Кто изобрел автоматическую коробку передач

Плюсы и минусы автоматических КПП

При покупке машины с коробкой-автомат необходимо проанализировать все слабые и сильные места такого механизма. После этого можно принимать решение — покупать с машину с АКПП или оставаться на «механике».

Преимущества:

• удобство и комфорт эксплуатации, ведь не нужно переключать скорости вручную;
• высокая надежность, если своевременно менять масло и фильтр АКПП;
• легкость начала движения;
• гарантия безопасности;
• высокий коэффициент полезного действия;
• повышенная проходимость;
• отсутствие третьей педали сцепления.

Недостатки:

• увеличенный расход горючего в сравнении с «механикой»;
• более высокая стоимость обслуживания;
• невозможность быстро разогнаться, когда это нужно (решается включением спортивного режима);
• нельзя завести с «толкача»;
• быстрый выход из строя при несоблюдении правил эксплуатации;
• ограничения на буксировку прицепных устройств.

Как видно, у АКПП имеются преимущества и недостатки, которые нужно учесть при выборе. С развитием технологий производители делают все возможное, чтобы нивелировать разницу между «автоматом» и «механикой». К примеру, потребление горючего на трассе почти идентично, а слабая динамика при резком разгоне легко компенсируется включением спортивного режима (активируется автоматически при резком нажатии на газ). Кроме того, снижается и стоимость обслуживания коробок-автомат, требующих всего лишь периодического осмотра, замены фильтров и масла.

Устройство и принцип работы АКПП

В конструкцию автоматической коробки входят следующие элементы:

1. Гидротрансформатор – играет роль сцепления и обеспечивает плавность хода работы механизма. Основной функцией гидротрансформатора принято считать плавную передачу крутящего момента от маховика на вал АКПП.
2. Редукторы планетарного типа — последовательная передача крутящего момента.
3. Муфты фрикционного типа. По-другому, их принято называть «пакетами». Обеспечивают переключение передач. Обеспечивают связь между механизмами передач и разрывают ее.
4. Обгонная муфта. Играет роль синхронизатора и снижает нагрузку, возникающую при соприкосновении «пакетов». Кроме того, в некоторых конструкциях АКПП исключают возможность торможения двигателем, оставляя в работе повышенную передачу.
5. Валы и барабаны для соединения всех частей коробки.

Независимо от конструкции АКПП, все типы данной трансмиссии переключают передачи по одному и тому же принципу. Все переключения осуществляются при помощи перемещения масла внутри АКПП, посредством включения в работу тех или иных золотников. Управление золотниками может быть двух типов: электрическое или гидравлическое.

Гидравлический привод использует давление масла, создаваемое с помощью центробежного регулятора, который соединен с валом КПП. Кроме того, давление создается в тот момент, когда водитель нажимает на педаль газа. Таким образом, автоматика получает информацию о положении акселератора и выполняет необходимое переключение золотников.

В электрическом приводе используются соленоиды, которые установлены в золотниках и подключены к блоку управления АКПП. В большинстве случаев, этот блок имеет тесную взаимосвязь с ЭБУ двигателя. Получается, что переключение передач будет осуществляться в зависимости от положения дроссельной заслонки, педали газа, скорости движения автомобиля и многих других параметров.

Об истории создания и совершенствования АКПП

Идея автоматизировать переключение передач, избавив водителя от необходимости часто выжимать педаль сцепления и «работать» рычагом переключения скоростей, не нова. Она начала внедряться и оттачиваться ещё на заре автомобильной эпохи: в начале ХХ века. Причём нельзя назвать какого-либо определённого человека или фирму единственным создателем автоматической коробки передач: к появлению классической, получившей сейчас всеобщее распространение гидромеханической АКПП привели три изначально независимые линии разработок, которые в итоге объединились в единой конструкции.

Один из основных механизмов коробки-автомата – это планетарный ряд. Первая серийная автомашина, оснащённая планетарной коробкой передач, была выпущена ещё в 1908 году, и это был «Форд Т». Хотя в целом та коробка переключения передач ещё не была полностью автоматической (от водителя «Форда Т» требовалось нажимать две ножных педали, первая из которых переводила с низшей на высшую передачу, а вторая включала задний ход), она уже позволяла значительно упростить управление, по сравнению с обычными КПП тех лет, без синхронизаторов.

