Существует множество конструкций полностью автоматических или частично автоматизированных коробок передач. В этих конструкциях используются различные принципы преобразования работы автомобильного двигателя в тяговое усилие на колесах автомобиля. В качестве механизмов реализации такого преобразования используются фрикционные вариаторы, муфты свободного хода, цепные устройства и т.д. Особо отметим, что более 100 лет назад делались первые опыты по применению на автомобилях гидравлических передач объемного типа (имеются немецкие патенты 1897 г.). В конце 19-го века на первой автомобильной выставке в Берлине демонстрировался автомобиль с объемной гидравлической передачей системы Питлер. В 1919 г. был построен и испытан автомобиль с объемной гидропередачей системы Ленца.
Первые автоматические коробки передач были двухступенчатыми. По мере повышения требований к динамическим свойствам автомобилей и по мере совершенствования конструкций ГМП (в том числе и ГДТ) число ступеней стало увеличиваться до трех, затем до четырех. Имеются конструкции с пятью, шестью и более ступенями. В США автоматическими коробками передач (ГМП) снабжаются 85-90% легковых автомобилей, почти все городские автобусы, значительная часть грузовых автомобилей. В Европе оборудуются ГМП большая часть городских автобусов и около 25% продаваемых легковых автомобилей. В Японии оборудуются ГМП около 30% продаваемых легковых автомобилей. ГМП производят почти все крупные фирмы - изготовители автомобилей и большое число фирм, специализировавшихся на производстве автомобильных трансмиссий.
Эволюция автоматических коробок передач
Автоматизировать процесс переключения передач человек начал давно. Сегодня есть масса конструкций «автомата», разных по принципу действия и преимуществам-недостаткам, и все они прошли жесткий эволюционный отбор
Утверждают, лень — двигатель прогресса. Может быть, но к автоматическим трансмиссиям это отношения не имеет. Автоматизация процесса управления автомобилем началась одновременно с превращением этого самого автомобиля из «самобеглой коляски» и «экой диковины» в массовое транспортное средство.
Тогда — на заре XX века — органы управления еще предстояло унифицировать, и не только три педали, но и рулевое колесо не казалось единственно возможным решением. Все решали рынок и главенство на нем. И первые десятилетия века автомобилей остались за Генри Фордом и его моделью Т. В том, что принцип управления трансмиссией, реализованный на этой культовой машине (левая педаль — вперед, средняя — назад, правая — тормоз), не стал массовым, нет ничего удивительного. Все-таки постоянно удерживать рычажок дроссельной заслонки между средним и безымянным пальцами явно неудобно. Но свою главную задачу — максимально упростить процесс управления—создатели «Жестянки Лизи» решили.
Что же до трансмиссии Ford T, то автоматической она, конечно, не была. Но родом «автоматическая идеология» оттуда — из начала XX века.
Старая добрая «механика» еще не сказала последнего слова. Опробованные в «Формуле 1» технологии роботизированного переключения передач (выжим сцепления и переключение передач берут на себя исполнительные механизмы) дали толчок развитию разного рода «роботов», именуемых Easy-tronic (Opel), Sequentronic (Mercedes-Benz), SensoDrive (Citroen), Selespeed (Alfa Romeo и Fiat), Cambiocorsa (Ferrari-Maserati) или SMG (BMW). При таком разнообразии только две последних, пожалуй, удовлетворят «продвину- того» водителя. Но и стоят они под стать брэнду.
Особняком в ряду «автороботов» стоит разработка «Volkswagen» - КП DSG (Direct Shift Gearbox), способная переключаться без разрыва-потока мощности. По сути, это две «механики» с двумя сцеплениями; одна отвечает за нечетные передачи, другая - за четные. Пока автомобиль едет на первой, вторая стоит наготове, и процесс переключения занимает ничтожные 0,2 с, что пусть и не рекорд (SMGII «щелкает» за 0,08 с), зато с охранением комфорта.
Устройство, принцип работы АКПП
Классический “автомат” включает в себя несколько агрегатов, главными из которых являются гидротрансформатор и механическая планетарная коробка передач.
