АКПП: виды, устройство и принцип действия коробки автомата

Автоматические коробки переключения передач (АКПП) становятся все более популярными в нашей стране, доля автомобилей с АКПП растет быстрыми темпами. Автоматические коробки передач передают вращающий момент от двигателя к колесам автомобиля, автоматически увеличивая или уменьшая передаточное число, подстраиваясь под оптимальные режима работа двигателя. Коробка автомат классического типа состоит из гидротрансформатора и ряда планетарных передач. Коробка автомат, плавно переключая передачи, обеспечивает автомобилю плавный ход и превращает управление машиной в удовольствие.

В своей статье мы рассмотрим устройство и принципом работы автоматической коробки передач, перечислим основные видами коробок автоматов, познакомимся с режимами работы, проанализируем достоинства и недостатки АКПП.

Содержание

Что такое АКПП

Автоматическая коробка передач (АКПП) — это коробка передач, которая самостоятельно определяет наиболее подходящее передаточное отношение в зависимости от текущего скоростного режима. Автоматическая коробка без участия водителя сама выбирает и переключает нужное передаточное отношение, подстраивается под заданную водителем скорость, обеспечивает плавное начало движения и плавный ход автомобиля. АКПП снимает с водителя львиную долю нагрузки во время движения по сравнению с классической механической коробкой передач.

Поскольку сейчас существуют разные варианты автоматических коробок (роботы и вариаторы), то, чтобы не путаться, АКПП еще называют: классический автомат, гидроавтомат, гидромеханическая трансмиссия, планетарный автомат.

История создания автоматической коробки

Идея создания автоматической коробки принадлежит немецкому инженеру Герману Феттингеру, разработавшему первый гидротрансформатор в 1902 году, и поначалу такая трансмиссия применялась только для строительства судов.

Первый автомобиль, оснащенный планетарным автоматом, был американский Ford T. После выхода этого автомобиля наиболее активную роль в разработке автоматов сыграла компания General Motors, которой удалось выпустить полуавтоматическую трансмиссию в середине 1930-х годов. Та же GM в 1940 году создала первую совершенно автоматическую коробку передач

Устройство автоматической коробки передач

Автоматическая коробка передач имеет сложное строение и сам механизм, посредством которого обеспечивается переключение передач, сложен. Суть этого процесса сводится к включению и выключению муфт и тормозов посредством давления рабочей жидкости.

Есть несколько видов АКПП, которые имеют некоторые различия в конструкции, но основные элементы у них одинаковые.

Гидравлический трансформатор (гидротрансформатор). Представляет собой металлический корпус, который заполнен специальной рабочей ATF-жидкостью (маслом). Его основная задача — передавать вращение от мотора к коробке переключения передач. По факту — это аналог сцепления в механической КПП. Состоит из насосного, турбинного и реакторного колес, блокировочной муфты и муфты свободного хода. Колеса имеют лопасти с отверстиями для циркуляции рабочей жидкости. Муфта свободного хода нужна, чтобы реакторное колесо могло вращаться в обратную сторону. Блокировочная муфта позволяет заблокировать гидротрансформатор при определенных режимах работы автомобиля.
Планетарный механизм. Это редуктор, который переключает скорости в результате изменения передаточного числа на шестеренках. Состоит из: планетарных рядов (солнечная шестерня, сателлиты, коронная шестерня, водило), валов, барабанов с фрикционными муфтами, обгонной муфты и ленточного тормоза. Блокировка одного из элементов планетарного ряда приводит к передаче вращения и изменения крутящего момента. Планетарный ряд может блокироваться ленточным тормозом, обгонной муфтой и фрикционными муфтами. Планетарный механизм выполняет функции блока шестерней в механической коробке.
Гидросистема. Состоит из масляной помпы, фильтра, толкателей, гидрораспределителя. Рабочая жидкость создает рабочее давление в коробке и защищает внутренние элементы от перегрева и коррозии.

Электронный блок управления. Собирает входящую информацию от педалей, систем АБС и ЕСП, датчиков, ручки АКПП и других систем, обрабатывает ее. После чего формирует сигналы, которые отправляются на исполнительные клапаны гидроблока. Блок управления регулирует работу фрикционных муфт и направляет потоки рабочей жидкости в ту или иную муфту, что ведет к переключению скорости. То есть блок управления — буквально «мозг» АКПП, он производит управление коробкой передач. Поломка блока управления ведет к переключению работы автомата в аварийный режим.

Сравнение АКПП с механической коробкой

В современном мире «механика» медленно, но верно сдает позиции более прогрессивному собрату — АКПП. Автоматические коробки обеспечивают более плавную и экономную работу двигателя и плавный ход машины.