Второй важный момент в становлении технологии будущих АКПП – это перевод управления сцеплением с водителя на сервопривод, воплощённый в 30-х годах ХХ века фирмой «Дженерал Моторс». Эти коробки переключения передач назывались полуавтоматическими. Первой полностью автоматической КПП стала внедрённая в производство в 30-х годах ХХ века планетарная электромеханическая коробка «Коталь». Она устанавливалась на французские автомобили забытых ныне марок «Деляж» и «Делайе» (существовали до 1953 и 1954 г. соответственно).

Автомобиль «Деляж D8» – премиум-класс довоенной эпохи.

Другие автопромышленники в Европе также разрабатывали похожие системы фрикционов и тормозных лент. Вскоре подобные АКПП были реализованы в автомобилях ещё нескольких немецких и британских марок, известной и ныне здравствующей из которых является «Майбах».

Специалисты другой известной фирмы – американской «Крайслер» продвинулись далее других автопроизводителей, внедрив гидравлические элементы в конструкцию КПП, которые заменили сервоприводы и электромеханические элементы управления. Инженеры «Крайслера» разработали первые в истории гидротрансформатор и гидромуфту, которые имеются теперь в конструкции каждой автоматической коробки передач. А первая в истории гидромеханическая коробка-автомат, похожая по конструкции на современную, на серийных автомобилях была внедрена корпорацией «Дженерал Моторс».

Автоматические коробки передач тех лет были очень дорогими и технически сложными механизмами. К тому же, не всегда отличавшимися надёжной и долговечной работой. Они могли выигрышно выглядеть только в эпоху несинхронизированных механических коробок передач, управление автомобилем с которыми было достаточно тяжёлым трудом, требующим от водителя хорошо отработанного навыка. Когда широко распространились механические КПП с синхронизаторами, то по удобству и комфорту АКПП того уровня были ненамного лучше них. В то время как МКПП с синхронизаторами обладали гораздо меньшей сложностью и дороговизной.

В конце 1980/1990-х годах у всех крупных автопроизводителей происходила компьютеризация систем управления двигателем. Аналогичные им системы стали применять и для управления переключением скоростей. Если прежние решения использовали только гидравлику и механические клапаны, то теперь потоками жидкости стали управлять соленоиды, контролируемые компьютером. Это сделало переключения плавнее и комфортнее, улучшило экономичность и повысило эффективность работы трансмиссии.

Кроме того, на некоторых автомобилях были внедрены «спортивные» и другие дополнительные режимы работы, возможность вручную управлять коробкой передач («Tiptronic» и т.п. системы). Появились первые пяти- и более ступенчатые АКПП. Совершенствование расходных материалов позволило на многих коробках-автоматах отменить процедуру замены масла в процессе эксплуатации автомобиля, поскольку ресурс залитого в её картер на заводе масла стал сравнимым с ресурсом самой коробки передач.

Пробуем автомобиль на ходу

Перед тем как самостоятельно приступить к осмотру коробки автомат, нужно поговорить с продавцом. Это позволит узнать, как эксплуатировалось и обслуживалось транспортное средство, чтобы спрогнозировать дальнейшую работу АКПП.

Важно!Если владелец автомобиля совсем не уделял внимание обслуживанию АКПП, то она может выйти из строя уже после достижения пробега 80–100 тыс. км

У продавца автомобиля нужно обязательно спросить:

• каким образом прежний собственник эксплуатировал машину (только для личных целей, для перевозки грузов или работал таксистом);
• насколько часто осуществлялась замена масла (трансмиссионной жидкости) в коробке автомат и последняя дата этой процедуры;
• менялся ли фильтр во время замены масла;
• каким образом выполнялась смена масла (снимался ли поддон или жидкость просто доливалась сверху);
• какое масло использовал владелец (оригинальная марка или её аналог);
• какие проблемы возникали у собственника машины с АКПП;
• выполнялся ли ремонт коробки (в чём именно он заключался и где проводился, есть ли гарантия на выполненные ремонтные работы);
• есть ли у владельца документы, подтверждающие факт регулярного обслуживания АКПП и её ремонта (при наличии поломок);
• попадал ли автомобиль в ДТП и какие получал повреждения.

