Лекція № 13

ТЕМА: АВТОМАТИЧНІ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ – ГІДРОМЕХАНІЧНІ ПЕРЕДАЧІ.

П Л А Н

1.Автоматична коробка передач.

2.Види автоматичної коробки передач.

3.Особливості експлуатації АКПП.

4.З чого складається АКПП.

5.Види селекторів.

1 Яка вона, коробка «автомат»?

Окрім того, як користуватися АКПП, напевно, все ж потрібно мати представлення яка вона і як вона діє, ця коробка - автомат.

Автоматична коробка перемикання передач, пристрій, який забезпечує без участі водія вибір передатного числа відповідно до поточних умов руху. В даному випадку педаль акселератора(«газу») задає не обороти двигуна, а швидкість руху.

Історія створення і розвитку АКПП бере початок з 30-х років минулого століття. З моменту появи принцип роботи автоматичної коробки передач помінявся мало, але був, природно доповнений. Завдяки чому, і існують різні види автоматичних коробок передач, які розвинулися в окремі напрями, оскільки розроблялися різними автобудівниками.

Види АКПП

• Безступінчата автоматизована трансмісія(варіатор).

• Різні «роботизовані» АКПП з електропневматичними, електронними або електромеханічними виконавчими пристроями. Нині перший тип роботизованої КПП з одним зчепленням, практично знятий з виробництва. Друге покоління цього виду автоматичних коробок передач носить назву «Преселективная КП», відома як Audi S - tronic, Volkswagen DSG, Ford Dualshift, Mitsubishi SST і так далі

У нас на слуху такі типи АКПП як типтроник і стептроник. Пару слів про ці загальноприйняті назви.

Tiptronic - це АКПП що має можливість ручного перемикання передач. У режимі ручного управління водієм здійснюється ручний вибір передачі шляхом підштовхування важеля селектора в напрямі «+» або «-».

Steptronic - АКПП вживана у БМВ. Має також можливість ручного перемикання передач, але швидкість перемикання збільшена, і порівнянна з МКПП. У стептронике важіль пересувається по положеннях P, R, N, і D. Крім того тут є положення «M/S»(Manual/Sport), яке в режимі «спорт» утримує передачу до моменту досягнення максимальної кількості оборотів, потім відбувається підвищення передачі.

2 Як працює автоматична коробка передач?

Автоматична гидромеханическая коробка передач в класичному варіанті складається з планетарних редукторів, гидротрасформатора, обгінних і фрикційних муфт, сполучних барабанів і валів.

Не вдаючись до нетрів, тим більше ремонту АКПП своїми руками робити настійно не рекомендується, принцип роботи автоматичної КПП відрізняється тим, що перемикання передач відбувається за рахунок взаємодії планетарних механізмів і гидромеханического приводу за допомогою електронних виконавчих пристроїв.

Особливості експлуатації АКПП вже освітлювалися на сторінках сайту. Але ми повторимося.

• Коробка - автомат перед початком руху вимагає ретельного прогрівання, особливо в зимовий час.

• Не рекомендується переводити важіль селектора на ходу в положення P і R.

• Немає необхідності включати нейтраль при спуску з гори, економії палива(як це вважається) не буде, а ось проблеми з гальмуванням, можуть виникнути.

• Гальмування двигуном здійснюється не на усіх режимах. Детальніше про експлуатацію в різних режимах виробник дає інструкції в Керівництві. При усій нашій безладності, бажано дотримуватися цих інструкцій. В першу чергу - це безпека руху, а в другу, не останню - це вартість ремонту або повної заміни ніжного і чутливого агрегату - АКПП

Ну ось, власне, можна заводити, прогрівати і починати рух.

Гідромеханічна коробка передач складається з:

• гідротрансформатора

• механічної коробки передач

На легкових автомобілях найбільше поширення отримали гідромеханічні коробки з планетарними механічними коробками. Їх переваги: компактність конструкції, менша металоємність і шумність, більший термін служби. До недоліків відносяться складність, висока вартість, знижений ККД. Перемикання передач в цих коробках робиться за допомогою фрикційних муфт і стрічкових гальмівних механізмів. При цьому при включенні однієї передачі частина фрикційних муфт і стрічкових гальмівних механізмів пробуксовывает, що також знижує їх ККД.

Гідротрансформатор є гідравлічним механізмом, який розміщений між двигуном і механічною коробкою передач. Він складається з трьох коліс з лопатками:

• насосного(ведучого)

• турбінного(веденого)

• реактора

Насосне колесо 3 закріплено на крутні 1 двигуна і утворює корпус гидротрансформатора, усередині якого розміщені турбінне колесо 2, сполучене з первинним валом 5 коробок передач і реактор 4, встановлений на роликовій муфті 6 вільного ходу. Внутрішня порожнина гидротрансформатора на 3/4 свої об'єми заповнена спеціальною олією малої в'язкості.

