Устройство и развитие механической коробки переключения передач в легковых автомобилях за последнее десятилетие претерпело большие перемены. Долгое время казалось, что коробка передач в легковых автомобилях — самый консервативный по конструкции узел. Принципиально ее устройство не менялось долгие десятилетия: трехвальная схема для машин классической компоновки, двухвальная — если двигатель и трансмиссия объединены в один блок. Это касалось механической коробки передач. Автоматические — в основном гидромеханические — тоже не отличались разнообразием. Это гидротрансформатор, изменяющий, если надо, крутящий момент в 2-2,5 раза, да планетарная коробка передач с гидравлическим управлением.
Совершенствование коробки передач
С годами устройство коробки передач усложнялось, а степень форсирования двигателей поднималась все выше. Рабочий диапазон изменения крутящего момента мало-помалу сужался. В то же время максимум момента достигался на более высоких оборотах, чем десять или двадцать лет назад. Чтобы полностью использовать возможности таких моторов, пришлось переходить на пяти- и даже шестиступенчатые коробки передач. Аналогичная картина наблюдалась в "автоматике": на смену двухступенчатым пришли трех- и четырехступенчатые конструкции.
С другой стороны, все шире распространялся динамичный стиль езды. Первым уйти с перекрестка на зеленый свет стало для многих автомобилистов прямо-таки делом принципа. Таков еще один стимул увеличивать количество передач. Расширение круга сидящих за рулем, всеобщая тяга к комфорту заметно повысили спрос на машины с автоматическими трансмиссиями. В США доля таких автомобилей в общем количестве продаваемых новых машин составляет около 90%, в Японии — около 75% и в Германии — 20-30%, а среди всех легковых автомобилей, ежегодно выпускаемых в мире, она достигает 45%. Заметим, что модификации с "автоматикой" на 5-15% дороже, чем с традиционной коробкой передач.
Чтобы детализировать развитие КПП с конца прошедшего века до наших дней, без цифр не обойтись. Среди всех моделей коробок передач, применяемых на легковых машинах девяностых годов, 75% всех механических коробок были пятиступенчатые и только 15% — четырехступенчатые. Они уже тогда становились анахронизмом. Симптоматично, что 10% механических коробок передач имели по шесть передач. Среди автоматических трансмиссий преобладали четырехступенчатые (76%), но уже появлялись и пятиступенчатые (4%). Сейчас престижные модели могут похвастаться автоматами с шестью передачами, ведь это приводит к большей экономии топлива и уменьшает износ деталей.
Серьезные изменения в устройстве автомобилей, происшедшие за последние десятилетия, коснулись и коробок передач. Прежде всего подчеркнем, что сейчас 75% всех выпускаемых во всем мире легковых автомобилей (по количеству) — переднеприводные. У большинства из них двигатель расположен поперек кузова, а первичный вал коробки передач лежит на одной оси с коленчатым валом. Но все эти коробки выполнены не по трехвальной схеме (вспомните свой старый "Москвич" — первичный, промежуточный, вторичный валы), а по двухвальной (как на старом "Запорожце"). Одна из шестерен вторичного вала в этом случае постоянно сцеплена с цилиндрической шестерней главной передачи, которая обычно находится сбоку от двигателя. Так сделано, чтобы добиться компактности силового агрегата.
Получается, что в трансмиссии переднеприводного автомобиля нет прямой передачи, и на любой ступени крутящий момент передают только две шестерни, а не четыре, как в коробках передач заднеприводных автомобилей. Благодаря этому, меньше потери в трансмиссии переднеприводных машин, поскольку и КПД главной передачи у них выше. Так как нет гипоидных шестерен с большими потерями на трение — только пара цилиндрических шестерен. Давно ушли времена, когда синхронизаторами оснащали только две-три высших передачи. Правилом стали синхронизаторы на всех ступенях. Порой их применяют даже для передачи заднего хода.
Автомат вместо механики?
Что касается автоматических трансмиссий, то и они пережили довольно значительные перемены. Поскольку КПД гидротрансформатора ниже, чем шестеренчатых передач, появились устройства, которые выключают (полностью или частично) из работы гидротрансформатор. На смену гидравлике, управляющей переключением передач в гидромеханических коробках передач, пришли электронные устройства. Более того, их работу можно программировать так, чтобы водитель выбрал устраивающий его характер переключения передач. Например, "спортивный", который обеспечивает быстрый набор скорости, или "экономичный", сопровождающийся наименьшим расходом топлива, но в ущерб скоростным показателям.
Электронные устройства позволили сделать переключение более плавным, сгладить некоторое запаздывание автоматической трансмиссии по сравнению с механической. В гидромеханических трансмиссиях, как правило, меньше ступеней, чем в обычных механических коробках передач. Дело в том, что на легковом автомобиле крутящий момент двигателя по условиям движения приходится увеличивать в 4-4,7 раза (так называемый рабочий диапазон трансмиссии). Конструируя машину, его разбивают по числу передач на определенные промежутки. Если для механической коробки, скажем, надо пять передач, то для гидромеханической, где благодаря гидротрансформатору (он изменяет крутящий момент в 2-2,5 раза) нужен диапазон 3-3,5 - достаточно трех или четырех ступеней.
Промежуточный вариант
Еще одно новшество последних лет — бесступенчатая передача типа КВТ. Это вариатор с раздвижными коническими шкивами и работающим по их поверхности "ремнем", набранным из трапециевидных стальных звеньев. Все больше автопроизводителей применяют такой вариатор на серийных моделях.
В заключение хотелось бы подчеркнуть, что год за годом гидромеханические трансмиссии получают распространение на все более массовых и дешевых моделях. Классическому устройству и развитию механических коробок переключения передач в легковых автомобилях дают бой "автоматы". Особенно в моделях азиатских производителей. И чем выше класс машины, тем чаще в ней встретишь АКПП.
