Устройство АКПП

В преддверии начала установки АКПП на автомобили УАЗ давайте разберемся как же она устроена.

Есть разные виды АКПП подразделяющиеся по внутреннему устройству: классика - гидравлический автомат (AT), вариатор (CVT), роботизированная коробка передач (MTA)

Самый распространенный и самый "изученный" тип АКПП это гидравлический автомат. Из названия следует, что в нем работу выполняет жидкость. Рассмотрим устройство такой АКПП более подробно:

Смотрится страшно, но если разложить всё по отдельным частям, то будет более понятно.

Автоматическая коробка передач состоит из двух частей: Гидротрансформатора и механической КПП с устройством управления.
Вместо обычных шестеренок в такой КПП используются планетарные редукторы.

Гидротрансформатор – выполняет роль, аналогичную механизму сцепления в механической коробке передач. Он передает крутящий момент от двигателя к автоматической трансмиссии. Но в отличии от механического аналога здесь нет жесткой связи ДВИГАТЕЛЬ-КПП.

Планетарный ряд - собранные вместе несколько планетарных редукторов. Их задача состоит в изменении передаточного отношения в автоматической трансмиссии при переключении передач. Выполняет те же функции, что и блок шестерен в механической коробке передач.

Фрикционный тормоз (фрикционная муфта) - отвечает непосредственно за переключение передач.

Система управления.
На старых АКПП она была полностью гидравлическая. Команды на переключение передач вырабатывались за счет изменения давления в гидравлических датчиках.
На всех современных АКПП используется электронная система управления. Вместо гидравлических датчиков стоят электрические. Вместо клапанов переключения скоростей используются соленоиды.
Но объединяет две системы то, что для включения фрикционных муфт, которые определяют какая скорость задействована, используется гидравлика.

Гидротрансформатор

В начале будет проще понять принцип работы гидротрансформатора на примере гидромуфты.
Гидромуфта по конструкции очень на него похожа, но не умеет изменять передаточное число, а только передает крутящий момент.

Гидромуфта состоит из двух колес с лопатками (как у вентилятора) которые вращаются друг напротив друга.
Одно колесо, насосное, соединено с двигателем, второе колесо, турбинное, соединено с КПП. Оба колеса находятся в герметичном кожухе внутрь которого залито масло.

При вращении двигателем насосного колеса вязкое масло захватывается его лопатками, выбрасывается на лопатки турбинного колеса приводя его в движение. Таким образом кинетическая энергия от вращения вала двигателя передается валу КПП хотя при этом отсутствует жесткая связь между ними.

Наиболее наглядно демонстрирует этот механизм опыт с двумя вентиляторами расположенными друг напротив друга. Один из них выключен, второй включен. Воздух ударяясь о неподвижные лопатки выключенного вентилятора заставляет их вращаться.

Однако в замкнутом пространстве в котором работает гидромуфта обратный поток масла идущий от турбинного колеса попадает на лопатки насосного колеса в обратном направлении и замедляет его ход. Чтобы уменьшить этот эффект, на пути движения масла устанавливают третье колесо - реакторное. Это колесо может свободно вращаться или блокироваться на валу.
Таким образом получается гидротрансформатор.

Схема гидротрансформатора:
1 — блокировочная муфта; 2 — турбинное колесо; 3 — насосное колесо; 4 — реакторное колесо; 5 — механизм свободного хода

Если третье колесо (реактор) свободно вращается, то гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты.

Если же реакторное колесо фиксируется неподвижно, то за счет своих лопастей он изменяет направление потока жидкости, выходящей из турбинного колеса и направляет его под определенным углом на лопасти насосного колеса. Это позволяет значительно увеличить передаваемый от двигателя в трансмиссию крутящий момент. Таким образом происходит трансформация крутящего момента.

*Коэффициент трансформации момента Kt (или силовое передаточное отношение) определяется отношением крутящего момента турбинного колеса к крутящему моменту насосного колеса гидропередачи Kt = MT / MH.

