Акпп: виды, устройство и принцип действия коробки автомата

АКПП — что это такое

Классическая автоматическая передача представляет собой довольно сложный комплекс из двух устройств. Ответить на вопрос:  «Что это такое АКПП?» возможно только разобравшись в ее конструкции.

Автоматическая передача состоит из трех основных частей:

• Гидротрансформатора, который принимает крутящий момент от силового агрегата и передает его на следующий непосредственно за ним механизм.
• Собственно коробки перемены передач планетарного типа — данное устройство преобразует усилие и осуществляет привод колес через главный редуктор.
• Устройства управления, состоящего из некоторого количества золотников, регулирующего потоки масла к исполнительным механизмам.

По аналогии с механической трансмиссией гидротрансформатор АКПП играет роль сцепления — он установлен между двигателем и планетарным механизмом. Его устройство значительно более сложное и допускает проскальзывание передачи во время начала движения и торможения. На большинстве современных АКПП гидротрансформатор блокируется при высоких оборотах двигателя.

Видео компании Тойота поясняет принцип работы гидротрансформатора и других элементов АКПП:

Планетарная коробка соответствует по назначению своему механическому аналогу. Разница состоит в том, что в автомате переключения производятся сервоприводами, а на механике – вручную.

Фактически управление работой АКПП осуществляется при помощи двух педалей: акселератора и тормоза. При этом нажатие на «газ» не приводит к увеличению частоты оборотов двигателя, а влияет непосредственно на скорость движения.

Устройство узлов и механизмов

Конструкции отдельных элементов могут различаться. Рассмотрим только один из наиболее часто встречающихся вариантов — гидротрансформатор. Он имеет в своем составе:

• турбонасос;
• турбину;
• статор.

Корпус данного устройства жестко устанавливается на маховике, чем по аналогии оно сходно с корзиной механического сцепления.

Статоры бывают двух видов: неподвижные по отношению к блоку двигателя или стопорящиеся при помощи ленточного тормоза. Такая конструкция позволяет обеспечивать оптимальное использование крутящего момента, особенно на малых оборотах. Корпус гидротрансформатора заполнен вязким маслом.

Планетарная коробка или редуктор представляет собой целый набор механизмов в ее состав входят:

• эпицикл — большая шестерня с обращенными внутрь зубьями;
• малая солнечная шестерня;
• водило с шестернями сателлитами.

Видео — принцип работы планетарного ряда автоматической коробки передач:

Один из вышеперечисленных узлов зафиксирован неподвижно по отношению к картеру коробки. Сателлиты находятся одновременно в зацеплении, как эпицикла, так и малой солнечной шестерни. Помимо названных узлов в состав коробки входят фрикционные муфты, которые, в свою очередь, состоят из двух элементов: хаба – ступицы и барабана.

Между ними находится комплект из чередующихся стальных и пластиковых фрикционных дисков и кольцеобразного поршня, управляющего их работой. В планетарной КП имеется также обгонная муфта, ее конструкция может быть разной. Она устроена таким образом, что способна вращаться достаточно свободно в одну сторону и заклинивает при изменении направления.

Устройство АКПП, помимо названных выше узлов, имеет еще и механизм управления, принцип работы которого зависит от типа исполнительных механизмов.

В современных АКП золотники гидроприводов перемещаются под воздействием соленоидов, напряжение на которые поддается от электронного блока управления. В классическом варианте управление осуществляется с учетом положения педали акселератора и регулятора давления масла центробежного типа установленного на выходном валу коробки.

Водитель выбирает режим работы АКП при помощи селектора, в большинстве современных автомобилей он устанавливается на центральной консоли. Управление может быть продублировано кнопками на рулевом колесе.

Чем отличается автоматическая коробка передач от механической

Чтобы сдвинуть автомобиль с места на ровном участке, нужно преодолеть силу инерции и создать наибольшую тягу на ведущие колеса. Полезный крутящий момент двигателя достигается только в определенном диапазоне частот. Если силовой агрегат напрямую соединить с колесами, то КПД мотора снизится. Чтобы обороты двигателя работали с максимальной отдачей, в схему включен посредник — автоматическая или механическая коробка передач.

