Что надо знать о коробках-автоматах

Не секрет, что российские автолюбители относятся к автомобилям с автоматическими коробками передач с предубеждением. Неужели мы так любим делать все сами, а не перекладывать свою работу на чужие плечи? Вот об американцах, которые, собственно, и придумали коробки-автоматы, этого не скажешь. Где-где, но за океаном утруждать себя ручным переключением передач не принято. Там подобное “удовольствие” позволяют себе не более 5% автовладельцев. В Европе также из года в год увеличивается число автомобилей с автоматическими трансмиссиями. Прибивает такие машины и к нашему “берегу”, но правильно обращаться с ними умеют далеко не все автомобилисты. Как утверждают автомеханики, сталкивающиеся с неисправностями АКПП, большинство проблем бывает вызвано нарушением правил эксплуатации и несвоевременным техническим обслуживанием. Впрочем, перед тем как вплотную заняться этими вопросами, нам придется совершить небольшой…

ЭКСКУРС В КОНСТРУКЦИЮ

Классический “автомат” включает в себя несколько агрегатов, главными из которых являются гидротрансформатор и механическая планетарная коробка передач.

Гидротрансформатор (см. схемы Устройство гидротрансформатора и схема его работы: 1 — турбина, 2 — насосное колесо, 3 — направляющий аппарат (реактор), 4 — механизм блокировки, 5 — фрикционная накладка механизма блокировки) выполняет не только функции сцепления, но и автоматически изменяет крутящий момент в зависимости от нагрузки и частоты вращения колес автомобиля. Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин — центробежного насоса, центростремительной турбины и расположенного между ними направляющего аппарата-реактора. Насос и турбина предельно сближены, а их колесам придана форма, обеспечивающая непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости. В результате гидротрансформатор получил минимальные габаритные размеры и одновременно снижены потери энергии на перетекание жидкости от насоса к турбине.

Насосное колесо связано с коленчатым валом двигателя, а турбина — с валом коробки передач. Тем самым в гидротрансформаторе отсутствует жесткая связь между ведущими и ведомыми элементами, а передача энергии от двигателя к трансмиссии осуществляется потоками рабочей жидкости, которая отбрасывается с лопаток насоса на лопасти турбины.

Собственно, по такой схеме работает гидромуфта, которая просто передает крутящий момент, не трансформируя его величину. Чтобы изменять момент, в конструкцию гидротрансформатора введен реактор. Это также колесо с лопатками, однако оно жестко прикреплено к корпусу и не вращается (заметим: до определенного времени). Реактор расположен на пути, по которому масло возвращается из турбины в насос. Лопатки реактора имеют особый профиль, а межлопаточные каналы постепенно сужаются. По этой причине скорость, с которой рабочая жидкость течет по каналам направляющего аппарата, постепенно увеличивается, а сама жидкость выбрасывается из реактора в сторону вращения насосного колеса, как бы подталкивая и подгоняя его. Отсюда сразу два следствия. Первое — благодаря увеличению скорости циркуляции масла внутри гидротрансформатора при неизменном режиме работы насоса (читай: двигателя, поскольку насосное колесо, как говорилось выше, жестко связано с коленвалом) крутящий момент на выходном валу гидротрансформатора увеличивается. Второе — при неизменном режиме работы насоса режим работы турбины изменяется автоматически и бесступенчато в зависимости от приложенного к валу турбины (читай: колесам автомобиля) сопротивления.

Поясним эти аксиомы на конкретных примерах. Допустим, автомобилю, который двигался по равнинному участку дороги, предстоит подъем в гору. Забудем на время про педаль акселератора и посмотрим, как отреагирует на изменение условий движения гидротрансформатор. Нагрузка на ведущие колеса увеличивается, а автомобиль начинает терять скорость. Это приводит к уменьшению частоты вращения турбины. В свою очередь уменьшается противодействие движению рабочей жидкости по кругу циркуляции внутри гидротрансформатора. В результате скорость циркуляции возрастает, что автоматически приводит к увеличению крутящего момента на валу турбинного колеса (аналогично переходу на низшую передачу в механических КПП) до тех пор, пока не наступит равновесие между ним и моментом сопротивления движению.

По аналогичной схеме работает автоматическая трансмиссия и при старте с места. Только теперь самое время вспомнить про педаль газа, нажатие на которую увеличивает обороты коленчатого вала, а значит, и насосного колеса, и про то, что сначала автомобиль, а следовательно, и турбина находились в неподвижном состоянии, но внутреннее проскальзывание в гидротрансформаторе не мешало двигателю работать на холостом ходу (эффект выжатой педали сцепления). В этом случае крутящий момент трансформируется в максимально возможное число раз. Зато когда достигнута необходимая скорость, надобность в преобразовании крутящего момента отпадает. Гидротрансформатор посредством автоматически действующей блокировки превращается в звено, жестко связывающее его ведущий и ведомый валы. Такая блокировка исключает внутренние потери, увеличивает значение КПД передачи, уменьшает расход топлива в установившемся режиме движения, а при замедлении повышает эффективность торможения двигателем. Кстати, одновременно с целью снижения все тех же потерь реактор освобождается и начинает вращаться вместе с насосным и турбинным колесом.

Зачем же к гидротрансформатору присоединяют механическую коробку передач, если он сам способен изменять величину крутящего момента в зависимости от нагрузки на ведущие колеса? Увы, гидротрансформатор может изменять крутящий момент с коэффициентом, не превышающим 2-3,5. Как ни крути, а такого диапазона изменения передаточного числа недостаточно для эффективной работы трансмиссии. К тому же нет-нет да и возникает надобность во включении заднего хода или полном разъединении двигателя от ведущих колес.

