Все более жесткие требования к выбросам выхлопных газов заставляют производителей АКПП постоянно двигаться вперед. А начиналось все с муфты гидротрансформатора…
Автоматическая коробка передач стала широко применяться в конце 1970х годов, когда защитники окружающей среды добились больших успехов и норма выхлопных газов была резко понижена. Первая автоматическая коробка передач была устроена просто и контролировала только работу муфты гидротрансформатора. Остальные операции оставались под управлением гидравлического корпуса.
Способность заблокировать гидротрансформатор на верхних передачах без потери мощности двигателя в то время считалась большим шагом вперед. Но первые системы были «сырыми», и уже в то время вызывали многочисленные жалобы. Некоторые муфты гидротрансформатора во время работы задевали трансмиссию, что вызывало вибрацию двигателя и скорость быстро падала.
Многие вещи, безусловно, за последние годы изменились. Автоматическая коробка передач сегодня сложное устройство. И если в прошлом основные системы в автомобиле работали автономно, то сегодня они глубоко интегрированы друг с другом. Система управления двигателем координирует свои действия с коробкой передач с целью максимальной экономии топлива и оптимальной работы двигателя при минимальных выбросах газа.
Лучший способ добиться, казалось бы, противоречащих друг другу целей — экономии топлива, высокой производительности, низкого уровня выбросов можно - отрегулировать двигатель, таким образом, чтобы он постоянно работал в наиболее эффективном диапазоне оборотов. Именно поэтому автомобили, оснащенные механической многоскоростной коробкой передач, намного экономней, чем аналогичные транспортные средства, оборудованные 3-х, 4-х - скоростной автоматической коробкой передач. Грузовики, которые имеют в своем распоряжении дюжину скоростей, без проблем могут перемещать сверхтяжелые грузы, наматывая миллион километров, потому что их двигатели работают с максимальной эффективностью. Таким образом, чем больше передач имеет КПП, тем выше экономия топлива, производительность двигателя и меньший объем вредных выбросов.
Конструкторы общественного транспорта учитывают эти моменты, разрабатывая современные автоматические коробки передач. Уже сейчас мы видим широкое использование гидротрансформаторов в конструкциях автоматической коробки передач с 6, 7 и 8 скоростями. Ford и General Motors недавно объявили, что они будут сотрудничать в разработке АКП с 9 и 10 скоростями. ZF Friedrichshafen уже сейчас работает над гидротрансформатором, который сможет обеспечить девять скоростей, а в представительстве Hyundai заявили, что предложат 10-скоростную автоматическую коробку передач в следующем поколении «Genesis». Но остановятся ли автопроизводители на 10 скоростях?
Другие автоконцерны делают ставку на бесступенчатую трансмиссию (CVT). CVT, используя шкив и ремень ГРМ, создает, по сути, неограниченное число возможных скоростей. Следовательно, двигатель постоянно работает в максимально эффективном темпе, независимо от нагрузки и скорости транспортного средства. Принцип работы CVT, по мнению специалистов, минимизирует внутреннее трение двигателя, что уменьшает уровень шума при развитии автомобилем высоких скоростей.
Некоторые автопроизводители видят перспективы в коробке передач с двойным сцеплением (DCT). Этот тип трансмиссии объединяет преимущества ручной коробки передач с электронным управлением, позволяя двигателю работать полностью в автоматическом режиме. DCT также будет хорошим выбором, если водитель иногда захочет сам выбрать нужную передачу с помощью рычага или рулевых колес. Коробка передач с двойным сцеплением не использует гидротрансформатор, что приводит к значительной экономии в весе. Особенно полезным это оказывается, когда автомобиль стоит на месте (например, в пробке) и скорость нужно переключить на ноль. В отличие от коробок передач, оборудованных гидротрансформаторами, расхода топлива в таком случае не происходит.
Руководители Volkswagen недавно заявили, что намерены производить 10-скоростную коробку передач с двойным сцеплением. Шести- и семискоростные трансмиссии DCT уже находятся в производстве.
Как же скажется обильный урожай конструкторских решений на работе сервисных центров? Ведь чем сложнее становится механизм, тем большую сложность он представляет для диагностики и ремонта! Всегда легче починить то в чем ты разбираешься, чем то, в чем тебе только предстоит разобраться. Ниже мы расскажем о принципах работы упомянутых типов коробок передач и о том, что важно знать при диагностике и ремонте трансмиссии.
Многоскоростная автоматическая коробка передач
Руководители ZF Friedrichshafen утверждают, что их новая 8-скоростная автоматическая коробка передач на 6% сэкономит расход топлива по сравнению с их прошлой 6-скоростной трансмиссией. Ожидается также и значительное сокращение выбросов углекислого газа. Эта АКПП представляет собой абсолютно новую конструкцию, включающую в себя четыре набора передач, пять подвижных элементов, сменный масляной насос, новый тип гидротрансформатора и оптимизированную гидравлическую систему. Также дополнительно прилагается система «стоп-старт». Принцип работы системы «стоп-старт» заключается в выключении двигателя при остановке автомобиля и его быстром запуске при нажатии на педаль сцепления (на механике) или отпускании педали тормоза (на АКПП). Выключение двигателя хотя бы на 10 секунд заметно сокращает расход топлива и существенно уменьшает выбросы углекислого газа.
