Как это устроено: автоматическая коробка передач

Продолжая цикл материалов, посвященных автомобильной трансмиссии, Avto.pro решил обратить свое внимание на автоматические коробки передач. Несмотря на то, что классическая «механика» считается самой надежной и практичной среди остальных агрегатов, многие автолюбители сходятся во мнении о том, что «автоматика» немногим уступает ей в надежности и износоустойчивости, однако сильно выигрывает в обеспечиваемом комфорте при езде. Напоминаем, что ранее мы посвятили отдельные материалы по коробкам-роботам и вариаторам – советуем ознакомиться с ними, если вы хотите знать больше об автомобильной трансмиссии. В данном материале мы рассмотрим устройство коробок-автоматов, характерные неисправности и изучим вопросы подбора запчастей.

Важные моменты

Далее название «автоматическую коробка переключения (перемены) передач» мы будем сокращать до АКПП, АКП или же будем называть этот агрегат просто автоматом или коробкой-автоматом. Так будет проще и для нас, и для читателей. Первое, на что нужно обратить внимание: такой агрегат обеспечивает выбор передаточного числа при движении автомобиля без непосредственного участия водителя, т.е. автоматически. С технической точки зрения коробкой-автоматом можно было назвать любой агрегат, который переключает передачи в автоматическом режиме. Например, РКПП. Однако название АКПП закрепилось лишь за той разновидностью агрегатов, который имеет гидромеханический планетарный механизм. Те же «роботы» могут иметь электронное + электропневматическое или же электромеханическое исполнительные устройство – по этой причине они выделяются в отдельный класс. Вариаторы и вовсе не имеют передач как таковых, так что и они относятся к своему классу. Зачастую под АКП понимают весь трансмиссионный агрегат:

• Гидротрансформатор и прочие гидравлические компоненты;
• Механические элементы коробки передач;
• Электронные элементы коробки передач;
• Смежные элементы.

В отечественной литературе иногда встречается термин «гидромеханическая передача». По факту, это та же коробка-автомат в автомобильной трансмиссии. Так обозначают, например, агрегаты некогда знаменитых автобусов ЛиАЗ-677 и автомобилей «Чайка». Само название отражает отнюдь не способность агрегата автоматически переключать передачи, а его конструктивные особенности – совокупность механических и гидравлических компонентов.

Коротко об устройстве

Для начала мы ознакомимся с основными элементами коробки передач, а уже затем подробно разберем и их. На первый взгляд, коробка-автомат устроена довольно просто. На поверку оказывается, что каждый из ее элементов рассчитан на эксплуатацию в конкретной модели агрегата и, скорее всего, не является взаимозаменяемым с другими подобными элементами. Речь идет о:

1. Гидротрансформаторе. По своим функциям практически идентичен сцеплению в «механике»;
2. Планетарной передаче (ряде). Выполняет те же задачи, что и блок шестерен в «механике»;
3. Тормозной ленте, передних и задних фрикционах. Отвечают за включение передач;
4. Управляющем устройстве. Комплексный узел, включающий в себя шестеренчатый насос, гидроблок, маслосборник, клапанную коробку.

Кроме того, современные «автоматы» не могут работать без целой плеяды электронных компонентов. Они подают данные о работе агрегата на ЭБУ, а тот, в свою очередь, дает команды другим автомобильным агрегатам. Здесь стоит выделить:

1. Датчик положения селектора. Передает данные о положении селектора ЭБУ, а также отвечает еще и за включение задних огней, контроль стартера в “N” и “P” режимах;
2. Датчик скорости. Как правило, их два: один считывает скорость вращения первичного вала, а второй – вторичного (выходного) или шестерни дифференциала;
3. Датчик температуры рабочей жидкости. Обычный терморезистор, фиксирующей температуры рабочей жидкости АКП;
4. Датчик давления. Таких датчиков может быть несколько. Они определяют интенсивность циркуляции рабочей жидкости;
5. Датчик положения педали газа, педали тормоза. Опциональные датчики;
6. Датчик положения дроссельной заслонки. Помогает ЭБУ определить нагрузку на двигатель. Его работоспособность влияет на выбор оптимальной передачи.

