Небольшой ликбез: разбираемся с видами коробок передач. Какие они бывают и в чём между ними разница? Да, на самом деле на автомобилях используется всего три вида коробок: механическая, роботизированная, автоматическая. Но и здесь есть свои нюансы.
Зачем нужны коробки передач и как они устроены
На всякий случай напомним. Коробки передач необходимы для изменения частоты вращения и крутящего момента, передаваемого от двигателя на колёса автомобиля. Если говорить совсем просто, коробка изменяет тягу машины. Для этого в ней используются шестерёнки с разным числом зубьев. В зависимости от того, через какую пару шестерен передаётся усилие от двигателя, разнится и крутящий момент на колёсах. Существуют, впрочем, так называемые вариаторы, в которых никаких шестерёнок нет, и передаточное соотношение изменяется другим способом, но о них у нас есть отдельная статья .
При трогании с места необходимо приложить значительное усилие, но скорость, при этом, невелика. На первой передаче тяга получается большой, как и ускорение. Но максимальная скорость вращения колёс – невелика. Поэтому через какое-то время включается другая передача, где тяга меньше, но скорость может быть выше. Кроме того, коробки передач оснащаются передачей заднего хода.
Чем отличается механическая коробка передач, автомат, вариатор и роботизированная
Чтобы переключить передачу, необходимо временно «разъединить» двигатель и коробку. Для этого служат специальные узлы – либо сцепление, либо, в случае с «автоматом» – гидротрансформатор.
Помимо уже упомянутых вариаторов, в автомобилях используются три вида коробок: механическая, роботизированная и автоматическая. Сам по себе принцип действия у них одинаков: везде используются всё те же шестерёнки. А вот управляются коробки по-разному.
Механическая коробка передач
Да, в настоящее время большинство автомобилей имеют более современные коробки. Есть данные, что даже в России машин с «механикой» сейчас лишь около 30%, а в Западных странах это число гораздо меньше. Но, тем не менее, мы начнём с самого простого, то есть, именно с механических коробок.
Механическая (она же «ручная») коробка управляется непосредственно водителем. В нужный момент человек сам переключает передачи. Для этого используется рычаг, соединённый с коробкой специальными тягами. Чтобы переключить передачу, необходимо выжать педаль сцепления.
При этом в самом сцеплении разъединяются две детали, вследствие чего «связь» между мотором и коробкой прекращается. Чтобы тронуться с места на «механике», педаль сцепления нужно отпускать очень плавно, иначе машина просто заглохнет.
На практике езда с «механикой», подразумевающая постоянную работу рычагом коробки и педалью сцепления – удовольствие сомнительное, особенно в пробках. Единственные плюсы механической коробки передач – это её дешевизна и простота устройства, то есть, теоретически более высокая надёжность.
Правда, в сцеплении требуется периодически заменять трущиеся друг об друга детали (в гидротрансформаторах такой проблемы нет), да и стоят машины с «автоматами» ненамного дороже таких же с «механикой» (а многие модели давно уже с «ручками» не производятся вообще). В настоящее время механические коробки нужны разве что на ралли и кроссах – в основном, из-за наличия этой самой педали сцепления, которая очень полезна гонщику во время управляемых заносов. Но для обычных автовладельцев механическая коробка в реальности никаких преимуществ не имеет. Да, иногда бывает полезным самому выбрать нужную передачу, в частности, при торможении двигателем во время движения на крутом спуске, только вот и «роботы», и «автоматы» давно уже позволяют человеку при желании делать это самостоятельно.
Роботизированные коробки
Роботизированная коробка – это та же «механика», только управляемая не водителем, а электроникой. Как и в случае с «автоматом», при начале движения человек с помощью селектора лишь выбирает направление (вперёд или назад), а дальше всё происходит «само».
«Роботы», как и современные «автоматы» при необходимости позволяют водителю самому переключать передачи, при этом, выбор осуществляется покачиванием селектора вперёд или назад. Многие автомобили также оснащаются подрулевыми лепестками для ручного выбора передачи. Педали сцепления у «робота» нет, и этот узел полностью управляется электроникой. Теоретически ручное переключение передач может быть полезно во время обгонов и вообще при быстрой езде. На практике современные коробки вполне справляются с такими задачами и без помощи водителя, по крайней мере, если речь идёт не о гоночном треке.
