Эксплуатация: автоматическая коробка передач автомобиля

В этой статье мы расскажем вам о принципах работы АКПП. Для начала мы рассмотрим ключевое механическое решение – планетарную передачу. Вы узнаете, из чего сделан автомат и познакомитесь с его управлением, обсудим все нюансы процесса управления автоматических КПП.

Основная задача автомата, такая же, как и у механики – мы должны позволить двигателю работать как в узком диапазоне входных скоростей, так и получить на выходе широкий диапазон скоростей.

Как вы все знаете, если бы у автомобиля не было трансмиссии, то все они ездили бы только на одном передаточном числе, и, кстати, подбирается это число исходя из того, какая скорость передвижения требуется водителю. Скажем если скорость движения вашего авто 120 км/ч, то это значит, что передаточное число соответствует 3-й передаче в современной механике.

Я думаю, что вы никогда не пробовали ездить только на одной 3-й передаче. Но если вы попробуете, то заметите, что на средних оборотах ваш автомобиль совсем не ускоряется, а вот на высоких скоростях, двигатель вашего авто начинает реветь около красной зоны. Но мой вам совет лучше так не делать, т.к. быстро ломается авто.

Из этого следует, что КПП для работы на определённой скорости, использует крутящий момент двигателя максимально и эффективно.

Главное отличие между автоматом и механикой в том, что механика занимается включением и выключением разных приборов шестерней, для того, чтобы выходной вал смог получить различные передаточные числа, тогда как автомат для получения передаточных скоростей использует одни и те же наборы шестерней.

Планетарная передача – устройство, позволяющее делать это автомату.

Рассмотрим принцип работы планетарной передачи.

Передаточные числа и планетарная передача

Если бы вы разобрали автомат и взглянули бы внутрь, то вы бы обнаружили на маленьком пространстве огромное скопление частей.

Автомат состоит из:

1) Остроумная планетарная передача;

2) Набор тормозных лент, которые включают части планетарной передачи;

3) Набор фрикционов, которые включают другие части планетарной передачи;

4) Гидравлическая система, управляющая фрикционами и тормозными лентами;

5) Большой насос, перегоняющий трансмиссионное масло.

Планетарная передача – секрет автомата

Автомат размером с дыню, производит все его передаточные числа. Выполнять эту задачу планетарной передаче в трансмиссии помогает всё остальное. Он состоит из 2-х планетарных передач, которые вместе связаны в один компонент.

Любая планетарная передача состоит из:

1) Сателлиты;

2) Солнечная шестерня;

3) Коронная шестерня.

Любой из этих компонентов работает как на вход, так и на выход, их также можно зафиксировать. Выбирая, какую роль выполняет каждый из этих компонентов, нам нужно определить передаточное число всего соединения.

Рассмотрим строение одинарной планетарной передачи

Планетарная передача имеет коронную шестерню с 72 зубьями, а также солнечную шестерню с 30 зубьями. Для этой пары мы можем получить множество разных передаточных чисел.

A)

Вход: Солнечная шестерня (S);

Выход: Сателлиты (С)

Стационарно: Коронная шестерня (R);

Формула: 1+R/S;

Передаточное число: 3:4:1.

B)

Вход: Сателлиты (C);

Выход: Коронная шестерня (R);

Стационарно: Солнечная шестерня (S);

Формула: 1/(1+S/R);

Передаточное число: 0.71:1.

C)

Вход: Солнечная шестерня (S);

Выход: Коронная шестерня (R);

Стационарно: Сателлиты (C);

Формула: -R/S;

Передаточное число: -2.4:1.

Например, если бы вы затормозили 2 из 3-х компонентов планетарной передачи, то значение передаточного числа всего механизма стало бы равным 1:1.

Учтите, что первое передаточное соотношение – называется понижением, а вот выходная скорость ниже входной. А также второе соотношение - это овердрайв, это когда выходная скорость выше входной скорости. И снова последнее соотношение – называется понижением, при этом направление движения противоположное на выходе. Из этой конструкции вы сможете получить еще несколько новых передаточных соотношений, но именно те, о которых мы вам рассказали, имеют полное отношение к автоматической трансмиссии. Советует, вам поискать в Интернете, как работает планетарная передача в движении, чтобы вы имели хоть какое-либо понимание того, о чём я говорю вам в этой статье.