Как видите, автоматическая коробка передач состоит из большого количества узлов. В данном материале мы не будем уделять большого внимания электронным компонентам коробки, а сосредоточимся на гидравлике и механике. В будущих материалах внимание будет уделено датчикам АКПП – некоторые из них довольно интересны и требуют отдельного разбора.

Коротко о гидротрансформаторе

В одном из материалов цикла «Полезные советы» мы уже разбирал устройство гидротрансформатора. Советуем ознакомиться с этим материалом. Если вкратце, то гидротрансформатор позволяет реализовать передачу момента в трансмиссии без создания жесткой связи. Крутящий момент будет передаваться посредством рециркуляции жидкости – почти как в гидравлической муфте. Гидротрансформатор включает в себя:

• Корпус;
• Насосное колесо, иначе называемое насосом;
• Статор, иначе называемый реактором;
• Турбину;
• Плиту блокировку;
• Обгонную муфту.

Все довольно просто. Турбинное колесо гидротрансформатора жестко связано с первичным валом трансмиссии, а насосное колесо – с коленвалом. Между колесами располагается статор (реактор) с муфтой свободного хода. Как только двигатель начинает свою работу, коленвал приходит в движение, раскручивает насосное колесо, а то, в свою очередь, раскручивает турбинное колесо – оно как бы утягивается потоком трансмиссионной жидкости. В реакторе жидкость получает дополнительное ускорение при прохождении через межлопаточные каналы с сужающимся профилем. Гидротрансформатор может как блокироваться, так и проскальзывать – режим его работы будет зависеть от множества факторов, которые учитывает электроника.

Подробнее о планетарной передаче

Многие считают основой АКПП гидротрансформатор, однако на деле он столь же важен, как и хитрая система планетарных передач. Как уже было указано, каждый элемент «автомата» имеет свое место и спроектирован из расчета на эксплуатацию в конкретной модели агрегата. В случае планетарных передач точность исполнения каждой шестерни крайне важна. Речь идет о:

• Солнечной шестерне;
• Кольцевой шестерне;
• Сателлитах и водиле.

Любая принципиальная схема планетарной передачи сводится к тому, что одна из устанавливаемых шестерен имела жесткую фиксацию. Например, солнечная шестерня или водило. Общий принцип планетарной передачи АКП предусматривает вращение шестерен аж трех типов. На практике для реализации 5- и 6-ступенчатых коробок передач одного планетарного механизма оказывается недостаточно.

Современная трансмиссия в автомобилях с коробкой-автоматом имеет т.н. планетарные ряды. Они связаны друг между другом несколькими планетарными механизмами. Планетарный ряд в зависимости от условий позволяет реализовывать достаточно широкий диапазон передаточных отношений: от 0.7:1.0 (повышенные передачи) до 4.5:1.0 (пониженные). Работает система так же, как и блок шестерен в механических коробках передач. Разница в том, что планетарная передача компактнее, позволяет реализовать наиболее широкий диапазон передаточных чисел, работает с большими нагрузками, имеет небольшую вибронагруженность и может похвастать высокой плавностью работы.

Ленточные тормоза и фрикционные муфты

Теперь поговорим о том, как АКП работает на одном примере. Напоминаем, что передаточное отношение агрегата будет соответствовать определенной передаче. Выше мы уже привели диапазон передаточных отношений, приводя примеры повышенных и пониженных передач. В случае повышенных передач система работает так:

• Вал, имеющий соединение с гидротрансформатором, начинает соединяться с водилом АКП посредством муфты;
• Меньшая из солнечных шестерен начинает свободно вращаться, тем временем как большая из солнечных шестерен блокируется ленточным тормозом;
• Вал не получает соединения с турбиной – весь входной крутящий момент будет идти от гидротрансформатора.