Гидротрансформатор выполняет не только функции сцепления, но и автоматически изменяет крутящий момент в зависимости от нагрузки и частоты вращения колес автомобиля. Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин - центробежного насоса, центростремительной турбины и расположенного между ними направляющего аппарата-реактора. Насос и турбина предельно сближены, а их колесам придана форма, обеспечивающая непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости. В результате гидротрансформатор получил минимальные габаритные размеры и одновременно снижены потери энергии на перетекание жидкости от насоса к турбине.
Зачем же к гидротрансформатору присоединяют КПП, если он сам способен изменять величину крутящего момента в зависимости от нагрузки на ведущие колеса? Увы, гидротрансформатор может изменять крутящий момент с коэффициентом, не превышающим 2-3,5. Как ни крути, а такого диапазона изменения передаточного числа недостаточно для эффективной работы трансмиссии. К тому же нет-нет да и возникает надобность во включении заднего хода или полном разъединении двигателя от ведущих колес.
Коробки автоматических трансмиссий имеют зубчатые зацепления, но существенно отличаются от обычных механических КПП хотя бы потому, что передачи в них переключаются без разрыва потока мощности с помощью приводимых гидравликой многодисковых фрикционных муфт или ленточных тормозов. Необходимая передача выбирается автоматически с учетом скорости автомобиля и степени нажатия на педаль газа, которая определяет желаемую интенсивность разгона. За выбор передачи отвечает гидравлический и электронный блоки управления АКПП. Водитель, кроме нажатия на акселератор, может влиять на процесс смены передач, выбрав зимний или спортивный алгоритм переключения или установив, например, при движении в сложных условиях селектор КПП в специальное положение, которое не позволяет автоматике переключаться выше определенной разгонной передачи.
Кроме гидротрансформатора и планетарного механизма в состав КПП-автоматов входит масляный насос, снабжающий гидротрансформатор и гидравлический блок управления рабочей жидкостью и обеспечивающий смазку коробки, а также радиатор охлаждения рабочей жидкости, которая из-за интенсивного “перелопачивания” имеет свойство сильно нагреваться
За и против АКПП
Автоматическим коробкам передач отдают предпочтение большинство американцев и очень многие европейцы. А вот в России к "автоматам" относятся настороженно. Большинству они представляются "вещью в себе", и, как все непонятное, обрастают домыслами. Едва ли найдется кто-нибудь, не слыхавший, что "автоматы тупые". Легко проследить истоки этого мнения. Во-первых, каждый из нас ездил в качестве пассажира на автобусах "ЛИАЗ-677", которые до сих пор ходят по улицам российских городов. На этих автобусах стоит автоматическая коробка передач, скорости в которой переключаются настолько медленно, что несчастный мотор успевает выразить свой отчаянный протест жутким визгом. На этих машинах стоят коробки - автомат, мало чем отличающиеся от тех, которые применялись еще на FORD-T. Во-вторых, обратившись к авторитетам вождения - гонщикам, слышим: да, с автоматом динамика похуже. И, наконец, читаем техническую характеристику и видим то же самое. Автоматы тупые.
А теперь давайте задумаемся. Для чего на машину ставят автоматическую коробку? Если для получения плавности разгона, то кого волнуют лишние две-три секунды, уходящие на набор "сотни"? А если только для облегчения управления, то разница в динамике будет не в пример скромнее - менее секунды. Оцените свое водительское мастерство и скажите, хватит ли вашей квалификации, чтобы реализовать - с учетом времени сброса оборотов при переключении передач - лучшие разгонные свойства механических коробок.
Еще говорят, автомат пагубно сказывается на проходимости автомобиля. И это не так. Именно потому, что "завязнуть по уши" с автоматом сложнее - как раз за счет того, что он позволяет плавно, без рывков двигаться. Если вы все-таки застряли на автомате, то помните: машину нельзя "раскачивать" так, как вы это делаете с "механикой", - можете загубить коробку. Вы должны поставить рычаг управления коробкой на низшую передачу и, пользуясь педалью газа как сцеплением, попробовать выбраться. Блокировать переключение на повышенные передачи необходимо потому, что коробка-автомат - это механизм с заданной программой, по которой практически при каждом сбросе педали газа будет происходить переключение передачи на следующую. Выбраться из ямы с автоматом будет посложнее, но и застрять, уверяю вас, тоже.