Когда стоит выбор: автомат или механика, каждый покупатель оценивает разницу по критериям затрат, надежности, удобства. Для объективного выбора нужно разобраться подробно, что такое МКПП и АКПП, в чем преимущества и недостатки их эксплуатации.

Принцип работы МКПП

Механическая коробка представляет собой блоки шестерней, расположенные на 3 валах: входном, промежуточном и выходном. Входной вал соединен с коленчатым валом двигателя и промежуточным валом. Зубчатые колеса промежуточного вала сцеплены с колесами выходного неподвижного вала.

Читать

Полная и частичная замена масла в АКПП Polo Sedan своими руками

Шестерни вращаются независимо от выходного вала. Диаметры колес подобраны под передаточное отношение, достаточное для передачи крутящего момента на колесный привод при разном режиме движения. Если шестерню жестко соединить с валом, их скорости уравняются. Для этого используют синхронизаторы, в состав которых входит муфта включения, ступица с сухарями, кольцо блокировки.

Принцип работы МКПП заключается в ручном переключении выходных шестерней, которые зацепляются с приводами двигателя и колес. Для управления коробкой водитель использует рычаг и педаль сцепления.

Сцепление в механике представляет собой набор фрикционных дисков, который разъединяет или сцепляет двигатель и трансмиссию за счет силы трения. Нажимая педаль, водитель прекращает передачу крутящего момента на входной вал. При этом снижается скорость, и происходит толчок. Расцепление гасит крутильные колебания и предотвращает удар от переключения передачи.

https://youtube.com/watch?v=BgZaz5b4JRk

Двигая рычаг, водитель приводит в действие шток. Шток с помощью вилки управляет муфтой включения. Перемещение муфты влияет на положение сухарей ступицы, которые прижимают кольцо блокировки к шестерне. Под действием силы трения кольцо останавливается, и шлицы муфты сцепляются с шестерней.

Решить проблему прерывания подачи крутящего момента смогла гидромеханическая АКПП. Соответственно принцип действия, конструкция и управление автомата отличается от механики.

Принцип работы АКПП

В основе автоматической коробки передач лежит планетарный механизм. Он состоит из набора шестерней, которые вращаются вокруг «солнца». У планетарного ряда 2 входа и 1 выход. Изменение входных скоростей с помощью пакетов фрикционов позволяет управлять вращением выходного вала.

В отличие от механики, в автомате переключение скоростей происходит по сигналу электронного блока. Чтобы включить передачу, в гидроблоке открывается требуемый канал для прохода трансмиссионного масла. Давление жидкости действует на поршень, который сжимает диски фрикционов. Одновременно разжимается пакет фрикционов предыдущей передачи. При этом потеря мощности при переключении не возникает.

Читать

Причины затягивания с переключением передач на АКПП и способы их устранения

Роль сцепления в автомате выполняет гидротрансформатор. Передача и преобразование момента двигателя происходит через трансмиссионную жидкость. Гидротрансформатор гасит вибрации силового агрегата и коробки, и автомобиль все время движется плавно.

Чем отличается механика от автомата, так это простой конструкции. АКПП — сложно скомпонованный механизм, из которого вытекают основные недостатки коробки.

Как устроена автоматическая коробка передач

В состав входят 4 основных компонента:

1. Гидравлический трансформатор. Он вмещает насос, реактор и турбины. Задача узла — измерение оборотов вращения вала за небольшой временной интервал.
2. Планетарный редуктор. В состав входят зубчатые колеса разного диаметра. За счет изменения передаточных чисел происходит переключение скоростей.
3. Гидравлика. Сюда включается масляный насос, фильтр, толкатели, гидроблок с электроклапанами. Система защищает расположенные внутри коробки детали от перегрева.
4. Электронный блок. Принимает идущие от датчиков сигналы и осуществляет управление АКПП.

Если модуль управления выходит из строя — включается аварийный режим работы.