Ленточных тормозов в коробке-автомате несколько. Внешне они похожи на обычные стальные ленты, обернутые вокруг блока шестерен. Ленты соединяются с блоком тогда, когда их проталкивают гидравлические цилиндры. В случае муфт все несколько сложнее. В коробках-автоматах находится четыре муфты. Каждая из них приводится в действие посредством гидравлической жидкости, давление которой повышают поршни. Как ленты, так и фрикционные муфты позволяют переключать передачи без разрыва потока мощности, который характерен для механической коробки передач.

Шестеренчатый насос и центробежный регулятор

В коробке-автомате имеется специальный шестеренчатый насос, который подает трансмиссионную жидкость из поддона агрегата в его гидравлическую систему. Также такой насос питает гидротрансформатор и охладитель масла. При выходе шестеренчатого насоса весь агрегат будет страдать не только от сухого трения, но и от перегрева. К счастью, он крайне надежен и редко выходит из строя. Шестеренчатый насос может иметь:

• Внешнее зацепление зубчатых колес;
• Внутреннее зацепление.

В подавляющем большинстве моделей АКП шестеренчатый насос имеет внутреннее зацепление. В нем в качестве ведущей шестерни выступает внутреннее зубчатое колесо, приводимое в действие коленчатым валом двигателя. Такой насос также имеет делитель, предотвращающий утечку трансмиссионной жидкости при ее нагнетании. Суть работы насоса довольно проста: как только зубья выходят из зацепления, объем между ними увеличивается – в образовавшуюся зону разрежение сразу попадает масло из всасывающей магистрали насоса. Далее масло выталкивается в нагнетательную магистраль, которая находится рядом с зоной повышенного давления в месте вхождения зубьев в контакт.

Центробежный регулятор можно назвать «умным» клапаном, который учитывает скорость движения транспортного средства. Чем выше скорость автомобиля, тем выше и скорость вращения этого регулятора. В свою очередь, чем больше скорость вращения, тем больше будет открываться находящийся в регуляторе клапан, обеспечивающий прохождение масла.

Неисправности коробки-автомата

Несмотря на высокую надежность «автоматов», иногда они выходят из строя. Согласно статистике, чаще всего мастерам приходится ремонтировать коробки передач моделей ZF5HP19, 722.6, U140, а также практически все агрегаты от концерна Honda возрастом 10 и более лет. Это не значит, что все АКП ненадежны. На самом деле неудачные модели есть и у Mercedes-Benz, и у Toyota, и у BMW. Все три концерна известны надежность своей продукции, однако именно их АКП являются самыми частыми гостями ремонтных мастерских. Для автоматических коробок передач характерны такие неисправности:

• Разрыв тормозной ленты или выход из строя муфт;
• Неисправности гидроблока;
• Проблема с подшипниками;
• Пониженный уровень трансмиссионной жидкости (забивание засорение каналов);
• Выход из строя контроллера;
• Поломка датчиков;
• Выход из строя масляного насоса;
• Поломка обгонной муфты.

Как показывает практика, в коробках-автоматах одна неисправность может довольно быстро перейти в другую. К примеру, износ тормозных лент и дисков фрикционных муфт приводит к довольно быстрому загрязнению масла, которое затем может засорить масляные каналы и клапаны. Как показывает практика, от проблем с маслом сильнее всего страдает именно гидроблок (клапанная плита). Выявить некоторые неисправности можно даже без снятия и разработки агрегата. Вот например:

• Автомобиль может двигаться в режиме паркинга. Проблема кроется в неисправности отдельных элементов механизма переключения скоростей, или в нарушения регулировок этого механизма. Требуется замена отдельных деталей с дальнейшей регулировкой;
• Наблюдается утечка масла из АКП. Причин две: нарушение целостности уплотнительных колец и самопроизвольное отворачивание крепежных элементов в картере сцепления, поддоне. Требуется замена уплотнителей и подтяжка болтов;
• Повышенная шумность работы агрегата, затрудненное переключение передач или же их самопроизвольное переключение. Стоит проверить уровень масла – скорее всего он понижен;
• Отсутствие понижения передачи при прекращении манипуляций с педалью газа. Причина кроется в повреждении привода дроссельной заслонки или в нарушении регулировок. Как и одном указанных выше вариантов неисправности, требуется замена отдельных элементов системы, регулировка;
• Запуск двигателя при неправильном положении рычага селектора. Требуется регулировка включателя пуска.