Говорят, у автоматических коробок есть еще один недостаток - сложности с торможением двигателем. Да, это было - на первых коробках, которые были сконструированы в основном для удобства управления автомобилем. Найти такой раритет надо еще постараться. У коробок последнего поколения такого недостатка нет: они способны не только переключать скорости вниз при движении "накатом", но даже подстраиваться под вашу манеру езды при разгоне. У современных коробок есть и переключатели дополнительных режимов. Например, у BMW есть как "спортивный" режим, при включении которого передачи становятся более "длинными", так и "зимний", при котором трогании с места происходит с третьей передачи, и это облегчает езду по скользкой дороге или в глубоком снегу. Для наших российских условий вещь очень полезная, к тому же при езде накатом происходит отчетливое торможение коробкой. А в сочетании с АБС езда на таком автомобиле превращается, поверьте, в настоящее удовольствие.
Проверяем АКПП
Прежде всего нужно разобраться с возрастом "старушки". Средний ресурс АКП составляет 200-300 тыс. км или 10-15 лет, после чего коробка действительно начинает стареть. Пока это не сказывается на ее работе, но пройдет несколько месяцев, и новый владелец такого автомобиля с удивлением обнаружит, что ему подсунули "гораздо лучшую вещь". Поэтому - первое наше предупреждение: покупая машину со значительным пробегом или в возрасте около 10 лет и более, надо быть готовым к тому, что "автомат" долго не протянет. К сокращенному сроку службы АКП приводит и спортивный способ езды, а также использование машины в качестве тягача (обратите внимание на наличие буксировочного устройства или следов его установки). При покупке таких машин лучше отдать предпочтение автомобилям с перебранной коробкой передач. При этом желательно узнать, где она перебиралась, какими "болезнями" страдала, как ее отремонтировали. Терпеливо просмотрите все бумаги и выслушайте рассказы ремонтников, поскольку знать биографию автомобиля - совсем не лишнее.
Первая проверка. При неработающем двигателе достаньте щуп коробки и посмотрите на цвет масла. При пробеге в 200 тыс. км масло должно быть темно-коричневым и слегка прозрачным, даже если его ни разу не меняли. А вот густое черное масло говорит о том, что коробку придется ремонтировать. Не забывайте и то, что в автоматической коробке нельзя полностью поменять масло. Даже если снять поддон и крышку блока клапанов, заменить можно только 50 процентов (и 80 процентов в "мерседесах" - так как там есть вторая сливная пробка в гидротрансформаторе). Для того, чтобы полностью заменить масло в АКП, ее нужно разобрать. Поэтому если вы видите на щупе неразбиравшейся АКП девственно-чистое масло, не обольщайтесь: "отец" вашей "невесты" явно подтасовал карты.
Неплохо бы проверить и уровень масла. Заведите двигатель и, пройдясь по всем положениям АКП, установите селектор в положение "P" (или "N" - на автомобилях фирмы "Крайслер" или переднеприводных вариантах "Мицубиси"). Затем замерьте уровень масла на минимальных оборотах холостого хода. Слишком низкий или слишком высокий уровень говорит о том, что бывший хозяин машины просто не разбирался в технике: эксплуатация с неправильным уровнем масла может привести к серьезным проблемам с АКП. Правда, не забывайте, что с нагревом (или охлаждением) уровень масла в коробке существенно меняется - до 50 мм. Обязательно проверьте, хотя бы наощупь, насколько масло нагрелось. Учтите, что щупы бывают разные: на одних есть метки только для холодного масла (+20oС), на других - для горячего (+60...70oС), а на третьих - и те, и другие.
На все приказы автоматическая коробка должна реагировать легко и непринужденно. Запустите двигатель, отключите кондиционер, затормозите машину рабочими тормозами и переведите селектор АКП из положения "N" поочередно в положение "D" или "R". При этом, без задержки, должно произойти включение передачи с легким толчком вперед или назад. Если толчки окажутся сильными, то не спешите обвинить АКП во всех смертных грехах. Причиной подобных ударов могут быть повышенные обороты холостого хода двигателя, а также поломка опор силового агрегата. Но если вы заметили задержки включения передачи (более 3-5 сек.), значит АКП неисправна.