Функция «стоп-старта» появилась при разработке гидроаккумулятора для АКПП. Гидроаккумулятор поставляет гидравлическое масло, необходимое для запуска мотора в подвижный элемент. Это позволяет воспроизвести моментальный запуск. Всего через 350 миллисекунд после запуска двигателя автомобиль уже готов к движении.
Пять подвижных элементов – многодисковые муфты и тормоза — находятся внутри, в самом сердце трансмиссии, и два — снаружи. Чем меньше подвижных элементов находится снаружи, тем меньше они соприкасаются друг с другом при вращении, а это значительно снижает трение и потерю мощности. В новой концепции коробки передач инженеры также смогли увеличить эффективность сцепления. Мощность незначительно теряется лишь в тот момент, когда передается на зубчатые колеса. В 8-скоростной коробке передач эти потери составляют меньше 2%, что является еще одним дополнительным фактором, способствующим снижению потребления топлива.
Бесступенчатая коробка передач
Бесступенчатая трансмиссия способна плавно изменять коэффициент передачи, что позволяет снизить расход топлива — и достичь бесшумного разгона автомобиля. В отличие от ручной или автоматической коробки передач, CVT автоматически выбирает наиболее подходящую скорость без лишних переключений. Автомобили с CVT рассчитывают наиболее эффективное число оборотов двигателя (с точки зрения расхода топлива) и поддерживают этот уровень на заданной вами скорости. Эта технология обеспечивает нужную производительность двигателя без резких перепадов во время ускорения или замедления движения.
На последних моделях Nissan, оборудованных CVT, на 10% снижается трение между деталями двигателя по сравнению с предыдущим поколением автомобилей.
CVT регулирует ширину двух шкивов и радиус изгиба стального ремня, движущегося между ними, чтобы контролировать коэффициент передачи. При движении на низкой скорости радиус изгиба стального ремня становится уже. Это приводит к переходу на более низкую передачу (1 или 2 скорость). При повышении скорости радиус изгиба стального ремня становится шире. Это соответствует переходу на более высокую передачу (5 или 6 скорость). Стальной ремень нужен для изменения радиуса между шкивами. Переход на более низкую передачу влияет на темп ускорения. С другой стороны, когда идет переход на более высокую передачу, число оборотов двигателя уменьшается.
В дополнение к ускорению, сокращение затрат топлива и уровень шума можно оптимизировать через увеличение или уменьшение коэффициента передачи. Посредством использования более узкого осевого шкива и нового типа ремня, новое поколение XTRONIC CVT расширило возможности трансмиссии. Также адаптивный алгоритм выбора передач, исходя из намерений водителя (хочет ли он ускориться или поменять направление руля), позволяет выбрать наиболее оптимальное переключение скоростей. Интегрированная система управления двигателем и коробкой передач делает расход топлива наиболее эффективным и позволяет лучше реализовать ходовые качества автомобиля.
Трансмиссия с двойным сцеплением
Особенностью коробки передач с двойным сцеплением является то, что она использует два сцепления, но не имеет самой педали сцепления. Сложная электроника и гидравлика контролируют оба сцепления аналогично тому, как это происходит в стандартной автоматической коробке передач. Второй особенностью такой коробки передач является то, что оба сцепления работают независимо друг от друга. Одно сцепление контролирует нечетные передачи (1, 3, 5 и заднюю), другое отвечает за четные передачи (2, 4 и 6), а контроль осуществляет система PowerShift. В такой компоновке переключать передачи можно без потери мощности на стадии передач от двигателя до трансмиссии.
Трансмиссия PowerShift являлась совместной разработкой Ford, LuK и Getrag и впервые была представлена широкой публике в Европе. До этого Volvo и Ford взяли курс на использование новейших механизмов мокрого сцепления и гидравлического привода на своих коробках DCT. Тем не менее PowerShift, используемая в последних моделях Ford Fiesta и Ford Focus, оборудована сухим сцеплением и электродвигателем / электромагнитным управлением. Считается, что трансмиссия PowerShift повышает на 10% эффективность траты топлива по сравнению с обычной автоматической коробкой передач.
Volkswagen скрывает механизм своей трансмиссии с двойным сцеплением под аббревиатурой DSG, что расшифровывается как Direkt-Schalt-Getriebe (коробка передач с синхронизированным переключением). Основная особенность DGS: она имеет 5 валов, которые вместе с шестернями и двумя (!) сцеплениями образуют двухконтурный механизм передачи крутящего момента. Поэтому автомобили с трансмиссией DSG набирают скорость так же быстро и достигают такой же максимальной скорости, как и автомобили с механическими коробками передач. Впервые двойной коробкой передач были оборудованы 962 гоночные машины Porsche еще в 1980х годах.
