Устройство АКПП и основные принципы работы
Современная автоматическая коробка передач — наверное, самый сложный узел в автомобиле, содержащий тысячи механических, гидравлических и электронных компонентов. Слаженное и гармоничное взаимодействие всех этих систем происходит абсолютно незаметно для водителя, до тех пор, пока не возникает какая-либо неполадка. Ниже мы попытаемся кратко рассказать о том, что находится внитри автоматической коробки передач и что подлежит ремонту в случае поломки.Что такое АКПП
Компоненты АКПП и общие принципы работы
- планетарная передача
- система фрикционов
- гидравлическая система
- гидротрансформатор
- масляный насос
- гидроблок
- электронные компоненты
Что такое АКПП
Задача трансмиссии — передать энергию двигателя колесам при условии сохранения оптимального режима работы двигателя.Трансмиссия передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам, а также изменяет его по величине и направлению. Изменение момента и скорости осуществляется за счет изменения передаточного числа (отношение размеров/количества зубьев одной шестерни к размерам/количеству зубъев другой шестерни). Для изменения передаточного числа и предназначены коробки передач, оснащенные парами шестерен с различными передаточными отношениями.
На низких передачах вал двигателя вращается существенно быстрее колес, а на высоких скоростях двигатель снижает обороты, в то время как автомобиль движется со скоростью 150 км./ч.
В заднеприводных автомобилях коробка передач обычно располагается сзади двигателя на уровне педали газа. Вал соединяет трансмиссию с редуктором, расположенном на заднем мосту и передает момент задним колесам. Передача крутящего момента в такой схеме организована просто: непосредственно от двигателя через гидротрансформатор и трансмиссию на карданный вал и задний привод, где момент распределяется к двум задним колесам.
На переднеприводных автомобилях коробка передач и главная передача конструктивно находятся в одном корпусе (такая схема называется "трансэксл"). Передняя ось соединяется с данной конструкцией напрямую и передает крутящий момент передним колесам. В примере на рисунке, момент передается от двигателя через гидротрансформатор к трансмиссии, а оттуда - на редуктор переднего моста, где разделяется и передается двум ведущим колесам.
Существуют также различные варианты конструкции автоматической коробки передач для переднеприводных автомобилей с продольным расположением двигателя, для авто с 4-мя ведущими колесами, заднеприводные варианты с монтажом трансмиссии прямо на заднем мосту и передачей от двигателя и гидротрансформатора через коленвал, как, например в Chevrolet Corvette, или, как в Porsche, где вместе монтируются двигатель, задний мост и трансмиссия.
Компоненты трансмиссии
Современная автоматическая трансмиссия — сочетание множества умных механических, гидравлических и электронных технологий, за многие годы эволюционировавших в нечто сродни искусству. Основные компоненты АКПП — это планетарные ряды, обеспечивающие повышающие и понижающие передачи, система тормозов и фрикционов, гидротрансформатор и гидравлическая система, использующая специальную трансмиссионную жидкость, подаваемую под давлением масляным насосом на систему клапанов для контроля фрикционов и тормозных лент. Сальники в гидравлической системе предотвращают утечку масла. Гидротрансформатор — соответствует сцеплению в механической коробке. Центробежный регулятор сигнализирует клапанам переключения передач о различной силе давления масла для включения/включения этих клапанов. На новых автомобилях работа АКПП контролируется специальным компьютером.Планетарная передача
Автоматическая коробка передач содержит множество шестеренок в различных комбинациях. В механических КПП шестерни сцепляются между собой на параллельных валах, перемещаясь вдоль валов при переключении рычага передач из одной позиции в другую. При этом задействуются шестерни того размера, которыйнеобходим для соответствующей передачи. В АКПП шестерни не меняют своего положения и всегда задействованы одни и те же. Такой режим работы достигается за счет планетарного ряда. Планетарный ряд состоит из солнечной шестерни, сателлитов, эпицикла и водила. Шестерни-сателлиты соединяются общим водилом. Сателлиты вращаются вокруг солнечной шестерни, а она, в свою очередь, вращается вокруг собственной оси. На рисунке ниже вы можете, нажимая кнопки слева, посмотреть как работает планетарный ряд на разных передачах.
Рассмотрим пример, эпицикла соединяется с входным валом (от двигателя), водило соединяется с приводом, а солнечная шестерня заблокирована. Когда мы вращаем эпицикл, сателлиты «гуляют» по диаметру солнечной шестерни, остающейся неподвижной, заставляя водило вращать выходной вал в том же направлении, что и входной, но с пониженной скоростью (редукция передачи, соответствует 1-й передаче в МКПП.
Вторая передача получается соединением двух планетарных передач с общим водилом сателлитов.
Если заблокировать любые два из трех элементов планетарного ряда, привод будет вращаться со скоростью входного вала, т.е. получаем 3-ю передачу.
Рисунок ниже показывает как вышеописанная система выглядит в настоящей АКПП. Входной вал соединяется эпициклом (синий цвет), выходной — с водилом (зеленый цвет). Солнечная шестерня соединяется с барабаном, который соединяется с фрикционами. Снаружи барабан «обернут» тормозной лентой, которая, затягиваясь, обеспечивает временную фиксацию элементов планетарного ряда.