Для начала ускоряемся до 60 километров в час. До того, как стрелка спидометра достигнет данного показателя, передачи должны переключиться как минимум два раза. При этом никаких толчков и задержек быть не должно.

В моменты переключения меняется уровень шума, который издает мотор, а также несколько падают обороты. В случае износа системы, никакой плавности переключения передач не будет (особенно это касается момента переключения с 1 на 2 передачу).

При наличии опции overdrive (кнопка расположена с левой стороны от рычага коробки), оцениваем также и работу этого элемента. Достигнув 60-70 км/час, включаем овердрайв. Передача должна повыситься. При выключении опции передача сразу же понижается. При этом желательно проводить проверку на ровной дороге, без большого количества препятствий.

Уже одна неполадка является хорошим основанием для того, чтобы отказаться от покупки такого автомобиля, или же провести ремонт своего транспортного средства. Чтобы максимально подробно проанализировать работу автоматической коробки передач, постарайтесь пробыть за рулем как можно больше времени. Так вы сможете более точно увериться в наличии или отсутствии различных повреждений.

Сделав для себя некоторые выводы на основе описанных выше тестов, можно переходить к общению с владельцем автомобиля, чтобы убедиться, насколько его показания совпадают с реальностью. Обязательно у продавца нужно спросить:

Про обслуживание. Нужно узнать у владельца автомобиля, как он следил за автоматической коробкой передач. Узнайте у него, после какого пробега в АКПП менялось масло, и сопровождались ли данные процедуры заменой фильтра. Лучше попросить заказ-наряды или другие доказательства того, что обслуживание коробки передач проводилось

Обратите внимание: В последнее время многие автоматы «необслуживаемые». Производители таких трансмиссий уверяют, что в них не требуется менять масло и фильтр, хотя на деле это не так, и своевременная замена продлевает срок службы АКПП

Если водитель говорит, что не менял ни масло, ни фильтр, поскольку это не нужно его автомату, рекомендуем призадуматься о целесообразности покупки такой машины, часто подобные автоматы выходят из строя при пробеге в 120-130 тысяч километров. Некоторые водители «необслуживаемых» автоматов, наоборот, говорят, что меняли фильтр каждый раз с заменой масла. Но дело в том, что для замены фильтра в подобных автоматах (из-за отсутствия поддона), нужно разобрать практически всю коробку. Достаточно задать несколько наводящих вопросов по процедуре, чтобы определить, обманывает вас продавец или нет.
Про ремонт. Бывает, что коробка передач выходит из строя, и в этом нет ничего страшного, если владелец автомобиля провел соответствующий ремонт. Нужно обязательно поинтересоваться, наблюдались ли у него проблемы с работой АКПП, и если да, то какие ремонтные операции он выполнял. Если водитель говорит, что проводился ремонт в хорошем сервисе, на слово ему верить не стоит, нужно попросить показать заказ-наряды.

Конструкция

Традиционно, автоматические коробки переключения передач состоят из планетарных редукторов, гидротрансформаторов, фрикционных и обгонных муфт, соединительных барабанов и валов. Иногда применяют тормозную ленту, которая замедляет один из барабанов относительно корпуса АКПП при включении одной из передач.

Роль гидротрансформатора
заключается в передаче момента с проскальзыванием при трогании с места. На высоких оборотах двигателя (3-4 передача), гидротрансформатор блокируется фрикционной муфтой, которая не дает ему проскальзывать. Конструктивно он устанавливается так же, как и сцепление на трансмиссии с МКПП – между АКПП и собственно двигателем. Корпус гидротрансформатора и ведущая турбина крепится на маховик двигателя, как и корзина сцепления.

Сам гидротрансформатор состоит из трех турбин – статора, входной (составл. корпуса) и выходной. Обычно статор глухо затормаживается на корпус АКПП, однако в некоторых вариантах затормаживание статора включается фрикционной муфтой для максимального использования гидротрансформатора во всем диапазоне оборотов.

Фрикционные муфты
(“пакет”) соединяя и разъединяя элементы АКПП – выходного и входного валов и элементов планетарных редукторов, и затормаживая их на корпус АКПП, осуществляют переключение передач. Муфта состоит из барабана и хаба. Барабан имеет крупные прямоугольные пазы внутри, а хаб – крупные прямоугольные зубья снаружи. Пространство между барабаном и хабом заполняют кольцеобразные фрикционные диски, часть из которых – пластмассовая с внутренними вырезами, куда входят зубья хаба, а другая часть выполнена из металла и имеет выступы снаружи, входящие в пазы барабана.

