Как работает АКПП – устройство и принцип работы классического «автомата»

Планетарный ряд, он же планетарная передача – это основной узел автоматической коробки передач классического типа. Не стоит путать с вариатором или роботом – это тоже АКПП, но они сильно отличаются от классического «автомата», об основных отличиях я писал в прошлой статье.

История развития

В первых коробках передач существовал единственный тип шестеренчатого механизма. В нем было всего две шестеренки – одна маленькая, другая большая. Это называется цилиндрическая зубчатая передача с внешним зацеплением.

Подобные конструкции встречаются в механических коробках передач. Принцип работы простой: если вращать маленькую шестерню, то большая будет вращаться с меньшей скоростью, чем маленькая шестерня. Это называется «пониженная передача». То есть, скорость вращения замедляется.

При вращении большой шестерёнки, маленькая будет вращаться с большей скоростью, чем большая. Это называется повышенная передача. То есть вращение увеличивается от входа к выходу, где входом является большая шестерня.

Позже появился новый тип передачи – передача с внутренним зацеплением. В этой конструкции есть одно большое колесо и одно маленькое. В большом колесе зубья направлены внутрь. Маленькая шестерёнка находится внутри этого колеса и соединяется с ним своими зубьями, которые находятся снаружи. Это называется внутреннее зубчатое зацепление.

Если объединить два типа передачи в один механизм, то получится планетарная передача. Она состоит минимум из трёх колес:

1. Коронная шестерня;
2. Сателлит;
3. Солнечная шестерёнка.

Если вращать механизм, то маленькая шестерня будет вращаться вокруг большой. Со стороны это выглядит так, как вращается вокруг солнца планеты. Поэтому большое колесо, которое находится в центре передачи, называется солнечной шестерней. Меленькая шестерня, которая вращается вокруг большой – сателлитом, по-русски – спутником.

Внешнее, большое колесо, внутри которого вращаются наши шестерни называется короной. Потому что выполнена в виде короны с зубьями внутрь.

Как говорилось выше, планетарная передача состоит из короны, сателлитов и солнечной шестерни. Кроме этого в планетарной передаче есть «водило» - приспособление, которое соединено с сателлитами. При их вращении вокруг солнечной шестерни, оно тоже вращается.

«Водило» происходит от слова «водить». То есть, сателлиты водят этот элемент.

Обобщим, планетарная передача состоит:

1. Корончатой шестерни;
2. Сателлитов, их три в конструкции одной передачи;
3. Солнечной шестерни;
4. Водило, которое приводится во вращение звездочками-сателлитами.

Всего существует три режима работы «планетарки» в автоматической коробке передач. Первый режим – когда остановлено большое корончатое колесо. То есть, при вращении планетарного ряда коронная шестерня не подвижна. В таком режиме скорость водила ниже, чем скорость вращения солнечной шестерни.

Второй режим – водило зафиксировано и не вращается. В этом режиме вращаются остальные элементы планетарного ряда – сателлиты, солнце и корона. В этом случае важным моментом является то, что коронная шестерня вращается медленнее, чем солнечная шестерёнка. Второй момент – эти шестерни вращаются в разные стороны.

Третий режим – остановлено центрально «солнечное» колесо. В этом режиме корона вращается быстрее водила. Это характерная особенность этого режима работы планетарного ряда АКПП.

В современной автоматической коробке передач подобных «планетарок» три. Элементы каждой их них связаны друг с другом. Комбинация различных режимов работы каждого планетарного ряда включает ту или иную передачу в КПП.

Мы вкратце разобрали, как работает планетарная передача в «автомате». Чтобы включать и отключать тот или иной режим работы передач в коробке используется набор фрикционных дисков.

Пакеты фрикционов – это набор фрикционных и стальных дисков, чередующиеся между собой в одном пакете. Каждый из разных типов дисков имеет внутренние и внешние зубцы. Это требуется для наружного и внутреннего зацепления.

Например, нужно остановить корончатую шестерню, между ней и корпусом коробки помещается пакет фрикционов. Стальные диски внутренними зубцами цепляются за корону, а фрикционные диски внешними зубцами за неподвижный корпус КПП, где тоже есть внутренние зубцы. Таким образом, каждый тип дисков контактирует только с короной или корпусом.