Коробки автоматических трансмиссий имеют зубчатые зацепления, но существенно отличаются от обычных механических КПП (см. фото Гидромеханическая КПП Mercedes и ее “начинка”) хотя бы потому, что передачи в них переключаются без разрыва потока мощности с помощью приводимых гидравликой многодисковых фрикционных муфт или ленточных тормозов. Необходимая передача выбирается автоматически с учетом скорости автомобиля и степени нажатия на педаль газа, которая определяет желаемую интенсивность разгона. За выбор передачи отвечает гидравлический блок управления — “мозги” АКПП. Водитель, кроме нажатия на акселератор, может влиять на процесс смены передач, выбрав зимний или спортивный алгоритм переключения или установив, например, при движении в сложных условиях селектор КПП в специальное положение, которое не позволяет автоматике переключаться выше определенной разгонной передачи.

Кроме гидротрансформатора и планетарной коробки в состав КПП-автоматов входит масляный насос, снабжающий гидротрансформатор и гидравлический блок управления рабочей жидкостью и обеспечивающий смазку коробки, а также радиатор охлаждения рабочей жидкости, которая из-за интенсивного “перелопачивания” имеет свойство сильно нагреваться.

КАК УПРАВЛЯТЬ “АВТОМАТОМ”

Момент переключения передачи зависит как от скорости автомобиля, нагрузки на двигатель и того, плавно или резко водитель нажимает на педаль газа, так и от положения рычага селектора АКПП, который определяет режим работы трансмиссии.

Положение P (parking — стоянка): задействован трансмиссионный тормоз, который удерживает припаркованный автомобиль как бы “на передаче”, но двигатель можно заводить (при других положениях селектора, кроме N, стартер просто не включится) и оставлять его работать на холостом ходу. Переводить селектор в позицию Р следует лишь тогда, когда автомобиль неподвижен, иначе вы рискуете увидеть “внутренности” коробки на асфальте под машиной. Во избежание поломок механизма блокировки АКПП при стоянке на уклоне необходимо задействовать ручной тормоз.

Положение D (drive — движение): основное положение для езды и оптимальной работы АКПП в нормальных условиях. Бытует мнение, что при включенном режиме D можно только ехать, но нельзя тормозить двигателем. Это неверно, хотя при сбросе газа “автомат” переключается на низшую передачу медленнее, чем хотелось бы.

Положение R (reverse — обратный ход): тоже едем, но задним ходом. Включать заднюю передачу можно лишь после полной остановки автомобиля. Не случайно, что положения R и P соседствуют по ходу рычага селектора.

Положение N (neutral — нейтраль): далеко не безобидное положение селектора — никогда не включайте N при движении, но если оплошали и это случилось, следует сбросить газ, подождать, пока обороты двигателя упадут до холостых, и только затем включить передачу. Режим N предназначен для буксировки неисправного автомобиля, но было бы лучше, если бы положения N не существовало вовсе. Тем более что автомобили с АКПП не любят буксировку в принципе. Уж лучше потратиться на эвакуатор. Помимо указанных, автоматические коробки передач имеют ряд специальных режимов, которые обозначаются цифрами или буквами и выбираются как при помощи рычага селектора, так и нажатием определенных кнопок. Перевод селектора в положение “3”, “2” или “1” означает, что теперь коробка не будет переключаться на передачу выше 3-й, 2-й или 1-й соответственно. Данные позиции используют, когда нормальные условия движения сменились тяжелыми (бездорожье, езда с прицепом и т.д.) или для более эффективного торможения двигателем, чем в режиме D. На некоторых автомобилях вместо цифр могут стоять буквы S и L: функционируют эти диапазоны также в режимах пониженных передач, при этом положение S примерно соответствует “3”,

L — “1”. Переходить с режима D в диапазоны пониженных передач можно на ходу, но следует помнить, что точно так же, как на автомобиле с механической КПП, возбраняется сразу переключаться с пятой передачи на первую, нельзя на высокой скорости немедля переводить селектор “автомата” из положения D в “1”.

Из дополнительных режимов работы автоматических коробок передач наиболее часто встречаются экономичный, спортивный и зимний. При движении в экономичном режиме работа “автомата” организована таким образом, чтобы обеспечить экономичную работу силового агрегата и плавное переключение передач. В спортивном режиме моменты переключения передач подобраны так, чтобы максимально использовать мощность двигателя. Зимний алгоритм переключения обеспечивает трогание с места со второй передачи и переключение при более низких оборотах, чем во время езды в экономичном режиме, что облегчает управление автомобилем на заснеженных дорогах.

Следует упомянуть также режимы Overdrive (овердрайв) и Kick-down (кик-даун). Overdraive используется на скоростных магистралях, когда движение не сопровождается резкими изменениями нагрузки на двигатель. Kick-Down — принудительное включение низшей передачи после резкого нажатия на педаль акселератора — позволяет достичь наибольшего ускорения.

Логика работы автоматической трансмиссии подчиняется законам гидродинамики, которая на порядок сложнее, чем обыкновенная механика. Даже старые образцы гидромеханических коробок передач (про современные “автоматы” с могучим интеллектуальным довеском в виде электронных “мозгов” скромно умолчим) — агрегаты сложные, требовательные к качеству изготовления и нуждающиеся в своевременном и квалифицированном обслуживании.