Сжимая гидравлически кольцеобразным поршнем пакет дисков, производится сообщение фрикционной муфты. Масло к цилиндру подводится через канавки в валах, корпусе АКПП и барабане.

Превью – увеличение по клику.

На первой, слева, фотографии – разрез гидротрансформаторной восьмиступенчатой АКПП автомобиля Lexus, а на второй – разрез шестиступенчатой преселективной АКПП Volkswagen

Обгонная муфта свободно скользит в одном направлении и заклинивает с передачей момента в другом. Традиционно она состоит из внутреннего и внешнего кольца и расположенного между ними сепаратора с роликами. Служит для снижения ударов во фрикционных муфтах при переключении передач, а также для отключения торможения двигателем в некоторых режимах работы АКПП.

В качестве устройства управления АКПП использовали набор золотников, которые управляли потоками масла к поршням фрикционных муфт и тормозных лент. Положение золотников задаются, как вручную механически рукояткой селектора, так и автоматикой. Автоматика бывает электронной или же гидравлической.

Гидравлическая автоматика задействует давление масла от центробежного регулятора, который соединен с выходным валом АКПП, а также давление масла от нажатой водителем педали газа. В результате чего, автоматика получает информацию о скорости автомобиля и положении педали газа, в зависимости от которой переключаются золотники.

Электроника использует соленоиды, перемещающие золотники. Кабели от соленоидов расположены вне пределов АКПП и ведут к блоку управления, который иногда объединен вместе с блоком управления впрыском топлива и зажигания. В зависимости от положения рукоятки селектора, педали газа и скорости автомобиля, электроника принимает решение о перемещении соленоидов.

Иногда, предусмотрена работа АКПП и без электронной автоматики, но только с третьей передачей переднего хода, или же со всеми передачами переднего хода, но с обязательным переключением рукоятки селектора. По вопросам поломки и ремонта КПП вас проконсультируют .

Первая автоматическая коробка передач

Изобретателем первой автоматической коробки передач (АТ) стал: Альфред Хорнер Мунро. Альфред Хорнер Мунро родился в Реджайне, Канада. Он изобрел первыую AT в 1921 году. Она называлась «Автоматическая безопасная коробка передач» (AST). AST была запатентована в 1923 году.

Альфред Хорнер Мунро по профессии был канадским паровым инженером. Он разработал его с использованием давления воздуха, а не гидравлической жидкости, что создало нехватку мощности механизмам переключения. У AST было 4 передних передачи, но нет задней или стояночного режима Р. General Motors устанавливала AST в трех своих моделях в период с 1937 по 1938 год; Oldsmobile, Cadillac и Buick.

Совершенствование гидравлики и электроники

Никаких принципиально революционных прорывов в этой сфере не происходило вплоть до начала восьмидесятых годов двадцатого века. Все новые технологические решения были направлены исключительно на усиление прочностных и износостойких характеристик механической составляющей автоматической коробки передач.

Гидравлическую составляющую тоже постоянно преследовали модернизации и изменения. Все попытки компаний-производителей были направлены на то, чтобы сделать поездку на машине с АКПП максимально долгой, комфортабельной и быстрой.

Совершенствование гидравлики и электроники АКПП принадлежит компании Мерседес

В качестве инноватора в этой сфере выступала всё та же «Мерседес», применив одной из первых для своих выпускаемых автомобилей, новейшую систему, которой ещё не было аналогов в то время, обеспечивающую качественную работу управляющего блока всей гидравлической системы.

После восьмидесятых годов двадцатого века в применение вошли системы управления, полностью работающие на электронике. Преимущественно такими разработками занимались японские автомобильные компании. Первой среди них это сделала компания «Тойота» в 1983 году. Спустя четыре года компания «Форд» повторила успех своего конкурента, внедрив в гидротрансформаторную муфту блокировки и повышающую передачу блок на основе электронных схем управления.

НЕ ТРАТЬТЕ ДЕНЬГИ НА ПЕРЕКРАСКУ!Теперь Вы сами сможете всего за 5 секунд убрать любую царапину с кузова вашего автомобиля.