Муфта используется для фиксации водила и солнечной шестерни, что заставляет их вращаться с одной скоростью. Если муфта расцеплена, а тормозная лента разжата, система приводится в нейтральное положение. Вращение входного вала проворачивает сателлиты против движения солнечной шестерни, но так как ее ничего не блокирует, она вращается свободно, не воздействуя на привод. Если блокировать солнечную шестерню тормозной лентой, планетарный ряд переходит на 1-ю передачу. Для переключения на повышающую передачу, лента разжимается, и вступает в работу муфта. В результате привод вращается с той же скоростью, что и входной вал.
Комбинации двух и более планетарных рядов в различных вариантах соединения предоставляют больший выбор количества передач (есть автомобили с 8-ю передачами, управляющимися компьютером).
Система фрикционов
Входной крутящий момент передается с барабана на ведущие диски. Ведомые диски удерживает втулка, передающая выходной крутящий момент. Под давлением масла поршень прижимает ведущие диски к ведомым, передавая момент от барабана к втулке. При падении давления масла, поршень возвращается и крутящий момент не передается.Обгонная муфта — устройство, обеспечивающее одностороннее свободное вращение таких компонентов, как эпицикл. Эффект напоминает одностороннее движение педалей велосипеда. Обгонная муфта используется в первой передаче, когда переключатель приводится в положение «drive». Но вы замечали, что если отпустить газ на первой передаче, машина продолжает катиться так, как если бы она была на нейтральной передаче. А если потом переключиться на «Low», то при отпущенной педали газа автомобиль медленно останавливается. Так происходит потому что в позиции Drive задействована обгонная муфта, а в позиции Low задействованы фрикционы или тормозная лента.
Гидравлическая система
Гидравлическая система — сложный лабиринт каналов и трубок, распределяющих трансмиссионную жидкость ко всем частям АКПП и гидротрансформатора. Трансмиссионная жидкость выполняет целый ряд функций, включая смазку и охлаждение. В отличие от двигателя, использующего масло собственно в целях смазки, трансмиссионные функции зависят от постоянной подачи жидкости под давлением. Как в человеческом организме остановка кровообращения даже на несколько минут может привести к летальному исходу, так и в автоматической коробке передач потеря давления может вывести из строя трансмиссию. Для поддержки нормальной операционной температуры АКПП, порция масла через одну или две стальных трубки подается в специальную камеру, омывающуюся антифризом из радиатора. В этой камере масло охлаждается, и затем возвращается в АКПП. Между АКПП, гидротрансформатором и охлаждающим резервуаров циркулирует около 10 литров трансмиссионной жидкости. Большая часть компонентов АКПП, включая фрикционы и тормозные ленты, постоянно погружено в масло, т.к. контактные части этих узлов могут нормально функционировать только будучи погруженными в лубрикант.Гидротрансформатор
Гидротрансформатор передает крутящий момент от двигателя к узлам АКПП. Для наглядности при описании принципа работы гидротрансформатора используют пример с двумя вентиляторами:
Один работает, другой выключен, но его лопасти вращаются от потока воздуха, создаваемого работающим вентилятором. В случае гидротрансформатора в качестве работающего вентилятора выступает крыльчатка насосного колеса, в качестве выключенного — турбинное колесо, соединенное с валом АКПП, а в качестве воздуха — трансмиссионная жидкость.Гидротрансформатор устройство в форме пончика, диаметром 30-40 см. Основные элементы гидротрансформатора mdash; насос, турбина и статор. Корпус гидротрансформатора закреплен на коленчатом валу. Насос крепится прямо к корпусу трансформатора. Статор крепится к обгонной муфте и может свободно вращаться в одном направлении. Все три элемента имеют лопатки для точного направления масла через трансформатор. При работающем двигателе трансмиссионная жидкость поступает в насосную секцию и выталкивается наружу под воздействием центробежной силы, достигая турбинной секции, которая начинает вращаться. Жидкость продолжает круговое движение обратно по направлению к центру турбины и достигает лопастей статора. Статор толкается к обгонной муфте и блокируется. С фиксированным статором жидкость направляется его лопастями в насос, при этом передавая остаточную (после вращения турбины) энергию масла. Турбина всегда движется медленнее насоса, это соотношение скоростей уменьшается с увеличением скорости машины. При разгоне автомобиля масло подхватывает колесо статора и вращает его в сторону хода обгонной муфты. Здесь гидротрансформатор работает в режиме обычной гидромуфты и мы сталкиваемся с типичным для такого случая снижением КПД до 85%, выделению излишнего тепла и повышенному расходу топлива. Для устранения этих недостатков используют специальные плиты, блокирующие насос и турбины при достижении высоких скоростей.
Масляный насос
Масляный насос АКПП (не путать с насосом гидротрансформатора) отвечает за давление масла в трансмиссии. Масляный насос монтируется в передней части АКПП и напрямую соединяется с фланцами корпуса гидротрансформатора. Так как гидротрансформатор соединен с коленчатым валом двигателя, масляный насос всегда дает давление при включенном двигателе. Давление держится настолько долго, настолько хватает масла. Масло поднимается в насос по специальной трубке, через фильтр, расположенный в нижней части поддона, а затем, под давлением, доставляется в регулятор давления, систему клапанов и другие компоненты.Гидроблок
