В 1960 годах автоматическая коробка передач серийно устанавливалась так-же на Волгу ГАЗ-21. Однако это была небольшая партия и в свободную продажу 21-я Волга с «автоматом» не поступала. Сама АКПП была британского производства. В современной России серийно
автоматической коробкой (в качестве опции) комплектуется ВАЗовская Lada Granta. На нёё устанавливается японский четырёх-ступенчатый автомат фирмы Jatco. Чуть позже на Лада Гранта стали устанавливать гибрид вазовской КПП и модуля АКПП немецкой фирмы ZF, а японским Jatco стали комплектовать Datsun Mi-DO (этот автомобиль создан на базе Лада Калина)
Автоматическая коробка передач - АКП, механизм изменения передаточного отношения трансмиссии, работающий без непосредственного участия водителя. Автомобиль, оснащенный АКП, имеет сокращенное количество устройств управления, вместо трех педалей («газа», тормоза и сцепления) в нем установлено две педали («газа» и тормоза, педаль выключения сцепления отсутствует). При этом педаль «газа» служит не для увеличения-уменьшения оборотов двигателя, как в автомобиле с механической КП, а для изменения скорости движения автомобиля. В отличие от механической коробки передач АКП оснащается не рычагом переключения, а селектором выбора режима работы.
По устройству АКП разделяются на обычные
двух и трехвальные МКП, дополненные гидротрансформатором (вместо сухого сцепления) и системой автоматического переключения (с электронным, электромеханическим или электропневматическим управлением), и на планетарные
, в которых планетарный редуктор работает в паре с гидротрансформатором . Наиболее типичные - планетарные АКП с гидротрансформатором.
Устройство
Планетарная АКП состоит из гидротрансформатора, планетарной КП (планетарных редукторов), барабанов, фрикционных и обгонной муфт, соединительных валов. Барабаны АКП оснащаются ленточными тормозами для их остановки и включения нужной передачи планетарного редуктора.
Гидротрансформатор в автоматической трансмиссии выполняет функции сцепления и устанавливается между коленчатым валом двигателя и КП. Гидротрансформатор состоит из ведущей и ведомой турбин и неподвижно закрепленного относительно двигателя статора (иногда статор выполняется вращающимся, в этом случае он оснащается ленточным тормозом - применение подвижного статора добавляет гидротрансформатору гибкости на малых оборотах двигателя и улучшает его характеристики). Ведущая турбина вращается, как и ведущий диск сцепления, с той же частотой, что и коленчатый вал двигателя. Ведомая турбина вращается за счет гидродинамических сил, возникающих из-за вязкости заполняющей внутреннюю полость гидротрансформатора жидкости. Основное назначение гидротрансформатора - передача вращения коленчатого вала на шестерни планетарной КП с проскальзыванием, что обеспечивает плавное переключение передач и начало движения автомобиля. При больших оборотах двигателя ведомая турбина блокируется и гидротрансформатор выключается, передавая крутящий момент с коленчатого вала на шестерни АКП напрямую (соответственно, потерь).
Планетарная КП или планетарный редуктор - комплекс из большой коронной шестерни (эпицикла), малой солнечной шестерни и связывающих их шестерен-сателлитов, закрепленных на водиле. В разных режимах работы редуктора вращаются разные шестерни, а один из блоков (эпицикл, солнечная шестерня или водило с сателлитами) закреплен неподвижно.
Схема АКП:
1 - турбинное колесо;
2 - насосное колесо;
3 - колесо реактора;
4 - вал реактора;
5 - первичный вал планетарного редуктора;
6 - главный масляный насос;
7 - фрикцион II и III передач:
8 - тормоз I и II передач;
9 - фрикцион III передачи и передачи заднего хода;
10 - муфта свободного хода I передачи;
11 - тормоз заднего хода;
12 - первый промежуточный вал;
13 - второй промежуточный вал;
14 - барабан с зубчатым венцом;
15- центробежный регулятор;
16 - вторичный вал;
17 - механизм переключения передач;
18 - дроссельный клапан;
19 - кулачок
Фрикционные муфты предназначены для переключения передач введением в зацепление (или, наоборот, выведением из зацепления) шестерен планетарного редуктора АКП. Муфта состоит из ступицы (хаба) и барабана. На внешней поверхности ступицы и внутренней барабана расположены прямоугольные зубья (на ступице) и такие же шлицы (внутри барабана), которые по форме соответствуют друг другу, но не зацеплены. Между ступицей и барабаном располагается набор (пакет) кольцеобразных фрикционных дисков. Половина дисков выполнена из металла и оснащена выступами, входящими в шлицы внутренней поверхности барабана. Вторая половина дисков - из пластмассы и имеет вырезы, в которые входят зубья ступицы. Таким образом, механическое сцепление ступицы и барабана происходит через трение металлических и пластмассовых дисков пакета фрикционной муфты.
Сообщение и разобщение ступицы и барабана фрикционной муфты происходит после сжатия пакета дисков кольцеобразным поршнем, установленным внутри ступицы. Поршень имеет гидравлический привод. Жидкость в цилиндр привода подается под давлением через кольцевые канавки в барабане, валах и картере АКП.
Обгонная муфта используется для уменьшения ударных нагрузок на фрикционные муфты при переключении передач и для отключения двигателя при движении автомобиля накатом (при некоторых режимах работы АКП). Обгоная муфта устроена таким образом, что свободно проскальзывает при вращении в одном направлении и заклинивает при обратном (передавая деталям АКП вращающий момент). Она состоит из двух колец - внешнего и внутреннего - и расположенных между ними набора роликов, разделенных сепаратором. После увеличения оборотов двигателя и переключения передачи АКП один из блоков планетарного ряда стремится вращаться в обратную сторону - обгонная муфта заклинивает этот блок, предотвращая обратное вращение.
Принцип работы АКП
Рассмотрим работу четырехступенчатой АКП, оснащенной двумя планетарными редукторами.
Первая передача
. Солнечная шестерня первого планетарного ряда не подключена к двигателю, первый ряд не участвует в передаче крутящего момента. Солнечная шестерня второго ряда соединена с коленчатым валом двигателя (добавим - через гидротрансформатор). Водило с сателлитами второго планетарного ряда соединено с выходным валом КП. Эпицикл (самая большая коронная шестерня) второго ряда при низких оборотах двигателя прокручивается через обгонную муфту, крутящий момент на механизмы трансмиссии не передается. Как только обороты двигателя повышаются, обгонная муфта блокирует коронную шестерню - начинается передача крутящего момента через сателлиты и водило. Автомобиль трогается с места и начинает движение.
Вторая передача
. Солнечная шестерня первого ряда заблокирована и неподвижна. Водило с сателлитами первого ряда входит в зацепление с эпициклом второго ряда через обгонную муфту. Эпицикл первого ряда входит в зацепление с водилом второго ряда, которое соединено с выходным валом КП. Крутящий момент от двигателя передается через солнечную шестерню второго ряда. В этом режиме работают оба планетарных ряда КП.
Третья передача
. Шестерни первого ряда не принимают участия в передаче крутящего момента. Солнечная шестерня второго ряда и эпицикл второго ряда соединены со входным валом, крутящий момент передается водилом на выходной вал. Преобразования крутящего момента не происходит - АКП работает в режиме прямой передачи.
В режимах первой, второй и третьей передач водитель не может тормозить двигателем. Для обеспечения возможности торможения двигателем предусмотрена блокировка обгонной муфты фрикционной муфтой. Тогда при отпускании педали «газа» шестерни коробки не будут разобщать механизмы трансмиссии с двигателем.
Четвертая передача
. Это режим ускоряющей передачи, когда передаточное число трансмиссии больше единицы. Солнечная шестерня первого ряда остановлена. Крутящий момент передается на водило с сателлитами первого планетарного ряда. Эпицикл первого ряда входит в зацепление с водилом второго ряда, которое, в свою очередь, передает крутящий момент на механизмы трансмиссии. Солнечная шестерня и эпицикл второго ряда в передаче крутящего момента не участвуют.