В автомобильных гидротрансформаторах коэффициент трансформации равен 2-3,5, а КПД 0,9

Схема потока жидкости в гидротрансформаторе:

Недостатком гидропередачи является рассогласование частот вращения насосного и турбинного колес, так называемое - скольжение гидропередачи, имеющее место при любом режиме работы трансмиссии. Минимальная величина скольжения составляет примерно 3% и приводит к снижению КПД гидропередачи. Так как, при движении автомобиля с постоянной скоростью наличие гидротрансформатора в трансмиссии не является необходимым, как это требуется на режимах разгона и торможения, в современных коробках применяют механизм блокировки гидротрансформатора.
Для блокировки гидротрансформатора чаще всего используется блокировочная муфта, которая позволяет жёстко соединить между собой насосное и турбинное колесо. Это приводит к тому, что гидротрансформатор выключается из силового протока, а двигатель напрямую соединяется с ведущим валом коробки передач.

Основные детали гидротрансформатора:

Детали гидротрансформатора:
1 — насосное колесо; 2 — турбинное колесо; 3 — крышки муфты свободного хода; 4 — часть корпуса гидротрансформатора; 5 — остатки рабочей жидкости с продуктами механического износа деталей; 6 — колесо реактора; 7 — муфта свободного хода реактора; 8 — упорная шайба турбинного колеса; 9 — упорный подшипник реактора; 10 — поршень блокировки гидротрансформатора

Компоновка деталей гидротрансформатора:

В качестве рабочей жидкости в современных гидротрансформаторах используется ATF

 

Насос

Насос создает давление жидкости во всей гидросистеме.
Как правило насос располагается между гидротрансформатором и коробкой передач. Насос приводится в движение коленчатым валом двигателя.

В настоящее время в АКПП наиболее часто используют несколько видов насосов: шестерёнчатые, трохоидные и лопастные.

Разборка шестеренчатого насоса и его принцип действия можно посмотреть на видео:

 

Планетарная коробка передач

Хотя гидротрансформатор может сам изменять крутящий момент, но это происходит в очень узком диапазоне, что явно недостаточно для нормального движения автомобиля. Поэтому к гидротрансформатору подсоединяют коробку перемены передач в основе которой находятся планетарные редукторы.

Все пары шестерен редуктора находятся в постоянном зацеплении.

Лучше всего работу планетарного редуктора демонстрирует видеоролик:

 

Механизмы переключения

Чтобы включать или выключать ту или иную группу планетарных редукторов в АКПП используются ленточные и дисковые фрикционные элементы, а так же муфты свободного хода (обгонные муфты).

 

Ленточный тормоз

Ленточный тормоз используется для остановки одного из звеньев АКПП и состоит из тормозной ленты и тормозного барабана.
Тормозная лента охватывает тормозной барабан, один её конец жёстко прикреплен к картеру коробки, а второй соединен с устройством управления (с поршнем).

Тормозные ленты изготавливаются из листовой стали. Для увеличения коэффициента трения между тормозной лентой и барабаном к внутренней поверхности тормозной ленты прикрепляется фрикционная накладка. В АКПП наиболее часто используются фрикционные накладки, изготовленные на бумажно-целлюлозной основе. Такие накладки обладают хорошими износостойкими свойствами, не вызывают большого износа поверхности тормозного барабана и не сильно загрязняют рабочую жидкость.

 

Дисковый тормоз и блокировочная муфта

Дисковый тормоз ничем не отличается от блокировочной муфты. Разница заключается только лишь в том, что дисковый тормоз соединяет звено коробки передач с картером, а блокировочная муфта соединяет между собой два звена АКПП.

Дисковый тормоз состоит из: дисков с фрикционными накладками (они с внутренними шлицами), дисков без накладок (шлицы снаружи), поршня, возвратной пружины, барабана.

При выключенной муфте фрикционные накладки внешнего диска и фрикционные накладки внутреннего диска свободно вращаются относительно друг друга. При включении муфты, рабочая жидкость давит на поршень, он сжимает пакет фрикционов и они "склеиваются" между собой. Таким образом внешний диск и внутренний становятся жестко связанными.

Для выключения муфты достаточно убрать давление жидкости через клапан.

 

Обгонная муфта

Обгонная муфта (также муфта свободного хода) — деталь механической трансмиссии, которая предотвращает передачу крутящего момента от ведомого вала обратно к ведущему в случае, если по какой-либо причине ведомый начинает вращаться быстрее.