Качественные «роботы» оснащаются двумя сцеплениями. При этом, следующая передача всегда держится «наготове», то есть, переключение происходит намного быстрее, чем в случае с «ручками» и «автоматами». Поэтому хорошие «роботы» больше подходят для спортивных машин. С другой стороны, сцепление всегда работает «жёстче», чем гидротрансформатор, поэтому «толчки» при переключении передач у «робота» ощущаются несколько сильнее.
В настоящее время гоночные болиды, как правило, оснащаются именно роботизированными коробками. В отличие от ралли, на «асфальтовых» автогонках педаль сцепления не нужна, а переключаются «роботы» быстрее, чем другие коробки передач.
Надёжность «роботов» – предмет очень спорный. Ещё не так давно существовало довольно много нареканий – как к надёжности, так и к стоимости их ремонта. Но в настоящее время многие производители недостатки своих «роботов» устранили.
Автоматические коробки
Для водителя езда на «автомате» практически не отличается от езды на «роботе». На самом деле разница между ними даже не самих коробках, а в способе «связи» их с двигателем.
Как и с «роботом», с «автоматом» водитель может выбирать передачу вручную, если посчитает это нужным. Педаль сцепления у машины с автоматической коробкой, разумеется, отсутствует ведь нет и самого сцепления как такового.
Как уже было отмечено, вместо сцепления здесь используется гидротрансформатор. Внутри него присутствуют насос, приводимый в действие двигателем, жидкость, которая передаёт вращение дальше, и турбина, соединённая с коробкой. Насос нагнетает давление в жидкости, которая давит на турбину и приводит её в движение. Непонятно? Представьте себе два вентилятора, стоящих рядом с другом.
Один из них включается, воздух начинает поступать на другой, и от этого движения воздуха второй (выключенный) тоже вращается. В гидротрансформаторе всё сложнее, но смысл примерно тот же, только вместо воздуха используется жидкость.
На самом деле между насосом и турбиной есть ещё одна деталь: так называемый статор. Он позволяет несколько изменять режим работы и управлять (в некоторой степени) крутящим моментом. Связь между мотором и коробкой в данном случае не «жёсткая», через детали сцепления, которые касаются друг друга, а «мягкая», через жидкость. Поэтому работает всё очень плавно.
Гидротрансформатор позволяет стоять на месте с включенной передачей (это происходит, когда машина удерживается педалью тормоза). А ещё возможность изменять крутящий момент в гидротрансформаторе полезна на бездорожье.
В общем и целом, для повседневной езды классический автомат будет, вероятно, самым лучшим выбором. Хотя в последние годы всё более популярными становятся «роботы»: в основном, из-за быстрых переключений.
Источник: dzen.ru
Типы автоматических коробок передач
Помните, как в одной известной песне поется: «Крепче за баранку держись, шофер!» В то время, когда писались слова к этой песне, водителям приходилось время от времени держаться за руль всего лишь одной рукой, орудуя рычагом механической коробки передач. Сегодня же благодаря «автомату» можно подарить «баранке» все свое внимание, не отвлекаясь на игры с «механикой». Рассмотрим же основные типы автоматических трансмиссий.
Вряд ли кто-то будет спорить с тем, что АКПП резко снизила нагрузки водителей, избавив их от необходимости топтать педаль сцепления и подарив возможность даже в салоне автомобиля чувствовать себя так же комфортно, как дома перед телевизором. И если вы решили отдать предпочтение автомобилю с коробкой-автомат, тогда вас ждет довольно непростой выбор типа трансмиссии. Да, обычно конечный потребитель не обращает внимания на устройство КПП, для него главное – это две педали, селектор и стремительно убегающая под автомобиль дорога. Однако не торопитесь, потому как есть типы трансмиссий, которые являются более выигрышным вариантом.