Задний ход
. Солнечная шестерня первого ряда соединена с коленчатым валом двигателя. Водило второго ряда заблокировано фрикционной муфтой. Эпицикл первого ряда входит в зацеплении с водилом второго ряда, которое, в свою очередь, соединено с выходным валом. Выходной вал вращается в обратную сторону.
Системы управления АКП
Система управления режимами работы АКП выполнена в виде гидравлических приводов, передающих давление масла от гидронасоса к поршням исполнительных механизмов фрикционных муфт и тормозных лент барабанов. Поток масла в маслопроводах перераспределяют золотники, которые управляются либо вручную положением селектора АКП, либо автоматически. Блок автоматического управления АКП может быть гидравлическим или электронным.
«Классическая» АКП управляется гидравлическим механизмом, который состоит из центробежного регулятора давления жидкости, установленного на выходном валу двигателя и датчика давления гидравлического привода педали «газа». Золотники перемещаются под давлением обеих гидроцепей, что позволяет АКП переключать передачи в соответствии с частотой вращения коленчатого вала двигателя и положения педали «газа».
В электронной системе автоматического управления вместо гидравлического привода золотников используется электромеханический - золотники перемещаются соленоидами. Команды на перемещения золотников дает блок электронного управления, в современных автомобилях - центральный бортовой компьютер автомобиля. Этот же компьютер обычно управляет и системой зажигания, и впрыском топлива. Команды на перемещение золотников блок электронного управления получает от датчика частоты вращения выходного вала двигателя и положения педали «газа». Переключать передачи можно и в ручном режиме, перемещая селектор в нужное положение.
В большинстве современных АКП предусмотрено ручное управление коробкой даже после полного выхода из строя электронной системы управления. При этом в любом случае вручную можно включить прямую (третью по описанной выше четырехступенчатой схеме) передачу, а если не повреждена электромеханическая часть системы управления - все передачи ручным переводом селектора.
Селектор АКП
В 50-е годы прошлого века общепринятым стандартом системы управления АКП стал селектор «PRNDL» - по перечислению очередности включения режимов автоматической КП. Именно эта последовательность была признана наиболее безопасной и рациональной с точки зрения конструкции АКП.
Режимы работы АКП - положения селектора переключения
.
P - парковочный режим
. Двигатель отсоединен от трансмиссии. АКП блокирована внутренним механизмом и соединена с трансмиссией, что обеспечивает блокировку всех механизмов трансмиссии. При этом АКП никак не связана со стояночным тормозом и не отменяет необходимость его использования на стоянках.
R - режим заднего хода
. Во всех современных АКП селектор в этом положении дополнен блокировочным механизмом, предотвращающим случайное включение заднего хода при движении автомобиля вперед.
N - нейтральный режим
АКП. Задействуется при остановках, движении накатом, буксировке.
D - основной режим
работы АКП («Драйв»). Задействованы все ступени АКП (обычно и повышающая передача, которая в противном случае может включаться дополнительным положением рукоятки селектора с обозначением «2» или «D2»).
L - режим пониженной передачи
, который используется для движения по бездорожью и на крутых подъемах.
Этот порядок переключения селектора АКП был закреплен в США законодательно в 1964 году. Отступление от этого стандарта считается недопустимым с точки зрения безопасности автомобиля.
Определение
Автоматическая коробка переключения передач (АКПП, автоматическая трансмиссия) - одна из разновидностей КПП, главным отличием от механической коробки переключения передач является то, что в АКПП переключение передач обеспечивается автоматически (т.е. не требуется прямое участия оператора (водителя)). Выбор передаточного числа соответствует текущим условиям движения, а так же зависит и от множества других факторов. Так же, если в традиционных КПП используется механический привод, то в автоматической коробке переключения передач иной принцип движения механической части, а именно, задействован гидромеханический привод или планетарный механизм. Встречаются конструкции, в которых двухвальная или трехвальная коробка передач работает вместе с гидротрансформатором. Такое сочетание использовали на автобусах ЛиАЗ-677 и в продукции компании ZF Friedrichshafen AG.
В последние годы, в обиход пришли автоматизированные механические коробки передач с электронным управлением и электропневматическими или электромеханическими исполнительными устройствами.
Предыстория
Недаром говорят, что лень – двигатель прогресса, вот и желание комфорта и более простой, удобной жизни породило множество интересных вещей и изобретений. В автомобилестроении, таким изобретением можно считать автоматическую коробку переключения передач.
Хотя конструкция АКПП является достаточно сложной и стала популярна лишь в конце 20 века, впервые ее установили в шведский автобус фирмы "Лисхольм-Смит" 1928 года. В серийное же производство, АКПП пришла лишь через 20 лет, а именно, в 1947 году в автомобиле Buick Roadmaster. Основой данной трансмиссии послужило изобретение немецкого профессора Феттингера, запатентовавшего в 1903 году первый гидротрансформатор.
На фотографиях тот самый Buick Roadmaster – первый серийный автомобиль, имеющий АКПП.
В автоматической трансмиссии роль сцепления выполняет гидротрансформатор, который передает крутящий момент к коробке передач от двигателя. Сам гидротрансформатор состоит из центростремительной турбины и центробежного насоса, между которыми расположен направляющий аппарат (реактор). Все они располагаются на одной оси и в одном корпусе, вместе с гидравлической рабочей жидкостью.
Ближе к современности
Середина 60х годов 20 века ознаменовалась окончательным закреплением и утверждением в США - современной схемы переключения АКПП - P-R-N-D-L . Где:
"P" (Parking) – "Стоянка" - Включена нейтральный режим, при котором выходной вал коробки механически заблокирован, благодаря чему автомобиль не движется.
"R" (Reverse) – "Задний ход" – Включение режима заднего хода (задняя передача).
"N" (Neutral) – "Нейтраль" – Связи между выходными валами КПП и входными нет. Но при этом, выходной вал не заблокирован, и автомобиль может перемещаться.
"D" (Drive) – "Основной режим" - Автоматическое переключение по полному кругу.
"L" (Low) – Движение только на 1-й передаче. Используется только 1-я передача. Гидространсформатор заблокирован.
Повышение требований к экономичности автомобилей привело к возвращению в 1980х годах четырехступенчатых трансмиссий, в которых четвертая передача имела передаточное число меньше единицы («овердрайв»). Так же получили распространение и блокирующиеся на большой скорости гидротрансформаторы, которые позволяли увеличить КПД трансмиссии за счет снижения потерь, возникающих в гидравлическом элементе.
В период с 1980-1990 года произошла компьютеризация систем управления двигателем. Аналогичные системы управления применялись и в АКПП. Теперь контроль над потоками гидравлической жидкости регулировался при помощи соленоидов, связанных с компьютером. Вследствие чего, переключение передач стало более плавным и комфортным, а экономичность и эффективность работы опять увеличились. В эти же года появляется возможность ручного управления коробкой передач ("Типтроник" или аналогичные). Изобретена первая пятиступенчатая коробка передач. Отпадает необходимость смены масла в КПП, поскольку ресурс уже залитого в нее сопоставим с ресурсом коробки переключения передач.
Конструкция
Традиционно, автоматические коробки переключения передач состоят из планетарных редукторов, гидротрансформаторов, фрикционных и обгонных муфт, соединительных барабанов и валов. Иногда применяют тормозную ленту, которая замедляет один из барабанов относительно корпуса АКПП при включении одной из передач.
Роль гидротрансформатора заключается в передаче момента с проскальзыванием при трогании с места. На высоких оборотах двигателя (3-4 передача), гидротрансформатор блокируется фрикционной муфтой, которая не дает ему проскальзывать. Конструктивно он устанавливается так же, как и сцепление на трансмиссии с МКПП – между АКПП и собственно двигателем. Корпус гидротрансформатора и ведущая турбина крепится на маховик двигателя, как и корзина сцепления.
Сам гидротрансформатор состоит из трех турбин – статора, входной (составл. корпуса) и выходной. Обычно статор глухо затормаживается на корпус АКПП, однако в некоторых вариантах затормаживание статора включается фрикционной муфтой для максимального использования гидротрансформатора во всем диапазоне оборотов.