Из этого следует, что этот тип передачи умеет производить все различные передаточные числа, не включая и выключая передачи. Благодаря таким передачам мы получим 4 передачи и ещё одну передачу назад, поэтому это всё, что нужно нашей автоматической КПП. Чуть позже мы посмотрим, как наши две планетарные передачи умеют работать в едином узле.

Сложная планетарная передача

Эта автоматическая передача, использующая набор шестерен и выглядит она, как одинарная планетарная передача, но только работает она, как две планетарные передачи, соединённые вместе. У такой передачи одна коронная шестерня, которая постоянно выдает крутящий момент на выход, но два набора сателлитов и две солнечные шестерни.

Как правильно собрать такую передачу:

Порядок сбора шестерней в единый механизм

Сборка идёт слева направо: для начала нужная коронная шестерня, затем идёт водило сателлитов и только потом 2 солнечные шестерни

Если бы вы увидели, как расположены сателлиты в водиле, то обратили бы внимание, что правый сателлит сидит ниже сателлита справа. Таким образом, сателлит справа не зацепляется с главной коронной шестерней, а наоборот соединяется с другим сателлитом. А вот левый сателлит наоборот зацепляется с коронной шестерней.

Строение водил сателлитов

С малой солнечной шестерней соединены только короткие шестерни сателлитов. В свою очередь длинные сателлиты зацеплены с большей солнечной шестерней, а также с малыми сателлитами.

Передачи автомата

Первая передача

Для начала нужно сказать, что на первой передаче самую меньшую солнечную шестерню можно привести в движение только по часовой стрелке и только при помощи гидротрансформатора. К тому же водило сателлитов вращается против часовой стрелки, но удерживается оно на месте за счёт однонаправленного фрикциона (он позволяет осуществлять вращение по часовой стрелке), а вот коронная передача вращается по направлению входного вращения. Благодаря этому, малая солнечная передача имеет ровно 30 зубьев, а коронная передача - 72, то есть передаточное число К. Передаточное число вычисляется по формуле:

К = -R/S = - 72/30 = -2.4:1

Его направление вращения - отрицательное 2.4:1, это значит, что входное вращение вала одинаково с выходным. Получается, что как мы уже сказали, выходное вращение совпадает и по направлению с входным – этот тот самый трюк, который срабатывает только с двойной планетарной передачей. Так вот первый набор сателлитов вращает второй, а вот второй набор вращает уже коронную шестерню; такая комбинация меняет направление вращения. Заметьте, что большой солнечной шестерне нужно постоянно переворачиваться только при выключенном фрикционе; таким образом, направление вращения одинаково с вращением турбины (т.е. против часовой стрелки).

Вторая передача

Теперь поговорим о второй передачи, получается она за счёт соединения двух планетарных передач с общими водилами сателлитов.

Вначале водило сателлитов использует самую большую солнечную шестерню в качестве коронной шестерни. Значит, получается, что первая часть состоит из солнца (т.е. она называется малой солнечной шестерней), а вот водила сателлитов и короны называются уже большой солнечной передачей).

Через малую солнечную шестерню идёт входной крутящий момент; коронная шестерня (т.е. большая солнечная шестерня) удерживается тормозной лентой, а её выходом становится уже водило сателлитов. На данном этапе с солнечной шестерней (вход) и с водилом сателлитов (выход) при фиксированной коронной передачи рассчитать передаточное число можно вот по такой формуле:

1 + R/S = 1 + 36/30 = 2.2:1

Выходит, что водило сателлитов, проходит 2.2 круга всего за одно вращение малой солнечной передачи. А вот на втором этапе водило, служит так называемым входом для второй планетарной передачи, таким образом, получается, что большая солнечная шестерня, находясь в покое, служит солнцем, а вот коронная шестерня служит уже выходом. Их передаточное число рассчитывается по формуле довольно-таки просто:

1 / (1 + S/R) = 1 / (1 + 36/72) = 0.67:1

Если вам нужно рассчитать общее передаточное число второй передачи, то для этого умножаем первое передаточное число на второе и получаем понижение, т.е.

