В Алматы на базе компании DAV состоялся подробный технический семинар, ознакомивший представителей автосервисных станций с устройством и основными принципами функционирования автоматических коробок передач. Из полученных знаний выстроилась любопытная картина эволюции этого архиважного технического устройства.
Вел занятие представитель российского офиса компании Motul Дмитрий Филонов, до недавнего времени руководивший и преподававший в учебном центре Subaru. Следует заметить, что в привычном для нас понимании трансмиссией называют все детали, участвующие в передаче крутящего момента от двигателя к колесам.
Прежде всего собравшимся пришлось вспомнить, зачем вообще автомобилю понадобилась коробка передач. Дело в том, что двигатель внутреннего сгорания производит энергию, позволяя автомобилю двигаться, но у него не самая удачная внешняя скоростная характеристика, заключающаяся в зависимости крутящего момента от мощности двигателя и оборотов. В двигателе внутреннего сгорания даже при утопленной в пол педали акселератора, но при низких оборотах, когда, например, машина поднимается в гору, обещанной автопроизводителем максимальной мощности получить не удается. Крутящий момент двигателя, доходя до максимальной точки, начинает падать и на определенных оборотах машина заглохнет. Экспериментально установлено, что самый сбалансированный оппозитный субаровский мотор даже без нагрузки не выдерживает падения ниже 250 об/мин.
Но нам хотелось бы, чтобы мотор не только не глох, но и стабильно работал на максимуме мощности при любых оборотах. Условно говоря, коробка передач была придумана для того, чтобы автомобиль, двигающийся на высокой скорости по ровной дороге с высокими оборотами, имел низкий крутящий момент, а при подъеме в гору с падением оборотов двигателя получал нарастание крутящего момента. Разумеется, коробка передач и сцепление позволяют также автомобилю плавно трогаться с места, преобразовывая низкие обороты в значительное тяговое усилие.
Занятие вел представитель офиса компании Motul
Коробка передач дает возможность при уменьшении скорости в 3,5 раза во столько же раз наращивать тяговую силу на колеса. Допустим, мы разогнали автомобиль на самых высоких оборотах двигателя до скорости 40 км/ч. Дальше, перейдя на вторую передачу, мы в 2 раза потеряем в оборотах, но во столько же раз нарастим тяговое усилие и сможем разогнаться уже до 60 км/ч. Теперь можно переключиться на следующую передачу, где мы в 1,5 раза уменьшим обороты, но во столько же нарастим тяговую силу. Затем разгонимся и переключимся на прямую передачу – поедем быстро, но без запаса в тяговом усилии. А это значит, что даже при минимальном подъеме в гору на этой передаче въехать будет невозможно. Необходимо будет снизить передачу, чтобы, потеряв в скорости, получить тяговое усилие.
В конце XIX века уже существовали автомобили, но состоятельные граждане, которые могли позволить себе приобрести их, были вынуждены содержать еще и штат специалистов, обслуживающих эту машину. Главную роль в этом коллективе исполнял шофер (в переводе с французского – кочегар, истопник). Немаловажные обязанности лежали также и на механике, так как ежедневное техобслуживание перед выездом в рейс предполагало шприцевание шкворней, прочистку жиклеров карбюратора, заправку ацетиленом газовых светильников и прочие замысловатые манипуляции.
Главное же достоинство шофера состояло в его умении пользоваться сцеплением, правильно выбирать и переключать передачи, которые в первых коробках менялись передвижением шестеренок по валам, потом появились зубчатые муфты. Переключение требовало немалых физических усилий, тем более что и тормозов как таковых у автомобиля той поры не было. По этому поводу знаменитый Генри Форд, в молодости занимавшийся автоспортом, в самом начале прошлого века высказался так: «Не проблема разогнать автомобиль до скорости 100 миль в час, проблема в том, как его после этого остановить». Шоферу приходилось останавливать «самодвижущийся экипаж», наваливаясь на рычаг всем телом.