Фрикционные муфты ("пакет") соединяя и разъединяя элементы АКПП – выходного и входного валов и элементов планетарных редукторов, и затормаживая их на корпус АКПП, осуществляют переключение передач. Муфта состоит из барабана и хаба. Барабан имеет крупные прямоугольные пазы внутри, а хаб – крупные прямоугольные зубья снаружи. Пространство между барабаном и хабом заполняют кольцеобразные фрикционные диски, часть из которых – пластмассовая с внутренними вырезами, куда входят зубья хаба, а другая часть выполнена из металла и имеет выступы снаружи, входящие в пазы барабана.
Сжимая гидравлически кольцеобразным поршнем пакет дисков, производится сообщение фрикционной муфты. Масло к цилиндру подводится через канавки в валах, корпусе АКПП и барабане.
Превью - увеличение по клику.
На первой, слева, фотографии - разрез гидротрансформаторной восьмиступенчатой АКПП автомобиля Lexus, а на второй - разрез шестиступенчатой преселективной АКПП Volkswagen
Обгонная муфта свободно скользит в одном направлении и заклинивает с передачей момента в другом. Традиционно она состоит из внутреннего и внешнего кольца и расположенного между ними сепаратора с роликами. Служит для снижения ударов во фрикционных муфтах при переключении передач, а также для отключения торможения двигателем в некоторых режимах работы АКПП.
В качестве устройства управления АКПП использовали набор золотников, которые управляли потоками масла к поршням фрикционных муфт и тормозных лент. Положение золотников задаются, как вручную механически рукояткой селектора, так и автоматикой. Автоматика бывает электронной или же гидравлической.
Гидравлическая автоматика задействует давление масла от центробежного регулятора, который соединен с выходным валом АКПП, а также давление масла от нажатой водителем педали газа. В результате чего, автоматика получает информацию о скорости автомобиля и положении педали газа, в зависимости от которой переключаются золотники.
Электроника использует соленоиды, перемещающие золотники. Кабели от соленоидов расположены вне пределов АКПП и ведут к блоку управления, который иногда объединен вместе с блоком управления впрыском топлива и зажигания. В зависимости от положения рукоятки селектора, педали газа и скорости автомобиля, электроника принимает решение о перемещении соленоидов.
Иногда, предусмотрена работа АКПП и без электронной автоматики, но только с третьей передачей переднего хода, или же со всеми передачами переднего хода, но с обязательным переключением рукоятки селектора. По вопросам поломки и ремонта КПП вас проконсультируют .
Так уж сложилось, что большинство водителей по-прежнему отдают предпочтение механической коробке передач, считая, что автоматическая еще далека от идеала, имеет ряд недостатков, да и просто не соответствует имиджу мужчины. Ну, кому что нравится, один отдает предпочтение «автомату» другой механике. В данной статье мы не собираемся кого-то в чем-то переубеждать, а просто поговорим о том, какие бывают автоматические коробки передач, чем они друг от друга отличаются и какие у каждой из них преимущества и недостатки.
Немного истории
Ломать голову над тем, как облегчить работу водителя по переключению передач, инженеры начали еще на заре XX века. Первая из известных нам разработок появилась на легендарном Ford T. Переключение передач двухступенчатой планетарной трансмиссии Ford T осуществлялось с помощью двух ножных педалей: одна переключала низшую и высшую передачи; вторая включала задний ход. Затем, уже в середине 1930-х годов, другие американские компании, Reo и General Motors , представили свои версии полуавтоматических трансмиссий. Разработка GM представляла собой планетарный механизм, работой которого управляла гидравлика. Примерно в то же время за создание АКПП взялся и Chrysler , однако его наработки нашли более или менее реальное применение лишь накануне Второй мировой войны, да и назвать их автоматической трансмиссией в современном понимании было нельзя, хотя гидромуфта в ней уже использовалась.
Hydra-Matic - первая по-настоящему автоматическая коробка передач, внедренная в серийное производство
Обратили внимание, что пионерами в области создания автоматической КПП были американцы и только они? Не до конца понятно почему, но именно янки наиболее фанатично относились и продолжают относиться к «автоматам». Найти в США автомобиль с механической коробкой надо еще постараться. А потому и неудивительно, что первую по-настоящему автоматическую трансмиссию разработали и внедрили в серийное производство инженеры General Motors. Уже в 1940 году она была доступна в качестве опции на автомобилях марки Oldsmobile и носила название Hydra-Matic. Конструктивно она представляла собой комбинацию гидромуфты и 4-ступенчатой планетарной коробки передач с автоматическим гидравлическим управлением. Чтобы понимать, насколько значимым для мирового автомобилестроения было появление Hydra-Matic, достаточно сказать, что эту трансмиссию вскоре стали устанавливать на свои автомобили не только американские, но и европейские производители, включая Bentley и Rolls-Royce . Более того, даже Mercedes-Benz свой первый «автомат» разрабатывал на основе Hydra-Matic!
Естественно, путь АКПП был тернист и сопровождался постоянной борьбой с «детскими болезнями», частыми поломками и относительно небольшим сроком службы. Но инженеры не были бы инженерами, если бы не смогли побороть большую часть недугов. Современные автоматические трансмиссии все еще требуют особого к себе отношения, но стали намного более надежными и долговечными, почти сравнялись по расходу топлива с механическими КПП и расплодились, как грибы после дождя. Причем, не только производителей «автоматов» стало больше, но и разновидностей самих коробок уже не одна, и даже не две.
«Автомат» с гидротрансформатором
Такую автоматическую коробку передач называют классической, поскольку появилась она раньше других и до сегодняшнего дня является наиболее распространенной. Принцип ее работы и прост и сложен одновременно. Состоит она из двух самостоятельных узлов - коробки передач и гидротрансмформатора, то есть последний частью КПП не является, а выполняет, по сути, роль сцепления.
Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин – центробежного насоса и центростремительной турбины. Между ними расположен направляющий аппарат – реактор. Насосное колесо жестко связано с коленчатым валом двигателя, турбинное – с валом коробки передач. Реактор же, в зависимости от режима работы, может свободно вращаться, а может быть заблокирован при помощи обгонной муфты.
Классический автомат с гидротрансформатором - наиболее распространенная на сегодняшний день АКПП
Сама коробка передач очень похожа на обычную «механику», за исключением некоторых принципиально важных деталей, обеспечивающих переключение передач практически без разрыва потока мощности и без участия водителя. Очень важным моментом является и то, что жесткой связи между двигателем и коробкой передач нет. Крутящий момент на КПП передается с помощью трансмиссионного масла, циркулирующего под давлением по замкнутому кругу.
За весь алгоритм работы АКПП с гидротрансформатором следит электроника, считывающая и обрабатывающая информацию со множества датчиков. Она-то и решает, когда и как переключать передачи. Если водитель педалирует мягко, переключение передач будет происходить достаточно быстро, чтобы не раскручивать двигатель до высоких оборотов и экономить, тем самым, энергию (топливо). Однако, как только электроника получит сигнал о резком и интенсивном нажатии на педаль акселератора, она тут же переключится в режим, позволяющий раскрыть весь потенциал двигателя. Впрочем, чтобы не вводить электронику в заблуждение и предоставить водителю наиболее оптимальные характеристики работы коробки передач в конкретных условиях, многие производители дают возможность переключаться между заранее запрограммированными режимами, вроде экономичного, спортивного или зимнего.
Нередко автоматические КПП позволяют переходить и в ручной режим переключения передач, либо селектором, либо подрулевыми «лепестками». Впервые такая «фишка» появилась на автомобилях Porsche и получила название Tiptronic. Причем, Tiptronic - это вовсе не тип АКПП, а лишь торговая марка. У каждого производителя она своя (Steptronic у BMW , Autostick у Chrysler и т. д.), но именно Tiptronic стала именем нарицательным по аналогии с Xerox для копировальных аппаратов. И все же, ручное переключение передач в автоматической коробке является не более, чем дополнительным функционалом, не несущим для подавляющего большинства водителей слишком большого смысла. В конце концов, «автомат» покупают не для того, чтобы переключать передачи вручную, да и электроника, в любом случае, не даст водителю полной свободы действий.
