Всего на сайте моделей 2684   модификаций  6833

Коробка передач

Коробка передач - это элемент трансмиссии автомобиля, ответственный за преобразование крутящего момента и частоты вращения приводного вала в более широком диапазоне, чем это может обеспечить двигатель. Коробка передач позволяет сделать характеристики двигателя внутреннего сгорания более гибкими в зависимости от условий движения: использовать максимум крутящего момента при трогании с места, а максимум мощности - при движении на большой скорости. Другие функции коробки передач - включение заднего хода и возможность разобщения двигателя и ведущих колёс при работе на холостом ходу.

По способу переключения передач коробки передач подразделяются на механические, полуавтоматические, автоматические, автоматизированные (роботизированные) и бесступенчатые (вариаторы).
 

Коробка передач Устройство
Механическая В механической КПП передачи переключаются водителем вручную. Механическая КПП всегда работает в паре со сцеплением, которое также управляется водителем с помощью педали сцепления и обеспечивает рассоединение двигателя и КПП при переключении передач. Основными конструктивными элементами механической КПП являются валы и шестерни. В зависимости от количества валов МКПП бывают двухвальные и трёхвальные; первые применяются в основном на небольших переднеприводных автомобилях, вторые - на заднеприводных и полноприводных. В двухвальной МКПП шестерни первичного вала (связанного с коленчатым валом двигателя) находятся в зацеплении с шестернями вторичного вала (передающего крутящий момент на главную передачу), а в трёхвальной первичный и вторичный валы расположены на одной оси и связаны промежуточным валом, шестерни которого соединены с шестернями вторичного вала.

В трёхвальной МКПП первичный вал имеет одну ведущую шестерню и находится в постоянном зацеплении с промежуточным. На промежуточном валу расположены жёстко закреплённые шестерни, образующие пары со свободно вращающимися шестернями вторичного вала; число пар зависит от количества передач. На ранних механических трансмиссиях шестерни не находились в постоянном зацеплении, а были скользящими, т.е. перемещались при переключении передач, из-за чего быстро изнашивались. На современных МКПП применяется другой механизм переключения передач: шестерни поочерёдно блокируются шпицевыми муфтами, расположенными на вторичном валу и продольно перемещающимися специальными вилками с помощью рычага КПП. При такой конструкции из-за несовпадения частоты вращения зубчатых венцов шпицевых муфт и шестерён вторичного вала переключение передач происходит со скрежетом и требует от водителя определённых усилий. Облегчить переключение передач удалось с изобретением в 30-е гг. синхронизаторов - конических фрикционных муфт, за короткое время выравнивающих скорости вращения шпицевых муфт и шестерён. Сначала они устанавливались только на высших передачах, позже МКПП были синхронизированы полностью.

Как правило, механическая КПП имеет одну или несколько передач для разгона, одну или несколько для езды на постоянной скорости, прямую высшую передачу и задний ход. Каждая передача характеризуется соответствующим передаточным числом, определяющим минимальную скорость движения на данной передаче. Количество передач механической МКПП на протяжении истории росло: если на большинстве послевоенных автомобилей ещё стояли 3-ступенчатые коробки передач, то сегодня используются преимущественно 5-ти и 6-ступенчатые трансмиссии. Некоторые модели с МКПП дополнительно оснащались овердрайвом - повышающей передачей, включающейся вручную или автоматически при достижении определённой скорости на прямой передаче. Рычаг механической КПП обычно располагается на полу, но в середине XX века были распространены автомобили с переключателем на рулевой колонке.

На ранних автомобилях встречались планетарные коробки передач, состоявшие из объединённых в планетарном механизме т.н. солнечного колеса и сателлитов. Они были компактными и не требовали отдельного сцепления, но имели сложный механизм переключения передач. К механическим также относятся коробки передач с гидромуфтой, при которой отсутствовала жёсткая кинематическая связь двигателя с трансмиссией. Это обеспечивало более плавное переключение передач, трогание с места на второй или третьей передаче и возможность бросить сцепление, не заглушив двигатель.

Полуавтоматическая Полуавтоматические КПП представляли собой переходной этап между механическими и автоматическими. Они появились в 30-е гг. и после Второй мировой войны были полностью вытеснены автоматическими КПП. Первыми полуавтоматическими КПП стали коробки передач с преселектором (Wilson, Cotal и др.). Они принципиально не отличались по конструкции от механических, но комплектовались планетарным механизмом предварительного выбора передачи с вакуумным приводом. Водитель сам определял момент переключения передачи, но выбирал её заранее с помощью преселектора, а затем просто нажимал педаль смены передачи, заменяющую педаль сцепления. В другом случае педаль сцепления использовалась только при трогании с места и включении заднего хода, а остальные передачи после выбора преселектором включались при нажатии педали газа. В послевоенные годы на некоторых европейских машинах ставились коробки передач с автоматическим сцеплением, но ручным переключением (Saxomat).