Обгонная муфта не требует управления, она работает за счет разницы в скорости оборотов. Примером обгонной муфты является велосипедная "трещётка".

 

Система охлаждения

Главная причина из-за которой АКПП выходит из строя явялется её перегрев. Чтобы охлаждать рабочую жидкость (ATF) используют радиаторы и теплообменники.

АКПП с внешним радиатором охлаждения

АКПП с радиатором охлаждения встроенным в радиатор охлаждения двигателя

АКПП с теплообменником

Системы управления

В первых поколениях АКПП были распространены полностью гидравлические системы управления. В них команды на управление элементами системы формировались за счет разницы давлений клапана-дросселя и скоростного регулятора. Поток рабочей жидкости через систему каналов воздействовал на нужный гидроцилиндр, который в свою очередь через фрикционы или ленточный тормоз включал или выключал нужную передачу.
Как и все гидросистемы такая конструкция была очень чувствительна к параметрам рабочей жидкости (масла).

Сейчас используются электрогидравлические системы. В них гидравлика оставлена только на последнем этапе - на исполнительном. Измерительные функции и функции анализа переданы полностью электронике.
Выделяют следующие основные части электрогидравлической системы: измерительную (датчики), аналитическую (блок управления) и исполнительную (соленоиды).

Вид на гидроблок снизу. Справа виден ряд электромагнитных клапанов.

Разобранный гидроблок очень похож на лабиринт.

В электронный блок управления (он же - ЭБУ, контроллер, компьютер, "мозги") поступают сигналы от датчиков. Сигналы обрабатываются и анализируются в соответствии с программой блока. На основании результатов сравнительного анализа сигналов, поступивших от датчиков с данными, хранящимися в памяти устройства, блок формирует управляющие сигналы, которые поступают к исполнительным элементам системы (соленоидам). Соленоиды преобразовывают поступающие к ним электрические сигналы в механическое перемещение гидравлического клапана. Рабочая жидкость воздействует на нужный гидроцилиндр и включает/выключает нужную передачу.

 

Общепринятые обозначения режимов АКПП

«P» — parking. Режим стоянки. Все передачи выключены, выходной вал КПП и  ведущие колёса заторможены блокирующим механизмом.

«R» — reverse, задний ход.

«N» — нейтраль. В этом режиме двигатель и ведущие колёса рассоединены. Автомобиль может двигаться накатом, его можно буксировать.

«D» или «Drive» основной режим для движения вперед. Смена передач осуществляется автоматически.

«S», «Sport», «PWR», «Power» или «Shift» — спортивный режим. Самый динамичный и самый неэкономичный. При разгонах двигатель в все время находится в режиме максимальной мощности. Переключение передач производится позднее, на больших оборотах, чем в обычном режиме.

«Kick-down» — режим, в котором осуществляется переход на пониженную передачу для осуществления интенсивного ускорения, например, при обгоне. Для включения режима надо резко нажать на педаль газа.

«Overdrive» или «O/D» — режим, при котором повышающая передача будет включаться чаще, переводя двигатель на более низкие обороты. «Овердрайв» обеспечивает экономичное передвижение, но  с потерей в динамике.

«Norm» реализует самый сбалансированный режим движения. Переключения на повышающие передачи, как правило, происходят по достижении средних оборотов и на оборотах несколько выше средних.

«1» (L, Low), «2» или «3» — выбор фиксированной скорости в АКПП. Эти режимы пригодятся в тяжёлых дорожных условиях, например, при движении по горным дорогам, при буксировке прицепа.

«W», «Winter», «Snow» — «зимний» режим работы АКПП. В целях предотвращения пробуксовки ведущих колёс трогание с места осуществляется со второй передачи. Чтобы не спровоцировать проскальзывания колес, переход с одной передачи на другую производится более мягко и при более низких оборотах.

«+» и «-» — возможность ручного переключения передач в сторону повышения и в сторону понижения.

См. так же:
Инструкция по установке АКПП на УАЗ Патриот. ©ТД Моторс
Руководство по эксплуатации АКПП A340E (на английском языке)
Автоматические трансмиссии. Учебное пособие для вузов.

наверх