Современные автоматы дают широкие возможности в выборе режимов езды, включая возможность ручного переключения передач
К несомненным достоинствам «автомата» с гидротрансформатором, как и любой другой немеханической КПП, можно отнести комфорт. Кроме того, гидротрансформатор является идеальным демпфером крутильных колебаний и способен гасить сильные толчки, которые передаются от двигателя на трансмиссию и наоборот, что благоприятно сказывается на ресурсе и силового агрегата, и трансмиссии, и ходовой части. С другой же стороны, недостатков у такой коробки тоже хватает. Главные из них - относительно небольшой ресурс и невысокий КПД. Последнее обусловлено тем, что полезная энергия расходуется на перелопачивание и нагрев масла гидротрансформатором. Немало энергии отбирает и насос, создающий давление в управляющих магистралях. Все это приводит к повышенному расходу топлива, хотя за последние несколько лет инженерам удалось добиться определенного прогресса и поумерить аппетиты классического «автомата».
Из прочих недостатков АКПП с гидротрансформатором стоит отметить невозможность завести автомобиль «с толкача» и необходимость внимательно следить за состоянием трансмиссионного масла и своевременно менять его (а оно дороже масла для «механики»). Причем, касается это даже так называемых необслуживаемых коробок, которые это самое обслуживание, рано или поздно, но все равно ждет.
Многие водители жалуются, что АКПП с гидротрансформатором слишком задумчива, особенно 4-ступенчатые, и отчасти это правда. Но здесь важно понимать, что производители, порой, нарочно делают коробки не слишком резвыми, дабы оправдать надежды владельца автомобиля по расходу топлива. Подтверждением тому служит хотя бы тот факт, что в автомобилях, где динамика очень важна, современные 6-, 7- и даже 8-ступенчатые «автоматы» с гидротрансформатором демонстрируют великолепную скорость работы. Чего стоит хотя бы ZF 8HP, которая устанавливается на многие модели Audi , BMW, Land Rover , атакие неординарные автомобили, как Bentley Continental GT V8 , Maserati Quattroporte , Jaguar XF ...
Роботизированная КПП
Чтобы понять, как работает роботизированная коробка передач, нужно представить себе обычную «механику». Единственная разница между ними заключается в том, что смыканием/размыканием сцепления и выбором передач в «роботе» занимаются сервоприводы – актуаторы. Чаще всего это шаговый электромотор с редуктором и исполнительным механизмом, но встречаются и гидравлические актуаторы. Управляет ими электронный блок. По команде электроники на переключение первый сервопривод выжимает сцепление, второй перемещает синхронизаторы, включая нужную передачу. Затем первый плавно отпускает сцепление. Вот, собственно, и все.
Роботизированная коробка передач схожа по конструкции с механикой. На иллюстрации - Opel Easytronic
Идеальная, казалось бы, схема - простая, с высоким КПД и меньшим, по сравнению с гидротрансформатором, расходом топлива. Но есть одна загвоздка: чтобы избежать рывков и не издеваться над сцеплением, во время переключения передач «робот» надолго разрывает связь между двигателем и колесами, из-за чего во время разгона возникают неприятные провалы, избавиться от которых можно только одним способом - сократить время переключения. Но как этого добиться? Оказывается, решение было найдено еще до начала Второй мировой войны, когда француз Адольф Кегресс изобрел для Citroen коробку передач с двумя сцеплениями. До производства, правда, дело тогда не дошло, но уже в начале 1980-х идею француза подхватили американцы и немцы. Ну, а в массы «роботы» с двумя сцеплениями ушли с подачи концерна Volkswagen и ее DSG (Direct Shift Gearbox). На ее примере и рассмотрим принцип работы такой коробки. У Porsche, кстати, она называется PDK, у Ford и Volvo - Powershift, у Audi - S-Tronic, у Mercedes-Benz - Speedshift DCT.
В теории все очень просто: у DSG два вторичных вала, с расположенными на них ведомыми шестернями и синхронизаторами, и два первичных вала, вставленных друг в друга по принципу матрешки. Каждый из валов соединяется с двигателем через отдельное многодисковое сцепление. На внешнем первичном валу закреплены шестерни второй, четвертой и шестой передач, на внутреннем - первой, третьей, пятой и заднего хода. Когда включается первая передача, первое сцепление замыкается, передавая крутящий момент через первичный вал на колеса. Одновременно с тем блокируется вторичная шестерня второй передачи, то есть второе сцепление наполовину готово включиться в работу и ждет лишь, когда электроника подаст соответствующий сигнал. И так далее со следующими передачами. За такой принцип работы подобные коробки называют преселективными.
Основное преимущество преселективных «роботов» - скорость переключения передач. У серийной 6-ступенчатой DSG она равна восьми миллисекундам (0,008 сек). Фантастический результат! А если учесть, что коробки с двойным сцеплением комфортнее классического «автомата» и экономичнее «механики» (электроника выбирает оптимальные передачи и, в отличие от водителя, не ленится их переключать), несложно сделать вывод, что долгосрочный успех им обеспечен. Тем более, что инженеры смогли решить большую часть проблем с надежностью, преследовавших первые образцы преселективных роботизированных КПП.
Преселективный робот DSG стал эталоном среди КПП с двумя сцеплениями
Если говорить конкретно о DSG, то стоит, наверное, упомянуть о некоторых особенностях ее работы, подмеченных во время реальной эксплуатации автомобиля с такой коробкой. Например, в моменты, когда возникает необходимость резко ускориться и искусственный интеллект «робота», по идее, должен оперативно отреагировать на интенсивное нажатие на акселератор понижением передачи, DSG на некоторое время «зависает», думает и только потом делает то, что должна. Но еще менее приятные впечатления DSG оставляет в тянучках, когда автомобиль движется с небольшой скоростью и ритм этого движения рваный. В такие моменты «робот» явно подвергается насилию над собой, о чем говорит скрежет из коробки и нервные подергивания автомобиля. Естественно, поломкам в такие минуты DSG подвержена наиболее сильно.
Одно время считалось, что «роботы» с двумя сцеплениями не способны передавать большой крутящий момент, а потому сфера их применения ограничена лишь гражданскими легковыми автомобилями. Однако компания Ricardo доказала обратное, разработав аналог DSG для 1000-сильного купе Bugatti Veyron и сняв тем самым все вопросы.
Вариатор
Хотите верьте, хотите нет, но вариатор – старейшее после колеса изобретение, используемое в автомобиле. Говорят, Леонардо да Винчи нарисовал вариатор еще в 1490 году, однако в реальный механизм, получивший соответствующий патент, бесступенчатая трансмиссия превратилась в конце XIX века.
Оказавшись невостребованной, идея пролежала без дела до 1958 года, пока один из основателей фирмы DAF Хуб Ван Дорн не представил на автомобильной выставке в Амстердаме малолитражку DAF 600 или A-Type, как ее еще называют (не удивляйтесь, в те времена DAF производила не только грузовики, но и легковые автомобили). То был ничем не примечательный малыш, за исключением одного – революционной на то время бесступенчатой трансмиссии CVT (Continuously Variable Transmission). Откровенно говоря, в вариатор тогда мало кто поверил, однако Ван Дорн сдаваться не планировал. Голландец счел, что лучшим способом продемонстрировать скептикам их неправоту будет участие автомобилей с CVT в соревнованиях. Сначала DAF 600 гонялся по раллийным трасам, потом волею случая CVT опробовали на шасси Brabham Формулы-3… Увы, очень скоро выяснилось, что вариатор несовместим с мощными двигателями, а потому путь в большой автоспорт ему был заказан. В 1975 году, правда, сам Энцо Феррари заинтересовался бесступенчатой трансмиссией, но позже принял решение закрыть проект и перебросить силы на разработку двигателя с турбонаддувом. А лебединая песня вариатора в автоспорте прозвучала в 1993 году: после того, как команда Williams Формулы-1 испытала автомобиль с CVT и добилась весьма неплохих результатов, Международная автомобильная федерация строго-настрого запретила использование бесступенчатых трансмиссий в большом спорте.