От водителя не требуется постоянно следить за скоростью и оборотами двигателя, чтобы вовремя включать нужную передачу. За него все сделает «автомат», что особенно удобно при езде по городу, и крайне удобно если вы находитесь в «пробке».

Водителю не нужно львиную долю своего внимания уделять управлению машиной. Хотя есть водители, которым нравится механическая коробка, позволяющая получать удовольствие от непрерывного физического процесса управления машиной и полного контроля езды.

Плюсы и минусы АКПП

У автоматической коробки передач есть свои достоинства и недостатки, которые необходимо знать, прежде чем купить машину с автоматом или пересесть с «механики» на «автомат».

Плюсы АКПП

Простота и удобство управления, так как не нужно вручную переключать скорости. Водитель только управляет рулем и нажимает на газ и тормоз.
Отсутствует третья педаль — сцепления.
На машине с автоматом проще трогаться с места.
Плавное переключение передач и высокий коэффициент полезного действия.
Высокая надежность современных АКПП.
Невозможность «сжечь» сцепление и отсутствие необходимости в периодической замене сцепления.

Минусы АКПП

Механические коробки более экономичны, по сравнению с автоматами. Автомобиль с АКПП расходует больше топлива примерно на 10-15%. Хотя постепенное усовершенствование автоматов ведет к уменьшению этого показателя.
Автоматические коробки передач обходятся значительно дороже механических в обслуживании и ремонте. Если автомат выйдет из строя и его нужно будет полностью менять, это будет стоить солидную сумму (до трети стоимости подержанного автомобиля).
Невозможность быстрого разгона и резкого набора скорости, что особенно чувствуется при совершении обгона на ограниченном расстоянии или плотном встречном потоке машин, то есть когда нужно очень быстро совершить обгон. Эта проблема частично решается включением спортивного режима.
Автомат ограничивает индивидуальность вождения в отличие от автомобилей с механикой, где водитель полностью контролирует езду.
Невозможность завести машину с «толкача».
Автомат может быстро выйти из строя при неправильной эксплуатации.
Автомобиль с автоматической коробкой имеет ограничения при буксировке, и эти нюансы нужно знать, прежде чем буксировать другой автомобиль или прицеп.

Типы АКПП

Сейчас существует три типа автоматических коробок переключения передач:

классическая АКПП. Когда говорят АКПП, то имеют ввиду именно этот тип коробок, и в этой статье мы касаемся именно этого типа. Они устанавливаются на большинстве современных легковых и грузовых автомобилей, хотя другие два типа постепенно увеличивают свое присутствие на авторынке.
Робот (роботизированная коробка передач). Представляет собой один из вариантов автоматической коробки. Главная его особенность — наличие сцепления, которое обеспечивает быстрое переключение передач без потери мощности мотора. В роботе имеются входные и выходные валы, которые объединяются при помощи зубчатых колес, что приводит к переключение скорости, управляются они синхронизатором. Роботизированная коробка обычно управляется специальным электронным блоком управления, но может также управляться водителем.
Вариатор не имеет фиксированных передач, поэтому переключение скорости происходит очень плавно. Переключение скоростного режима осуществляется за счет конусообразных шкивов на входе и выходе коробки. Ременное соединение обеспечивает перемещение узлов. Планетарная передача отвечает за движение задним ходом. Вариатор имеет самую большую экономичность из всех автоматических коробок.

Принцип работы АКПП

При запуске двигателя происходит активация работы автоматической коробки за счет включения масляного насоса, который создает рабочее давление внутри коробки. После этого запускается гидравлический трансформатор, который раскручивается до скорости коленчатого вала.

При нажатии на педаль газа и переключении ручки управления автоматом, масло устремляется к турбине, которая начинает вращаться. Работа радиатора АКПП предотвращает перегрев масла коробки. Блок управления собирает всю поступающую информацию от степени нажатия на педаль газа и различных датчиков автомобиля, обрабатывает ее и посылает сигнал в гидравлический блок, где путем перемещений муфт и тормозов происходит изменение передаточного отношения, наиболее оптимального в данных конкретных условиях.

Масло, заполняющее внутреннюю полость автоматической коробки, имеет важнейшее значение для ее эффективной работы. За уровнем масла нужно следить, чтобы его не было слишком много или мало. Рабочее давление масла составляет 2,5-4,5 бар.

Рабочая температура масла равняется 80ºС, поэтому перед началом движения машину следует немного прогреть, что особенно важно в зимний период, чтобы избежать повреждения пластиковых элементов коробки.

Охлаждение масла чаще всего происходит за счет жидкостного радиатора, реже — воздушного. Автоматическая коробка передач в незаправленном виде и без гидротрансформатора весит в среднем около 70-80 кг. После заправки общий ее вес может достигать 110 кг.

