Рассмотрим механизмы, посредством которых осуществляется блокировка различных элементов планетарного ряда в АКП и, следовательно, включение (выключение) различных передач. Этими механизмами являются тормоза и фрикционы.
Тормоз - это механизм, посредством которого осуществляется блокировка элементов планетарного ряда на неподвижный корпус АКП.
Фрикцион - это механизм, посредством которого подвижные элементы планетарного ряда блокируются между собой.

1) Тормозная лента (brake band).

Тормозная лента служит для временной блокировки элементов планетарного ряда на корпус АКП. Несмотря на свои небольшие размеры, лента обладает весьма сильной удерживающей способностью. Подобно тормозным башмакам, она использует для блокировки эффект самозажатия. Когда тормозная лента отпускается, толчок, возникающий при переключении передач, смягчается, поскольку элемент планетарного ряда, который удерживала лента, начинает вращаться в сторону, противоположную направлению приложения силы торможения ленты. Другими словами, когда лента отпускается, она стремится освободить себя быстрее.

Итак, перечислим основные достоинства тормозной ленты:
- несмотря на небольшой размер, она обладает большой удерживающей способностью;
- она подходит для блокировки вращающихся элементов планетарного ряда АКП на корпус АКП;
- она смягчает толчки и удары, возникающие при переключении передач.

Принцип действия тормозной ленты.

Один конец тормозной ленты крепится неподвижно на корпусе АКП, другой - к поршню сервопривода. Когда масло подаётся в полость включения сервопривода (рис.13), поршень сервопривода, передвигаясь под давлением масла (по рисунку влево), зажимает тормозную ленту, осуществляя тем самым блокировку элемента планетарного ряда. При подаче масла в полость отключения сервопривода давление масла в обеих полостях выравнивается, поршень сервопривода под действием возвратной пружины возвращается в исходное положение (вправо), тормозная лента высвобождается.

Рис. 13. Тормозная лента .

2) Система фрикционов (clutch system).

Целесообразность использования фрикционных дисков в автоматических трансмиссиях обусловлена их следующими преимуществами:
- способность выдерживать большие нагрузки;
- значительная степень свободы при их подборе (количество дисков можно увеличивать или уменьшать;
- нет необходимости в регулировке пакета фрикционов из - за износа дисков;
- способность прочного сцепления ведущих (drive plate) и ведомых (driven plate) дисков в пакете при больших скоростях вращения элементов планетарного ряда;
- хотя пакет фрикционов подвергается значительным нагрузкам, он не воздействует с такими же нагрузками на корпус АКП (в отличие от тормозной ленты, где большие нагрузки концентрируются в месте его крепления к корпусу АКП).

Принцип действия фрикционов.

Пакет фрикционов состоит из частей, показанных на рис. 14. Входной крутящий момент передаётся с барабана (drum) на ведущие диски. Ведомые диски поддерживаются втулкой (hub), которая передаёт выходной крутящий момент. Поршень (piston) приводится в действие давлением масла. Двигаясь под давлением масла вправо (по рисунку), поршень посредством конического диска (dished plate) плотно прижимает ведущие диски пакета к ведомым. Заставляя их вращаться как единое целое и осуществляя передачу крутящего момента от барабана к втулке. Как только давление масла падает, поршень под действием возвратной пружины (return spring) перемещается влево, ведущие и ведомые диски разжимаются, крутящий момент через пакет больше не передаётся.

Рис. 14. Составные части фрикциона .

Даже когда фрикцион выключен, в барабане, который вращается с большой скоростью, масло, оставшееся между барабаном и втулкой, отбрасывается под действием центробежной силы к внутренней стенке барабана. Вследствие этого возникает остаточное давление масла, которое прикладывается к поршню, вынуждая его к перемещению и подвключению фрикциона. Это приводит к преждевременному износу дисков и прочим неприятностям. Существуют 2 метода устранения подобного явления (рис. 15).

Метод 1 .
Используется контрольный шарик (check ball). Когда давления масла под поршнем нет (фрикцион выключен), центробежная сила вынуждает шарик переместиться со своего седла (по рисунку - влево), освобождая отверстие, через которое оставшееся в барабане масло вытекает из полости между поршнем и барабаном наружу. Когда в эту полость подаётся масло (фрикцион включается), его давление превышает центробежную силу и шарик под давлением масла возвращается на своё седло. Перекрывая отверстие для вытекания масла наружу.
Метод 2 .
Масло из полости между поршнем и барабаном вытекает наружу через отверстие (orifice). Воздух в эту полость поступает через секцию с контрольным шариком, которая ближе к оси вращения барабана. При таком способе при включении фрикциона всегда будет небольшая утечка масла. Но, поскольку масляный насос поддерживает постоянное давление масла в гидравлической системе, такая утечка не является проблемой.

Рис. 15. Методы устранения подвключения выключенного фрикциона .

3) Обгонная муфта (one - way clutch).