2.2 x 0.67= 1.47:1

На первый взгляд всё это кажется нам немного запутанным, но это работает.

Третья передача

Теперь пришла очередь поговорить о третьей передачи. Многие автоматы имеют на этой передаче передаточное число 1:1. Из предыдущей главы Вы узнали, что для того, чтобы получить это передаточное число, вам достаточно заблокировать две из трёх частей планетарной передачи. Но вот при устройстве данного механизма, становится даже проще – достаточно вам затормозить на гидротрансформаторе обе солнечные шестерни.

В случае если обе солнечные шестерни вращаются в одном и том же направлении, то сателлиты блокируются, так как вращаются они только в противоположных направлениях. Получается, что в результате этого коронная шестерня, блокируясь с сателлитами, приводит в движение весь механизм, тем самым мы получаем передаточное число 1:1.

Овердрайв

Слово овердрайв, по определению, означает повышенную передачу, у которой выходная скорость выше, чем входная. Таким образом, увеличение скорости – это противоположность понижению. В таком типе трансмиссии выбор овердрайва может привести к двум результатам одновременно. Если вы знаете, как работают гидротрансформаторы, то вы должны быть в курсе, что для того, чтобы увеличить КПД многие автомобили используют механизм, при котором происходит блокировка гидротрансформатора таким образом, что приводит к тому, что крутящий момент двигателя идёт к трансмиссии напрямую.

При такой трансмиссии в режиме овердрайв, вал, который прикреплён к корпусу гидротрансформатора, который в свою очередь также жёстко соединён с маховиком двигателя, соединяет фрикцион с водилом сателлитов. Таким образом, малая солнечная шестерня вращается свободно, а вот большая шестерня наоборот удерживается в покое, благодаря тормозной ленте овердрайва. К вашему сведению, с гидротрансформатором нет соединения, поэтому входной крутящий момент идёт от гидротрансформаторного корпуса. В этот раз при выходе на водило, зафиксированной коронной шестерне и солнечной передаче на входе, мы получаем следующую формулу для расчёта передаточного соотношения К:

К = 1 / (1 + S/R) = 1 / ( 1 + 36/72) = 0.67:1

Из этого следует, что выходной вал крутится на один оборот где-то за 2/3 оборота входного. Если двигатель вашего авто работает при 2000 об/мин, то его выходная частота вращения будет 3000 об/мин. Это позволит машине лететь по трассе тогда, как двигатель будет работать медленно и спокойно.

Задняя передача

Если присмотреться, то reverse (т.е. задняя передача) уж больно напоминает первую передачу, но только вместо малой солнечной шестерни, в движение большая шестерня приводится турбиной гидротрансформатора, а вот малая спокойно себе вращается в противоположном направлении. Водило сателлитов, удерживает тормозная лента заднего хода, а также вместе с корпусом гидротрансформатора. В итоге мы получаем вот такую формулу:

К = -R/S = 72/36 = 2.0:1

Становится понятно, что передаточное число заднего хода меньше числа первой передачи.

Передаточные числа

Теперь поговорим о передаточных числах. В нашей трансмиссии имеется 4 передачи вперед и одна передача назад. Подведём передаточные числа, выходные и входные части в таблицу:

Передача: 1-я

Вход: солнце 30 зубьев

Выход: корона 72 зуба

Фиксировано: водило сателлитов

Передаточное число: 2.4:1

Передача: 2-я

Вход: солнце 30 зубьев

Выход: водило сателлитов

Фиксировано: корона 36 зубьев

Передаточное число: 2.2:1

Передача: 2-я

Вход: водило сателлитов

Выход: корона 72 зуба

Фиксировано: солнце 36 зубьев

Передаточное число: 0.67:1

Передача: 3-я

Вход: 30 и 36 зубьевые солнечные шестерни

Выход: корона 72 зуба

Фиксировано:

Передаточное число: 1.0:1

Передача: Овердрайв

Вход: водило сателлитов

Выход: корона 72 зуба

Фиксировано: солнце 36 зубьев

Передаточное число: 0.67:1

Передача: Реверс

Вход: солнце 36 зубьев

Выход: корона 72 зуба

Фиксировано: водило сателлитов

Передаточное число: -2.0:1

Читая эти части, вы, наверное, у себя спрашиваете, как могут разные передачи включаться и выключаться. А всё очень легко, это делается за счёт набора тормозных лент трансмиссии и фрикционов. В следующей части мы посмотрим, как именно.