Гидравлический «автомат»: классика в чистом виде
Этот тип АКПП является классическим примером автоматической трансмиссии, особенность которой заключается в том, что между колесами и двигателем напрочь отсутствует какая-либо связь. Вы спросите – а как же передается крутящий момент? Отвечаем – через рабочую жидкость посредством двух турбин. Однако мы эволюционируем, а вместе с нами эволюционирует все, что мы изобретаем, потому сегодня такие коробки управляются специальными электронными устройствами. Это позволяет оснащать гидромеханические коробки передач спортивным и зимним режимом, программами экономичной езды, а также возможностью ручного переключения передач.
Коробка-автомат вначале устаналивалась исключительно на топовые версии
Если сравнивать «гидавлику» с МКПП, то первой нужно больше топлива, а также больше времени на разгон. Что ж, за комфорт нужно платить. Но именно «гидравлика» первой бросила вызов устаревшей механике и во многих странах одержала триумфальную победу. Но не в Европе. В Старом Свете коробка-автомат долго не могла прижиться.
Возможно, это европейцы такие требовательные, или привычки практически неискоренимы, но инженерам пришлось попотеть, чтобы доработать АКПП для Европы. Но зато после этого «автомат» научился подстраиваться под стиль вождения, что и дало нам в результате экономичный, спортивный и зимний режимы работы.
Многие водители и рады были бы пользоваться АКПП, но при этом ни в какую не хотели отказываться от возможности самостоятельно переключать передачи. И решение нашлось – новые «автоматы» начали оснащать и ручным режимом. У каждого производителя для такого типа коробок существует собственное название, но первым было Autostick. На сегодняшний день самым распространенным названием является придумка компании Audi – Tiptronic. Конструкторы BMW назвали такую коробку Steptronic, а в Volvo решили, что вполне подойдет и Geartronic.
Несмотря на то, что при включении ручного режима водитель сам переключает передачи, в полной мере ручным его все же назвать нельзя. Скорее это полуавтоматика, ведь компьютер трансмиссии продолжает работать в это время и все равно контролирует работу автомобиля.
Роботизированная механика: предвестники Скайнета
МТА (Manual Transmission Automatically Shifted), а в простонародье просто «робот», по своей конструкции претендует на то, чтобы носить гордое имя «механики», но при этом по управлению – это чистой воды АКПП. При этом расход топлива здесь уже значительно меньше, чем на «механике». Но не все так сладко. Есть и своя горчинка: «робот» лоялен лишь в отношении спокойного режима езды.
Как только вы решите поддать в топку угля и вдавите педаль газа в пол, сразу же болезненно ощутите, как переключаются передачи. Ощущения похожи на то, будто при каждом переключении передачи вас кто-то толкает в задний бампер. Но это с лихвой компенсируется небольшим весом коробки и ее сравнительно невысокой стоимостью.
Direct Shift Gearbox от компании Volkswagen
«Робот» с двумя сцеплениями: одним сцеплением сыт не будешь
Как мы говорили выше, «робот» нуждался в серьезной доработке, потому как его недостатки существенно влияли на комфорт езды. И конструкторы решили оснастить его сразу двумя сцеплениями.
Volkswagen Golf R32
В массовое производство такая трансмиссия была запущена в 2003 году компанией Volkswagen, которая устанавливала ее на автомобили Golf R32. Такому «роботу» было дано название DSG (Direct Shift Gearbox). Два диска сцепления управляли разными передачами – четными и нечетными. Это значительно смягчило работу коробки, однако и у этого механизма имеется свой недостаток, который нельзя назвать незначительным – это высокая цена. Впрочем, если «робот» с двумя сцеплениями завоюет сердца пользователей, то это перестанет быть проблемой.
Вариатор: отказ от ступеней
Вариаторная трансмиссия (Continuously Variable Transmission) отличается тем, что умеет плавно изменять крутящий момент. Это бесступенчатая АКПП, в которой у передач отсутствует фиксированное передаточное число.