Незадолго до этого в 1984 году компания «Крайслер» представила всему миру новейшую технологию эксклюзивно для автомобилей с передним приводом, где все переключения в трансмиссионной коробке осуществлялись исключительно при помощи электроники. Для всего мира тогда данное техническое решение стало настоящим сенсационным «бумом» в мире автомобильных электронных систем управления.

В 1984 году компания «Крайслер» выпустила автомобили с передним приводом, где все переключения в коробке осуществлялись при помощи электроники

Немного запоздав, в начале девяностых годов уже «ДжМС» создала полностью управляемые электроникой схемы автомобильного управления.

Нужен ли автомобилю с коробкой автоматом ручной тормоз?

Если автоматическая коробка оснащена режимом парковки, зачем тогда в автомобиле имеется стояночный тормоз? В руководстве по эксплуатации большинства современных авто производители указывают, что это дополнительная мера от произвольного движения машины.

Большинство автомобилистов не используют ручник, потому что режим парковки всегда хорошо справляется со своей задачей. А в зимний период иногда колодки примерзают к дискам (особенно если накануне машина побывала в луже).

Вот в каких случаях необходим ручник:

• При остановке на склоне для дополнительной фиксации машины;
• Также он пригодится, когда производится замена колес;
• Перед тем, как включить режим Р на склоне (в этом случае рычаг будет переключаться с большими усилиями, что может привести к износу фрикционных деталей трансмиссии);
• Если на склоне авто стоит и на режиме Р, и на ручнике, то при начале движения сначала снимаем «парковку», а затем ослабляем ручной тормоз.

Плюсы и минусы АКПП

У автоматической коробки есть как достоинства, так и недостатки. К достоинствам относятся такие факторы:

• Переключение скоростей переключается плавно, без рывков, что обеспечивает более комфортное движение;
• Нет необходимости менять или ремонтировать сцепление;
• На ручном режиме обеспечивается хорошая динамика, даже если водитель совершит ошибку, то автоматика немного подкорректирует ситуацию;
• АКПП способен адаптироваться под стиль вождения автомобилиста.

Недостатки автомата:

• Конструкция агрегата более сложная, из-за чего ремонт должен выполнять специалист;
• Помимо дорогостоящего обслуживания замена трансмиссии будет очень дорогой, так как в ней имеется большое количество сложных механизмов;
• В автоматическом режиме КПД механизма невысокий, что приводит к перерасходу топлива;
• Вес коробки без технической жидкости и гидротрансформатора составляет около 70 кг, а при полной комплектации – приблизительно 110 кг.

Специфика КПП.

Как приводятся валы в действие понятно. Теперь стоит рассмотреть другие важные параметры, такие как количество валов, способ переключения для «ручки».

Количество валов.

Следует запомнить, что существует две основные схемы работы МКПП, основанные на включении выбранной пары шестерен, от этого зависит величина крутящего момента:

1. двухвальная, имеет одну ступень зацепления оси, ведущим (первичным) и ведомым (вторичным) валом, такая схема используется для переднемоторных, переднеприводных автомобилей, а также заднемоторных, заднеприводных;
2. трехвальная, обладает двумя ступенями зацепления оси, помимо ведущего и ведомого вала (они располагаются параллельно друг другу) есть третий, промежуточный (размещается параллельно первым двум), используется для переднемоторных моделей (задне – или полноприводных).

Многовальные по своей конструкции, принципу действия полная аналогия двухвальных, только вторичных валов может быть несколько, встречаются МКПП, оборудованные тремя, четырьмя валами, у них нет промежуточного вала, количество передач не меньше шести, отличаются компактными размерами, переменным числом зацеплений, последовательным редуцированием.

Еще один редкий тип безвальная механика, встречается очень редко. Трехвальные коробки могут быть соосными (вторичный и первичный вал с прямой передачей, схема характерна для заднеприводных моделей) и несоосными (без прямой передачи, оборудованные раздаточной коробкой, что характерно полноприводным моделям).

Способ переключения ступеней и число ходов

По числу ходов, общему количеству муфт КПП делятся на двух-, трех-, четырех-, пятиходовые.