Как работает планетарная передача

Почему в АКПП в подавляющем большинстве случаев применяется планетарная передача, а не валы с шестернями, как в механической коробке? Планетарная передача более компактна, она обеспечивает более быстрое и плавное переключение скоростей без разрыва в передаче мощности двигателя. Планетарные передачи отличаются долговечностью, так как нагрузка передается несколькими сателлитами, что снижает напряжения зубьев.

В одинарной планетарной передаче крутящий момент передается с помощью каких-либо (в зависимости от выбранной передачи) двух ее элементов, из которых один является ведущим, второй — ведомым. Третий элемент при этом неподвижен.

Для получения прямой передачи необходимо зафиксировать между собой два любых элемента, которые будут играть роль ведомого звена, третий элемент при таком включении является ведущим. Общее передаточное отношение такого зацепления 1:1.

Таким образом, один планетарный механизм может обеспечить три передачи для движения вперед (понижающую, прямую и повышающую) и передачу заднего хода.

Передаточные отношения одиночного планетарного ряда не дают возможности оптимально использовать крутящий момент двигателя. Поэтому необходимо соединение двух или трех таких механизмов. Существует несколько вариантов соединения, каждое из которых носит название по имени своего изобретателя.

Механизм Симпсона

Планетарный механизм Симпсона, состоящий из двух планетарных редукторов, часто называют двойным рядом. Обе группы сателлитов, каждая из которых вращается внутри своей коронной шестерни, объединены в единый механизм общей солнечной шестерней. Планетарный ряд такой конструкции обеспечивает три ступени изменения передаточного отношения. Для получения четвертой, повышающей, передачи последовательно с рядом Симпсона установлен еще один планетарный ряд. Схема Симпсона нашла наибольшее применение в АКПП для заднеприводных автомобилей. Высокая надежность и долговечность при относительной простоте конструкции – вот ее неоспоримые достоинства.

Механизм Равинье

Планетарный ряд Равиньё иногда называют полуторным, подчеркивая этим особенности его конструкции: наличие одной коронной шестерни, двух солнечных и водила с двумя группами сателлитов. Главным преимуществом схемы Равиньё является то, что она позволяет получить четыре ступени изменения передаточного отношения редуктора

Отсутствие отдельного планетарного ряда повышающей передачи позволяет сделать редуктор коробки очень компактным, что особенно важно для трансмиссий переднеприводных автомобилей. К недостаткам следует отнести уменьшение ресурса механизма приблизительно в полтора раза по сравнению с планетарным рядом Симпсона

Это связано стем, что шестерни передачи Равиньё нагружены постоянно, на всех режимах работы коробки, в то время как элементы ряда Симпсона не нагружены во время движения на повышенной передаче. Второй недостаток – низкий КПД на пониженных передачах, приводящий к снижению разгонной динамики автомобиля и шумности работы коробки.

Коробка передач Уилсона состоит из 3 планетарных редукторов. Коронная шестерня первого планетарного редуктора, водило второго редуктора, и коронная шестерня третьего постоянно соединены между собой, образуя единое целое. Кроме того, второй и третий планетарные редукторы имеют общую солнечную шестерню, которая приводит в действие передачи переднего хода. Схема Уилсона обеспечивает 5 передач вперед и одну заднего хода.

Планетарная передача Лепелетье объединяет в себе обыкновенный планетарный ряд и пристыкованный за ним планетарный ряд Равинье. Несмотря на простоту, такая коробка обеспечивает переключение 6 передач переднего хода и одну заднего. Преимуществом схемы Лепелетье является ее простая, компактная и имеющая небольшую массу конструкция.

Конструкторы постоянно совершенствуют АКПП, увеличивая количество передач, что улучшает плавность работы и экономичность автомобиля. Современные «автоматы» могут иметь до восьми передач.