Ресурс АКПП

Точного значения срока службы автоматической коробки нет. Это будет зависеть от правильной эксплуатации автомобиля с АКПП, своевременного обслуживания коробки: замены масла и масляного фильтра, использования оригинальных запчастей и масла. Некоторые модели коробок-автоматов рассчитаны на 100-150 тысяч пробега, современные модели автомобилей оснащаются коробками-автоматами, рассчитанными на 500 тысяч км и более, и при этом не нуждаются в замене масла.

Режимы работы автоматической коробки передач

Если вы ни разу не ездили на автомобиле с автоматической коробкой, нужно сначала узнать, какие есть режимы работы у коробки, как они обозначаются на панели и как ими пользоваться. Неправильное управление может привести к поломке коробки и дорогостоящему ремонту.

Все управление коробкой передач осуществляется через ручку, ее определенное положение включает определенный режим работы. На разных моделях АКПП количество режимов может быть разным.

Основные режимы работы АКПП

P — Parking (парковка). Является аналогом ручника на «механике». Этот режим включается, когда машина стоит на парковке. При таком положении ручки передние ведущие колеса блокируются не прижатием тормозных колодок, блокировкой выходного вала трансмиссии.
N — Neutral (нейтральное положение). Колеса и вал не заблокированы, но и не связаны с двигателем. В таком положении машина может двигаться накатом. Если оставить автомобиль на стоянке в таком положении, то машина может покатиться под уклон, поэтому нельзя оставлять машину на парковку при таком режиме. Это положение используется при буксировке автомобиля.
R — Reverse (задняя скорость). Включает движение задним ходом. Для того, чтобы тронуться задним ходом надо нажать на педаль тормоза, перевести селектор в положение «R», отпустить тормоз, нажать газ.
D или A— Drive или Automat (основной режим движения). Используется во время езды в режиме автоматического переключения скоростей.
L или B или цифра 1 — Low (режим пониженной передачи). Аналог первой передачи на «механике», который предполагает езду на пониженной скорости. На некоторых моделях режим B включает блокировку дифференциала.
M — Manual (режим ручного переключения скоростей). Используется когда водителю требуется самому включать нужную передачу. Работает по аналогии с механической коробкой, только в более упрощенном варианте. Управление коробкой передач при этом режиме происходит за счет специальных кнопок «+» и «–» (подрулевых лепестков).
S или PWR — Sport или Power (спортивный режим). При этом режиме переключение передач происходит при высоких оборотах двигателя без потери скорости. Подразумевает возможность быстрого разгона и набора скорости, например при обгоне. Также используется для активной езды на максимальных оборотах двигателя.
O/D — OverDrive. Овердрайв — это повышенная передача, этот режим представляет собой аналог пятой передачи в механической коробке. Режим овердрайв используется при езде за городом с ровной скоростью свыше 50 км/ч, при езде на высокой скорости. Он экономит расход топлива.
D3 или O/D OFF — отключение овердрайва.
W или S или цифра 2 — Winter или Snow (зимняя езда). Подразумевает трогание с места и езду не выше второй скорости. Используется в зимний период при плохих дорожных условиях.
«3» – режим движения не выше третьей передачи.
E — Economic (экономичный режим).
Shift lock — кнопка разблокирования селектора коробки при заглушенном моторе. АКПП автоматически блокируется когда выключен двигатель. То есть, чтобы перевести селектор в положение Drive из положения Parking, нужно сначала завести мотор, при заглушенном моторе сделать этого не получится. Но если нажать кнопку Shift lock, то можно будет перевести селектор в любое положение. При нормальной работе АКПП эту кнопку лучше не использовать, она предназначена для механиков, которые ремонтируют автоматические коробки.
Kick-down — «пинок вниз». Нечто вроде пониженной передачи на «механики». Нажатие этой кнопки позволяет резко набрать высокую скорость путем переключения на пониженную передачу. Кнопка находится под педалью газа. При резком нажатии на газ до упора происходит включение kickdown.

Запуск двигателя с АКПП

В машинах с АКПП есть только две педали для правой ноги водителя: газ и тормоз, сцепления здесь нет. Во время запуска двигателя газ не нажимается, но в большинстве машин нужно нажимать педаль тормоза, иначе автомобиль не заведется.

Автомобили с АКПП имеют встроенную блокировку начала движение при неправильном положении ручки селектора. Автомобиль с автоматической коробкой можно завести только если рычаг коробки находится в положении «P» — стоянка или «N» — нейтралка. Во всех других положениях рычага машину завести не получится.

Эта функция особенно полезна для начинающих водителей, которые могут забыть перевести рычаг в нужное положение и машина при запуске зажигания дернется вперед или назад и во что-нибудь врежется.

Большинство автопроизводителей рекомендуют всегда оставлять машину на стоянке в режиме «P» и трогаться только с этого положения.