Муфты, тормозные ленты в АКПП

В предыдущей главе мы заострили ваше внимание на том, как в трансмиссии создаётся каждая передача. Например, когда мы рассматривали овердрайв, мы говорили, что для данной трансмиссии в режиме овердрайв вал, который прикреплен к корпусу гидротрансформатора (жестко соединен с маховиком двигателя), соединён муфтой с водилом сателлитов. А малая солнечная шестерня свободно вращается, а большая наоборот удерживается в покое тормозной лентой овердрайва. Когда с гидротрансформатором нет соединения; то входной крутящий момент идет от гидротрансформаторного корпуса.

Для того чтобы выбрать овердрайв, части автомата должны быть соединены, а также разъединены при помощи тормозных лент и муфт. Знайте, что большое солнце соединено с корпусом гидротрансформатора при помощи муфты, а малая солнечная шестерня, наоборот, отсоединяется муфтой от турбины гидротрансформатора, в результате чего позволяет ей свободно вращаться. Кстати, большая солнечная шестерня соединена тормозной лентой с корпусом гидротрансформатора и поэтому не может вращаться. Каждая передача вызывается серией событий, как с включением, так и с отсоединением тормозных лент и различных муфт. Теперь мы рассмотрим строение тормозных лент.

Тормозные ленты

В нашей трансмиссии две тормозные ленты. Данные ленты выглядят в виде стальных лент, которые обматывают какую-то конкретную секцию блока шестерен автомата и соединены с корпусом. Ленты приводятся в действие при помощи гидравлических цилиндров внутри самой трансмиссии.

Муфты автоматических КПП выглядят намного сложнее. В этой трансмиссии 4 муфты. Каждая муфта легко управляется с помощью давления масла, которое может быть направлено на внутримуфтовый поршень. Если мы будем уменьшать давление, то пружины разъединяют фрикционы.

Чередующиеся части из стальных пластин и фрикционных дисков

Фрикционный материал имеет на внутренней стороне шлицы, с помощью которых он стыкуется с одной из шестерен. Следует заметить, что стальная пластина имеет шлицы снаружи, с помощью которых она соединена с корпусом фрикционной муфты. Данные фрикционные диски следует менять на новые при каждом ремонте трансмиссии.

Кстати давление на фрикционы подает через каналы в валах. Таким образом, гидравлическая система контролирует, какие именно фрикционы, а также тормозные ленты должны приводиться в действие в данный момент времени.

Если машина стоит на паркинге

На первый взгляд, кажется, всё очень просто – вам достаточно заблокировать автомат, таким образом, шестерни уже не смогут вращаться, но для такого механизма существует целый ряд сложных требований, например:

1) Вам следует снять свой автомобиль с парковки, если он стоит под наклоном, так как вес вашего авто ложится на механизм паркинга.

2) Вам следует поставить свой автомобиль на паркинг, даже если штырь не будет совпадать с впадиной на выходном валу.

Знайте, что в положении паркинг должно быть что-то, что сможет предотвратить от произвольного разблокирования парковочный механизм. И на помощь вам приходит механизм паркинга, он изящно решает все ваши вопросы. Для начала расскажем про его части.

Выход трансмиссии: это такие маленькие квадратные зубцы, которые включаются с помощью механизма парковочного тормоза и удерживают ваш автомобиль на месте. А вот на механизме парковочного тормоза, на выходе имеются зубья, при помощи которых автомобиль стоит на месте. Данная часть трансмиссии имеет соединение с карданным валом, поэтому если вдруг эта часть не сможет вращаться, то соответственно ваша машина не сможет передвигаться. Ещё имеется стержень, приводящий механизм парковки в действие. Пустой корпус автомата наряду с выступающим парковочным механизмом – это та часть, удерживающая автомобиль на месте. Парковочный механизм, входит в корпус трансмиссии в том же самом месте, где расположены шестерни. Обратите внимание, форма его сторон напоминает трапецию. Это позволит снять тормоз, когда машина будет запаркована под наклоном, таким образом, вес автомобиля благодаря этим углам поможет вытолкнуть парковочный механизм. За счёт стержня, механизм парковки приводится в действие. Он соединен с кабелем, перемещаются они с помощью рычага АКПП автомобиля.