Обгонная муфта может вращаться лишь в одном направлении. Она состоит из подвижного внутреннего кольца (inner race), зафиксированного наружного кольца (outer race) и кулачков (рис.16).

Рис. 16. Обгонная муфта .

Принцип действия.
Когда внутреннее кольцо вращается по часовой стрелке, оно проскальзывает через кулачок (см. рис. 16). Когда же внутреннее кольцо пытается вращаться против часовой стрелки, оно поднимает кулачок и он, заклиниваясь, не даёт кольцу возможности вращаться в этом направлении.

Как работает АКПП - эксплуатация и профилактика коробки-автомата

Главное отличие автоматической трансмиссии автомобиля от «механики» - это то, что она позволяет освободить от лишних движений правую руку. АКПП обеспечивает соответствующий выбор передаточного числа без вмешательства автомобилиста. Отличия есть в особенностях конструкции. Автоматическая работает за счёт гидромеханического привода и планетарных механизмов.

В автомобилях с АКПП отсутствует педаль сцепления , поскольку отпадает необходимость в ней. В таких машинах не надо самостоятельно переключать передачи - достаточно просто поставить рычаг выбора режимов коробки на Drive. Выполняя одни и те же функции, механическая и автоматическая коробки работают абсолютно по-разному. Рассмотрим подробнее особенности устройства последней.

Назначение и особенности устройства АКПП

Благодаря коробке-автомату способен работать в условиях ограниченного диапазона оборотов. При этом она обеспечивает ему широкий диапазон скоростей. Благодаря этому агрегату управление машиной стало намного проще для водителя.

Среди основных элементов классической автоматической трансмиссии:

гидротрансформатор;
муфты (фрикционные, обгонные);
планетарные редукции;
соединительные валы;
барабаны.

В некоторых случаях конструкция АКПП включает в себя тормозную ленту, которая выполняет функцию затормаживания одного из барабанов. Исключение - автоматические производителя Honda. Для них используются не планетарные редукторы, а специальные валы с шестернями (они также применяются в МКПП).

Видео об устройстве автоматической коробки передач:

Функции элементов АКПП

Основная функция гидротрансформатора - передача момента проскальзывания в процессе трогания машины. При набирании высоких оборотов двигателем, фрикционная муфта выполняет блокировку гидротрансформатора. Благодаря этому проскальзывание становится невозможным.

Планетарный редуктор, в свою очередь, опосредованно передаёт крутящий момент. «Пакет» (так называют фрикционные муфты) выполняет функцию непосредственного переключения передач за счёт разобщения и сообщения элементов АКПП. В отличие от своей механической сестры автоматическая коробка осуществляет включение и выключение одного и того же набора шестерней. Именно благодаря этому становится возможной планетарная передача.

Режимы работы коробки-автомата

Работа автоматической трансмиссии может осуществляться в нескольких режимах. Со второй половины прошлого столетия практически все АКПП оснащены стандартным набором режимов, которые указываются на рычаге латинскими символами:

N (нейтральная передача) - применяется при буксировке или короткой стоянке;
D (движение вперёд) - используется, если задействованы все ступени, исключая повышающие передачи;
R () - включается, только когда машина полностью остановила движение;
L (пониженная передача) - используется для так называемого тихого хода;
P (парковочный режим) - блокирует ведущие колёса, не имеет отношения к стояночному тормозу.

Существует строгая последовательность режимов автоматической коробки - P⇒R⇒N⇒D⇒L .

Дополнительные режимы

Стоит отметить, что современные машины могут быть оснащены АКПП с дополнительными режимами работы:

O/D (овердрайв) - позволяет автоматически переходить на повышающие передачи; обеспечивает равномерное движение на трассе;
D3 (для городской езды) - предусматривает использование только первой/второй/третьей передачи или отключение повышающих;
S или 2 («зимний» режим) - включает пониженные передачи;
L или 1 - использует только первую передачу.

Особенности эксплуатации автомобиля с АКПП

С коробкой-автоматом имеет свои нюансы. Прежде чем начинать движение на такой машине, следует сначала завести мотор и хорошо его прогреть. «Механика» нетребовательна в этом вопросе, а вот для АКПП важен прогрев, поскольку это влияет на её способность переключаться на более высокие передачи. Заводить машину нужно только в парковочном режиме (P) .

За несколько минут работы мотора трансмиссионная жидкость сможет разгореться до необходимой рабочей температуры, после чего можно не опасаться начинать движение. Нажмите педаль тормоза, переведите рычаг в режим движения (D) и отпустите педаль, чтобы автомобиль тронулся. Следует отметить, что нет необходимости отпускать плавно, поскольку плавность трогания обеспечивает гидротрансформатор. Этот процесс не требует вмешательства водителя.

Видео о прогреве автоматической коробки:

Уход за автоматической коробкой передач

АКПП - один из наиболее сложных элементов автомобиля, поэтому она нуждается в соответствующем уходе. Эксперты отмечают, что для автоматической трансмиссии наиболее опасным является перегрев, вследствие которого её ресурс резко уменьшается, в уплотнителях образуются различные деформации, а из картера начинает вытекать масло. В связи с этим не стоит слишком перегружать такой автомобиль.