Вариатор Nissan Juke
Если сравнивать CVT с классической «гидравликой», то в случае последней мы можем слышать, а также следить по тахометру за работой коробки. А вот вариатор работает очень размеренно, сохраняет баланс скорости и постоянно подхватывает момент смены передачи. Эта коробка не понравится водителям, которые любят «слушать» свой автомобиль, потому как вариатор постоянно работает в одной тональности, словно троллейбус. Однако не стоит сразу отказываться от вариатора в связи с акустической монотонностью: инженеры придумали выход из этой ситуации и снабдили коробку режимом, который позволяет вручную выбирать «виртуальные передачи». Данный режим имитирует смену передач и позволяет водителю чувствовать их переключение, как при езде на обычном «автомате».
Что день грядущий нам готовит?
Что говорят эксперты о том, кому будут принадлежать лавры первенства в будущем? Больше всего очков независимые «судьи» ставят «роботу» с двумя сцеплениями, который считается самой удачной разработкой на данный момент.
Вряд ли будет сдавать свои позиции и вариатор, но здесь все упирается в желание производителей автомобилей совершенствовать данный вид АКПП, в котором недостатков сейчас больше, чем преимуществ.
Классический «автомат» все еще отхватывает свой внушительный кусок пирога, но его время постепенно уходит. Однако еще рано говорить ему терминаторовское «Аста ла виста».
Источник: www.drive2.ru
Коробка передач. Сравнение трансмиссий, плюсы и минусы
Коробка переключения передач является неотъемлемой частью любого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Назначение коробки передач — это передача и преобразование крутящего момента с двигателя на колеса, а так же осуществление отбора мощности на привода других агрегатов и дополнительного оборудования. Этот процесс позволяет обеспечить оптимальную силу тяги и скорость движения автомобиля, а так же движение задним ходом. Более того коробка помогает разъединять коленчатый вал двигателя от ведущих колес, что обеспечивает холостой ход автомобиля или его полную остановку.
Нужно отметить, что коробки передач получили распространение не только в транспортных средствах. Широко применяют коробки переключения в промышленных механизмах, станках на производстве.
С момента появления автомобилей на дорогах производители совершенствовали не только двигатели, но и коробки переключения передач. Развитие данного направления привело к появлению современных автомобилей с разными видами трансмиссий.
Виды трансмиссий
Более чем столетняя история развития автомобилестроения принесла в современный мир не только экологичные и мощные двигатели, но и усовершенствованные коробки переключения передач. На сегодняшний день на автомобили устанавливаются четыре основных типа коробок переключения передач:
1. Механическая коробка переключения передач
2. Автоматическая коробка переключения передач
3. Роботизированная коробка переключения передач
4. Вариативная (бесступенчатая) коробка переключения передач
Разберем подробнее каждый тип коробки.
Механическая коробка передач (Механика, МКПП)
Особенность работы двигателя внутреннего сгорания в том, что рабочая мощность развивается только в небольшом диапазоне оборотов. По этой причине для изменения крутящего момента необходим дополнительный механизм.
История создания уходит более чем на сто лет назад, а изобретение принадлежит Карлу Бенцу. Конструктивно, устройство первой коробки было примитивным и крайне простым. Механизм коробки был реализован из пары шкивов разного диаметра, которые были расположены на ведущем валу, шкивы соединялись с валом двигателя при помощи ремня.
В зависимости от условий движения ремень при помощи специально предусмотренного рычага переставлялся с одного шкива на другой. Это позволяло изменять крутящий момент, передающийся на ведущие колеса. Такой простой механизм нашел применение и в современном мире, передачи на велосипедах переключаются по тому же принципу.
Современные механические коробки значительно дальше шагнули от такого механизма. Конструктивно коробка состоит из набора шестерен, а изменение передаточного осуществляется путем введения шестерен в зацепление при помощи рычага.
Механические КПП могут оснащаться разным количеством ступеней. Самой популярной является пятиступенчатая коробка. В свою очередь коробки переключения передач механического типа подразделяются на двухвальные и трехвальные коробки.
Двухвальные механические коробки переключения передач устанавливаются на автомобили, оснащенные передним приводом. Трехвальные коробки переключения передач устанавливаются на легковые и грузовые автомобили, которые могут комплектоваться как передним так и задним приводом.
