные изменения крутящего момента на приводах к колёсам транспортного средства. Итак, гидротрансформатор не контактирует ни с водителем, ни со сцеплением (он «сам и есть» сцепление).

Насосное колесо соединяется с коленвалом двигателя, а турбинное, — с трансмиссией. При вращении насосного колеса отбрасываемые им потоки масла раскручивают турбинное колесо. Чтобы крутящий момент можно было изменять в широких диапазонах, между насосным и турбинным колёсами предусмотрено реакторное колесо. Которое, в зависимости от режима движения автомобиля, может быть либо неподвижным, либо вращаться. Когда реактор неподвижен, он увеличивает скорость потока рабочей жидкости, циркулирующей между колёсами. Чем выше скорость движения масла, тем большее воздействие оно оказывает на турбинное колесо. Таким образом, момент на турбинном колесе увеличивается, т.е. устройство его «трансформирует».

Но гидротрансформатор не может преобразовывать скорость вращения и передаваемый крутящий момент во всех требуемых пределах. Да и обеспечить движение задним ходом он тоже не в силу. Для расширения этих возможностей к нему и присоединяется набор из отдельных планетарных передач с разным передаточным коэффициентом. Как бы несколько одноступенчатых КПП, собранных в одном корпусе.

Планетарный механизм. Тормозная лента. Фрикционы

Планетарная передача представляет собой механическую систему, состоящую из нескольких шестерён-сателлитов, которые вращаются вокруг центральной шестерни. Сателлиты фиксируются вместе при помощи круга-водила. Внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни, как планеты вокруг Солнца (отсюда и название механизма – «планетарная передача»), внешняя шестерня вращается вокруг сателлитов. Различные передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга.

Тормозная лента, задний и передний фрикцион – напрямую производят переключения передач с одной на другую. Тормоз – это механизм, который производит блокировку элементов планетарного ряда на неподвижный корпус коробки-автомата. Фрикцион же блокирует подвижные элементы планетарного ряда между собой.

Система управления коробки-«автомата»: гидравлическая и электронная

Системы управления автоматических КПП бывают 2-х типов: гидравлическими и электронными. Гидравлические системы используются на устаревших или бюджетных моделях, и постепенно выводятся из употребления. А все современные коробки-«автоматы» управляются электроникой.

Устройством «жизнеобеспечения» для любой системы управления можно назвать масляный насос. Его привод осуществляется непосредственно от коленчатого вала двигателя. Масляный насос создаёт и поддерживает в гидравлической системе постоянное давление, независимо от частоты вращения коленчатого вала и нагрузок на двигатель. В случае отклонения давления от номинального функционирование АКПП нарушается –ввиду того, что исполнительные механизмы включения передач управляются давлением.

Момент переключения передач определяется по скорости автомобиля и нагрузке на двигатель. Для этого в гидравлической системе управления предусмотрена пара датчиков: скоростной регулятор и клапан-дроссель, или модулятор. Скоростной регулятор давления или гидравлический датчик скорости устанавливается на выходном вале автоматической коробки.

Чем быстрее едет транспортное средство, тем больше открывается клапан, и тем больше становится давление проходящей через этот клапан трансмиссионной жидкости. Предназначенный для определения нагрузки на двигатель клапан-дроссель соединяется тросом либо с дроссельной заслонкой (если речь идёт о бензиновом двигателе), либо с рычагом топливного насоса высокого давления (в дизельном моторе).

В некоторых автомобилях для подачи давления на клапан-дроссель используется не трос, а вакуумный модулятор, который приводится в действие разряжением во впускном коллекторе (при увеличении нагрузки на двигатель разряжение падает). Таким образом, эти клапаны создают такие давления, которые будут пропорциональными скорости движения автомобиля и загруженности его двигателя. Соотношение этих давлений и позволяет определять моменты переключения передач и блокировки гидротрансформатора.

В «ловле момента» переключения передачи принимает участие и клапан выбора диапазона, который соединен с селекторным рычагом АКПП и, в зависимости от его положения, разрешает либо запрещает включение определенных передач. Результирующее давление, которое создают клапан-дроссель и скоростной регулятор, вызывает срабатывание соответствующего клапана переключения. Причём, если машина ускоряется быстро, то система управления включит повышенную передачу позже, чем при разгоне спокойно-равномерном.

Как это делается? Клапан переключения находится под давлением масла от скоростного регулятора давления с одной стороны, и от клапана-дросселя – с другой. Если машина ускоряется медленно, то давление от гидравлического клапана скорости идёт по нарастающей, что приводит к открытию клапана переключения. Поскольку педаль акселератора нажата не полностью, то клапан — дроссель не создает большого давления на клапан переключения. Если же машина разгоняется быстро, то клапан-дроссель создаёт бо́льшее давление на клапан переключения, и препятствует его открытию. Чтобы преодолеть это противодействие, давление от скоростного регулятора давления должно превзойти давление от клапана-дросселя. Но это произойдет при достижении автомобилем более высокой скорости, чем это происходит при медленном разгоне.