Подобно разработкам Ford, DGS состоит из двух отдельных коробок передач, находящихся в одном корпусе и функционирующих как единое целое. Используя два независимых сцепления, DGS позволяет осуществлять быстрое ускорение, минимизирует влияние веса автомобиля на разгон и избавляет от потерь эффективности, которые происходят в машинах с обычной автоматической коробкой передач с гидротрансформатором.
Volkswagen уже представил семискоростной DSG. По сравнению с шестискоростной DSG, здесь уже нет никакого мокрого сцепления.
Чтобы расположить два промежуточных вала на одной оси с основанием, один из них сделан полым, а второй проходит через первый. Внешний вал и шестерни соединены с двумя вторичными (выходными) валами и образуют первый контур, «ответственный» за включение второй, четвертой и шестой передач. Внутренний вал соединен с двумя другими вторичными валами, на которые установлены пары шестерен первой, третьей, пятой и задней передач. Включение передачи происходит посредством синхронизатора и муфты, и этот процесс управляется электроникой с помощью гидравлического усилителя.
Дополнительно имеется и режим кик-даун, при котором водитель резко и до упора нажимает на педаль газа, что заставляет автомат понизить передачу для обеспечения быстрого разгона. Обратное переключение на более высокую передачу в этом случае может произойти только при достижении двигателем максимальных оборотов.
Porsche AG предлагает серийное производство двух вариантов коробок передач с продольным сечением. Речь идёт о трансмиссии с «мокрым сцеплением» Porsche Doppel kupplungs getriebe (PDK), которая раньше использовалась исключительно в гоночных машинах. Оба варианта имели 7 скоростей, и считалось, что вскоре они заменят уже постепенно уходящую в прошлое автоматическую коробку передач Tiptronic. Тем не менее, 8-скоростной Tiptronic до сих пор ставится на некоторые новые модели.
Как и все DCT, PDK от Porsche имеют в своей основе два сцепления, которые работают вместе в одной коробке. Здесь также за 1, 3, 5, 7 и передачу заднего хода отвечает одно сцепление, за 2, 4, 6 – другое сцепление. Новая коробка передач Porsche на 15% уменьшает выброс углекислого газа, если сравнить с прошлыми моделями АКП (половина из которых, кстати, так же относится к DCT). Если сравнивать с механической коробкой передач, то разница выброса составит 16%.
Диагностика
Система электронного управления трансмиссией (ETC) контролируется десятками микропроцессоров, которые еще известны, как модули управления. ETC ежесекундно собирает показатели сотен и тысяч датчиков, которые мгновенно обрабатываются и выбирают оптимальную передачу для данного отрезка пути. Работа ETC максимально интегрирована в другие электронные системы автомобиля, создавая единый механизм управления.
У ETC есть громадное преимущество. В то время как большинство компонентов автомобилей серьезно различаются от производителя к производителю, от машины к машине, все ETC системы в основном содержат одинаковые датчики и соленоиды.
Модуль управления включает в себя:
• Датчик, отслеживающий действия рычага переключения передач.
• Датчик, фиксирующий температуру двигателя и коробки передач.
• MAF-датчик, или MAP-датчик.
• Датчик, отслеживающий действия входного вала коробки передач
• Датчик, отслеживающий работу выходного вала коробки передач/датчик скорости автомобиля.
• Датчик положения дроссельной заслонки.
• Датчик тормоза.
В зависимости от модели автомобиля, ETC может также включать в себя:
• AWD / 4WD.
• ABS / Противобуксовочную систему.
• Ручной выключатель.
Режим защиты коробки передач призван исправить серьезный недостаток коробки передач – неважно, механика это или автоматика. Режим защиты не допускает переключения передачи, когда давление в бустерной системе доходит до максимума. Механизм работы режима защиты различается в зависимости от модели машины, марки и года выпуска. К примеру, система управления электромагнитом переключения передач Chrysler работает через релейный блок. Режим защиты, воздействуя на релейный блок, отключает питание системы.
В системах других производителей, режим защиты осуществляется через отключение питания или ground from certain actuator components. Фактически работа режима защиты зависит от типа схем управления системы ETC.
Неисправности в системе ETC автовладелец может определить по внезапному ухудшению освещения. Первое что специалист должен определить, связана ли проблема со сбоем в электронике или имеется механическое повреждение. Впрочем, большинство ETC самостоятельно обнаруживают проблемы в работе трансмиссии, используя режим защиты коробки передач, который выступает в качестве самодиагностики.
ETC также адаптируются к износу деталей. Она повышает или понижает линейное давление для получения корректных данных адаптивных вычислений. К примеру, ETC может сравнить фактическое время переключения передачи с тем временем, которое должно быть в идеале. Разница между двумя этими показателями фиксируется как неисправность в системе. Если разница оказывается сильно велика, ETC приводит их в норму, регулируя линейное давление трансмиссии.