Ключевой момент технического обслуживания АКПП заключается в регулярной проверке уровня масла. Если оно начинает течь - автоматическая трансмиссия сигнализирует вам о необходимости её профилактики. В таком случае масло необходимо своевременно заменить. Если механическая коробка передач не требует , то «автомат» нуждается в этой процедуре после каждых тридцати - сорока тысяч километров езды.

Итак, существует несколько правил ухода за АКПП и её профилактики, которых необходимо придерживаться. Самое главное - это проверка уровня жидкости в коробке передач . Если масла в агрегате будет недостаточно - это чревато пробуксовкой гидротрансформатора и его перегревом. Если трансмиссионной жидкости слишком много - оно будет вспениваться. В любом случае АКПП может выйти из строя. Поэтому постоянно следите за маслом и доливайте именно то количество, которое необходимо по уровню. Для проверки уровня жидкости нужно прогреть коробку и проехаться на машине около 10 километров. Поставив автомобиль на ровной площадке, следует достать щуп, протереть его, вставить обратно и извлечь. Вы увидите соответствующий след масла, который позволит вам определить его количество.

Отметим, что по внешнему виду трансмиссионной жидкости можно многое узнать. Важную роль играет её цвет и запах:

Красноватый прозрачный оттенок, отсутствие ярко выраженного запаха и каких-либо мелких частиц свидетельствуют об исправности АКПП.
Коричневатый цвет говорит о том, что .
Тёмный оттенок жидкости в сочетании с запахом горелого металла и присутствием мелких крупинок предупреждают о том, что скоро коробка передач выйдет из строя, поскольку у неё пригорают трущиеся детали.

Профилактика неисправностей коробки-автомата

Мы уже упоминали, что автоматическая трансмиссия устроена сложно, поэтому нуждается в более бережном отношении, нежели «механика». Последнюю практически невозможно сломать, а вот АКПП не отличается такой . Учитывайте некоторые особенности в процессе её эксплуатации, чтобы предотвратить возможные поломки:

Не переключайте селектор в режимы R и P в процессе движения. Если ваша коробка-автомат достаточно надёжна, то в таком случае машина просто «заглохнет». Однако в большинстве подобных ситуаций трансмиссия просто-напросто ломается. Поэтому будьте внимательны - включайте упомянутые режимы только после полной остановки движения автомобиля.
Не злоупотребляйте функцией «кик-даун». Автомобиль с автоматической коробкой можно резко ускорить, переключившись на самую низкую передачу. Обороты мотора резко увеличиваются, за счёт чего происходит ускорение. Подобное переключение осуществляется резким нажатием педали газа. Но не стоит часто пользоваться таким приёмом - это значительно снизит ресурс трансмиссии, а при этом будет расти.
Не перегружайте автомобиль. Не следует буксировать другие машины и прицепы, которые тяжелее вашей.
Не ездите по грязи и слабым дорожным покрытиям. Если вы забуксуете, АКПП перегреется и сломается. Если всё же такое случилось, то не выбирайтесь на сухую площадку с помощью раскачивания авто «вперёд-назад». Это повредит коробку передач. Лучше обратитесь к другим автомобилистам за помощью.

Эксплуатация автоматической трансмиссии зимой

Большая часть АКПП ломается именно в зимний период. На то есть две причины:

низкая температура воздуха пагубно влияет на ресурсы автоматической коробки;
пробуксовка колёс на льду при начале движения повреждает трансмиссию.

В связи с этим необходимо заранее подготовить автомобиль к зиме. Обязательно поменяйте гидравлическую жидкость и фильтр АКПП до наступления холодов. Также соблюдайте некоторые рекомендации по . Заведите машину на морозе, прогрейте мотор и коробку передач. Нажмите на тормоз и выберите режим L, R или D на рычаге. Обратите внимание - если двигатель «заглохнет», дайте ему ещё прогреться. Чем холоднее на улице, тем дольше нужно держать ногу на педали тормоза. Если температура воздуха составляет 20 и более градусов мороза - прогревайте АКПП около пяти - восьми минут.

При начале движения ставьте селектор в режим L и проезжайте так 100 метров. Затем переводите рычаг в положение 2, 3 и D. За этот промежуток времени трансмиссионная жидкость успеет пройти несколько проходов по коробке и попасть в муфты. Поскольку скорость будет небольшая, как и обороты двигателя, процесс включения фрикционных элементов будет проходить в оптимальном щадящем режиме. Это позволит избежать их износа.

Какое масло использовать для заправки АКПП

Гидравлическая жидкость в автоматической коробке передач служит не только в качестве смазки, но и как рабочее тело, которое подвергается большим силовым нагрузкам и температурным перепадам. В подобных условиях только специальные масла способны эффективно выполнять необходимые функции. Жидкость для АКПП обычно обозначают как ATF (AutomaticTransmissionFluid ).