Более совершенная разновидность полуавтоматической коробки передач устанавливалась на автомобили Chrysler конца 30-х - начала 50-х гг. и называлась Fluidmatic, Presto-Matic или Gyro-Matic. Она состояла из гидромуфты, 2-ступенчатой механической коробки передач и автоматического овердрайва. С помощью педали сцепления водитель включал один из трёх диапазонов (Low, High или Reverse), который выбирался рычагом на рулевой колонке. В каждом из диапазонов было две передачи, причём вторая переключалась автоматически с помощью овердрайва. Трогание с места осуществлялось с верхнего диапазона, тогда как нижний использовался при движении на подъёме и по грязи. Подобную схему переключения имела и созданная в конце 30-х гг. полуавтоматическая коробка передач General Motors, но в основе её лежал планетарный механизм.

Автоматическая Традиционно автоматической КПП называют только одну разновидность трансмиссии с переключением передач без участия водителя - гидромеханическую планетарную коробку передач. Такая КПП состоит из двух агрегатов: гидротрансформатора и планетарной части. Гидротрансформатор выступает в качестве замены сцеплению и передаёт вращение коленчатого вала на шестерни КПП с проскальзыванием, обеспечивая плавность переключения передач. Гидротрансформатор закреплён на маховике двигателя и состоит из ведущей и ведомой турбин, неподвижного статора (реактора) и турбонасоса. Собственно АКП (планетарную часть) составляют планетарные редукторы (преобразующие крутящий момент), фрикционные муфты (обеспечивающие переключение передач), обгонные муфты (снижающие удары во фрикционных муфтах при переключении передач и отключающие торможение двигателем), соединительные валы и барабаны.

Система управления АКПП состоит из золотников, распределяющих потоки масла от гидронасоса к поршням фрикционных муфт и тормозных лент барабанов. Блок управления золотниками может быть как гидравлическим (с центробежным регулятором давления масла и датчиком давления гидравлического привода педали газа), так и электронным (с соленоидами и центральным бортовым компьютером). Во многих современных АКПП предусмотрен ручной режим переключения передач, или полуавтоматический режим по схеме TipTronic.

Для переключения режимов в АКПП используется селектор. Селектор может быть напольным, на рулевой колонке, на консоли, кнопочным или в виде джойстика. Количество режимов работы АКПП и стандартная схема их расположения сложились к концу 50-х гг. и в 1964 г. были законодательно закреплены американским SAE. Во всех современных АКПП режимы переключаются в такой последовательности:

  • P (Park) - режим парковки, включается во время стоянки для блокировки ведущих колёс;
  • R (Reverse) - задний ход;
  • N (Neutral) - нейтральный режим, включается при остановке и буксировке;
  • D (Drive) - движение вперёд, при котором задействуются все передние передачи;
  • L (Low) - пониженная передача для движения по бездорожью.

Первая полностью автоматическая коробка передач - 4-ступенчатая Hydramatic производства General Motors - была введена в 1940 г. на серийных моделях Oldsmobile. Она состояла из гидромуфты и 4-ступенчатой планетарной КПП с гидравлическим управлением. До середины 50-х гг. Hydramatic устанавливалась на автомобили GM и некоторых других производителей, а в 1959 г. подобная 4-ступенчатая трансмиссия была разработана компанией Daimler-Benz. В 1956 г. усовершенствованная АКПП Hydramatic Jetaway получила две гидромуфты и режим парковки.

Ко второму поколению АКПП относятся первые трансмиссии с гидротрансформаторами: 2-ступенчатые Dynaflow от Buick (1948), Ultramatic от Packard (1949) и Powerglide от Chevrolet (1950). В 1951 г. фирма Borg Warner разработала 3-ступенчатую АКПП с гидротрансформатором (однако первая передача в ней была понижающей), которая получила применение на моделях Ford (Ford-O-Matic), Studebaker и AMC. Аналогичную конструкцию имели АКПП Горьковского автозавода (1956) и немецкой фирмы ZF (1961). В 1953 г. свою 2-ступенчатую автоматическую коробку передач (PowerFlite) представила корпорация Chrysler.

