Трансмиссия. Автоматическая коробка передач

Buick Roadmaster – первый серийный легковой автомобиль с автоматической коробкой передач

1 – корпус, 2 – турбинное колесо, 3 – насосное колесо, 4 – муфта свободного хода, 5 – реактор, 6 – фрикцион блокировки

1 – выходной вал коробки передач, 2 – планетарный механизм, 3 – пакеты фрикционов, 4 – гидротрансформатор

При понижающей передаче солнечная шестерня заторможена, водило (деталь, соединяющая оси сателлитов) вращается медленнее кольцевой передачи, в результате чего на нем создается больший крутящий момент, поэтому водило выполняет роль ведомого звена

При прямой передаче происходит жесткое соединение водила и солнечной шестерни. В таком случае кольцевая шестерня вращается относительно солнечной шестерни, сателлиты вокруг своих осей, и планетарный механизм вращается целиком

Повышающая передача получается за счет затормаживания солнечной шестерни, а ведомым звеном в этом случае является кольцевая передача

Reverse (задний ход). Для того чтобы изменить направление вращения, затормаживается водило, и тем самым кольцевая и солнечная передачи начинают вращаться в разные стороны

Желание комфорта породило множество вещей, упрощающих жизнь человеку, одной из которых, в автомобилестроении, является автоматическая коробка пере-ключения передач.

Несмотря на столь сложный механизм и популярность такого типа коробки в последнее время, устанавливать на автомобилях их начали еще в 1928 году, на городских автобусах шведской фирмы "Лисхольм-Смит", а первым серийным легковым автомобилем, оборудованным автоматической трансмиссией, стал в 1947 году Buick Roadmaster. В основу такой трансмиссии легло изобретение немецкого профессора Феттингера, который в 1903 году, запатентовал первый гидротрансформатор.

Отличается автоматическая транс-миссия от механической отсутствием сцепления, роль которого играет гидротрансформатор, передающий крутящий момент от двигателя к коробке передач, которая также имеет принципиально иной способ переключения передач, чем в "механике".
Состоит гидротрансформатор из центробежного насоса и центростремительной турбины, между которыми находится направляющий аппарат (реактор). Все они расположены на одной оси и в одном корпусе с рабочей гидравлической жидкостью.

Жесткой связи между насосом и турбиной нет. Насос находится в зацеплении с двигателем, турбина с первичным валом коробки передач, а реактор соединен с корпусом коробки передач при помощи муфты свободного хода. В зависимости от режима работы гидротрансформатора реактор может блокироваться обгонной муфтой, либо вращаться вместе с насосом и турбиной.
Осуществляется передача крутящего момента от мотора коробке передач при помощи масла, непрерывно циркулирующего между колесами насоса и турбины. Благодаря минимальному зазору между ними и геометрии лопастей рабочая жидкость циркулирует непрерывно, и поток масла, отбрасываемый с лопастей насосного колеса на лопасти турбины, заставляет вращаться турбинное колесо. В результате турбина вращается, и крутящий момент от двигателя передается на первичный вал коробки передач. На низких оборотах двигателя скорость вращения турбины меньше скорости вращения насосного колеса и для того чтобы ее выровнять, между ними устанавливается реактор, увеличивающий крутящий момент.

Служит это устройство для того, чтобы поток масла, раскручивающий турбину и содержащий после прохождения через лопатки турбинного колеса остаточную энергию, направить снова к насосу. Благодаря реактору увеличивается энергия потока гидравлической жидкости, отбрасываемой от насосного колеса, а значит и ее скорость.

Происходит это следующим образом. Масло, раскрутившее турбину, но обладающее еще остаточной энергией, возвращаясь от лопаток турбинного колеса к насосному колесу, проходит через неподвижный реактор и за счет особой формы лопаток скорость потока рабочей жидкости увеличивается. Благодаря этому создается более мощный поток от насосного колеса, и крутящий момент изменяет свою величину в большую сторону. При старте автомобиля с места, гидротранс-форматор способен увеличивать крутящий момент почти в три раза.

Чем больше скорость вращения насосного колеса, по отношению к турбинному, тем большей остаточной энергией обладает гидравлическая жидкость, возвращаемая реактором на насос, и тем больше будет момент, создаваемый гидротрансформатором. С ростом скорости автомобиля соотношение скоростей вращения насоса и турбины уменьшается. А при достижении турбинного колеса скорости вращения насосного муфта свободного хода разблокирует реактор и тот вращается с той же скоростью, что и турбина, не создавая помех, увеличивая тем самым КПД гидротрансформатора.