Масло должно соответствовать определённым характеристикам. В первую очередь это высокая текучесть, в которой коробка особенно нуждается в холодное время года. Однако для того чтобы в процессе нагрева жидкость не протекала, в неё добавляется специальный загуститель, который действует только при высоких температурах. Более того, в масло вводятся модификаторы трения и различные добавки, которые предотвращают трение, износ, окисление деталей.

Если вам придёт в голову залить в коробку передач какую-либо другую жидкость вместо ATF, это приведёт к незамедлительной поломке. При этом масло для автоматических коробок прекрасно подойдёт для механических агрегатов. Также нельзя покупать жидкость, которая рангом ниже, чем рекомендует производитель АКПП. Однако в безвыходной ситуации заливка такого масла допустима. Как только вы купите подходящую трансмиссионную жидкость, её нужно срочно поменять в коробке, чтобы избежать появления неисправностей.

Видео о замене масла в АКПП:

Помните, что ресурс автоматической трансмиссии гораздо меньше, чем у «механики». Он может составлять от 150 до 300 тысяч километров. Отклонение от этих цифр зависит от манеры езды водителя и от своевременности обслуживания АКПП. На сокращение ресурса коробки очень влияют постоянные интенсивные разгоны, некорректные переключения селектора, избегание замены жидкости и фильтра. Выполняя наши несложные рекомендации по эксплуатации автоматической трансмиссии и осуществляя спокойное движение, вы сможете значительно увеличить её до появления необходимости в капитальном ремонте.

Благодаря конструктивной особенности автоматическая коробка передач обеспечивает с помощью автоматики выбор необходимой для движения автомобиля передачи, без участия в этом процессе водителя. При этом, в отличие от механической коробки передач, правая рука водителя освобождается от движений по переключению передач и отпадает необходимость оборудовать автомобиль педалью сцепления, что также исключает из процесса управления транспортным средством движения ноги водителя по выжиманию сцепления.

Для начала движения автомобиля, оборудованного АКПП, водителю достаточно перевести рычаг коробки в нужное положение и далее остается только регулировать скорость педалями газа и тормоза. Управлять транспортным средством, оснащенным автоматической коробкой значительно проще, что дает большую возможность водителю сосредоточится на дорожной обстановке.

Независимо от вида, любая трансмиссия — будь то механическая либо автоматическая, выполняет одинаковые функции в автомобиле – эффективное использование крутящего момента двигателя, но различными способами исходя из своих особенностей конструкций.

Устройство АКПП

Функционирование автоматической коробки передач основывается на работе её планетарных механизмов и гидромеханического привода. В небольшом диапазоне оборотов двигателя коробка-автомат дает возможность автомобилю двигаться в большом диапазоне скоростей. К основным элементам устройства АКПП относят следующие механизмы:

гидротрансформатор;
планетарный редуктор;
пакеты фрикционов;
тормозная лента;
устройство управления.

Основные узлы и принцип действия АКПП

В основу принципа действия АКПП положено свойство жидкости при вращении передавать энергию. Это свойство позволило создать устройство (гидромуфта, гидротрансформатор), в котором отсутствует жесткая связь между входным и выходным валами, а механическая энергия между этими валами передается с помощью потока рабочей жидкости.

Гидротрансформатор в АКПП выполняет функцию автоматического переноса крутящего момента от силового агрегата на основные узлы коробки передач, что соответствует функции узла сцепления в механической коробке передач. После достижения определенных оборотов двигателем, используя давление рабочей жидкости на узлы гидротрансформатора — насосное колесо, которое жестко соединено с коленвалом силового агрегата и турбинное колесо, взаимосвязанное с основным валом коробки передач, происходит передача крутящего момента. Во время уменьшения оборотов силового агрегата падает давление жидкости на турбинное колесо, и оно останавливается. Соответственно сцепление двигателя с коробкой прерывается.

В связи с тем, что гидротрансформатор ограничен в возможности передачи механической энергии в широких диапазонах, он соединяется с планетарными многоступенчатыми передачами, обеспечивающими переключение скоростей и реверсивное вращение.

По своему устройству планетарный редуктор представляет собой шестерни, вращающиеся вокруг центральной – «солнечной» шестерни. Он функционирует посредством блокирования и разделения определенных элементов планетарного ряда. Для трехскоростной АКПП используется два планетарных механизма, а в четырехскоростной — три.

Пакеты фрикционов или система фрикционов представляют собой механизмы, которые блокируют подвижные элементы планетарного редуктора между собой. По своему устройству это набор из нескольких подвижных и неподвижных колец, которые под воздействием гидравлического толкателя застопориваются, что обеспечивает переключение соответствующей передачи.

В переключении передач принимает участие и тормозная лента, которая временно блокирует нужные элементы планетарного редуктора. Принципом ее работы является эффект самозажатия, используемый для блокирования этих элементов. Имея относительно небольшой размер, тормозная лента смягчает удары механизмов в момент их работы.