Существует несколько основных способов переключения. Начнем с самого малораспространенного, на основе подвижных шестерен кареток. Практически не встречается из-за сложной схемы. Переключение возможно только при неподвижных валах.

Вторая схема кулачковая. Используются кулачковые торцевые муфты, шестерни постоянного зацепления. Встречается очень редко у спортивных автомобилей, гоночных болидов, потому что требует высоких профессиональных навыков от водителя, некоторые сильно греются, подвержены повышенному износу, предназначена для эксплуатации на высоких скоростях. Специфика переключения может быть секвентальной и поисковой.

Третья схема наиболее распространенная. Это МКПП, имеющие постоянное сцепление шестерен. Переключение производится при помощи зубчатых муфт. Выше представлены схемы двухвальной и трехвальной трансмиссии. Отметим одну существенную деталь. КПП может быть с синхронизаторами и без синхронизаторов. Синхронизаторы это специальный узел, предназначенный для выравнивания угловых скоростей шестерен, что позволяет предотвратить их деформацию и разрушение.

1. ступица;

2. муфта;
3. блокировочное кольцо;
4. сухари;
5. проволочные кольца.

Такая схема используется на большинстве современных МКПП. Но встречается еще схема без синхронизаторов. Тут необходимы специальные навыки пользования. Прием называется двойной выжим. Чтобы включить повышенную нажимается сцепление, рычаг переводится в нейтральное положение. Затем сцепление отпускается. Потом сцепление снова нажимается, рычаг переводится на высшую передачу. Чтобы переключиться на пониженную требовалось выжать сцепление, переключить рычаг в нейтральное положение, отпустить сцепление, нажать на педаль акселератора, нажать сцепление, переключить рычаг, отжать сцепление. Большинство современных КП такую схему уже не используют, только раздатки (раздаточных коробках).

Четвертая схема – фрикционное переключение ступеней. Такая схема свойственна автоматам (гидромеханическим схемам, где есть гидротрансформаторы или гидромуфты). Хотя есть исключения. Для полноты картины отметим схему, при которой переключение выполняется при помощи муфт, центробежных или инерционных.

Классификация.

Упрощенно классификация выполняется по одному единственному признаку – способу передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. Если использовать данный фактор, то коробка переключения передач (сокращенно КПП, английское название Gear Box) может быть:

1. механической, «ручкой», механикой (МКПП, МТ (Manual Transmission);
2. автоматической – АКПП (Automatic Transmission);
3. полуавтоматической, роботизированной РКПП MTA (Manual Transmission Automatically Shifted);
4. вариатором (CVT, Continuously Variable Transmission).

Такая группировка упрощенная, но наиболее доступная для понимания

Если брать во внимание конструкционные особенности, то все гораздо сложнее

Способ взаимодействия валов.

Начнем с того, что КПП отличаются по способу взаимодействия деталей между собой, существует несколько видов:

1. механические, используются для механических передач, как правило, зубчатые (различаются по форме профиля, типу, расположению валов, форме начальных поверхностей, окружной скорости, степени защищенности, относительному вращению, расположению зубьев), это принцип работы большинства МКПП, наиболее распространенные цилиндрическая и коническая зубчатая;
2. механические, планетарные (используют планетарные ряды), основными элементами являются солнце (солнечная шестерня, небольшое зубчатое колесо, у него внешние зубья по центру), эпицикл (большое зубчатое колесо, имеющее внутренние зубья, его еще называют короной), водило (рычажный механизм, пространственная вилка), сателлиты (группа зубчатых колес, зубья внешние), применяются, как правило, для АКПП;
3. гидравлические, такая схема используется очень редко, чаще применяется гидромеханическая (используются планетарные ряды, дополнительно гидравлическая передача посредством гидравлической муфты (гидромуфты, основные части насос (насосное колесо, связано с коленвалом двигателя), турбина (турбинное колесо, связано с КПП), обгонная (блокировочная) муфта, предназначенная для блокировки или гидротрансформатора (используется чаще, отличается от гидромуфты наличием реактора, конструкцией турбины со статором), используются для АКПП;
4. вариаторные, принцип работы основан на использовании механической фрикционной передачи (вариатора), в большинстве случаев сочетается с гидромуфтой (гидротрансформатором) шестеренчатыми или планетарными передачами, используются для CVT (вариаторах), отличаются по конструкции, но об этом ниже.