Виды АКПП

Перманентная гонка технического оснащения автомобилей, заставляет разработчиков придумывать все более изощренные технологии и конструкции, для того, чтобы обогнать конкурентов. Стоит отметить, что это положительно сказывается на развитии ходовой части ТС. Одним из наиболее важных открытий, стало изобретение автоматической коробки передач. Она сразу же начала пользоваться невероятно большим спросом, так как заметно упрощает процесс управления. К тому же она весьма простая в эксплуатации и надежная. Аналитики утверждают, что в скором будущем она полностью вытеснит из рынка МКПП.

На сегодняшний день коробка-автомат используется, как в легковых автомобилях, так и грузовиках, в независимости от типа привода.

Известно, что при управлении автомобилем с МКПП, приходится постоянно держать руку на переключателе передач, что значительно снижает концентрацию на дороге. Коробка-автомат практически лишена подобных недостатков.

Основные преимущества коробки-автомат:

• Повышается эффективность управления;
• Более плавный переход между передачами даже на высокой скорости;
• Двигатель не перегружается;
• Передачи можно переключать как вручную, так и в автоматическом режиме;

Современные АКПП, с точки зрение системы контроля и управления, можно разделить на два типа:

• Трансмиссия с гидравлическим устройством;
• Трансмиссия с электронным устройством, или так называемая роботизированная коробка;

Более понятным это должно стать после ознакомления с приведенным ниже примером:

«Представьте себе ситуацию, что автомобиль двигается по ровной дороге и постепенно приближается к крутому подъему. Если какое-то время просто со стороны наблюдать за этой ситуацией, то можно заметить, что после увеличения нагрузки, машина начинает терять скорость, и, следовательно, интенсивность вращения турбины также снижается. Это приводит к тому, что рабочая жидкость начинает противодействовать движению. В таком случае резко возрастает скорость циркуляции, что способствует увеличению КМ до того показателя, при котором возникнет равновесие в системе».

Такой же принцип работы и в момент начала движения автомобиля. Единственное отличие в том, что в данном случае еще задействуется и акселератор. Благодаря ему увеличивается интенсивность оборотов коленвала и насосного колеса, при том, что турбина остается неподвижной, что позволяет двигателю работать в холостом режиме. Стоит отметить, что КМ резко возрастает, и при достижении определенной отметки, гидротрансформатор начинает выполнять функции звена, которое соединяет воедино ведомый и ведущий элементы. Именно все эти моменты, позволяют во время движения значительно уменьшать уровень потребления горючего, и более эффективно проводить торможение двигателем в случае надобности.

Вот почему: коэффициент изменения крутящего момента с помощью гидротрансформатора обычно не превышает 2-3.5. Этого мало для полноценной работы автоматической коробки.

В отличие от механической, автоматическая коробка переключает скорости с помощью фрикционных муфт и ленточных тормозов. Система автоматически определяет нужную скорость с учетом скорости движения и усилия на педаль акселератора.

Помимо планетарного механизма и гидротрансформатора, АКПП включает в себя также насос, который смазывает коробку. Охлаждением масла занимается радиатор охлаждения.

Режимы АКПП

В режиме быстрого движения по городу, автобанам, иногда необходимо останавливаться на регулируемых светофорами перекрестках. Водитель нажимает на педаль тормоза, не отпускает до момента появления разрешающего света. Включение режима P не обязательное. Автомобиль при отпуске тормозов не сделать прокатки назад, а поедет только вперед и на наклонной дороге.

• Режим R  выполняет функции реверса. Режим обеспечивает транспортному средству движение назад. Воспользоваться им можно при полной остановке автомашины.  Фиксация не допустит качения колес на неровной дороге.
• Режим N  указывает, что шестерни коробки разъединены с коленчатым валом силовой установки. Используют для предварительного прогрева мотора перед поездкой, при транспортировке другим авто на буксире без включения в работу ведущего моста. На наклонной плоскости на «нейтралке» автомашину фиксирую ручным тормозом.

Режимы на тяжелых участках дорог

Успешно забраться на возвышенность транспортному средству помогают несколько передач номерованных D1. D2. D3. Могут быть другие латинские буквы для обозначения, или просто цифры 1. 2. 3. Обозначают, что произведена блокировка скорости. D1 «советует» водителю,  ехать на первой скорости. Режимы используются для преодоления подъемов, трудных участков и так далее.