Существуют и более серьезные неисправности. Зачастую они вызваны тем, что один из элементов коробки-автомата вышел из строя, что привело к дальнейшему лавинообразному росту числа неисправностей. При таком варианте выявить причину поломки и ту деталь, которую необходимо заменить, сложно. Стоит отметить такие неисправности:

• Автомобиль не двигается ни на одной из выбираемых передач. Требуется проверить: уровень масло, фильтра, гидротрансформатор, фрикционные элементы (ленты, диски), шестерню масляного насоса, соленоиды гидроблока;
• Задняя передача работает нормальное, остальные – нет. Требуется проверить: клапаны гидроблока, муфту прямого хода и смежный с ней поршень, фрикционные элементы;
• Обратная ситуация: автомобиль движется только вперед. Требуется проверить: фрикционные элементы, поршень тормозной ленты;
• Включается только 1- и 2-я передачи. Требуется проверить: муфты и поршни прямого хода, шлицы барабана сцепления;
• Включается 1- и 2-я передачи, автомобиль может двигаться назад. Аналогично, но также требуется проверить соленоиды и клапаны гидроблока;
• Пробуксовка автомобиля при подъемах в гору. Требуется проверить: износ дисков и муфт прямого хода, поршень, уровень масла;
• Пробуксовка муфт при переключении передач. Требуется проверить: масляный фильтр, уровень масла, соленоиды гидроблока;
• Отсутствие срабатывания режима KickDown. Требуется проверить: датчик давления, выключатель режима KickDown, клапан гидроблока, отвечающий за понижение передач с 3-й на 2-ю;
• Удары при переключении передач. Требуется проверить: клапаны гидроблока (в частности, возвратные пружины), диски фрикционных муфт.

Кроме того, могут наблюдаться и такие неисправности: шум в районе дифференциала, остановка двигателя, падение магистрального давления, лязг агрегата на холостом ходу. В этом случае нужно проверить гидротрансформатор, гидроблок, дифференциал, фрикционные муфты. Дороже всего обойдется проверка и ремонт гидроблока. К счастью, подбор комплектующих для ремонта будет только денежной проблемой – запчасти найти несложно.

Выбор запчастей для ремонта коробки-автомата

Проведя диагностику на СТО, вы наверняка столкнетесь с необходимостью самостоятельного выбора комплектующих для ремонта. Если с уплотнителями и пружинами все более-менее просто (найти их можно во многих магазинах), то, скажем, найти новый центробежный регулятор в обычных магазинах автомобильных комплектующих будет сложно. Мы рекомендуем вести поиски в интернет-магазинах и маркетплейсах, т.к. их ассортимент намного шире – здесь вы найдете все необходимое для ремонта. Вести поиски можно по:

• Имеющемуся у вас коду автозапчасти;
• Параметрам коробки передач.

Зачастую поиски приходится именно по параметрам агрегата, а заодно и параметрам автомобиля. К примеру, на Avto.pro такой поиск реализован следующим образом: автолюбитель переходит в каталог, выбирает нужную марку и модель транспорта, выбирает нужные категории (тормозная система, трансмиссия, электрика), находит в выпадающем списке нужные детали, уточняет модель агрегата. Сразу отметим, что практически все элементы коробок передач не являются взаимозаменяемыми. Имеет смысл уточнить совместимость на специализированных сайтах.

Вывод

Автоматическая коробка передач сегодня для большинства водителей даже более привычна, нежели механическая. Несмотря на то, что в отличие от «механики» она более требовательна к обслуживанию, а ее ремонт обходится крайне недешева, все недостатки компенсируются повышенной комфортностью, плавностью и размеренностью движения, помощью водителю при езде по сложным участкам дороги. Напоминаем, что трансмиссионную жидкость АКП нужно менять каждые 45-60 тыс. км. пробега. Сам агрегат нуждается в «прогреве» перед началом езды. Его не стоит слишком часто переводить в нейтральный режим. Если соблюдать эти правила, коробка-автомат прослужит вам очень долго.