АКПП: преимущества и принцип работы

Автоматическая коробка переключения передач всё чаще и чаще встречается в конструкции транспортных средств. В принципе, такая тенденция особого удивления не вызывает, ибо человек всегда стремился и будет стремиться к автоматизации процессов. Переключать передачи, меняя частоту вращения валов мотора, конечно, можно и в ручную, но гораздо удобней, когда операция происходит автоматически. Как такое возможно? Секрет кроется в устройстве и принципах работы АКПП, более подробно о которых поговорим именно в сегодняшнем материале.

История появления

Автоматическая коробка переключения передач или, как принято в народе, автомат (АКПП) – это неотъемлемый элемент трансмиссии многих современных автомобилей. Главным предназначением этого узла является установка равновесия между крутящимися колёсами и работающим мотором посредством тонкого подбора передаточного числа при каждом режиме работы двигателя. Единственное отличие АКПП от механических коробок заключается в том, что их функционирование полностью автоматизировано и не требует вмешательства водителя.

История появления автоматических коробок начинается с далёких 20-х годов прошлого века, когда на заводе Генри Форда в США проводились первые испытания подобных устройств. Безусловно, АКПП тех времен работали не полностью автоматизировано, то задатки современных автоматов у них уже были, поэтому к данному классу устройств они всё же относятся. Более продвинутые автоматические коробки появились спустя одно десятилетие и делались компанией «Дженерал Моторс». Работали те механизмы по принципу сернопривода и считались полуавтоматом.

Первая более-менее настоящая АКПП появилась в конце 30-х годов прошлого века в Европе. Несмотря на свою новизну, инновационные устройства были слишком дорогие и ненадёжные, поэтому бороться с привычной «механикой» не смогли. Всё изменилось в момент, когда автомобильные инженеры стали проводить эксперименты по внедрению в конструкцию АКПП гидравлики и электроники. В итоге, организация «Крайслер» создала первый автомат на основе гидротрансформатора и гидромуфты, которые стали настоящим прорывом в сфере автомобилестроения.

Первые же прототипы современных АКПП появились в начале 50-ого года 20 века, когда два американских инженера спроектировали коробку, в конструкции которой работали сразу три части:

• гидравлическая;
• механическая;
• и электронная.

Несмотря на столь продуманное устройство автоматической коробки передач, активно использоваться она началась лишь в начале 80-х годов, то есть с развитием микропроцессорных технологий. Позже АКПП стали постоянно модернизироваться и уже сегодня могут смело конкурировать с «механикой».

Устройство и принцип работы автомата

Принцип работы и устройство АКПП более-менее понятны каждому. Основное предназначение этого устройства заключается в автоматизации переключения передач. Однако что такое АКПП с инженерной точки зрения? Давайте разбираться.

В первую очередь, обратим внимание на основные виды автоматических коробок передач, которых всего три:

• Известный всем вариатор;
• Роботизированная КПП;
• И АКПП с гидротрансформатором, которая считается типовым автоматом и будет рассмотрена ниже.

Итак, принцип работы АКПП предполагает тесное взаимодействие механических, гидравлических и электронных устройств. В конструкции коробки эти элементы представлены следующими деталями:

• Гидротрансформатор, принимающий крутящий момент от мотора и передающий его на следующий за ним вал;
• Коробка переключения передач планетарного типа, которая принимает усилие, отданное мотором через гидротрансформатор, и приводит колёса в движение посредством взаимодействия с главным редуктором;
• Устройства управления, часть из которых отвечает за механику работы АКПП (доставляет масло к исполнительным механизмам, например), а другая часть – за головное управление узлом.

Если вдаваться в подробности того, как работает АКПП, то стоит отметить следующие этапы её функционирования:

1. Двигатель через соответствующие валы передаёт крутящий момент на гидротрансформатор;
2. Затем гидротрансформатор переправляет усилие на планетарный механизм;
3. Последний получает управляющие сигналы от специальных блоков управления, анализирующих информацию относительно работы автомобиля в данный момент времени, и включает нужную передачу;
4. После этого кручение передаётся на ведомые колёса и машина едет.

Безусловно, принцип действия автомата более сложен, но отмеченный выше порядок его работы в полной мере отражает то, как он работает. Если проводить некоторые параллели между АКПП и МКПП, то стоит отметить, что роль сцепления в первом выполняет гидротрансформатор, а роль водителя – переключателя передач, возложена на многочисленные управляющие узлы коробки.