Каждый клапан переключения соответствует определенному уровню давления: чем быстрее движется автомобиль, тем более высшая передача включится. Блок клапанов представляет собой систему каналов с расположенными в них клапанами и плунжерами. Клапаны переключения подают гидравлическое давление на исполнительные механизмы: муфты фрикционов и тормозные ленты, посредством которых осуществляется блокировка различных элементов планетарного ряда и, следовательно, включение (выключение) различных передач.

Электронная система управления так же, как и гидравлическая, использует для работы 2 основных параметра. Это скорость движения автомобиля и нагрузку на его двигатель. Но для определения этих параметров используются уже не механические, а электронные датчики. Основными из них являются рабочие датчики: частоты вращения на входе коробки передач; частоты вращения на выходе коробки передач; температуры рабочей жидкости; положения рычага селектора; положения педали акселератора. Кроме того, блок управления коробки-«автомата» получает дополнительную информацию от блока управления двигателем, и от других электронных систем автомобиля (в частности, от ABS – антиблокировочной системы).

Это позволяет точнее, чем в обычной АКПП, определять моменты необходимости в переключениях или в блокировке гидротрансформатора. Электронная программа переключения передач по характеру изменения скорости при данной нагрузке на двигатель может легко и мгновенно вычислить силу сопротивления движению автомобиля и при необходимости подстроиться: ввести соответствующие поправки в алгоритм переключения. Например, попозже включать повышенные передачи на полностью загруженном транспортном средстве.

В остальном, АКПП с электронным управлением так же, как и обычные, «не отягощённые электроникой» гидромеханические коробки, используют гидравлику для включения муфт и тормозных лент. Однако у них каждый гидравлический контур управляется электромагнитным, а не гидравлическим клапаном.

Принцип работы АКПП/гидромеханической трансмиссии

Перед началом движения насосное колесо вращается, реакторное и турбинное остаются в неподвижном состоянии. Реакторное колесо закреплено на вале посредством обгонной муфты, в связи с чем может вращаться только в одну сторону. Когда водитель включает передачу, нажимает на педаль газа – обороты двигателя растут, насосное колесо набирает обороты и потоками масла раскручивает колесо турбинное.

Масло, отбрасываемое обратно турбинным колесом, попадает на неподвижные лопатки реактора, которые дополнительно «подкручивают» поток этой жидкости, увеличивая его кинетическую энергию, и направляют на лопасти насосного колеса. Таким образом, при помощи реактора возрастает крутящий момент, что и требуется транспортному средству, набирающему разгон. Когда автомобиль разогнался, и начал двигаться с постоянной скоростью, то насосное и турбинное колёса вращаются примерно с одинаковыми оборотами. Причём поток масла от турбинного колеса попадает на лопасти реактора уже с другой стороны, благодаря чему реактор начинает вращаться. Возрастания крутящего момента не происходит, и гидротрансформатор переходит в равномерный режим гидромуфты. Если же сопротивление движению автомобиля начало возрастать (к примеру, автомобиль начал ехать на подъём, в гору), то скорость вращения ведущих колёс, а, соответственно, и турбинного колеса, падает. В этом случае потоки масла снова затормаживают реактор – и крутящий момент возрастает. Таким образом, производится автоматическое регулирование крутящего момента, в зависимости от изменений в режиме движения транспортного средства.

Отсутствие жёсткой связи в гидротрансформаторе имеет как достоинства, так и недостатки. Плюсы состоят в том, что крутящий момент изменяется плавно и бесступенчато, демпфируются крутильные колебания и рывки, передаваемые от двигателя к трансмиссии. Минусы состоят, прежде всего, в невысоком КПД, поскольку часть полезной энергии попросту теряется при «перелопачивании» масляной жидкости и расходуется на привод насоса АКПП, что, в конечном итоге, приводит к увеличению расхода топлива.

Но для сглаживания данного недостатка в гидротрансформаторах современных АКПП применяется режим блокировки. При установившемся режиме движения на высших передачах автоматически включается механическая блокировка колёс гидротрансформатора, то есть он начинает выполнять функцию обычного классического механизма сцепления. При этом обеспечивается жёсткая непосредственная связь двигателя с ведущими колёсами, как в механической трансмиссии. На некоторых АКПП включение режима блокировки предусмотрено и на низших передачах тоже. Движение с блокировкой является наиболее экономичным режимом работы коробки-«автомата». А при повышении нагрузки на ведущих колесах блокировка автоматически выключается.

При работе гидротрансформатора происходит значительный нагрев рабочей жидкости, вот почему в конструкции автоматических коробок предусматривается система охлаждения с радиатором, который либо встраивается в радиатор двигателя, либо устанавливается отдельно.