Знайте, что при переводе рычага АКПП в положение паркинг, шток толкнёт пружину против небольшой конусообразной втулки. И если парковочный штырь будет выровнен по отношению с углублением на выходном валу, то эта конусообразная втулка опустит штырь вниз. Но в случае если парковочный штырь попадёт на выступ выходного вала, то тогда пружина толкнёт конусообразную втулку, это приведёт к тому, что штырь не войдет в контакт с углублением, до тех пор, пока ваш автомобиль немного не покатится, и зубья не лягут должным образом. И именно по этой причине ваш автомобиль движется немного после того, как вы выберете рычагом АКПП паркинг: просто он вынужден сдвинуться после отпускания вами педали тормоза настолько, насколько это будет необходимо, чтобы штыри попали в углубление. Когда машина окажется в паркинге, втулка станет удерживать штырь в нижнем положении так, что машина не сможет покатиться на склоне при парковке.

Автоматическая трансмиссия: насосы, гидравлика и скоростной регулятор давления

Гидравлика

Знайте, что автомат в вашем автомобиле умеет решать множество задач. Поэтому вы можете даже не подозревать, насколько велико это разнообразие.

Вот некоторые задачи, которые стоят перед вашим автоматом:

1) Если автомобиль находится на передаче овердрайв (т.е. 4-ступенчатый автомат), то трансмиссия автоматически выберет ту передачу, которая будет исходить из скорости вашего авто и из того, как расположена дроссельная заслонка.

2) При мягком ускорении вашего авто, переключение передач будет происходить на более низких скоростях, чем, если бы была полностью открыта заслонка.

3) Если полностью зажать педаль газа в пол, то автомат сразу же переключится в низкую передачу.

4) Если Вы переключите селектор передач на 1 передачу ниже, то автомат переключится только в том случае, если скорость движения вашего авто будет приемлемой для скорости на данной передаче.

5) Если автомобиль едет слишком быстро, то автомат немного подождет, пока ваша скорость не снизится и только потом перейдёт на передачу вниз.

6) Если вы поставите АКПП на 2-ю передачу, то она никогда даже и не подумает сдвинуться с неё, даже при полной остановке.

Возможно, что если бы посмотрели на гидравлику, то я уверена, что вы бы сказали, что когда-то вы видели что-то похожее. На самом деле - это мозги автомата, которые управляют всеми функциями и более того. Вы бы увидели каналы, которые направляют масло к различным компонентам трансмиссии. Каналы получены с помощью литья металлом и выполнены они очень практично; иначе бы в случае замены, вам потребовалась бы куча шлангов. Вначале мы расскажем вам о ключевых компонентах гидравлической системы; затем посмотрим, как это всё работает.

Насос

Теперь поговорим о насосе. На автоматической КПП имеется аккуратный насос, который называется шестеренчатым насосом. Как и все он расположен в крышке трансмиссии и его задача - отводить масло с поддона АКПП, для нормального питания гидравлической системы. Данный насос питает ещё и радиатор охлаждения, гидротрансформатор и трансмиссии.

Внутренняя шестерня насоса прикреплена к корпусу гидротрансформатора, таким образом, скорость её вращения равна скорости вращения коленвала двигателя. А вот внешняя шестерня в движение приводится внутренней, вращаясь шестерни, собирают масло с поддона и гонят его в гидравлическую систему.

Скоростной регулятор давления или как его ещё называют гидравлический датчик скорости – это такой очень умный датчик, который постоянно сообщает трансмиссии о том, как быстро движется автомобиль. Он находится на выходном валу, поэтому, чем быстрее вы движетесь, тем быстрее вращается скоростной регулятор давления. Внутри данного скоростного регулятора давления имеется прижимаемый пружиной клапан, он зависит от того, как быстро вращается регулятор давления, т.е. если гидравлический датчик скорости вращается быстрее, то больше происходит открытие клапана. Масло от насоса сразу же попадает через выходной вал в гидравлический датчик скорости.