· Простая и надежная конструкция
· Более легкое управление автомобилем в условиях бездорожья
· Движение в экономичном режиме
· Недорогое обслуживание
Минусы МКПП:
· Неудобство управления в сложном городском режиме
Автоматические коробки передач (Автомат, АКПП)
Идея комфортного управления автомобилем родилась практически сразу с появлением самого автомобиля. Такой комфорт могло бы обеспечить автоматическое переключение передач. Но реализовать данную идею смогли не сразу. В серию, автомобили с автоматической коробкой переключения передач попали только в 1947 году, АКПП стали комплектовать автомобили фирмы Buick.
Хотя на самом деле серийные автоматические коробки переключения передач появились немного раньше. АКПП оснащались городские автобусы в Швеции еще в 1928 году.
Нужно отметить что, к появлению гидромеханической коробки передач привели три независимые линии разработок, позже которые были объединены в ее конструкции. В основу АКПП встал гидротрансформатор, изобретение профессора Феттингера, патент на который им был получен еще в 1903 году. Два других элемента — это планетарный редуктор и гидравлическая система управления.
Современная автоматическая коробка переключения передач, в отличие от классической механики, работает в иных условиях и по другому принципу, хоть и основное назначение неизменно.
Гидротрансформатор или преобразователь крутящего момента, включает в себя насос, турбину и статор. Все детали гидротрансформатора заключены в общем корпусе. Гидротрансформатор заполнен специальным маслом, насос создает внутри гидротрансформатора поток масла, который вращает колесо статора и турбину. Тем самым передавая крутящий момент с двигателя.
Планетарная передача состоит из нескольких шестерен (они называются планетарными или сателлитами), вращающихся вокруг центральной шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями.
Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни, внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга. Для получения большего диапазона передаточных чисел в современных коробках используется несколько планетарных передач.
Гидравлика работает в полном симбиозе с остальными частями АКПП и ее работу можно сравнить с кровеносной системой. Жидкость, используемая в качестве рабочей, помимо создания давления в системе, обладает так же набором полезных функций. Таких как смазывание, отвод тепла и очищение внутренностей АКПП от загрязнений.
· Комфорт и удобство управления
· Способность менять передачи при полной мощности двигателя
· Плавность хода во время переключения передач
· Защита деталей двигателя от перегрузок при выборе неверной передачи
Минусы АКПП:
· Стоимость и периодичность обслуживания
· Больший расход топлива
· Низкий КПД
· Меньшая динамика автомобиля
Роботизированные коробки передач (Роботы)
Роботизированная коробка передач — это логическое продолжение развития механической коробки. Робот это не что иное, как механическая КПП, в которой выжим сцепления и переключение передач выполняют два сервопривода (актуатора), управляемые электронным блоком. По факту робот впитал в себя все положительные стороны механической кпп и удобство автомата.
Первый прототип робота появился в 1939 году, Адольф Кегресс создал трансмиссию с двойным сцеплением, но дальнейшее развитие этого перспективного изобретения остановилось на следующие 40 лет. Всему виной отсутствие финансирования проекта.
В серию роботизированные коробки передач попали очень нескоро, но обкатать технологию решились инженеры Porsche. Роботы внедрили на модели 956 и 962С, машины предназначались для кольцевых гонок. К сожалению, недоработка конструкции и значительный вес коробки не позволил технологии выйти за пределы трека.
Серийная роботизированная коробка появилась только в 2003 году. Отважилась на такой шаг компания Volkswagen, установив преселективную трансмиссию на спорт версию модели Golf 4 R32. Производителем коробки была компания BorgWarner. По сей день концерн VAG активно продвигает этот тип коробок на своих моделях.
Особенность такой коробки заключается в конструкции, а именно в наличии двух сцеплений. Принцип работы такой коробки состоит в том, что на одно сцепление завязаны четные передачи, а на второе нечетные. В процессе движения крутящий момент передается по одному сцеплению, т.е. диск сомкнут. В это же время диск второго сцепления разомкнут, но внутри самой коробки следующая передача уже сформирована и когда приходит время переключения, первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается. Такая схема работы обеспечивает плавность переключения и отсутствие рывков.