Мал. Гідротрансформатор:

а - загальний вигляд; би - схема; 1 - крутень; 2 - турбінне колесо; 3 - насосне колесо; 4 - реактор; 5 - вал; 6 - муфта

Кожне колесо має зовнішній і внутрішній торці, між якими розташовуються профільовані лопаті, що утворюють канали для протоки рідини. Усі колеса гидротрансформатора максимально наближені один до одного, а витісненню рідини перешкоджають спеціальні ущільнення.

При працюючому двигуні насосне, колесо обертається разом з крутнем двигуна. Олія під дією відцентрової сили поступає до зовнішньої частини насосного колеса, впливає на лопатки турбінного колеса і приводить його в обертання. З турбінного колеса олія поступає в реактор, який забезпечує плавний і ненаголошений вхід рідини в насосне колесо і істотне збільшення моменту, що крутить. Таким чином, олія циркулює по замкнутому кругу і забезпечується передача моменту, що крутить, в гидротрансформаторе.

Характерною особливістю гідротрансформатора є збільшення моменту, що крутить, при його передачі від двигуна до первинного валу коробки передач. Найбільше збільшення моменту, що крутить, на турбінному колесі гідротрансформатора виходить при чіпанні автомобіля з місця, при цьому коефіцієнт трансформації може складати до 2,4. В цьому випадку реактор нерухомий оскільки загальмований муфтою вільного ходу. У міру розгону автомобіля збільшується швидкість обертання насосного і турбінного коліс. При цьому муфта вільного ходу розклинюється і реактор починає обертатися зі швидкістю, що збільшується, роблячи все менший вплив на передаваний момент, що крутить. Після досягнення реактором максимальної швидкості обертання гидротрансформатор перестає змінювати момент, що крутить, і переходить на режим роботи гідромуфти. Таким чином, відбувається плавний розгін автомобіля і безступінчата зміна моменту, що крутить.

Гідротрансформатор автоматично встановлює необхідне передатне число між колінчастим валом двигуна і до провідними колесами автомобіля, Це забезпечується таким чином: зі зменшенням швидкості обертання провідних коліс автомобіля при зростанні опору руху зростає динамічний натиск рідини від насоса на турбіну, що призводить до зростання моменту, що крутить, на турбіні, отже, на провідних колесах автомобіля.

ККД гідротрансформатора визначає економічність його роботи. Максимальне значення ККД гидротрансформатора може бути від 0,85 до 0,97, але зазвичай знаходиться в діапазоні від 0,7 до 0,8. У комплексному гідротрансформаторе на режимі гідромуфти можна отримати максимальне значення ККД до 0,97.

Зміна режимів роботи гидротрансформатора відбувається автоматично. Якщо збільшувати навантаження на виході з гидротрансформатора, то відбувається зменшення кутової швидкості турбіни, що призводить до збільшення коефіцієнта трансформації.

На жаль, гідротрансформатор має малий діапазон передатних чисел, не забезпечує руху заднім ходом, не роз'єднує двигун від трансмісії(потрібна складна система звільнення проточних частин від робочої рідини). Тому за гідротрансформатором встановлюють спеціальну планетарну коробку передач, яка компенсує вказані недоліки.

Планетарна коробка передач включає планетарні механізми. У простому планетарному механізмі сонячна шестерня 6, закріплена на провідному валу 1, знаходиться в зачепленні з шестернями-сателітами 3, вільно встановленими на своїх осях. Осі сателітів закріплені на водиле 4, жорстко сполученому з веденим валом 5, а самі сателіти знаходяться і зачепленні з коронною шестернею 2, що має внутрішні зуби.

Мал. Планетарний механізм:

1 – провідний вал; 2 - коронна шестерня; 3 - сателіти; 4 - водило; 5 - ведений вал; 6 - сонячна шестерня; 7 - гальмо

Передача моменту, що крутить, з провідного валу 1 на ведений вал 5 можлива тільки при загальмованій коронній шестерні 2 за допомогою стрічкового гальма 7 або багатодискового «мокрого» зчеплення. В цьому випадку при обертанні шестерні 6 сателітів 3, перекочуючись по зубах нерухомої шестерні 2, почнуть обертатися навколо своїх осей і одночасно через водило 4 обертатимуть ведений вал 5. При розгальмуванні шестерні 2 сателіти 3, вільно перекочуючись по шестерні 6, обертатимуть шестерню 2, а вал 5 залишатиметься нерухомим.

У автоматичних коробках передач застосовуються фрикційні муфти зчеплення. Фрикційна муфта зчеплення полягає комплекту покритих шаром фрикційного матеріалу дисків, притиснутих один до одного через прокладення у вигляді тонких пластинів з гладкого металу.