Устройство управления предназначено для регулирования функционирования тормозной ленты и работы фрикционов. Оно состоит из блока клапанов, имеющего золотники, пружины, систему каналов и другие элементы. Устройство управления выполняет функцию переключения передач, основываясь на конкретных условиях движения транспортного средства — при его ускорении задействует повышенную передачу, а при торможении — пониженную.

Режимы работы АКПП

Автоматическая трансмиссия может работать в нескольких стандартных режимах. Все они обозначаются выработанными еще в прошлом столетии символами на латинском языке: P, D, N, R.

Парковочный режим «P» или parking – обеспечивает выключение всех передач. При этом ведущие колеса заблокированы механизмами коробки передач, и она отключена от двигателя. В этом режиме осуществляют запуск двигателя.

Видео о прогреве коробки «автомат»:

Режим движения «D» или drive – обеспечивает автоматическое переключение передач при движении автомобиля вперед.

Режим «N» или нейтральная передача – обеспечивает расцепление ведущих колес автомобиля от коробки передач. Этот режим используют во время коротких остановок или при необходимости буксировки автомобиля.

Режим реверсного движения «R» — обеспечивает движение автомобиля задним ходом.

Управление водителем автоматической коробкой должно выполняться в установленной последовательности: 1. Паркинг; 2. Реверс; 3. Нейтраль; 4. Движение.

В современных АКПП для комфортной езды предусмотрены дополнительные режимы работы.

Режим пониженной передачи «L» — используется во время медленного движения в сложной дорожной обстановке. В этом режиме коробка передач работает только на выбранной передаче, независимо от изменения оборотов силового агрегата.

Режимы «2» и «3» — используются при буксировке груза транспортным средством или же в соответствующих условиях. Цифры обозначают число фиксированной передачи, на которой происходит движение автомобиля.

Режим овердрайв «O/D» или «Overdrive» — используется для частого автоматического задействования повышающей передачи. Такой режим обеспечивает более экономичное и равномерное движение автомобиля, в основном на шоссейных дорогах.

Режим городского движения «D3» — ограничивает автоматическое переключение коробки до третей передачи.

Режим уравновешенного движения «Norm» — позволяет коробке переходить на повышенные передачи при достижении средних значений вращения коленчатого вала двигателя.

Режим зимнего движения «S» или «Snow» (также может обозначаться символом «W» или «Winter») – позволяет автомобилю начинать движение со второй передачи, тем самым предотвращая пробуксовывание ведущих колес. Также во время движения работа АКПП выполняется более мягко с использованием низких оборотов двигателя.

Замена масла в АКПП своими руками на видео:

Оснащение автомобилей автоматической коробкой передач позволило снизить объем нагрузки, возлагаемой на водителя во время движения. Поговорим про устройство автоматической коробки передач АКПП.

Преимущества использования АКПП

Применение автоматической трансмиссии исключает необходимость постоянного пользования переключающим рычагом. Изменение скорости выполняется автоматически, в зависимости от нагрузки двигателя, скорости перемещения авто и желаний водителя. По сравнению с ручной коробкой передач, автоматическая трансмиссия имеет следующие преимущества:

увеличивает комфортность вождения автомобиля за счет освобождения водителя;
автоматически и плавно производит переключения, согласовывая нагрузку двигателя, скорость движения, степень нажатия на педаль газа;
предохраняет двигатель и ходовую часть автомобиля от перегрузок;
допускает ручное и автоматическое переключение скоростей.

Автоматические коробки можно разделить на два типа. Различие заключается в системах управления и контроля за использованием трансмиссии. Для первого типа характерно, что функции управления и контроля выполняются специальным гидравлическим устройством, а во втором типе - электронным устройством. Составные части автоматических трансмиссий обоих типов практически одинаковы.

Существуют некоторые различия в компоновке и устройстве автоматической трансмиссии переднеприводного и заднеприводного автомобиля. Автоматическая трансмиссия для переднеприводных автомобилей более компактна и имеет внутри своего корпуса отделение главной передачи - дифференциал .

Принцип действия всех автоматов одинаков. Чтобы обеспечить движение и выполнения своих функций, автоматическая трансмиссия должна оснащаться следующими узлами: механизмом выбора режима движения, гидротрансформатором, узлом управления и контроля.

Из чего состоит АКПП?

1) Гидротрансформатор – соответствует сцеплению в механической коробке , но не требует непосредственного управления со стороны водителя.

2) Планетарный ряд - соответствует блоку шестерен в механической коробке передач и служит для изменения передаточного отношения в автоматической трансмиссии при переключении передач.

3) Тормозная лента, передний фрикцион, задний фрикцион – компоненты, посредством которых осуществляется переключение передач.

4) Устройство управления. Этот узел состоит из маслосборника (поддон коробки передач), шестеренчатого насоса и клапанной коробки.

Гидротрансформатор служит для передачи крутящего момента от двигателя к элементам АКПП. Он установлен в промежуточном кожухе, между двигателем и коробкой передач и выполняет функции обычного сцепления. В процессе работы этот узел, наполненный трансмиссионной жидкостью, несет высокие нагрузки и вращается с большой скоростью.