DAF 600 - первый серийный автомобиль, оснащенный вариатором
Случайно или нет, но именно в 1990-е вариатор начал свое вхождение в массовый автопром и продолжает этот путь, по сей день. Более того, инженерам уже частично удалось решить проблему совместимости с мощными двигателями. Во всяком случае, сейчас CVT успешно работает с моторами, отдача которых значительно превышает отметку 200 л. с. То ли еще будет!
Вариаторы бывают разных типов - клиноременные, цепные и даже тороидальные. Наибольшее распространение получил клиноременной, поэтому принцип работы бесступенчатой трансмиссии мы будем рассматривать именно на его примере. А принцип этот предельно прост. Клиноременной вариатор состоит из двух шкивов, между которыми натянут ремень. Каждый из шкивов, в свою очередь, состоит из двух конусов, обращенных острыми концами друг к другу. Конусы могут сдвигаться и раздвигаться, меняя рабочий диаметр, по которому движется ремень. При сближении конусов ремень выталкивается, то есть движется по большему диаметру, а при отдалении - по меньшему. В результате выполняется главная задача – плавное изменение передаточного отношения без необходимости каких-либо физических переключений.
В силу особенностей своей конструкции, вариатор не может обеспечить реверсивного движения, поэтому для движения автомобиля задним ходом в CVT применяются дополнительные механизмы. Например, планетарный редуктор.
Теоретически, вариатор - идеальная трансмиссия. На практике же она обладает серьезными недостатками
За то, как работает вариатор, отвечает вездесущая электроника. В ее ведомстве находится и управление передачами. Да-да, есть и такие вариаторы, но, как мы понимаем, передачи эти исключительно виртуальные, запрограммированные инженерами для решения конкретных задач, напрямую связанных с характеристиками двигателя и общим предназначением автомобиля.
Идеальная плавность хода, умеренный аппетит и сопоставимая с классическим «автоматом» цена - вот главные достоинства вариатора. Однако все они поставлены под серьезную угрозу недостатками CVT, которые до сих пор мешают бесступенчатой трансмиссии претендовать на лидерство среди «автоматов». В первую очередь это недешевое обслуживание и ремонт. Вариатор требует замены специального (а потому и дорогого) трансмиссионного масла каждые 40-50 тысяч километров, а каждые 100-150 тысяч километров может требоваться замена ремня. Кроме того, нужно знать, что автомобиль с вариатором можно буксировать только с работающим двигателем (лишь в этом случае создается необходимое давление для обеспечения смазки и надежного зацепления ремня со шкивами), либо методом частичной или полной погрузки.
Впрочем, сложности с буксировкой возникают и у автомобилей с классической АКПП. Если эвакуатор по каким-то причине не приехал, а отбуксировать автомобиль надо, достаточно придерживаться нескольких простых правил:
Буксируйте автомобиль с заведенным двигателем;
держите скорость не выше 40 км/час;
за один раз старайтесь не проезжать больше 40-50 км;
делайте остановки на 15-20 мин после каждых 40 км.
Послесловие
У каждой из автоматических коробок передач есть свои характерные достоинства и недостатки. Впрочем, с течением времени и развитием технологий проблемы с «автоматами» становятся все менее явными. Идеальным не может быть ни один механизм, но приблизиться к заветной цели инженеры стремились всегда, и будут стремиться дальше. Кто знает, возможно, в будущем появятся альтернативные конструкции АКПП – надежные, экономичные и недорогие – и им будет суждено вытеснить коробки, о которых мы говорили в этой статье.
Какая-же из существующих ныне автоматических трансмиссией все-таки лучше? Увы, однозначно ответить на этот вопрос нельзя, но, если проследить за тенденциями в автоиндустрии, несложно заметить, что самыми перспективными производители считают роботизированные КПП с двумя сцеплениями. Вариаторы занимают вторую позицию, а классические «автоматы», судя по всему, свое отживают, а потому и развиваются не очень активно.
Но, мы полагаем, что выбирать трансмиссию следует также исходя из класса автомобиля и того, кто и сколько будет на нем ездить. Если Вы предпочитаете спокойный стиль вождения, то Вас утроит и классический «автомат», а если любите быструю и агрессивную езду – советуем обратить внимание на преселективные коробки. В спортивном режиме их «скорострельность» может соперничать со скоростью заправского автогонщика. А для малолитражки как раз впору придется обычный «робот» или вариатор.
В СССР первая гидромуфта была создана в 1929 г. А. П. Кудрявцевым, первый гидротрансформатор - в 1932-1934 гг. в МВТУ им. Н.Э.Баумана. Основоположником отечественных гидродинамических передач является А.П.Кудрявцев (он называл их "гидравлические турбопередачи"). А. П. Кудрявцев занимался всеми вопросами, связанными с проектированием, испытаниями и постройкой гидропередач. Много внимания уделял созданию методов расчета гидротрансформаторов и гидромуфт, выпустил книги:
- "Основы гидродинамического преобразования механической энергии", издание УВМС РККА, 1934 г.;
- "Турбопередачи для дизелей", издание Института военного кораб лестроения (НИВК), 1937 г.;
- "Турбопередачи для судов", издание Оборонгиза СССР, 1939 г.;
- "Проектирование, постройка и испытание гидравлических турбопередач", Машгиз, 1947 г.
БЮРО ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕДУКТОРОВ (Ленинград)
В начале 30-х годов в Ленинграде было создано Бюро Гидравлических Редукторов, разрабатывавшее гидродинамические передачи для различных машин. В 1935 г. оно разработало для ЗИЛа (тогда ЗИС автозавод им. И.В.Сталина) два варианта автомобильной гидропередачи (видимо, для автобуса на базе автомобиля ЗИС-5). В первом варианте (рис.1) был применен двухступенчатый четырехколесный гидротрансформатор типа Лисхольм-Смит (насос, первая ступень турбины, реактор, вторая ступень турбины). Во втором варианте (рис.2) использовался трехступенчатый шестиколесный гидротрансформатор Лисхольм-Смит (насос, первая ступень турбины, первый реактор, вторая ступень турбины, второй реактор, третья ступень турбины).
Механическая часть обоих вариантов содержала одну передачу "вперед" и задний ход, т.е. предполагался разгон только на гидротрансформаторе, после чего следовало переключение на механическую прямую передачу.
Через двухдисковое сцепление (см. рис.2) приводится насосное колесо ГДТ. На режиме гидротрансформатора крутящий момент передается с турбинного колеса на входной вал механической части ГМП и далее через зубчатую муфту (на рис.2 она выключена) на выходной вал ГМП. При достижении автобусом определенной скорости переводится влево шлицевая втулка с торцовыми зубьями, сидящая на входном валу механической части ГМП. Втулка входит в зацепление с зубьями на ступице насосного колеса - осуществляется переход на прямую механическую передачу. При этом насосное и турбинное колеса ГДТ начинают вращаться с числом оборотов двигателя. Одновременно расклиниваются муфты свободного хода, на которых сидят реакторы, и реакторы начинают свободно вращаться вместе с другими колесами ГДТ, что позволяет избежать потерь на перемешивание рабочей жидкости. Сведений о реализации этого проекта нет.
АВТОЗАВОД ИМ. И.А.ЛИХАЧЕВА (ЗИЛ) (до 1956 г. - ЗИС)
Большую роль в ознакомлении автомобильной технической общественности с автоматическими коробками передач сыграла книга профессора кафедры "Гидравлические мащины" МВТУ им.Н.Э.Баумана В.Н.Прокофьева "Автомобильные гидропередачи" (Машгиз, 1947 г.). Понимая перспективность таких конструкций, один из руководителей ЗИЛа - главный технолог завода Ф.С.Демьянюк - попросил В.Н.Прокофьева прислать на ЗИЛ на преддипломную практику двух студентов МВТУ с тем, чтобы они сделали дипломные проекты по гидропередачам для автомобилей, выпускаемых заводом, и остались бы на заводе.