Мал. Фрикційна муфта зчеплення автоматичної коробки передач :

1 – канал подання робочої рідини; 2 - поршень; 3 - кожух муфти; а - вимкнений стан; би - включений стан

При цьому частина фрикційних дисків оснащені внутрішніми шліцами, частина - зовнішніми. Притискання дисків один до одного забезпечується гідравлічним поршнем 2, для виключення зчеплення застосовується поворотна пружина. При поданні до поршня тиску робочої рідини диски щільно притискаються один до одного, утворюючи одно ціле. Як тільки тиск знімається, поворотна пружина відводить поршень назад і диски виводяться із зачеплення. Як поворотні пружини можуть використовуватися гвинтові, діафрагмові і гофровані дискові пружини.

Як приклад гідромеханічних передач розглянемо двоступінчату гидромеханическую коробку передач. Вона складається з гидротрансформатора 1, механічної планетарної коробки передач з багатодисковим фрикціоном 3 і двома стрічковими гальмівними механізмами 2 і 4 і гідравлічної системи управліннях кнопковим перемиканням передач. Кнопки відповідно означають нейтральне положення, задній хід, першу передачу і рух з автоматичним перемиканням передач. У двоступінчатій механічній коробці передач є два однакові планетарні механізми 5 і 6.

Мал. Гідромеханічна коробка передач :

1 – гідротрансформатор; 2,4 - гальмівні механізми; 3 - фрикціон; 5,6 - планетарні механізми

У нейтральному положенні фрикціон 3, а також гальмівні механізми 2 і 4 вимкнені. Чіпання автомобіля з місця відбувається при включеній першій передачі. В цьому випадку олія під тиском поступає в циліндр гальмівного механізму 2, стрічка якого затягується, і сонячна шестерня планетарного механізму 6 зупиняється.

Якщо включена кнопка «Рух», то при розгоні автомобіля відбувається автоматичне перемикання на другу передачу, що забезпечується одночасним виключенням гальмівного механізму 2 і включенням фрикціону 3. В цьому випадку планетарні механізми 5 і 6 блокуються і обертаються як одно ціле.

Для руху автомобіля заднім ходом включається тільки гальмівний механізм 4.

Нині автоматичні коробки передач мають електронне управління, що дозволяє набагато точніше витримувати задані моменти перемикання(з точністю до 1 % замість колишніх 6.8 %). З'явилися додаткові можливості: за характером зміни швидкості при цьому навантаженні на двигун комп'ютер може вичислити масу автомобіля і ввести відповідні поправки в алгоритм перемикання. Електронне управління надало необмежені можливості для самодіагностики, що дозволило коригувати процеси управління залежно від багатьох параметрів(від температури і в'язкості рідини до міри зносу фрикційних елементів).

Система автоматичного управління зазвичай складається з наступних підсистем:

• функціонування(гідравлічні насоси, регулятори тиску)

• вимірювальна, збираюча інформацію про параметри управління

• що управляє, виробляє сигнали, що управляють

• виконавча, здійснююча управління перемиканням передач, роботою двигуна

• підсистема ручного управління

• підсистема автоматичних защит, що запобігає виникненню небезпечних ситуацій

Основними елементами електронної системи управління є електронний блок і важіль управління.

Як приклад сучасною АКП з електронним управлінням розглянемо шестиступінчасту коробку передач 09G японського концерну AISIN.

АКП складається з гідротрансформатора, механічної планетарної коробки передач з багатодисковими фрикціонами і багатодисковими гальмівними механізмами, гідравлічної системи, систем охолодження і мастила, електричної системи.

Мал. Розріз автоматичної шестиступінчастої коробки передач 09G:

К- багатодискові муфти; У - багатодискові гальма; S - сонячні шестерні; Р - сателіти; РТ - водило; F - обгінна муфта; 1 - вал турбінного колеса; 2 - ведена шестерня проміжної передачі; 3 - рідинний насос

Планетарні ряди об'єднані за схемою, розробленою Лепеллетье(Lepelletier). Момент двигуна, що крутить, підводиться до одинарного планетарного ряду. Далі він прямує на здвоєний планетарний ряд Равиньо(Ravigneaux).

Мал. планетарна система Двохредуктора Лепеллетье :

а — звичайний планетарний редуктор; би — планетарний редуктор Равиньо; 1 — вал турбінного колеса; Р1 — сателіт коронної шестерні Н1; Р2 — сателіт сонячної шестерні 2; Р3 — сателіт коронної шестерні 1; S1 — сонячна шестерня 1; S2 — сонячна шестерня 2; S3 — сонячна шестерня 3; Н1 — коронна шестерня 1; Н2 — коронна шестерня 2

Управління одинарним планетарним рядом робиться за допомогою багатодискових муфт K1 і K3 і багатодискового гальма B1. Число сателітів в планетарних рядах вибирається залежно від передаваного моменту, що крутить.