Опытные водители советуют всегда нажимать тормоз при запуске двигателя: это убережет от движения машины на нейтральной передаче в положении «N». Также без нажатия на тормоз не получится перевести селектор в положение «D» — начало движения и «R» — задний ход.

Есть небольшие различия в том, как заводить автомобиль с автоматической коробкой с бензиновым и дизельным двигателем.

Запуск бензинового двигателя

Вставить ключ в замок зажигания.
Селектор должен стоять в положении «Парковка».
Нажать на педаль тормоза.
Повернуть ключ зажигания не отпуская педаль тормоза.
Дать некоторое время прогреться двигателю и коробке передач (особенно в зимнее время), чтобы масло стало более текучим. Прогрев занимает около 5 минут, или нужно дождаться прогрева масла до 70ºС, если такая информация выводится на монитор.
Ручку селектора надо провести по всем положениям, чтобы масло распределилось равномерно во всем узлам коробки.
Отпустить педаль тормоза и перевести селектор в положение Drive, машина начнет движение.

Запуск дизельного двигателя

Автомобили с дизельным двигателем оснащены свечами накала, и перед началом движения их надо прогреть.

Вставить ключ в замок зажигания.
Селектор должен стоять в положении «Парковка».
Подождать некоторое время пока на мониторе не погаснет индикатор работы свечей накала. Если на улице ниже 20ºС, то рекомендуется повторить прогрев свечей еще 1-2 раза.
Нажать на педаль тормоза.
Повернуть ключ зажигания не отпуская педаль тормоза.
Теперь также как и с бензиновым двигателем надо дать мотору прогреться и пройтись ручкой селектора по всем положениям для распределения масла.
Отпустить педаль тормоза, перевести селектор в положение Drive, машина тронется.

После поворота ключа в замке зажигания перед запуском стартера лучше подождать несколько секунд для запуска бензонасоса.

Езда на автомобиле с АКПП и остановка

После того, как вы завели двигатель, перевели ручку коробки передач в положение «D», отпустили педаль тормоза, машина начинает движение с маленькой скоростью около 5 км/ч. Нажимаем на педаль газа и машина ускоряется. Чем сильнее нажимать на педаль газа, тем быстрее будет ехать машина.

Чтобы сбросить скорость движения автомобиля нужно убрать ногу с педали газа, автомат включит пониженную передачу и скорость движения снизится. Для быстрого снижения скорости надо нажать на педаль тормоза.

Чтобы остановить автомобиль надо скинуть газ и нажать тормоз. Автомобиль остановится. Если вы планируете оставить машину на стоянке, то надо при нажатой педали тормоза перевести ручку селектора в положение — «P» (паркинг), и заглушить двигатель.

Если вы остановились на светофоре или стоите в пробке, то переводить ручку в положение «паркинг» не нужно. Она остается в положении «D». Для начала движения отпускаете тормоз и нажимаете газ.

Иногда для езды удобен режим «M» (ручной режим). Он включается во время движения в положении «D». Переключение скоростей происходит с помощью кнопок «+» и «-», расположенных на рычаге переключения передач. Этот режим используется во время езды по плохой грунтовой дороге на пониженной передаче внатяг, чтобы избежать пробуксовки. А также во время крутого подъема и крутого спуска.

Что нельзя делать с АКПП

Чтобы автоматическая коробка прослужила долго и не ломалась, нельзя делать некоторые вещи.

Заводить автомобиль с АКПП с «толкача». Такой запуск вдвое сократит жизнь автоматической коробки передач.
Нельзя ездить в положении ручки «P» (паркинг).
Использовать положение «N» (нейтралка) для спуска с горки. Особенно если включить этот режим прямо на ходу из положения «D». В таком случае машина может заглохнуть, отключается гидроусилитель руля и тормозов, машина становится практически неуправляемой.
Использовать положение «N» во время обычного движения.
Включать положение «R» (задний ход) до окончательной остановки машины.
Включать положение «D» (драйв) во время движения задним ходом до полной остановки машины.
Буксировать машину большего веса чем ваша.
Буксировать машину с АКПП на расстояние больше 40-50 км при скорости больше 50 км/ч. В буксируемой машине с заглушенным двигателем в автоматической коробке не создается нужного давления масла, поэтому все детали в ней вращаются без нужного количества смазки, что приводит к быстрому износу.

На первый взгляд автоматическая коробка передач представляется неким очень сложным механизмом, управлять которым и поддерживать в рабочем состоянии, очень трудно. На самом деле это не так. Для тех водителей, которые долгое время ездили на механике, период привыкания к автомату может быть немного тяжеловат. Но те, кто всегда ездил только на автомате, считают, что автомобиль с АКПП намного проще в управлении.