Во исполнение этой договоренности летом 1948 г. на ЗИЛ пришли на преддипломную практику студенты МВТУ Д.Б.Брейгин и Ю.И.Чередниченко, которые фактически с этого времени стали работать на заводе по гидропередачам - сначала в бюро автобусов отдела Главного конструктора, а затем в созданном в марте 1949 г. бюро гидравлических агрегтов, для руководства которым был приглашен Е.М. Гоникберг, ранее работавший в технологическом отделе завода. Вскоре в бюро были переведены из других служб завода С.Ф.Румянцев, В.И.Соколовский и Е.З.Брен, которые вместе с Гоникбергом, Чередниченко и Брейгиным составили в первые годы основной костяк КБ гидравлических агрегатов.
Работы по гидропередачам на заводе велись применительно ко всем типам выпускаемых заводом автомобилей - автобусам, легковым автомобилям, грузовым и специальным автомобилям.
ЗИЛ - работы по автобусным ГМП.
В конце Великой Отечественной войны и в первые послевоеннные годы в СССР осуществлялся перевод промышленности, работавшей на военные нужды, на выпуск мирной продукции. Прорабатывались различные варианты. Расчеты показали, в частности, что если принять стоимость автомобиля при производстве его на автомобильном заводе за 1, то стоимость этого автомобиля составит 2,5 при производстве на авиационном заводе и 1,8 при производстве на предприятии артиллерийского ведомства.
Производство автобусов после войны возобновилось на ЗИЛе, который стал выпускать автобус ЗИС-154 с двигателем ЯАЗ-204 и электропередачей (автомобильный двигатель вращал генератор постоянного тока, вырабатываемый ток использовался для вращения колес автобуса тяговым электродвигателем).
Автобус ЗИС-154 с тяжелой и дорогой электрической трансмиссией не мог стать необходимым стране массовым автобусом. Такую роль мог выполнить только автобус, в котором широко применялись бы узлы и детали массового грузового автомобиля. Таким автобусом стал автобус ЗИЛ-155. Гидромеханическую передачу для него (рис.3) спроектировали в 1951 г.
Рис.3. Гидромеханическая передача автобуса ЗИЛ-155
Следует обратить внимание на принципиальную разницу в схеме передачи мощности в конструкциях по рис.2 и рис.3. В ГМП по рис.2 имеется одно двухдисковое сцепление и переключение с ГДТ на прямую передачу осуществляется зубчатой муфтой. В ГМП по рис.3 имеется два однодисковых сцепления и переключение с ГДТ на прямую передачу осуществляется переходом с одного сцепления на другое. Муфта свободного хода, предотвращающая вращение колес ГДТ после перехода на прямую передачу, расположена в середине механической части ГМП. Такая конструкция проще и надежнее конструкции с расположением на муфтах свободного хода реакторов ГДТ.
В процессе отработки конструкции были спроектированы и испытаны ГМП с ГДТ двух размеров - с максимальными диаметрами рабочей полости 325 и 370 мм. В результате дорожных испытаний предпочтенние было отдано диаметру 370 мм.
В ходе испытаний в механическую часть ГМП кроме прямой передачи была введена дополнительная понижающая передача. Она включалась вручную только перед прохождением особо трудных участков местности.
После основательных испытаний первых образцов была построена опытная партия из 6 автобусов ЗИЛ-155 с ГМП. Эти автобусы проходили опытную эксплуатацию в различных городах на различных маршрутах, в различных климатических зонах. Пробеги достигали 50...70 тысяч км. Были уже все основания для рекомендации ГМП в производство, но неожиданно на уровне руководства страны было принято губительное для советского автобусостроения решение, что автобусы для всех стран социалистического лагеря будет делать Венгрия. После этого решения (1959 г.?) производство автобусов на ЗИЛе было прекращено. Прекратились, естественно, и работы по ГМП для автобусов.
В последние годы перед снятием с ЗИЛа производства автобусов возникали проекты вариантов автобусов с задним поперечным расположением двигателя. Это сулило автобусам большие компоновочные преимущества (низкая высота пола и т.д.).
Для такого варианта автобуса была разработана, построена и испытана специальная ГМП (рис.4). Работы по этой ГМП также были прекращены в связи с прекращением производства автобусов.
Рис.4 ГМП автобуса ЗИЛ-129Б
В начале 60-х годов ЗИЛ создал 17-местный автобус ЗИЛ-118К с двигателем ЗИЛ-130 и приспособленной для работы с этим двигателем ГМП легкового автомобиля ЗИЛ. Многолетняя практика эксплуатации этих автобусов показала полную возможность работы ГМП легкового автомобиля ЗИЛ с двигателем, имеющим существенно меньшие максимальные обороты (3200 1/мин вместо 4600).
Выпуск за много лет нескольких десятков автобусов ЗИЛ-118К нельзя считать возрождением производства автобусов на ЗИЛе. В настоящее время, однако, можно говорить о целесообразности продолжения работ по автобусной тематике путем оборудования модификациями ГМП действующего производства 16...22-местных автобусов серии 3250, которые начал выпускать завод. Дизельный двигатель Д-245.12 этих автобусов имеет максимальные обороты 2400 1/мин.
Расчеты Ю.И.Чередниченко показывают, что в этом случае ГМП типа ЗИЛ-4105 удовлетворительно совмещается с характеристикой двигателя Д-245.12. В ГМП должны быть сдвинуты режимы переключения передач и внесены изменения для обеспечения работы без вакуум-корректора. Показатели динамикм варианта с ГМП будут практически такими же, как для варианта с механической коробкой передач ЗИЛ-130.
ЗИЛ - работы по ГМП легковых автомобилей
Первые работы по ГМП для легковых автомобилей ЗИЛ начались в 1949 г. Тогда была спроектирована эксперементальная ГМП Э111 автомобиля ЗИС-110. Передача состояла из одноступенчатого пятиколесного ГДТ и двухступенчатой планетарной коробки передач с гидравлическим управлением. Основной передачей в коробке пердач была прямая, понижающая передача предназначалась только для особо тяжелых условий движения и включалась вручную (могла включаться на ходу).
Прототипом для ГМП Э111 послужила ГМП "Дайнафлоу" автомобиля.
Бюик 70 Родмастер, выпуск которого начался в США в 1947 г. Гидропередача "Дайнафлоу" служила только литературным прототипом - образца на заводе не было, сведения брались из технических журналов.
В 1950 г. был изготовлен и испытан на автомобиле гилротрансформатор (с литыми колесами). Позже был получен автомобиль Бюик с ГМП и были скорректированы чертежи. Однако, работы по этой ГМП развития не получили в связи с появлением ГМП с автоматическим переключением передач.
В 1953-54 гг. в связи с предстоящим началом производства легковых автомобилей ЗИЛ-111 за прототип ГМП была взята ГМП подходящего ЗИЛу по классу легкового автомобиля Крайслер выпуска 1953 г. (модель С-59 "Кроун Империал"). ГМП ЗИЛ-111 была спроектирована весьма близкой к прототипу (точного заимствования не было), несмотря на ощутимую разницу в параметрах автомобилей Крайслер и ЗИЛ (в первую очередь по весу). Основные функциональные узлы ГМП ЗИЛ-111: ГДТ, двухступенчатая планетарная коробка передач, гидравлическая система управления (рис.5 и 6).
Конфигурация лопастной системы, определяющая характеристику ГДТ, была взята точно по ГДТ Крайслер, но размер ГДТ был изменен (при полном сохранении типа лопастной системы) с учетом того, что крутящий момент двигателя ЗИЛ-111 предполагался примерно на 15% большим, чем у двигателя Крайслер (максимальный размер рабочей полости был принят 328 мм вместо 318 мм). Характеристики ГДТ ЗИЛ и Крайслер оказались практически одинаковыми (максимальный коэффициент трансформации К0=2,45 и максимальный КПД на режиме гидротрансформатора 0,88).
Проектировали ГМП ЗИЛ-111 Д.Б.Брейгин, Ю.И.Чередниченко и Е.З.Брен под руководством Е.М.Гоникберга. Дальнейшие работы по ГМП легковых автомобилей ЗИЛ велись под руководством Д.Б.Брейгина, с 19.. г. к этим работам активно подключился Ю.И.Уткин, который затем с 19.. г. возглавлял конструкторские работы вплоть до своего ухода с завода в 19.. г.