Нужно зафиксировать корончатую шестерню, диски плотно прижимаются между собой. Фрикционные имеют специальное покрытие такое же, как на диске сцепления или тормозных колодках. За счет этого обеспечивается сильное трение между ними и стальными дисками. В результате шестерня останавливается.

Таких пакетов насчитывается несколько штук. Они предназначены для включения различных режимов работы планетарных рядов и, соответственно, определенных передач в коробке.

За смыкание дисков в пакетах отвечает гидравлический блок с соленоидами. Они управляют давлением масла, подаваемого на фрикционы. Соленоидный клапан открывается или закрывается, получая импульс от ЭБУ КПП. За счет этого диски смыкаются и размыкаются, когда это нужно электронному блоку управления. Также электромагнитные клапаны управляют гидротрансформатором. Об этом поговорим ниже.

Сам процесс более сложный, его трудно объяснит на пальцах, поэтому предлагаю посмотреть анимацию, как работает АКПП. В видео показан принцип работы только планетарных рядов, как переключение режимов включает ту или иную передачу коробки.

«Бублик» состоит из трех частей:

1. Насосное колесо;
2. Турбинное;
3. Ректор.

Внутри гидротрансформатора залито масло. Насосное колесо жестко соединено с маховиком двигателя. То есть, скорость вращения коленвала равна скорости насосного колеса. На внутренней поверхности его расположены лопасти. Масло, попадая на них разбрызгивается за счет центробежной силы наружу. При этом оно имеет определенную энергию, чем выше скорость вращения, тем выше энергия и соответственно давление этого масла на выходе из колеса.

Трансмиссионное масло попадает на лопасти турбинного колеса, раскручивает его. Кстати, это колесо не связано с маховиком ДВС, а соединено жестко с входным валом АКПП. Отработанное масло выталкивает из колеса наружу, а напротив его находиться насосное колесо. Цикл замыкается, жидкость вновь разбрызгивается под давление наружу насоса и летит в турбину, раскручивая её.

Но есть один нюанс. При возвращении отработанной жидкостью, она ударяет по лопаткам насосного колеса в противоположном направлении, замедляя его и уменьшая крутящий момент. Чтобы этого избежать, между колесами установлено еще одно колесо – реактор. Он также имеет лопасти, направленные в сторону вращения насоса. Теперь масло ударяется в лопатки реактора, и они направляют жидкость в сторону вращения насосного колеса. Таким образом оно раскручивается еще быстрее. Так увеличивается крутящий момент.

Вот мы добрались до первой задачи гидротрансформатора при работе АКПП – увеличивать крутящий момент на малых скоростях движения автомобиля. То есть, когда машина начинает движение, гидротрансформатор увеличивает крутящий момент почти в 3 раза.

По мере увеличения скорости автомобиля, скорость вращения турбинного колеса достигает частоты вращения насосного. При этом, угол потока отработанного масла меняется. Оно врезается в тыльную сторону реактора, и он начинает вращаться в ту же сторону, что и турбинное колесо.

При этом скорость потока снижается и на него приходит масло с меньшим давлением. Соответственно, на выходе из турбинного колеса давление жидкости уже меньше. При этом увеличение крутящего момента пропадает, а этого уже и не нужно, так как машина двигается с достаточной скоростью.

В современных гидротрансформаторах при определенных режимах работы АКПП турбинное колесо блокируется при помощи пакета фрикционов. Оно начинает вращаться с такой же скоростью, как и насосное колесо, то есть, с частотой коленвала мотора. Это называется «блокировка» гидротрансформатора.

Так зачем нужен гидротрансформатор на автоматической коробке передач:

1. Трансформация крутящего момента, его увеличение во время начала движения и разгона автомобиля.
2. Гашение крутильных колебаний двигателя, сохранения КПП и трансмиссии от предельных нагрузок.

Видео, как устроен и работает гидротрансформатор в АКПП:

Вот так работает АКПП и её основные элементы. В действительности всё происходит внутри коробки более сложно, чем я рассказал. Но этих основ будет достаточно, чтобы понимать механику процессов в классическом «автомате». Теперь вы стали на одну ступень выше других автовладельцев.