Чем быстрее движется ваша машина, тем быстрее открывается клапан, соответственно нужно больше давления, чтобы трансмиссионная жидкость смогла пройти через этот клапан.

Трансмиссия: модуляторы и клапаны

Помните, чтобы правильно переключаться, ваша автоматическая трансмиссия должна знать, какая нагрузка у вашего двигателя. Имеется два способа, как это сделать. Некоторые автомобили пользуются простым тросом, который соединяет трансмиссию вместе с клапан-дроссель. И чем сильнее будет выжата педаль газа, тем больше и выше будет давление на этот клапан-дроссель. Другие автомобили пользуются вакуумным модулятором, который подаёт давление на клапан-дроссель. Этот модулятор умеет улавливать во впускном коллекторе разрежение давления, которое может упасть в случае увеличения нагрузки на двигатель.

Рычаг автоматической КПП соединен вместе с клапаном выбора диапазона. И в зависимости от выбора передачи, этот клапан может питать гидравлический контур, который может запрещать выбор определенных передач. Допустим, если рычаг АКПП находиться на 3-й передаче, клапан выбора диапазона будет препятствовать включению овердрайва.

Эти клапаны переключения могут подавать гидравлическое давление на муфты фрикционов и на тормозные ленты. Гидравлическая трансмиссионная схема имеет несколько клапанов. Каждый клапан переключения определяет, когда нужно перейти с одной передачи на другую передачу. Скажем, клапан переключения 1 - 2 будет определять, когда нужно будет переключаться с 1-й передачи на 2-ю. Этот клапан переключения расположен под давлением масла со стороны скоростного регулятора давления и клапан-дросселя. Масло подается с помощью насоса, для выбора нужной передачи направляется оно по одному из двух контуров.

Клапан переключения замедляет выбор высокой передачи, если машина ускоряется слишком быстро. Если вдруг машина ускоряется спокойно, то передача будет переключена на меньшую скорость. Давайте посмотрим, что будет происходить, если машина будет ускоряться слишком медленно.

При ускорении автомобиль начинает ускоряться, соответственно начинает расти давление от гидравлического клапана скорости. В результате это приводит к тому, что начинает двигаться клапан переключения, и пока контур первой передачи не закроется, откроется контур второй передачи. Поскольку автомобиль ускоряется с не полностью открытой дроссельной заслонкой, то клапан-дроссель не создаёт высокое давление на клапан переключения.

Но как только машина ускоряется, то клапан-дроссель начинает сразу же создавать на клапан переключения высокое давление. Это говорит нам о том, что давление от скоростного регулятора давления будет выше (скорость машины будет быстрее) ещё до того, как будет сдвинут клапан переключения для включения 2-й передачи.

Каждый такой клапан переключения указывает на определенный уровень давления; едет еще быстрее, соответственно управление заберёт клапан 2 на 3, так как давление от скоростного регулятора будет слишком высоким, чтобы включить клапан.

Трансмиссии с электронным управлением

Они устанавливаются на довольно-таки свежие модели автомобилей, все ещё используют гидравлику для включения тормозных лент и муфт, а также электрический соленоид, который      управляется каждым гидравлическим контуром. Это значительно упрощает процесс ремонта таких автоматов и позволяет нам использовать более продвинутые схемы для управления работой данного агрегата.

В последней главе мы узнали про некоторые механические принципы, узнали, как управлять автоматической трансмиссией. Данный тип трансмиссий использует более дорогие схемы. Кроме того, что он умеет контролировать скорость автомобиля, а также положения дроссельной заслонки, этот контроллер трансмиссии умеет ещё и отслеживать частоту вращения коленвала, систему АБС и даже нажатие педали тормоза.

Используя данную информацию и, конечно же, продвинутую логику программирования искусственных интеллектов, трансмиссии с электронным управлением умеют выполнять следующие вещи:

1) Чтобы контролировать скорость и уменьшение износа тормозов, автомобиль с данным типом трансмиссии, умеет в случае, если автомобиль движется по наклонной, автоматически переключаться на низкую скорость;

2) Для уменьшения тормозного крутящего момента, при торможении на скользкой дороге автомобиль может переключаться вверх;

3) Умеет включать верхнюю передачу при повороте автомобиля на извилистой дороге.