Во 2-й пол. 50-х гг. получили распространение 3-ступенчатые планетарные АКПП с гидротрансформаторами. Это были TorqueFlite от Chrysler (1956), Cruise-O-Matic от Ford (1958) и Turbo-Hydramatic от GM (1964), которые в середине 60-х гг. полностью вытеснили предыдущее поколение 2-ступенчатых АКПП и устанавливались на американские и некоторые европейские автомобили до конца 70-х гг. В начале 80-х эти трансмиссии с целью повышения топливной экономичности были дополнены повышающей передачей и стали 4-ступенчатыми.

Следующий этап в эволюции АКПП начался в конце 80-х гг. в связи с разработкой электронной системы управления двигателем и трансмиссией. В 90-х гг. все устаревшие гидравлические АКПП были заменены 4-х и 5-ступенчатыми с электронным управлением. С тех пор число передач постоянно увеличивается: появились 6-ступенчатые (2002, на BMW 7 Series от ZF), 7-ступенчатые (2003, на Mercedes-Benz), 8-ступенчатые (2007, на Lexus LS) и 9-ступенчатые (2014, на Jeep Cherokee) АКПП. На сегодняшний день собственные АКПП кроме вышеупомянутых производителей имеют компании Honda, Nissan, Volkswagen и Hyundai. Остальные марки используют трансмиссии другой конструкции: полуавтоматические, секвентальные или вариаторы.

Популярность автомобилей с АКПП неуклонно растёт. В среднем соотношение проданных моделей с МКПП и АКПП составляет примерно 50:50, хотя эти показатели в разных странах отличаются. Например, в Европе большинство покупателей всё ещё предпочитают механические КПП, в то время как в США с середины 70-х гг. основная масса автомобилей продаётся только с АКПП.

Автоматизированная В наше время наряду с гидромеханическими АКПП часто встречаются автоматизированные (роботизированные) механические КПП, которые имеют принципиально иную конструкцию. Внутри они выглядят так же, как механические, и работают в паре со сцеплением, но управляются электронным блоком при помощи сервоприводов. Как правило, в такой коробке передач отсутствует педаль сцепления; передачи переключаются без участия водителя, но с некоторой задержкой, как в МКПП. Ранние роботизированные КПП с одним сцеплением были недостаточно надёжными, но обладали такими преимуществами, как компактность, небольшой вес и низкие потери мощности, поэтому устанавливались преимущественно на малолитражки. Теперь на переднеприводных моделях им на смену пришли более современные 6-ступенчатые автоматизированные КПП с планетарным механизмом.

Второй тип автоматизированных механических трансмиссий - это коробки передач с двойным сцеплением, также называемые преселективными. Они имеют два параллельных автоматических сцепления и два отдельных вала для чётных и нечётных передач, что позволяет предварительно блокировать шестерни очередной передачи, а затем мгновенно переключить сцепления, не рассоединяя двигатель с трансмиссией. Первыми КПП с двойным сцеплением разработали фирмы Borg-Warner (для Volkswagen) и Getrag (для Porsche), а также Mitsubishi и Ford. КПП аналогичной конструкции широко применяются на спортивных автомобилях.

Отдельно следует рассмотреть коробку передач секвентального типа. Классическая секвентальная КПП является разновидностью механической и используется на мотоциклах и болидах Формулы-1. Она позволяет водителю намного быстрее переключать скорости, перемещая рычаг только вниз-вверх для перехода на высшую или низшую передачу, что показало свою эффективность в гонках. Педаль сцепления в таких КПП обычно работает только при трогании с места, а передачи переключаются гидравликой. Теперь на некоторых дорожных суперкарах стали устанавливать автоматизированные аналоги секвентальных трансмиссий, в которых передачи могут переключаться как автоматически, так и вручную по секвентальной схеме.

Вариатор Continuously Variable Transmission (CVT) - это один из видов бесступенчатой трансмиссии, встречающийся на легковых автомобилях как альтернатива традиционной АКПП. Принцип работы вариатора заключается в плавном изменении частоты оборотов приводного вала без определённого набора передаточных чисел. Вариаторы бывают клиноременными или цепными. В обоих случаях трансмиссия состоит из ведущего и ведомого шкивов с раздвижными боковинами, управляющимися центробежным регулятором или муфтами. Шкивы соединены клиновидным ремнём или зубчатой цепью. При смене передачи боковины сдвигаются или раздвигаются, меняя диаметр внутренней поверхности под ремнём (цепью). Поскольку вариатор имеет небольшой диапазон изменения крутящего момента, он обычно применяется на мотоциклах и небольших переднеприводных автомобилях. Впервые бесступенчатая трансмиссия была установлена на DAF 600 в 60-е гг., в наше время ею оснащаются некоторые модели Toyota, Nissan, Ford, Mitsubishi, Honda и Subaru, в том числе гибриды.