Здвоєний планетарний ряд управляється за допомогою багатодискової муфти K2, багатодискового гальма B2 і обгінної муфти F. У системі управління муфтами передбачені облаштування динамічної компенсації робочого тиску, які роблять роботу муфт незалежною від частоти обертання. Муфти K1, K2 і K3 служать для підведення моменту, що крутить, до планетарних рядів, а за допомогою гальм B1 і B2, а також обгінної муфти забезпечується передача реактивних моментів на картер коробки передач.

Тиск в робочих циліндрах муфт і гальм змінюється за допомогою регулюючих клапанів.

Обгінна муфта F представляє собою механізм, який працює паралельно з гальмом.

Види селекторів

Селектор визначає режим роботи АКП. Розташування важеля селектора може бути різним.

Американський автомобіль з підрульовим селектором АКП.

Типовий селектор сучасної АКП.

Packard середини 1950-х років з кнопковим селектором АКП(на панелі приладів правіше за рульову колонку).

Селектор із ступінчастим прорізом.

Селектор у вигляді джойстика.

Сучасний кнопковий селектор АКПП фірми Allison.

На автомобілях американського виробництва випуску до 1990-х років в основній масі селектор був розташований на рульовій колонці, що дозволяло посадити на цілісному передньому дивані трьох чоловік. Для перемикання режимів роботи трансмісії його потрібно було потягнути на себе і перевести в потрібне положення, яке показувала стрілка на спеціальному покажчику — квадранті. Спочатку квадрант розміщували на кожусі рульової колонки, пізніше його перенесли на більшості моделей на щиток приладів.

До близького типу можна віднести і селекторы, розташовані на панелі приладів поряд з рульовою колонкою і щитком приладів, як наприклад у деяких моделей фірми Chrysler1950- х років або Honda CR - V попереднього покоління.

На європейських машинах традиційно було найбільш поширено підлогове розташування.

На японських автомобілях зустрічалися обидва варіанти, залежно від цільового ринку — на автомобілях для внутрішнього японського і американського ринків і у наш час зустрічаються підрульові селекторы трансмісії, тоді як для інших ринків практично виключно використовуються підлогові.

Нині зазвичай використовується підлоговий селектор.

На минивэнах і комерційних автомобілях вагонною і полукапотной компонування, а також деяких позашляховиках і кросоверах з високою посадкою водія, досить велике поширення має розташування селектора на панелі приладів по центру(чи високо на консолі).

Існують системи вибору режимів роботи трансмісії без важеля, в яких для перемикання використовуються кнопки, — наприклад, на автомобілях Chrysler кінця 1950-х — начала 1960-х років, Edsel, радянській «Чайці» ГАЗ— 13, багатьох сучасних автобусах(з відомих в Росії можна назвати міські моделі Ліаз, МАЗ з АКП фірми Allison, що має кнопковий селектор).

Якщо система має важіль-селектор, вибір потрібного режиму здійснюється його переміщенням в одно з можливих положень.

Для відвертання випадкових перемикань режимів використовують спеціальні механізми захисту. Так, на автомобілях з підрульовим селектором для перемикання діапазону трансмісії потрібно потягнути важіль на себе, тільки після цього його можна перевести в потрібне положення. У разі підлогового важеля використовується як правило блокуюча кнопка, розташована збоку під великим пальцем водія(більшість моделей), згори(наприклад на Hyundai Sonata V) або попереду(приклади — Mitsubishi Lancer X, Chrysler Sebring, Volga Siber, Ford Focus II) на важелі, або для важіль необхідно трохи втопити. У інших випадках, проріз для важеля виконується ступінчастим (багато моделей Mercedes — Benz, Hyundai Elantra платформи i30 або Chevrolet Lacetti, на останньому проріз виконаний ступінчастим, а важіль потрібно втопити для переходу з діапазону R в діапазон N і далі.

Як правило, між режимами, включення яких допустиме в русі, можна перемкнутися і без вижиму кнопки — наприклад, на трансмісіях Volkswagen 1980-х років кнопку необхідно натискати тільки для переходу з P в R, з R в N і з «2» в «1»(і назад). Між діапазонами N, D і 2 можна перемикатися без вижиму кнопки. Також багато сучасних моделей мають пристрій, що не дає перемістити важіль селектора АКП в положення руху, якщо не вичавлена педаль гальма, що також підвищує безпеку поводження з трансмісією.

На деяких сучасних автомобілях селектор АКП замінюється на джойстик, у якого замість тих, що відповідають діапазонам трансмісії фіксованих положень для перемиканням між ними використовуються два нефіксовані положення.