На современных автоматических коробках устанавливаются блокируемые гидротрансформаторы. То есть турбинное и насосное колеса соединяются фрикционной муфтой. Это позволяет довести КПД передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач до единицы. Как правило, используется такое зацепление на всех передачах, кроме первой, так как в этом случае необходимо обеспечить остановку автомобиля с включенной передачей и обеспечить работу двигателя на холостом ходу. То есть насосное колесо должно "проскальзывать" относительно турбинного.

По идее можно было бы обойтись одним гидротрансформатором, ведь он обеспечивает плавное увеличение передаточного числа. Но так как его КПД сильно снижается при большом увеличении передаточного отношения, на автомобиле для изменения передаточного числа устанавливается планетарный редуктор.

Вместо механизма с шестеренками, которые на механической коробке передач работают парами, здесь находится планетарный механизм, включающий водило, сателлиты, солнечную и кольцевую шестерни. Именно этот механизм позволяет увеличивать крутящий момент, то есть изменять передаточные отношения в более широких пределах, чем гидротрансформатор. Кроме того, он обеспечивает движение автомобиля задним ходом.

Планетарные передачи жестко соединены с выходным валом гидротрансформатора, а их элементы фиксируются фрикционными пакетами. То есть принцип включения передачи на механической коробке передач и автоматической отличается, и происходит этот процесс следующим образом. При помощи электромагнитных клапанов гидравлический толкатель под действием давления рабочей жидкости давит на соответствующий пакет фрикционов, и в зависимости от режима коробки передач происходит блокировка соответствующих элементов планетарной передачи.

Современные автоматические коробки передач имеют несколько готовых алгоритмов своей работы. Как правило, их три: экономичный, спортивный и зимний. В первом случае коробка передач работает в оптимальном режиме двигателя. Во время второго передачи переключаются на более высоких оборотах двигателя. Последний означает, что начинает автомобиль движение с места на второй передаче, облегчая тем самым старты на скользкой дороге за счет снижения времени на пробуксовку. А также в этом режиме переход на низшую передачу происходит на более низких оборотах, опять же таки для того, чтобы уменьшить крутящий момент на колесах и максимально уменьшить вероятность пробуксовки.

Сложная электроника также позволяет подбирать оптимальный момент для переключения передачи, в зависимости от стиля езды водителя. Такие коробки называются адаптивными. То есть в случае плавного нажатия водителем на педаль акселератора, работает коробка передач в экономичном режиме. В случае, когда педаль нажимается резко, передачи переключаются на более высоких оборотах. Как только нажатие на педаль акселератора снова становится плавным, коробка возвращается в более экономичный режим. Кроме того, адаптивные коробки передач изменяют режимы своей работы в зависимости от загрузки автомобиля и нагрузки на двигатель.

Последнее время автоматические коробки передач обладают дополнительной возможностью ручного управления. То есть команды для переключений, кроме электроники, может отдавать и водитель. Такие типы коробок называются Tiptronic, Steptronic.

Безусловно, автоматическая трансмиссия обладает как рядом преимуществ, так и минусов. Такие коробки передач увеличивают расход топлива за счет затрачивания энергии на нагрев масла в гидротранс-форматоре и работу насоса. Сложные механизмы требуют к себе больше внимания. Например, из-за трения жидкости внутри гидротрансформатора на его детали возрастают тепловые нагрузки. Поэтому рабочая жидкость охлаждается дополнительным радиатором, выход из строя которого может привести к его перегреву и поломке, а значит, необходим тщательный контроль.

Но все же плюсов больше. Автоматическая коробка передач исключает непроизвольную остановку двигателя. Моторы, работающие в паре с такими коробками передач, имеют больший ресурс, чем с "механиками". Ведь гидротрансформатор гасит сильные толчки, передаваемые от двигателя к трансмиссии и наоборот. Также работа такой трансмиссии отражается в лучшую сторону и на сроке службы ходовой части машины. И самое главное – удобство управления: никаких переключений передач, для изменения тяги автомобиля достаточно лишь нажатия на педаль акселератора, что, безусловно, добавляет комфортабельности. А комфорт, как известно, – дорогого стоит.