В зависимости от класса автомобиля могут быть обозначения S. Символ обозначает спортивную автомодель, оснащенную автоматической коробкой переменных передач. Латинская буква E соответствует экономическому классу W – вождению авто зимой.

На спортивном режиме автомашина будет долго ехать без переключения, набирая скорость за счет увеличения оборотов двигателя и в пиковый момент, произойдет включение, обеспечивая крейсерский ход.

Экономичный режим — OverDrive

Зимой настройки режима автоматической коробки передач обеспечивает движение плавного хода, исключая пробуксовку  шин. Запрещается пользоваться режимом на улицах при оттепелях.

«Овердрайв»  режим переключает АКПП при небольших оборотах двигателя, поскольку, двигаясь в условиях города, автомобиль часто останавливаться на пешеходных переходах, ускоряться при зеленном свете уличного авторегулятора. Правила использования автоматики переключения скоростей требуют неукоснительного соблюдения. Их надо знать досконально, чтобы понять, разобраться, как ездить на автомате.

При резкой остановке, например, при загоревшемся красном свете светофора, неумение новичков пользоваться режимом «кик-даун» нередко приводит к созданию аварийных ситуаций. Некоторые от растерянности, резко нажимают на акселератор. Но получают обратный результат. Вместо быстрого хода включается понижающая передача.

Из примера видно,  ездить на машине с автоматической КПП удобно, но необходимо много знать, чтобы пользоваться многочисленными режимами. Для начинающих шоферов режим требует умения пользоваться акселератором. Обгонять автомобили рекомендуется, когда педаль газа «утоплена» на ¾ часть ее полного хода.

АКПП  с ручным переключением

Приведенные примеры являются наглядным пособием, как научиться ездить на автомате. Следует вывод — к успеху приведет знание сути работы автоматической коробки переключения скоростей. Сейчас расскажем, как правильно ездить на коробке автомат с дополнительным механическим переключателем.

Опция Tiptronic присутствует на многих автомобилях, дающая возможность водителю регулировать его скорость лично шоферу. Но называть этот режим ручным не стоит, поскольку не является таким. Автомат лишь производит имитацию ручного переключения.

Переключение коробки передач на ходу

Не все манипуляции рычагом селектора допустимы при езде на авто. Переключать скорости на автомате в движении допустимо не всегда, а некоторые режимы включать запрещается, это грозит поломкой агрегата:

• Запрещается категорически при движении авто переключать положения «R» (движение назад) и «P» (парковка). Нарушение запрета приводит к разрушению деталей АКПП и дорогому ремонту;
• Включать положение «N» (нейтральное) и ездить накатом технически допустимо, коробка при этом не страдает. Однако, при этом колеса вращаются самостоятельно, без каких-либо сдерживающих факторов. При попадании накатом в колдобину, лужу или наледь – можно вылететь в кювет. Резкое нажатие тормоза в режиме наката тоже вызывает неуправляемый занос автомобиля;
• Включать скорости на автомате разрешено. Если играть переключаясь на повышающую или понижающую ступень, главное, следить за скоростью автомобиля, чтобы переход не вызывал скачков нагрузки на автомат, тогда вреда для агрегата не будет;

Что такое автоматическая коробка передач

Коробка-автомат — это один из видов трансмиссии, при которой происходит автоматический выбор необходимого передаточного числа без участия водителя с учетом характера движения, скорости и других параметров.

В автомобиле с АКПП отсутствует педаль сцепления в связи с тем, что сцепление заменено гидротрансформатором, который и передает крутящий момент на колеса.

Запуск автомобиля с АКПП

Для обеспечения сохранности АКПП в автомобиле предусмотрены несколько видов защит.

Для запуска двигателя автомобиля рычаг селектора должен располагаться в положении Parking (P) или Neutral (N). При нахождении селектора в других режимах пуск мотора будет невозможен, так как или не провернется ключ или вообще ничего не произойдет.