Он не только передает крутящий момент, поглощает и сглаживает вибрации двигателя, но и приводит в действие масляный насос, находящийся в корпусе коробки передач. Масляный насос наполняет трансмиссионной жидкостью гидротрансформатор и создает рабочее давление в системе управления и контроля.

Поэтому неверно мнение, что автомобиль с коробкой "автомат" можно завести принудительно, не используя стартер, а разогнав его. Насос АКПП получает энергию только от двигателя, и если он не работает, то давление в системе управления и контроля не создается, в каком бы положении не находился рычаг выбора режима движения. Следовательно, принудительное вращение карданного вала не обязывает коробку передач работать, а двигатель - вращаться.

Планетарный ряд - в отличие от механической трансмиссии, в которой используются параллельные валы и сцепляющиеся между собой шестерни, в автоматических трансмиссиях в подавляющем большинстве используются планетарные передачи.

В корпусе коробки передач расположены несколько планетарных механизмов, они и обеспечивают необходимые передаточные отношения. А передача крутящего момента от двигателя через планетарные механизмы к колесам происходит с помощью фрикционных дисков, дифференциала и других устройств. Управление всеми этими устройствами осуществляется благодаря трансмиссионной жидкости через систему управления и контроля.

Тормозная лента - устройство, используемое для блокировки элементов планетарного ряда.

Клапанная коробка представляет систему каналов с расположенными клапанами и плунжерами, которые выполняют функции контроля и управления. Это устройство преобразует скорость движения автомобиля, нагрузку двигателя и степень нажатия на педаль газа в гидравлические сигналы. На основе этих сигналов, за счет последовательного включения и выхода из рабочего состояния фрикционных блоков, автоматически изменяются передаточные отношения в коробке передач.

Как работает автоматическая коробка. Автоматическая коробка передач — принцип работы и правила пользования.

Для понимания сути автоматической трансмиссии сравним её с простой механической трансмиссией. Рассмотрим вкратце главные компоненты автоматической трансмиссии и функции, которые они выполняют (рис. 1)

Рис.1. Главные компоненты автоматической трансмиссии :

1)Гидротрансформатор (ГТ) – соответствует сцеплению в механической трансмиссии, но не требует непосредственного управления со стороны водителя.
2)Планетарный ряд - соответствует блоку шестерен в механической коробке передач и служит для изменения передаточного отношения в автоматической трансмиссии при переключении передач.
3)Тормозная лента, передний фрикцион, задний фрикцион – компоненты, посредством которых осуществляется переключение передач.
4)Устройствоуправления – осуществляет контроль за переключением передач в трансмиссии со встроенной электронной системой управления.
Автоматическая трансмиссия переключает передачи самостоятельно в зависимости от скорости автомобиля и обеспечивает водителю приятные и комфортные условия для вождения автомобиля. От водителя лишь требуется вручную выбрать направление движения машины: вперёд или назад.

2. Гидротрансформатор. Общее устройство и принцип действия.

Гидротрансформатор (ГТ) (или torque converter в зарубежных источниках) служит для передачи крутящего момента непосредственно от двигателя к элементам автоматической коробки передач (АКП) и состоит из следующих основных частей (рис. 2):
- насосное колесо или насос (pump);
- плита блокировки ГТ (lock - up piston);
- турбинное колесо или турбина (turbine);
- статор (stator);
- обгонная муфта (one - way clutch).

Рис. 2. Общее устройство гидротрансформатора

Для иллюстрации принципа действия ГТ как элемента, передающего крутящий момент, воспользуемся примером с двумя вентиляторами (рис.3). Один вентилятор (насос) включён в сеть и создаёт поток воздуха. Второй вентилятор (турбина) - выключен, однако, его лопатки, воспринимая поток воздуха, создаваемого насосом, вращаются. Скорость вращения турбины меньше, чем у насоса, она как бы проскальзывает по отношению к насосу. Если применить этот пример по отношению к ГТ, то в нём в качестве вентилятора, включённого в сеть (насоса), выступает крыльчатка насосного колеса.

Рис. 3. Пример с вентиляторами

Насосное колесо механически связано с двигателем. В качестве выключенного вентилятора (турбины) выступает турбинное колесо, соединённое через шлицы с валом АКП. Подобно вентилятору - насосу, крыльчатка насосного колеса ГТ, вращаясь, создаёт поток, только уже не воздуха, а жидкости (масла). Поток масла, как и в случае с вентилятором - турбиной, заставляет вращаться турбинное колесо ГТ. В данном случае ГТ работает как обыкновенная гидромуфта, лишь передавая посредством жидкости крутящий момент от двигателя на вал АКП, не увеличивая его. Увеличение оборотов двигателя не приводит к сколь - ни будь существенному увеличению передаваемого крутящего момента.
Снова возвратимся к иллюстрации с вентиляторами. Поток воздуха, крутящий лопатки вентилятора - турбины, рассеивается впустую в пространстве. Если же этот поток, сохраняющий значительную остаточную энергию, направить снова к вентилятору - насосу, он начнёт вращаться быстрее, создавая более мощный поток воздуха, направленный к вентилятору - турбине. Тот, соответственно, тоже начнёт вращаться быстрее. Это явление известно как преобразование (увеличение) крутящего момента.