Автоматическая коробка передач в работе

Любая современная коробка-«автомат» имеет на рычге-селекторе кабины следующие обязательные положения:

• Р – паркинг, или парковочная блокировка: блокировка ведущих колёс (не взаимодействует со стояночным тормозом). Аналогично, как на «механике» машину оставляют «на скорости» при постановке на стоянку;
• R – реверс, передача заднего хода (её всегда запрещено было активировать в момент движения автомобиля, а потом в конструкции предусмотрели соответствующую блокировку);
• N – нейтралка, режим нейтральной передачи (активируется при непродолжительной стоянке или при буксировке);

• D – драйв, движение передним ходом ( при этом режиме будет задействован весь передаточный ряд коробки, иногда – отсекаются две высшие передачи).

А также может иметь некоторые дополнительные, вспомогательные или расширенные режимы. В частности:

• L – «понижайка», активация режима пониженной передачи (малый ход) с целью передвижения в сложных дорожных либо во внедорожных условиях;
• O/D – овердрайв. Режим экономии и размеренного перемещения (при любой возможности коробка-«автомат» переключается наверх);
• D3 (O/D OFF) — дезактивация высшей ступени для активной езды. Задействуется торможением силовым агрегатом;
• S – передачи раскручиваются до максимальных оборотов. Может присутствовать возможность ручного управления коробкой.
• На АКПП может присутствовать и специальная кнопка, которая запрещает переход на более высокую передачу при обгоне.

Преимущества и недостатки коробки-«автомата»

Как уже отмечалось, весомыми преимуществами автоматических коробок передач, по сравнению с механическими, являются: простота и комфорт управления транспортным средством для водителя: сцепление выжимать не нужно, «работать» рычагом переключения передач – тоже. Особенно это актуально в поездках по городу, которые и составляют, в конечном итоге, львиную долю пробега автомобиля.

Переключения передач на «автомате» получаются более плавными и равномерными, что способствует защите двигателя и ведущих узлов автомобиля от перегрузок. Расходные части (к примеру, диск сцепления или тросик) отсутствуют, потому и вывести из строя АКПП, в этом смысле, сложнее. В целом, ресурс многих современных АКПП превышает ресурс механических коробок передач.

К недостаткам автоматических коробок передач относят более дорогую и сложную, чем у МКПП, конструкцию; сложность ремонта и его высокую стоимость, более низкий КПД, худшую динамику и повышенный, по сравнению с МКПП, расход топлива. Хотя, усовершенствованная электроника коробок-«автоматов» ХХI века справляется с правильным выбором крутящего момента уже не хуже опытного водителя. Современные автоматические коробки передач зачастую оборудованы дополнительными режимами, позволяющими подстраиваться под определённый стиль вождения –от спокойного до «резвого».

Серьезным недостатком автоматических коробок переключения передач называют невозможность максимально точного и безопасного переключения передач в экстремальных условиях – к примеру, на сложном обгоне; на выезде из сугроба или серьёзной грязи быстрым переключением задней и первой передачи («в раскачку»), при необходимости запуска двигателя «с толкача». Нужно признать, что АКПП идеально подходят, главным образом, для обычных поездок без внештатных ситуаций. В первую очередь – по городским дорогам. Не очень приспособлены коробки-«автоматы» и для «спортивного вождения» (динамика разгона немного отстаёт от «механики» в связке с «продвинутым» водителем», и для ралли по боздорожью (не всегда может идеально приспособиться к изменению условий движения).

Что касается расхода топлива, то у автоматической коробки он в любом случае будет бо́льшим, чем у механической. Однако если раньше этот показатель составлял 10-15%, то в современных автомобилях он снизился до малосущественных отметок.

В целом, применение электроники существенно расширило возможности автоматических коробок переключения передач. Они получили различные дополнительные режимы работы: такие, как – экономичный, спортивный, зимний.

Резкий рост распространённости коробок-«автоматов» был вызван появлением режима «Autostick», который позволяет водителю, при желании, самостоятельно выбирать нужную передачу. Каждый производитель дал такому типу автоматической коробки передач свое название: «Audi» –«Tiptronic», «BMW» – «Steptronic», и т.п.

Благодаря продвинутой электронике в современных АКПП стала доступной и возможность их «самосовершенствования». То есть, изменения алгоритма переключений в зависимости от конкретного стиля вождения «хозяина». Электроника предоставила расширенные возможности также и для самодиагностики АКПП. И речь идёт не только о запоминании кодов неисправностей. Программа управления, контролируя износ фрикционных дисков, температуру масла, оперативно вносит необходимые коррективы в работу автоматической коробки передач.

Источник https://enc.drom.ru/2994/

Источник https://akppgid.ru/vse-ob-akpp/ustrojstvo-akpp.html

Источник https://tractorreview.ru/dvigateli/ustroystvo/avtomaticheskaya-korobka-peredach-ustroystvo-i-printsip-rabotyi.html