Предположим, что все предыдущие испытания коробка прошла успешно, осталось только прокатиться. Для этого нужно выбрать ровный горизонтальный участок дороги. Автомобиль должен тронуться плавно, без толчков и рывков, и вести себя так же при последовательном переходе на более высокие передачи. Правда, рывки и толчки - это не главное. Пробуксовка - вот основный признак неисправной АКП. При резком нажатии на педаль акселератора при скорости до 100 км/час АКП должна переключиться на более низкую передачу. Если есть возможность, поставьте машину на смотровую яму или подъемник и посмотрите на АКП снизу - нет ли там масляных подтеков? Масло подтекает, когда коробке явно нездоровится.
Основные режимы АКПП
Выбор режима работы АКПП производится путем переключения рычага селектора в различные положения, имеющие буквенные и цифровые обозначения. Переключаются передачи автоматически, в соответствии с четким алгоритмом, заложенным конструкторами. При этом система управления получает информацию о степени нажатия педали газа (от привода акселератора - тросом), о разрежении во впускном коллекторе (тогда на коробке стоит вакуумный модулятор - похожий на вакуум-корректор на распределителе зажигания). На современных автомобилях всем этим "заведует" вездесущая электроника. А режимы движения водитель выбирает, пользуясь рукояткой многодиапазонного селектора. Как правило, селектор располагается на тоннеле пола - вместо обычного рычага механической коробки. Но есть и другой вариант - "американский", с подрулевой рукояткой. Внешнее оформление селектора и количество возможных положений рычага переключения у разных марок автомобилей и типов автоматических трансмиссий разные, но все они имеют режимы работы, обозначенные буквами Р, R, D и N. Напомним, что означают эти таинственные буквы.
РЕЖИМ Р (паркинг)
В этом положении рычага селектора двигатель отсоединен от трансмиссии, в АКПП включена "нейтраль", а выходной вал коробки передач чисто механически заблокирован от проворачивания. Режим используется при длительной остановке автомобиля и обеспечивает надежное удерживание автомобиля.
РЕЖИМ R (реверс)
В этом режиме двигатель соединен с трансмиссий, в АКПП включена передача заднего хода. Используется для движения задним ходом.
РЕЖИМ N (нейтраль)
Двигатель отсоединен от трансмиссии, автомобиль не заторможен. Мы упомянули об этом режиме потому, что он объективно существует, но, по мнению специалистов, было бы лучше, если бы Вы - водитель автомобиля - тут же о нем забыли. Дело в том, что неграмотное пользование данным режимом чревато для АКПП самыми тяжелыми последствиями. Нейтральный режим предназначен исключительно для буксировки на небольшие расстояния и перемещения вручную автомобилей с работающим двигателем. Чтобы не перегрелось трансмиссионное масло, скорость буксировки должна быть невысокой
РЕЖИМ D (драйв)
Двигатель соединен с трансмиссией, АКПП готова для движения вперед. Режим позволяет двигаться с любой желаемой скоростью. Помимо данного (назовем его стандартным) режима автоматические трансмиссии, как правило, имеют ряд специальных режимов. Они обозначаются буквами или цифрами и выбираются либо рычагом селектора, либо нажатием соответствующих кнопок. Все они относятся к движению автомобиля "вперед" и, в зависимости от специфики решаемых этими режимами задач, соответствующим образом видоизменяют характер работы АКПП.
Масло в АКПП
Для большинства автомобилей уровень масла (ATF) в автоматической коробке перемены передач (АКПП) проверяется при работающем двигателе и установке рычага выбора диапазона (РВД) в положение "P". На щупе для измерения масла в АКПП, как правило, имеется несколько меток. Две верхние, а иногда и единственные, соответствуют нормальному уровню масла, прогретого до рабочей температуры (90 С). Часто этот участок щупа отмечен насечкой и/или надписью "Hot". Для того чтобы масло в АКПП прогрелось до рабочей температуры необходимо проехать километров 15-20. После прогрева масла в АКПП установите автомобиль на ровной, горизонтальной площадке. Вытащите щуп из АКПП, и насухо протрите его. Затем вставьте щуп обратно в щуповую трубу до упора и вновь извлеките. Самое нижнее, сухое место на щупе и будет соответствовать уровню масла в АКПП. Иногда на щупе есть еще и нижние метки, соответствующие уровню холодного. Эта метка предназначена для приблизительного определения количества залитого масла в случае его замены. Окончательно уровень, все равно, следует проверять после прогрева масла.