В ГТ в процесс преобразования крутящего момента помимо насосного и турбинного колёс включён статор, который изменяет направление потока жидкости. Подобно воздуху, вращавшему лопатки вентилятора - турбины, поток жидкости (масла), вращавший турбинное колесо ГТ, всё ещё обладает значительной остаточной энергией. Статор направляет этот поток обратно на крыльчатку насосного колеса, заставляя её вращаться быстрее, увеличивая тем самым крутящий момент. Чем меньше скорость вращения турбинного колеса ГТ по отношению к скорости вращения насосного колеса, тем большей остаточной энергией обладает масло, возвращаемое статором на насос, и тем большим будет момент, создаваемый в ГТ.

Рис. 4. Статор ГТ удерживается обгонной муфтой Рис. 5. Статор ГТ вращается свободно

Турбина всегда имеет скорость вращения меньшую, чем насос. Это соотношение скоростей вращения турбины и насоса максимально при неподвижном автомобиле и уменьшается с увеличением его скорости. Поскольку статор связан с ГТ через обгонную муфту, которая может вращаться только в одном направлении, то, благодаря особой форме лопаток статора и турбины поток масла направляется на обратную сторону лопаток статора (рис. 4), благодаря чему статор заклинивается и остаётся неподвижным, передавая на вход насоса максимальное количество остаточной энергии масла, сохранившееся после вращения им турбины. Такой режим работы ГТ обеспечивает максимальную передачу им крутящего момента. Например, при трогании с места ГТ увеличивает крутящий момент почти в три раза.
По мере разгона автомобиля проскальзывание турбины относительно насоса уменьшается и наступает момент, когда поток масла подхватывает колесо статора и начинает вращать его в сторону свободного хода обгонной муфты (см. рис. 5). ГТ перестаёт увеличивать крутящий момент и переходит в режим обычной гидромуфты. В таком режиме ГТ имеет КПД, не превышающий 85%, что приводит к выделению в нём излишнего тепла и, в конечном счёте, увеличению расхода топлива двигателем автомобиля.

Для устранения этого недостатка используется блокировочная плита (см. рис. 6а ). Она механически связана с турбиной, однако, может перемещаться влево и вправо. Для её смещения влево поток масла, питающий ГТ, подаётся в пространство между плитой и корпусом ГТ, обеспечивая их механическую развязку, то есть, плита в таком положении никак не влияет на работу ГТ.
При достижении автомобилем высокой скорости по особой команде от устройства управления АКП поток масла изменяется так, что он прижимает блокировочную плиту вправо к корпусу ГТ (см. рис. 6б ). Для увеличения силы сцепления на внутреннюю сторону корпуса наносится фрикционный слой. Происходит механическая блокировка насоса и турбины посредством плиты. ГТ перестаёт выполнять свои функции. Двигатель жёстко связывается с входным валом АКП. Естественно, при малейшем торможении автомобиля блокировка немедленно выключается.

Существуют и другие способы блокировки ГТ, однако, суть всех способов одна - исключить проскальзывание турбины относительно насоса. В зарубежных источниках такой режим работы ГТ называется Lock - up (лок - ап)
Корпус ГТ выполняет ещё одну очень важную функцию. С его помощью осуществляется привод масляного насоса АКП. Для этого используется дополнительный валик, размещённый внутри вала турбины. С корпусом ГТ этот валик связан шлицевым соединением. Во многих АКП масляный насос вращается непосредственно горловиной ГТ.

3. Планетарные ряды

1) Необходимость планетарных рядов .
Хотя ГТ и способен увеличивать крутящий момент, система планетарных рядов в АКП необходима по следующим причинам:
- при преодолении автомобилем подъёмов или во время его резкого разгона в трансмиссии необходимо создать крутящий момент больший, чем может создать один ГТ;
- автомобиль должен быть способен двигаться не только вперёд, но и назад.
2) Планетарные ряды .
В отличие от простой механической трансмиссии, в которой используются параллельные валы и сцепляющиеся между собой шестерни, в автоматических трансмиссиях в подавляющем большинстве используются планетарные передачи.
Преимущества планетарной передачи заключаются в её компактности, использовании лишь одного центрального вала и в способе переключения передач, осуществляемом путём блокировки одних и разблокировании других элементов планетарного ряда.
В автомобиле с простой механической трансмиссией водитель для переключения передач вынужден постоянно и последовательно выжимать педаль сцепления и отпускать педаль газа. Автоматическая трансмиссия автоматически переключает передачи в нужное время. Для этого водителю достаточно манипулировать лишь педалью газа, нажимая или отпуская её.
Планетарная передача обеспечивает ровное, без рывков, переключение скоростей движения автомобиля без потерь мощности двигателя, толчков и ударов, обычно ассоциируемых с моментом переключения передачи в простой трансмиссии.
3) Структура и теория планетарного ряда .
Планетарный ряд (planetary gear, см. рис. 7) состоит из следующих элементов:
- солнечной шестерни (sun gear);
- сателлитов (pinion gears);
- эпицикла (internal gear);
- водила (carrier).