Улучшить понимание того, как работает автоматическая коробка передач, поможет представленная ниже схема, расшифровку которой несложно найти в отмеченных ранее положениях:

О работе основных механизмов АКПП

Теперь, когда принцип работы автоматической коробки передач более-менее понятен каждому читателю, давайте рассмотрим функционирование отдельных составляющих автомата более подробно. Начнём с основных элементов АКПП, которые частично уже были освещены выше:

• Трансформатор – аналог сцепления механики. Работает по принципу постоянной циркуляции жидкости по каналам устройства, что необходимо для вращения лопастных машин и передачи кручения непосредственно на КПП. Чертёж или схема, кому как удобно, этого устройства таков:
• Непосредственно КПП, представленная сложным планетарным механизмом, – аналог блока шестерёнок в механической коробке. Данный элемент АКПП является основным, так как именно он ответственен за изменение передаточного числа при переключении передач. Состоит планетарный механизм из огромного числа элементов, среди которых выделяется ряд основных:
  • Тормозная лента и фрикционы, которые наиболее важны в процессе переключения передач. Работа данных узлов чем-то схожа с функционированием типового электромагнитного клапана, ведь они также то втягиваются, то затягиваются, но при этом цепляя те или иные шестерни;
  • Малые муфты, шестерни и подшипники, передающие крутящий момент от гидротрансформатора приводному валу (колёсам);
  • Соленоиды – каналы, ответственные за передачу гидравлических сигналов к конкретным фрикционам, муфтам и другим элементам КПП;
  • Дополнительные элементы механизма (втулки, прокладки, сальники, шайбы), требующиеся для организации совместного и беспроблемного функционирования отмеченных выше элементов КПП.

  В разрезе стандартный автомат выглядит следующим образом:

• Электронный блок управления коробкой или целая система таковых – аналог человека, то есть переключателя передач. Работа этого устройства основана на микропроцессорных операциях, которые проводятся с учётом показаний датчиков машины в данный момент времени. Именно ЭБУ формирует управляющие сигналы, посылает их по соленоидам и, по факту, переключает передачи с одной на другую посредством блокировки/разблокировки тех или иных муфт.

Любая модель автомобиля с автоматической коробкой передач в стандартном понимании этого определения устроена представленным выше способом. Безусловно, различия могут быть, но они не столь существенны. Сегодня практически все типы АКПП, автомата работают подобным образом, поэтому акцент в изучении этого механизма стоит делать именно на его рассмотрении.

Примечание! На первый взгляд конструкция автоматической коробки переключения передач может показаться относительно несложной и лёгкой, но подобное мнение крайне ошибочно. Данный механизм не только колоссально сложен, но и много весит. Вес АКПП в сборе нередко превышает 100 килограмм.

Режимы работы автоматической коробки передач

Ни для кого не секрет, что АКПП – пусть и автоматизированный механизм, но работающий по заданному режиму. Сегодня производители автомата предлагают широкий перечень возможностей относительно управления их агрегатами. Несмотря на это, большинство моделей автомобилей с автоматической коробкой передач так и работают на 5 базовых режимах:

• P – парковочный режим, при использовании которого мотор и трансмиссия разъединены, гидротрансформатор блокирован (говоря проще, данный режим – это имитация первой или задней передачи МКПП при парковке автомобиля на небольшой временной промежуток);
• R – задний ход, пожалуй, объяснений не требует;
• N – режим нейтральной передачи, используемый для буксировки автомобиля на небольшое расстояние или длительные парковки;
• D – движение вперёд, также, наверное, объяснений не требует, в типовом варианте в данном режиме коробка осуществляет переборку передач с низшей на высшую при ускорении и наоборот при замедлении;
• L – режим работы КПП на заведомо пониженной передаче, требующийся для движения в пробке или по «тяжёлой» дороге.

Новые АКПП, как правило, имеют большее количество рабочих режимов, которые обеспечивают наилучшую работу мотора при движении в определённых условиях. Наиболее используемые среди таковых на большинстве моделей авто с АКПП представлены следующим перечнем:

• O/D – режим включения постоянного передаточного числа менее единицы, что очень удобно для движения по дороге с конкретной и неизменяющейся скоростью;
• D3 – режим, полностью противоположный предыдущему, поэтому он часто называется не «D3», а «O/D off»;
• S – зимний режим, используемый для движения по гололедице или глубокому снегу;
• L – режим работы КПП только на первой передаче для осуществления каких-либо сложных манёвров.

Помимо основных режимов работы автомата, также имеются некоторые разновидности субрежимов. Зачастую они включаются кнопками на руле или ручке коробки. Как правило, на машинах с автоматической коробкой передач субрежимы представлены функциями «SPORT» (POWER), которая обеспечивает лучшую динамику разгона, и «SNOW» (WINTER), являющейся довольно-таки хорошей помощницей для водителя при езде по льду или снегу, так как гарантирует отличное сцепление колёс с дорогой.

Субрежимы и основные режимы коробки передач типа «АКПП» должны использоваться с полным соблюдением рекомендаций производителя. Во многом это связано с тем, что некоторые из них просто несовместимы друг с другом, а их совместное использование способно вызвать поломку. К счастью незадачливых автомобилистов, более-менее новые АКПП (модели, выпущенные с года 1995) имеют функции блокировки несовместимых режимов, поэтому поломать их неправильной эксплуатацией не получится.