Рис.5 ГМП ЗИЛ-111 (расположение характерных узлов)
Рис.6 ГМП ЗИЛ-111 (система питания и управления)
В дальнейшем конструкция ГДТ была упрощена и улучшена. При сохранении прежних преобразующей и нагрузочно-кинематической характеристик далось применить один реактор вместо двух (при этом колеса насоса и турбины остались без изменений). ГДТ, получивший номер 114-1709010, был сделан цельносварным, что уменьшило его размеры, вес и момент инерции деталей, связанных с двигателем (рис.7 и 8). Уменьшение момента инерции положительно сказывается на динамике разгона автомобиля и на улучшении плавности переключений передач.
Рис. 7 ГДТ ЗИЛ-111
Рис.8 ГДТ ЗИЛ-114
При переходе с двухступенчатой ГМП на трехступенчатую, сопровождавшемся увеличением мощности двигателя, было признано целесообразным иметь вариант с уменьшенным с 2,45 до 2,0 максимальным коэффициентом трансформации. Такой ГДТ 114-1709010Д был создан за счет изменения конфигурации лопаток насосного колеса и реактора. Его максимальный КПД при этом увеличился на 1...2 %. Он является сейчас штатным оборудованием автомобиля ЗИЛ-41047 (в продольном разрезе этот ГДТ не отличается от ГДТ ЗИЛ-114 (рис.8).
Механическая часть ГМП ЗИЛ-111 имела передаточные числа 1,72; 1,00; З.Х.-2,39. Управление ГМП осуществлялось тросом с помощью кнопок на панели управления.
ГМП ЗИЛ-111 была штатным оборудованием легковых автомобилей ЗИЛ-111 с самого начала их производства в 1957 г. В процессе доводочных испытаний и в процессе производства этой ГМП до последних дней ее выпуска в апреле 1975 г. было реализовано много мероприятий по повышению надежности ГМП, увеличению долговечности, улучшению качества переключений передач. Было разработано и внедрено новое масло для ГМП (масло А - доныне применяемое).
Вместе с тем, при эксплуатации выявились некоторые недостатки двухступенчатой ГМП, которые не могли быть устранены совершенствованием конструкции ГМП и технологии ее изготовления. К числу их относятся:
- шум шестерен на "нейтрали", вызванный их вращением на этом режиме, чего можно избежать при другой схеме планетарного механизма;
- низкий КПД ГМП на понижающей передаче вследствие циркуляции мощности в планетарном механизме, чего также можно избежать;
- невозможность при передаточном числе первой передачи 1,72 реализовать силу тяги, которую можно было бы иметь, исходя из сцепного веса автомобиля;
- невозможность двигаться на понижающей передаче при передаточном числе 1,72 со скоростью более 105 км/ч, что затрудняет обгон транспортных средств, движущихся со скоростью 100-120 км/ч.
Первые два недостатка могут быть устранены изменением схемы планетарного механизма. Для третьего необходимо увеличение передаточного числа первой передачи. Для четвертого - наличие передачи, передаточное число которой ближе к передаточному числу последней передачи (прямая). Поэтому завод остановился на схеме трехступенчатой ГМП с передаточными числами 2,02; 1,42; 1,00; З.Х.-1,42. Планетарный механизм был выполнен по оригинальной схеме, защищенной авторским свидетельством. В результате ГМП ЗИЛ стала патентно-чистой.
Значение передаточного числа заднего хода оказалось невысоким вынужденно - это неизбежная особенность принятой схемы планетарного механизма.
Работы по этой трехступенчатой ГМП ЗИЛ-114Д начались в 1966 г. Было построено несколько партий опытных ГМП, проведены интенсивные испытания, в том числе дорожные с пробегами до 100 тыс.км.
Выпуск ГМП ЗИЛ-114Д начался в апреле 1975 г. Механическая часть ГМП содержала два планетарных механизма, три сцепления, два ленточных тормоза, муфту свободного хода.
При переходе завода от автомобиля ЗИЛ-114 к автомобилю ЗИЛ-115 (4104), имеющему более мощный двигатель и несколько большую массу, ГМП 4104 была модернизирована. В нее был внесен ряд изменений, в том числе:
- применена новая конструкция муфты свободного хода с увеличенным числом роликов (12 вместо 8);
- изменена схема управления планетарным механизмом, что позволило уменьшить частоты вращения корпусных деталей сцепления и повысить за счет этого надежность системы управления ГМП;
- усилено второе сцепление за счет увеличения площади нажимного поршня;
- в гидравлическую систему управления ГМП введен клапан-распределитель, изменены хода поршней гидроаккумуляторов и жесткость их пружин, что в целом улучшило работу системы.
Перед началом производства ГМП 4104 (1978 г.) эти мероприятия (и ряд других) были проверены испытаниями, в том числе длительными, шести опытных коробок передач.
Развитием конструкции ГМП 4104 стала ГМП 4105 (рис.9), которая была поставлена на производство в 1982 г. В ней нет заднего насоса, существенно упрощен (при одновременном повышении надежности) привод механизма блокировки, введен один дополнительный возможный диапазон движения автомобиля.
Прежде для движения вперед водитель мог включить положение "Д", при котором осуществлялся переход по передачам 1-2-3, или включить положение "2", при котором в зависимости от скорости автомобиля и положения дроссельной заслонки двигателя была включена или 1 или 2 передача. При переходе к ГМП 4105 в систему упления был добавлен диапазон "1", при котором возможна работа только на первой передаче - это создает определенные удобства при движении в особо тяжелых условиях и в горной местности. На диапазоне "2" при этом стал осуществляться автоматический переход 1-2.
При модернизации ГМП 4105, проведенной в 1988 г., после чего она получила номер 4105-01, была существенно изменена конструкция муфты свободногот хода и ряда прилегающих деталей, что увеличило надежность ГМП.
В последующие (девяностые) годы был выполнен еще ряд конструкторских разработок, часть которых была проверена испытаниями. Они ждут активизации работ по ГМП легковых автомобилей ЗИЛ.
Рис. 9 (рис 3.5 ТО 156-95)
ЗИЛ - работы по ГМП грузовых автомобилей
ЗИЛ не производил грузовых автомобилей общего назначения с ГМП, однако опытные работы в этом направлении велись. В первую очередь необходимо отметить ГМП ЗИЛ-153 для автомобиля повышенной проходимости, выполненную по схеме WSK (ГДТ - сцепление - коробка передач, переключаемая вручную). Формально такая конструкция (рис.10 - конструкторы В.И.Соколовский и П.С.Фомин) не может считаться, как уже отмечалось, автоматической коробкой передач из-за отсутствия автоматических переходов передач, но является шагом к ним. В конструкции рис.10 заслуживает внимания узел блокировкм ГДТ, позволяющий на определенных режимах жестко связывать турбинное колесо ГДТ с насосным колесом и обеспечивать этим работу ГМП в режиме механической коробки передач.
Рис. 10. ГМП ЗИЛ-153
При испытаниях автомобиль повышенной проходимости с ГМП ЗИЛ-153 произвел хорошее впечатление, но было признано целесообразным ориентироваться в дальнейшем на трансмиссии с автоматическим переключением передач. Такие ГМП были спроектированы, построены и испытаны. Испытывались конструкции с параллельным расположением валов в механической части (ГМП ЗИЛ-7Э131 и ЗИЛ-7Э131А) и конструкции с механической частью планетарного типа. На рис.11 приведена трехступенчатая вальная ГМП ЗИЛ-7Э131А (конструкторы В.И.Соколовский и П.С.Фомин), на рис.12 - четырехступенчатая планетарная ГМП ЗИЛ-8Э131 (конструктор Д.Б.Брейгин).
Дальнейшего распространения эти работы не получили.
ЗИЛ на протяжении многих лет периодически имел контакты с фирмой Аллисон (США) - крупным и давним производителем ГМП для гражданских и военных автомобилей. В течение примерно 12 лет проводились сравнительные испытания двух тягачей ЗИЛ-130 В1 - один с ГМП, другой со стандартной механической трансмиссией. Выявлено положительное влияние ГМП на долговечность узлов автомобиля. Результаты приведены в предыдущей информации N 1 "Преимущества автомобилей с гидромеханическими передачами". Фирма Аллисон сочла проведенные испытания уникальными и попросила ЗИЛ передать ей ГМП, прошедшую при испытаниях 870 тысяч км, для музея фирмы.