Рис. 7. Планетарный ряд

Рис. 8. Принцип 2-й передачи в АКП

Солнечная шестерня находится в центре. Сателлиты вращаются вокруг солнечной шестерни, в то время как она вращается вокруг своей собственной оси. Эпицикл охватывает сателлиты, которые поддерживают водило. Все сателлиты вращаются одновременно и в одном направлении.
Переключение скорости вращения в планетарном ряду происходит тогда, когда 2 из 3 - х элементов планетарного ряда (солнечная шестерня, эпицикл, водило) находятся в определённых условиях - блокированы или разблокированы в различной комбинации. Что же это за условия?
Рассмотрим простой пример. На рис. 8 показан шарик С между досками А и В. Доска В зафиксирована неподвижно, а доска А двигается в направлении, показанном стрелкой. В этом случае шарик с двигается в том же направлении, что и доска А, только медленнее её.
Если применить этот пример к планетарному ряду, то в качестве доски А выступит эпицикл, в качестве доски В - солнечная шестерня и в качестве шарика С - сателлиты. Если зафиксировать солнечную шестерню и повернуть эпицикл в направлении стрелки, сателлит будет вращаться в том же направлении, что и эпицикл. Однако, как и в случае с досками и шариком, сателлит вращается медленнее, чем эпицикл. Такое соотношение скоростей вращения эпицикла и сателлитов в планетарном ряду АКП осуществляется на второй передаче

Рис. 9. Принцип 1-й или пониженной передачи в АКП

Подумаем, что произойдёт, если заставить двигаться сателлиты, а, следовательно, и водило, ещё медленнее. В предыдущем примере доска В была зафиксирована, а доска А - двигалась. На этот раз будем медленно двигать доску В в направлении, противоположном движению доски А. Как показано на рис. 9, шарик движется медленнее, чем в предыдущем случае. Что при этом происходит в планетарном ряде?
Скорость, с которой водило (шарик) передвигается эпициклом (доской А), уменьшается по отношению к скорости вращающейся в обратном направлении солнечной шестерни (доски В). В результате, скорость вращения водила меньше, чем в предыдущем случае со второй передачей. Такое соотношение скоростей водила и эпицикла осуществляется при включении в АКП первой или пониженной (low gear) передачи.

Рис. 10. Принцип 3-й передачи в АКП

Что произойдёт, если двигать доску А и доску В в одинаковом направлении и с одинаковой скоростью? Шарик С между досками не может двигаться самостоятельно, следовательно, он двигается вместе с ними (рис. 10). Если в планетарном ряду эпицикл и солнечная шестерня вращаются в одинаковом направлении и с одинаковой скоростью, водило вращается в том же направлении и с той же скоростью. Такое соотношение скоростей данных элементов планетарного ряда осуществляется при включённой третьей (drive) передаче.

Рис. 11. Принцип задней передачи в АКП

Попробуем двигать доску В в направлении, показанном стрелкой (рис. 11). Шарик С остаётся неподвижным, вращаясь только вокруг своей оси. В этом случае доска А двигается в направлении, противоположном направлению движения доски В. Применим эту ситуацию к планетарному ряду. Если водило зафиксировано и солнечная шестерня вращается по часовой стрелке (рис. 11), сателлиты вращаются и двигают эпицикл против часовой стрелки. В этом случае, если считать, что солнечная шестерня передаёт входной момент, а эпицикл - выходной, то применительно к автоматической трансмиссии получим передачу заднего хода (reverse gear).

Рис. 12. Принцип 4-й передачи в АКП

Наконец зафиксируем доску В и будем двигать шарик С в направлении стрелки (рис. 12). Тогда доска А двигается с большей скоростью и в том же направлении, что и шарик. Снова применим эту ситуацию к планетарному ряду. Если солнечная шестерня (доска В) заблокирована, а водило (шарик С) вращается по часовой стрелке (рис. 12), сателлиты вращаются в том же направлении вокруг солнечной шестерни. Скорость вращения эпицикла складывается из собственной скорости вращения сателлитов и скорости их вращения вокруг неподвижной солнечной шестерни. Другими словами, эпицикл вращается быстрее, чем водило. Такое соотношение в трансмиссии характерно для четвёртой (overdrive) передачи.

Схема планетарного ряда

Как правило, для переключения передач в 3 - скоростной автоматической трансмиссии используются 2 планетарных ряда, в 4 - скоростной - 3 планетарных ряда, но бывают и исключения, например, АКП AXOD (Ford).