Слишком низкий уровень ATF опасен тем, что насос вместе с маслом начинает захватывать воздух. В результате образуется воздушно-масляная "эмульсия", которая хорошо сжимается и имеет низкую теплоемкость и теплопроводность. Масло теряет важнейшие из своих свойств и становится сжимаемым. Следствием этого будут снижение давления в системе управления, плохой отвод тепла из АКПП, ухудшение смазки трущихся элементов. Эксплуатация автомобиля со вспененным маслом в АКПП быстро выведет коробку из строя. Хотелось бы отметить, что не стоит путать отдельные крупные пузырьки воздуха в масле на щупе (что иногда бывает) с пенящимся маслом, которое представляет собой равномерно вспененную жидкость с очень мелкими пузырьками воздуха. Вспенивание масла увеличивают его объем, поэтому при проверке уровня он окажется завышенным. В этом случае следует заглушить двигатель и дать отстояться маслу в течение некоторого времени, и затем, не заводя двигатель, проверить уровень масла. Если щуп окажется совсем сухой, то можно смело долить литр, а то и два.
Масло может вспениваться и вращающимися деталями АКПП, если уровень превышает допустимое значение. В этом случае в масло начинают окунаться вращающиеся детали АКПП и вспенивают его. Вспенивание происходит не сразу после запуска двигателя, как в случае с заниженным уровнем, а в процессе движения, особенно с высокими оборотами двигателя. Как в случае заниженного уровня масла, так и в случае завышенного уровня вспенивание масла приводит к увеличению его объема, и, как следствие этого, к его выбросу через сапун коробки передач. Заглянув под машину, можно часто увидеть там, что вся коробка в масле.
Фильтр для коробки автомат
На рынке расходных материалов формируется новый сегмент – фильтры для АКПП. Начиная с конца 90 х годов все большая доля автоматических трансмиссий комплектуется фильтрами трансмиссионной жидкости.
Рынок этих комплектующих находится сейчас в стадии развития. Если судить по высказываниям на автомобильных блогах и интернет конференциях, то у владельцев «свежих» и не слишком популярных японских моделей возникают сложности с поиском фильтров для АКПП. На некоторые позиции сложно найти дубликатные фильтры, и владельцам приходится использовать не дешевые оригинальные расходные материалы.
Сегодня на рынке представлено множество фильтров для АКПП в самых разных ценовых категориях и от разных производителей. Это и оригинальные расходные материалы, и продукция независимых производителей. Если говорить о сменных наружных фильтрах на автомобили Subaru и Mitsubishi, то их выпускают традиционные производители автомобильных фильтров. Правда, не все.
Сегмент рынка очень узкий, со ответственно не все производите ли фильтров, в принципе считают целесообразным заниматься их производством. В Японии фильтры для АКПП выпускают лишь Sakura и Micro, в то время как та кой признанный японский гигант как VIC не занимается выпуском фильтров для АКПП.
Несмотря на то, что доля автомобилей со сменными фильтрами АКПП сегодня довольно велика, далеко не все универсальные станции экспресс обслуживания оказывают услуги по замене этих расходных материалов. Многие представители сервисной сферы по прежнему не знают, на каких автомобилях установлен сменный фильтр АКПП, и уж тем более – какой фильтр устанавливается в ту или иную коробку. И все же ситуация постепенно меняется в лучшую сторону.
Автомат против механики
Автоматические коробки передач удобнее, особенно при езде по городским пробкам. С этим трудно поспорить. Однако по сравнению с "механикой" они не лишены ряда недостатков. Например, таких, как повышенный расход топлива и ощутимый проигрыш в динамике. По крайней мере это следует из официальных технических характеристик. А как на самом деле? Действительно ли разница между автомобилями с механической и автоматической трансмиссией в реальной жизни столь же велика, как на бумаге? Мы проверили это.