В свою очередь, роботизированные коробки делятся на два типа:
· С мокрым сцеплением — используют на автомобилях с мощным двигателем, крутящий момент которых превышает 350 Нм.
· С сухим сцеплением – используют на автомобилях с маломощными двигателями до 250 Нм крутящего момента.
Плюсы Робота:
· Плавность переключения и хода
· Высокий КПД
· Экономичный расход топлива
· Высокая динамика
· Возможность выбора режима работы трансмиссии
Минусы Робота:
· Малая надежность, как самой конструкции, так и мехатроника
· Стоимость обслуживания и ремонта
· Чувствительность к тяжелым дорожным условиям
Вариаторные трансмиссии (Вариаторы)
Вариаторные трансмиссии (CVT) считаются прямыми последователями классических гидромеханических кпп. Есть устойчивое мнение, что за CVT – коробками будущее, опять таки, учитывая городскую эксплуатацию автомобилей. Особенный упор на трансмиссии CVT делают японские производители, такие как Nissan и Subaru. Первая вариаторная коробка серийно появилась на автомобиле марки DAF в 50-е годы XX-века. Этим автомобилем оказался не грузовик, как многие могли подумать, а маленький легковой автомобиль.
К сожалению, особой надежностью и длительным ресурсом конструкция не отличалась. Компания Volvo в свою очередь, долгие годы пыталась развить технологию, но все закончилось сворачиванием разработок. Неожиданное продолжение истории вариатора дала Япония.
Причиной возврата и доработки вариатора послужила необходимость адаптации автоматических коробок к условиям эксплуатации в режиме городских пробок. Работа переключений передач на АКПП напрямую завязана на обороты двигателя.
Классический автомат в режиме городских пробок, на малом расстоянии и на малом ходу начинал переключать передачи с первую на вторую, когда этого совершенно не нужно. В другом случае, двигаясь «накатом», АКПП держала передачу, не уходя на пониженную, долгое время ожидая от водителя команды на разгон. Такое поведение коробки давало большую нагрузку на собственные узлы, что вело к увеличенному расходу топлива, повышенному износу и раннему выходу из строя. Все это привело к интенсивной доработке акпп, но результатом стал принципиально новый тип кпп – CVT.
Самое удивительное, что первый вариатор был придуман Леонардо да Винчи в 1490 году. На чертежах изобретателя можно увидеть схему из параллельных конусов и перекинутого между ними ремня, способного перемещаться поперек оси вращения конусов, что позволяло менять передаточное отношение пары.
Коробка типа CVT или Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач. Основные детали коробки CVT — это гидротрансформатор и два раздвижных шкива, плюс, соединяющий их (шкивы) ремень. Сечение ремня имеет трапециедальную форму.
Принцип работы заключается в следующем — сдвигающиеся половинки ведущего шкива выталкивают ремень наружу, что приводит к увеличению радиуса шкива, по которому работает ремень, это действие увеличивает передаточное отношение. Когда требуется снижение передаточного числа, ведомый шкив раздвигается, ремень перемещается на меньший радиус. Гидротрансформатор в этой конструкции обеспечивает трогание с места, после чего блокируется. Управление шкивами выполняет электроника.
Плюсы Вариатора:
· Переключение передач происходит незаметно, без рывков
· Экономичный расход топлива
· Высокая динамика
Минусы Вариатора:
· Несовместимость с мощными моторами
· Стоимость обслуживания и ремонта
· Большое количество датчиков влияющих на работу CVT
· Чувствительность к тяжелым дорожным условиям, буксировке
Мы рассмотрели основные виды коробок переключения передач. Определили главные минусы и плюсы каждого типа. Но дать однозначный ответ, какой агрегат будет лучше всех, невозможно. Каждый хорош в своем диапазоне задач, и выбор агрегата, которым будет оснащен автомобиль, учитывая диапазон задач, уже ложится на плечи конструкторов автомобиля и потребителя.
Источник: liquimoly.ru