С возможностью замены деталей, упрощением управления и с конвейерным производством автомобиль стал массовым. И если сначала он был сравнительно мал и легок, то к середине 40-х годов прошлого века, когда на военных заказах США вышли из депрессии, здесь стали строить большие автомобили. Появился гидроусилитель руля, сервоприводы, усилители тормозов и многое другое. Однако уже в ту пору многим хотелось иметь в автомобиле лишь две педали – условно говоря, «ехать быстро» и «ехать медленно».
Интересно, что механическая коробка передач, которую мы еще называем мануальной, то есть ручной, появилась в начале XX века с ножным управлением. В знаменитом Ford T применялась планетарная механическая двухступенчатая коробка передач, переключение скоростей в которой осуществлялось нажатием педалей.
Суть же планетарной коробки передач заключается в использовании системы шестерен-сателлитов, вращающихся вокруг центральной солнечной шестерни. Изменение передаточного отношения планетарной МКП зависит от того, какой из трех основных элементов получает принудительное торможение – солнечная шестерня, сателлиты с водилом или коронная шестерня, на какой из них подается крутящий момент, а также от того, с какого элемента трансмиссией крутящий момент снимается.
Механическая планетарная коробка передач компактна, так как целиком располагается на одной оси. Планетарная передача транслирует больший крутящий момент, чем обычная зубчатая пара, так как количество вращающихся сателлитов может доходить до четырех, пяти и даже шести. Кроме того, планетарной передачей довольно просто управлять, но только в том случае, когда есть возможность плавно затормозить один из ее элементов либо соединить минимум два элемента. Такая коробка позволяет добиться большого числа передаточных отношений.
На исходе 40-х годов в конце концов появилось то, что сегодня можно увидеть на большинстве современных машин – гидромеханическая автоматическая трансмиссия. Принципиально с тех пор ничего не изменилось: это агрегат, состоящий из гидротрансформатора, механической планетарной коробки передач и блока управления.
В блоке управления на сегодняшний день задействована электроника, но и гидроблок не окончательно ушел в прошлое. При всех очевидных преимуществах гидротрансформатора его явным изъяном является большая потеря КПД на вращение жидкости при сопутствующем выделении тепловой энергии, поэтому в современном эффективном использовании этого устройства все чаще применяют блокировку.
И гидромуфту, и гидротрансформатор изобрел немецкий судовой инженер Фетингер, патент на гидротрансформатор был выдан ему в 1903 году. А в 1907 году гидротрансформатор уже существовал в промышленном образце. Он был предназначен для корабельной паровой турбины, обеспечивавшей высокую скорость хода.
Гидротрансформатор
Планетарная коробка передач, на которую крутящий момент поступает из гидротрансформатора, используется в автоматической трансмиссии, так как это самостоятельное устройство, доказавшее временем свою жизнеспособность.
На первых электронно-управляемых гидравлических коробках передач включение муфт осуществлялось не напрямую, а через гидроаккумуляторы и многоконтурные клапаны, это позволяло избежать гидроудара. Сейчас непосредственное управление осуществляется методом широтно-импульсной модуляции.
В современных автомобилях блок управления коробкой передач интегрируют в гидротрансформатор. У таких коробок передач, называемых «мехатроникс», достаточно развита система самодиагностики. От датчика селектора блок управления трансмиссией в первую очередь получает сигнал о направлении движения – вперед или назад, затем от педали акселератора блок принимает сигнал об интенсивности ускорения и одновременно считывает данные об оборотах двигателя. В любой автоматической коробке передач с гидротрансформатором обязательно присутствует и датчик частоты вращения турбинного колеса, а также температурный датчик, который может ограничить крутящий момент или заблокировать гидротрансформатор, если жидкость перегрета.
Как правило, владельцы автомобилей с автоматической коробкой передач сталкиваются с проблемами, когда пробег превышает 100 тыс. км. Чаще всего выход из строя автоматической коробки передач фиксируется в интервале 120–140 тыс. км. Половина неисправностей связана с выходом из строя гидроблока или со сбоями в системе управления. Механическая часть устройства со временем накапливает мелкую металлическую пыль, электроника же весьма чувствительна к перепадам напряжения и внутренним конфликтам показаний.