В связи с тем, что режим «N» задуман производителем в основном для буксировки машины, то для запуска двигателя предпочтительнее использовать режим «Р», при котором ведущие колеса заблокированы, что защищает от незапланированного движения автомобиля по наклонной поверхности.

Еще одной немаловажной защитой от неправильного запуска автомобиля является необходимость выжима тормозной педали, что очень полезно при пуске машины в положении селектора на «N», так как нажатая педаль тормоза не даст покатиться автомобилю при нахождении на наклонной поверхности. В современных машинах существуют дополнительные виды защит с целью противодействия угону

Если при соблюдении всех этапов для правильного запуска мотора ключ в замке зажигания не получается повернуть и рулевое колесо также не реагирует на попытки повернуть — включилась защита от угона

В современных машинах существуют дополнительные виды защит с целью противодействия угону. Если при соблюдении всех этапов для правильного запуска мотора ключ в замке зажигания не получается повернуть и рулевое колесо также не реагирует на попытки повернуть — включилась защита от угона.

Для ее снятия необходимо аккуратно поворачивать ключ при одновременном повороте рулевого колеса в любом направлении. При согласованных действиях защита от угона выключится и будет возможен запуск автомобиля.

Как трогаться на автомате

После запуска двигателя машину необходимо снять с ручного тормоза.

Для начала движения при выжатой педали тормоза необходимо перевести селектор на одно из положений, нажав кнопку на нем:

• «D» — движение вперед в обычных условиях;
• «R» — движение задним ходом при необходимости маневра;
• «L» или «D2» — для движения по бездорожью, при нахождении автомобиля на значительном уклоне в момент начала движения, максимально разрешенная скорость для таких режимов менее 40 км/ч;
• «D3» — при необходимости тронуться с небольшой горки;
• «S», «W», «*», «Hold», «Winter» — зимний режим, для старта и движения по снегу со сниженной вероятностью пробуксовки ведущих колес.

После отпускания педали тормоза автомобиль начнет движение даже без нажимания на педаль акселератора (газа).

При сильных морозах до начала движения после длительной стоянки в холодном месте необходимо дать прогреться двигателю и трансмиссии в течение 6-10 минут.

Как тормозить двигателем на автомате

На автоматических КПП можно тормозить двигателем, только этот процесс отличается от МКПП.

Для подтормаживания двигателем в зависимости от условий необходимо выбрать следующие положения селектора:

• при наличии кнопки «O/D» на скорости ниже 110 км/ч ее можно нажать для плавного притормаживания двигателем и ограничения скорости передвижения до 80 км/ч;
• «L», «D1» или «D2» при движении по бездорожью со спусками и подъемами под большим углом, такие режимы позволяют использовать максимум мощности и ограничивают скорость до 20-50 км/ч (L, D1), 40-80 км/ч (D2);
• «D3» — движение до 3-й передачи при скорости до 100-110 км/ч;

Как пользоваться ручником

Производитель указывает, что использовать стояночный тормоз необходимо даже в положении селектора «Р»

Основными моментами для использования ручного тормоза являются:

• необходимость дополнительной фиксации машины при стоянке с работающим мотором, особенно при покидании транспорта;
• необходимость надежной фиксации машины в случае установки запаски и другого мелкого ремонта;
• при остановке на поверхности с большим углом наклона для избегания выбивания селектора с положения «Р» из-за большой нагрузки на ведущие колеса.

Перед началом движения необходимо проверять стояночный тормоз для избегания попытки начать движение при затянутом стояночном тормозе.

Что лучше

Ответить можно на основании отзывов. Водители, привыкшие к АКПП, на 70% остаются ее приверженцами. Им нравится плавный разгон автомобиля и простота управления.

Сторонников роботизированной трансмиссии привлекает дешевое обслуживание, меньший расход топлива и простота конструкции. Такие автомобили нравятся девушкам. Причина лежит в отсутствие педали сцепления, означающее, что транспортное средство не заглохнет на перекрестке.

АКПП изобретен более 80 лет назад. Из этого делается вывод о доведенности конструкции. Робот появилась позже, но быстрыми темпами завоевывает позиции.