ЗИЛ - работы по ГМП для специальных грузовых автомобилей
В 60-ые годы ЗИЛ совместно с Брянским автомобильным заводом выпускал автомобили ЗИЛ-135, оборудованные ГМП конструкции и производства ЗИЛ. Эти автомобили использовались как шасси для ракетной техники и как поисково-эвакуационные устройства для космических аппаратов. Много лет они были на вооружении Советской Армии.
Внедрение новой для того времени трансмиссии на автомобиле столь ответственного назначения стало возможно благодаря технической смелости Главного конструктора СКБ ЗИЛ В.А.Грачева. ГМП ЗИЛ-135 - шестиступенчатая (конструкторы В.И.Соколовский и С.Ф.Румянцев). Конструктивно она выполнена в виде трехстпенчатой автоматической коробки передач и сочетающегося с ней двухступенчатого демультипликатора (рис.13). ГДТ в ГМП выполнен на базе ГДТ ЗИЛ-111 с увеличенным до 2,7 максимальным коэффициентом трансформации (конструктор А.Н.Нарбут).
Передаточные числа коробки передач: 2,55; 1,47; 1,00; З.Х. -2,26. Передаточные числа демультипликатора: 2,73; 1,00. Чередниченко Харитонов Леонов Лаврентьев Соболев Анохин Схема управления ГМП ЗИЛ-135 приведена на рис.14. За годы производства автомобиля ЗИЛ-135 было выпущено около 300 ГМП.
ЗИЛ - система испытаний и доводки автомобильных ГМП до требуемых функциональных показателей и показателей надежности
Опыта работ по автомобильным ГМП в 1949 г. на ЗИЛе (и в стране) не было. Создание КБ и выпуск технической документации на ГМП было только началом работ. Требовалось создание системы испытаний и доводки ГМП до требуемых функциональных показателей и показателей надежности. Требовалось определить структуру и логическую организацию необходимых работ, разработать методы испытаний и доводки, создать испытательное оборудование, дать сведения для технологических проработок.
Такая система разрабатывалась одновременно с организацией производства ГМП и совершенствовалась в ходе производства. Описание системы испытаний и доводки ГМП - в отдельной информации.
ГОРЬКОВСКИЙ АВТОЗАВОД (ГАЗ)
Начало работам по гидравлическим передачам на ГАЗе было положено оборудованием механической коробки передач автомобиля ЗИМ гидравлической муфтой. Такой комплект никак не может считаться автоматической коробкой передач, но он послужил наглядным примером преимуществ, доставляемых введением в трансмиссию гидравлического элемента, и послужил толчком к работам по автоматическим трансмиссиям - гидромеханическим передачам. Такими передачами стали оборудоваться автомобили ГАЗ-13 "Чайка". Применялись они и на некоторых модификациях автомобилей "Волга".
За прототип ГМП (конструктор Б.Н.Попов) была взята трехступенчатая ГМП, применявшаяся на автомобилях корпорации "Форд".
Активный диаметр ГДТ (рис.15) равен 340 мм, максимальный коэффициент трансформации К0=2,4.
Рис. 15 Гидротрансформатор ГМП автомобиля "Чайка"
Передаточные числа планетарной коробки передач: первая передача - 2,84; вторая - 1,68; третья - 1,00; задний ход - 1,75. Продольный и поперечный разрезы механической части ГМП приведены на рис.16. Выпуск автомобилей "Чайка" начался в 19.. г. и прекращен в 19.. г.
Рис. 16 a) Продольный разрез ГМП автомобиля "Чайка"
Рис. 16 б) Поперечный разрез ГМП автомобиля "Чайка"
ЛЬВОВСКИЙ АВТОБУСНЫЙ ЗАВОД - НАМИ (ЛАЗ - НАМИ)
С 1963 г. Львовскийй автобусный завод (ЛАЗ) начал выпускать спроектированную этим заводом совместно с НАМИ гидромеханическую передачу ЛАЗ-НАМИ-035. Эта ГМП была рассчитана для работы с карбюраторным двигателем мощностью 150-200 л.с. и крутящим моментом 40-50 кГм. С этой ГМП были выпущены десятки тысяч автобусов ЛиАЗ-677.
В ГМП (схема на рис.17) применен удачно спроектированный в НАМИ (С.М.Трусов) ГДТ, послуживший прототипом для многих ГДТ в других ГМП. В ГМП ЛАЗ-НАМИ-035 использовался ГДТ с максимальным коэффициентом трансформации К0=3.2.
ГМП ЛАЗ-НАМИ-035 - двухступенчатая. Передаточное число первой передачи - 1,79; второй передачи - 1,00; заднего хода - 1,71. ГДТ может блокироваться. Конструкция ГМП показана на рис.18.
Конструкция ГМП ЛАЗ-НАМИ-035 послужила базой для ряда модификаций ГМП, в том числе для автобусов с дизельными двигателями.
Имеется и вариант трехступенчатой ГМП.
Рис. 17 Схема гидромеханической передачи ЛАЗ-НАМИ-035
Впервые в практике отечественного автостроения отечественная конструкция послужила прототипом для зарубежной ГМП.
НАМИ совместно с научно-исследовательским институтом автомобилей УВМВ (ЧССР) и заводом "Прага" (ЧССР) разработали гидромеханическую передачу НАМИ-"Прага" 2М-70 для гордских автобусов большой вместимости, снабженных дизельным двигателем мощностью 180-200 л.с. при 2100 1/мин с крутящим моментом 70-80 кГм.
Эта ГМП (рис.19 и 20) выпускалась заводом "Прага" с 1967 г.
Рис. 19 Схема гидромеханической передачи НАМИ-"Прага" 2М-70
БЕЛОРУССКИЕ АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЗАВОДЫ
В Белоруссии автомобили с ГМП выпускают Минский автомобильный завод (МАЗ), Белорусский автомобильный завод (БелАЗ) и Могилевский автомобильный завод (МоАЗ). Наиболее известны первые два завода. ГМП МАЗ-530 для автомобиля-самосвала особо большой грузоподъемности (до 45 тонн) рассчитана для работы с двигателем мощностью 450 л.с. с максимальным крутящим моментом 200 кГм. В ГМП имеется повышающий редуктор, позволяющий сдвинуть характеристику двигателя по оборотам для лучшего совмещения ее с характеристикой ГДТ. Активный диаметр круга циркуляции ГДТ равен 466 мм, максимальный коэффициент транформации К0=4. ГМП МАЗ-530 (рис.21) имеет три передачи переднего хода (3,36; 1,83; 1,00) и две передачи заднего хода (2,60 и 1,40).
ГМП БелАЗ-540 (рис.22) также предназначена для автомобилейсамосвалов большой грузоподъемности. Она имеет ускоряющий редуктор, ГДТ с активным диаметром круга циркуляции 466 мм и максимальным коэффициентом трансформации К0=3,6 и редуктор с тремя передачами вперед (передаточные числа 2,6; 1,43; 0,7) и одну перадачу заднего хода (передаточное число 1,6).
КАЗАНСКОЕ МОТОРОСТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОН ОБЪЕДИНЕНИЕ (АО КМПО)
В последнее время делается попытка организовать производство ГМП для городских автобусов в АО КМПО по лицензии фирмы VOITH.
За основу принята освоенная этой фирмой система DIWA. Особенностью этой системы является разветвление потока мощности на две части - одна идет через механическую часть трансмиссии, другая - через гидравлическую.
Трогание с места осуществляется только через гиравлическую часть, а по мере набирания скорости гидравлическая доля постоянно уменьшается и увеличивается доля механической части.
Осуществляется это с помощью расположения ГДТ между двумя планетарными редукторами (рис.23). В первом редукторе поток мощности разделяется, во втором - объединяется.
Имеются варианты трех- и четырехступенчатых ГМП для двигателей мощностью 185-245 квт с крутящими моментами 90-130 кГм.