ДЛЯ СРАВНЕНИЯ взяли два новеньких автомобиля "Ford Focus" с одинаковыми 145-сильными двухлитровыми моторами "Duratec". Но автомобиль N° 1 был оборудован четырехступенчатой автоматической коробкой передач, а автомобиль № 2 - пятиступенчатой "механикой".
Согласно кратким техническим характеристикам, заявленным производителем, до 100 км/ч автомобиль с механической КПП должен разгоняться ровно на 1,5 с быстрее. Но это - теоретически, при условии, что за рулем машины сидит идеально подготовленный испытатель, который каждый раз будет "выкручивать" двигатель строго до оптимальных оборотов (когда достигается максимальная отдача) и молниеносно переключать передачи. Справится ли с такой задачей в реальной жизни обычный водитель, не обладающий навыками спортивного управления автомобилем?
Динамику разгона мы замеряли на прямой пустынной дороге с помощью спутникового GPS-навигатора- Результаты первого заезда синего "Фокуса" несколько озадачили - 11,75 с. Почти 12 - очень много! А где же обещанные производителем девять с чем-то? Еще заезд, потом еще один: 11.5 с. 11.34 с.
Лучший результат, которого удалось добиться после целой серии испытаний - 11.06 с. Столько потребовалось, можно сказать, среднестатистическому водителю, чтобы разогнаться до 100 км/ч. Разница с заявленным идеальным показателем составила без малого две секунды. А какое время покажет машина с "автоматом"?
На автомобиле с АКПП при разгоне от водителя не требуется абсолютно никаких навыков. По сигналу - газ в пол, и ждем, пока не пропищит GPS-навигатор. Заветные 100 км/ч успешно достигнуты за 11,37 с. Причем раз за разом этот результат повторяется с минимальными отклонениями. Что ж. так и запишем: в реальных условиях автомобиль с "автоматом" проигрывает при разгоне до "сотни" всего лишь треть секунды. Но в общем и целом наш опыт подтверждает теорию, согласно которой машина с АКПП разгоняется чуть медленнее.
Для того чтобы выяснить устраиваем парный заезд, машины стартуют одновременно параллельными курса. И что же? В первый момент автомобиль с "автоматом" даже оказывается чуть впереди. Примерно первую треть дистанции (до скорости 50 км/ч) разгоняется немного быстрее. Это объясняется тем, что у четырехступенчатой АКПП первая передача "длиннее", чем у пятиступенчатой "механики", и пока водитель синего автомобиля теряет время, переключаясь на вторую скорость, машина продолжает ускоряться па первой.
Потом расклад сил меняется, и автомобиль с механической КПП вырывается вперед. Он первым достигает 100 км/ч, но в этот момент опережает машину с АКПП всего на полтора корпуса. Таким образом, проигрыш в динамике минимальный. Скажем так, если при старте со светофора вы отстанете от лидера на полтора корпуса, то между вами все равно никто не сможет вклиниться. Даже не попытается - интервал слишком мал. А еще надо учитывать, что при движении по городу, когда чаще всего приходится разгоняться от силы до 70-80 км/ч (а не до 100, как в нашем эксперименте), преимущество "механики" может и вовсе не проявиться.
А КАК ЖЕ с экономичностью? Это мы проверили тоже. Для чего заправили оба автомобиля под завязку и отправились в 100-километровое путешествие по Москве с выездом за МКАД и возвращением обратно в город. Так мы смоделировали своеобразный смешанный (частично городской и частично загородный) цикл. Разумеется, мы не пытались в точности повторить лабораторную методику измерений, которую используют автопроизводители три составлении технических характеристик, нас интересовал расход топлива в реальных условиях.
Машины двигались одна за другой в одинаковом режиме. Измерения мы провели дважды, проехав утром и вечером по одному и тому же маршруту. Усредненные данные говорят о том, что синему автомобилю с"механикой" потребовалось 9.6 л топлива на 100 км, а с "автоматом" - 12.2. Кстати, полученные цифры заметно отличаются от эталонных. Надеюсь, не надо объяснять - почему? Тем не менее в целом теория снова подтверждается: за удобство езды с "автоматом" приходится платить. В среднем - по 2,5 л бензина на каждые 100 км пробега.