Примечание!  Отметим, что даже самый инновационный автомат способен поддерживать торможение мотором на всех режимах своей работы. Как правило, для данной цели используется переход на функционирование в режиме нижних передач (к примеру, в режим L) из области режима P.

Пару слов о ресурсе автомата и его возможных поломках

Смотря на то, как устроен автомат, любой человек вполне логично задастся вопросом – «Каков ресурс АКПП?». Большинство производителей таких коробок уверяют, что они отслужат полный срок службы комплектующего их мотора, но так ли это? Однозначно, нет, ведь поломки многих АКПП случаются довольно-таки часто. Особенно к неисправностям автомата подвержены модели авто:

• с большим пробегом;
• произведённые на слабом предприятии в плане технических возможностей;
• сделанные с использованием низкокачественных деталей.

Автомат не отнести к самым надёжным и долговечным узлам любой машины. Несмотря на это, при грамотном обслуживании и хорошей эксплуатации АКПП способны отъездить довольно-таки долго.

Если же ремонт коробки всё-таки потребовался, то виной этому зачастую является:

• Выведший из строя дифференциал АКПП, без правильного функционирования которого просто невозможна работа коробки;
• Неисправный насос АКПП. Естественно, их в конструкции механизма немало, но даже если один насос АКПП забился или разгерметизировался, коробка перестанет нормально работать;
• Неправильно работающий или «полетевший» понижающий резистор АКПП. Этот узел тоже очень важен в конструкции устройства, ибо без него понижение передачи станет невозможным;
• Типичный перегрев АКПП. Удивительно, но подобная поломка может случиться как в сильную жару, так и в мороз, если, допустим, неправильно осуществить прогрев АКПП и мотора;
• Поломанный редуктор АКПП. Такая поломка встречается нечасто, но крайне неприятна и требует должного ремонта;
• Неисправная муфта АКПП, какой-либо фрикцион или иной узел планетарного ряда. О важности работы данных составляющих коробки, наверное, многого говорить не надо, ибо, по сути, именно они осуществляют переключение передач;
• «Слетевшая» прошивка ЭБУ. Поломка также нечастая, но всё же имеющая место быть. К счастью, профессиональные «электронщики» устраняют её в считанные минуты.

Стоит отметить, что перечисленные выше и любые другие неисправности автомата ремонту поддаются. Намного сложней ситуация со сцеплением коробки, а именно – с гидротрансформатором, который является неремонтируемым узлом и требует замены целиком. В любом случае, ни старые, ни новые АКПП собственноручно не ремонтируемы, поэтому при подозрении на неисправность автомата стоит сразу же искать мастера, который в максимально короткие сроки поможет избавиться от поломки.

Плюсы и минусы автоматической коробки передач

В завершение сегодняшнего материала не лишним будет рассмотреть преимущества и недостатки АКПП. Устройство, прямо скажем, весьма неоднозначное, так как характеризуется и с положительной, и с отрицательно сторон. Начнём наш анализ автомата с рассмотрения его преимуществ, среди которых стоит выделить:

• Простоту использования. Тут, пожалуй, и спорить глупо, ведь управление машиной с АКПП спроектировано даже для чайников. По сути, ездить на таком авто можно по следующему принципу – сел, завёл, выбрал режим коробки и поехал. И это на полном серьёзе, без какого-либо утрирования;
• Широкие возможности в выборе. Да, и тут АКПП совершенно не уступают привычной всем механике. Сегодня вполне реально найти не только 4-, 5- и 6-ступенчатые автоматы, но и даже 9- и 10-ступки. Помимо этого, каждый тип автоматической коробки передач имеет свои режимы работы, которые были описаны ранее;
• Высокий комфорт при езде. Ну и здесь, тоже спорить бессмысленно, ведь автомат зачастую работает мягче и приятней для автомобилиста, нежели механика.

К недостаткам же АКПП стоит отнести следующее:

• Высокая стоимость устройства, что влияет и на стоимость машины, в конструкцию которой она вмонтирована;
• Призрачная надёжность механизма. Несмотря на то, что все производители кричать про свои коробки – «Наш автомат надёжен и не сломается», зачастую хвалённые КПП ломаются уже на первых 10 000 километров пробега по причине перегрева. Безусловно, новые АКПП сделали шаг вперёд в этом плане, но их на рынке мало, так что пока автомат нельзя характеризовать надёжным устройством, увы;
• Повышенный расход топлива. Это, к слову, констатированный факт. КПД автомата ниже, чем у механики, поэтому расходует он заметно больше топлива.

Какая коробка передач лучше? Каждый решит сам для себя. Тут, пожалуй, дело сугубо индивидуальное, ведь кому-то подавай экономию, а кому-то – комфорт движения.

В целом, по устройству АКПП наиболее важная информация подошла к концу. Надеемся, сегодняшняя статья была для вас полезна и дала ответы на интересующие вопросы. Удачи на дорогах!