Планетарная передача
Сегодня мы стоим на пороге перехода от эволюции трансмиссии к революционным изменениям. Это тем более очевидно, если принять во внимание нарастающий интерес в автомобилестроении к электрическим моторам.
Как известно, в отличие от ДВС электромотор может в первую же секунду после пуска выдать максимальную мощность и максимальный крутящий момент. В этом случае никакой коробки передач не нужно. Кроме того, в конструктивном плане выгодно выглядит размещение отдельных электродвигателей на осях или даже на каждом из колес транспортного средства.
Так как же будет развиваться ситуация в глобальном смысле? Тут видятся два вектора: следуя по одному направлению, в содружестве с ДВС коробка передач, сохранив основной конструктив в виде планетарной механической системы, будет все интенсивнее обрастать электроникой и повышать число передач. Следуя по второму пути, с экспансией электромоторов коробка передач окончательно уйдет в прошлое.
Кто-то из нас на склоне лет будет ностальгировать по рычагу, возвышавшемуся когда-то между передними сиденьями, а молодежь станет потешаться над дедушками, которым приходилось постоянно что-то там дергать…
Но! Пока она с нами…
Как бы ни сложилось в будущем, сегодня, когда трансмиссия еще с нами, она требует внимания и заботы. Во-первых, если вы уже столкнулись с какими-либо проблемными симптомами в работе коробки передач, не тешьте себя надеждой, что проблемы со временем исчезнут сами собой. Если вы слышите нехарактерные шумы, наблюдаете перегрев коробки передач или столкнулись с ее неадекватной работой, не откладывайте посещение специализированной СТО, иначе ситуация усугубится и может обойтись вам серьезными затратами.
Помните, что, несмотря на утверждение автопроизводителей о том, что масло в коробку передач заливается на весь срок службы автомобиля, менять его все же нужно. Причем «автомат» в этом смысле гораздо чувствительнее «механики», поэтому проводите замену без задержек согласно рекомендациям по конкретной модели автомобиля. Если же вы не меняете масло, да притом еще и любите езду на максимальных скоростях, то диагностика АКП должна проводиться хотя бы раз в год.
Чтобы сократить износ коробки передач, откажитесь от резкого разгона. Это тем более следует сделать, если в вашем автомобиле работает АКП с гидротрансформатором. Вжатая в пол педаль газа может вывести гидротрансформатор из строя, а его ремонт или замена как правило обходится очень недешево.
Один из самых рискованных приемов для автоматической трансмиссии – раскачка автомобиля с пробуксовкой на высоких оборотах. Хотя с ним может поспорить идея буксировать тяжелые транспортные средства на машине с «автоматом». Нельзя сказать, что это категорически запрещено, однако тянуть при помощи троса можно лишь на короткие расстояния и медленно. То же самое относится и к буксировке автомобиля с АКП с помощью стороннего транспортного средства, допустимое расстояние колеблется в пределах 25–30 км, максимальная скорость – 50 км/ч.
При переключении рычага, управляющего АКП, всегда необходимо отжимать тормозную педаль, за исключением переключения на нейтральное положение.
На светофорах переключать АКП в положение N специалисты не рекомендуют, просто удерживать машину педалью тормоза гораздо безопаснее для агрегата. Если простой на перекрестке занимает более двух-трех минут, рычаг следует переводить в положение «парковка».
Не стоит спускаться на «автомате» на нейтральной передаче, так как отключение скоростей вызывает остановку масляного насоса, следовательно, растет температура в гидротрансформаторе, образуется воздушно-эмульсионная смесь, подгорают фрикционные диски сцепления.
Причиной поломки АКП может стать и резкая смена нагрузки, например выезд на скорости 60 км/ч с грунтового покрытия на асфальт. Причем чем выше скорость, тем выше вероятность поломки.
И наконец… не включайте заднюю скорость, если автомобиль еще продолжает движение вперед.
Надеемся, что этот небольшой экскурс в историю создания АКПП и наши нехитрые советы позволят вам избежать проблем с трансмиссией и ваш автомобиль прослужит вам долго!
Текст: Андрей Сафонов
Фотоматериал из архива редакции