Одним из существенных недостатков двигателей внутреннего сгорания, а также двигателей дизеля заключается в передаче на колеса максимального крутящего момента лишь в небольшом диапазоне оборотов. Для ликвидации этого недостатка их работы и была придумана трансмиссия.
Автоматическая коробка переключения передач или АКПП появилась сравнительно давно. Основной целью ее создания было избавление водителя от постоянной необходимости работы сцеплением и ручкой переключения передач. Автомобиль, таким образом, должен был стать комфортнее и безопаснее. Первые разработки в этой сфере начались в 1930 году в Америке, и к шестидесятым годам двадцатого века автоматические трансмиссии приобрели привычный нам вид, стали надежными и долговечными. АКПП распространились по миру, но в Европе они получили свое распространение совсем недавно, на конец двадцатого века автомобилей с АКПП было не более 20%. В СССР автомобили с АКПП массово не производились и пришли к нам только после распада советского союза. Редкие исключения составляли специализированные Чайки и Волги, некоторые автобусы, тракторы и БелАЗы. В XXI веке автомобили гражданского пользования с АКПП, наконец, начали производить и у нас.
Состоит классический автомат из гидротрансформатора, фрикционных и обгонных муфт, а также соединительных валов, электронного блока управления и планетарной передачи. 
Для обеспечения передаточных отношений используются планетарные передачи, которые состоят из водила, солнечной и кольцевой шестерни, сателлитов. За счет вращения одних и фиксации других элементов и происходит смена передаточного числа. Вокруг солнечной шестерни вращаются сателлиты, между ними устанавливается планетарное водило, сверху – коронная шестерня. Фиксация осуществляется за счет тормозных лент и фрикционов. При блокировке коронной шестерни передаточное отношение растет. Уменьшается при блокировке солнечной шестерни. Переключение передачи происходит посредством давления масла на гидравлический толкатель.
Масляный насос поддерживает необходимое для работы коробки давление всегда, пока двигатель работает.
В современных АКПП гидроблок и электронный блок управления объединены в один узел. Гидравлическая плита представляет собой лабиринт каналов, через которые и происходит воздействие масла на фрикционы или тормозные ленты. Внутри каналов устанавливаются регуляторы, клапана и соленоиды. Электрическая часть состоит из различных датчиков и компьютера.
Принцип работы гидротрансформатора АКПП
Механизм гидротрансформатора заменяет АКПП сцепление, он представляет собой большое колесо и его основная задача – передавать крутящий момент с двигателя на колеса, посредством вращения потоков масла, то есть АКПП не связана с двигателем жестко. Переключение передач происходит путем блокировки муфт. Процессом переключения руководит электронный блок управления, основываясь на показаниях датчиков оборота двигателя, его скорости, показаний гироскопа и других датчиков. Помимо гидравлических АКПП, принцип гидротрансформатора используется для работы бесступенчатых трансмиссий – вариаторов. Сфера применения гидротрансформатора очень велика – от привычных нам легковых автомобилей до сверхтяжелой специальной техники.
Гидротрансформатор включает турбинное, насосное и реакторное колеса. Насосное колесо соединяется с валом двигателя, а турбинное – с коробкой. Между ними находится реакторное колесо, которое связано с насосным через обгонную муфту. Принцип работы гидротрансформатора заключается в следующем: при начале движения начинает вращаться насосное колесо, тем самым закручивая потоки масла. Оно, в свою очередь, начинает вращать реакторное колесо, усиливая вращение за счет своих лопастей. Далее, на турбинное колесо передается поток масла и оттуда уже на колеса. 
Блокировка гидротрансформатора . Принцип работы современного гидротрансформатора включает использование блокировки. Насосное и турбинное колеса жестко связаны. Ранее блокировка активировалась на 70 км/ч, но современные автомобили используют ее с самых маленьких скоростей. Блокировка гидротрансформатора позволяет экономить топливо, эффективно тормозить двигатель. Однако из-за нее куда быстрее изнашивается фрикцион гидротрансформатора, уменьшается плавность хода и в целом АКПП изнашивается быстрее. КПД по ходу работы гидротрансформатора теряется на перемешивание масла и его нагрев.
Гидромуфта работает для передачи момента, но не изменяет его величину. Для его изменения предназначено реакторное колесо. Реактор остается неподвижным пока скорость вращения турбинного колеса не сравняется с вращательной скоростью насосного колеса, затем оно освобождается. Таким образом, снижаются потери, и крутящий момент увеличивается до 300%.
Использование АКПП
Классическая АКПП имеет орган управления – селектор, на котором представлены несколько «передач»:
P – режим парковки, АКПП заблокирована механически. Завести автомобиль можно только на P и R. При отсутствии уклона этого режима достаточно, чтобы удержать автомобиль на месте;
R – режим заднего хода. Активируется только после того, как автомобиль полностью остановится;
N – нейтраль, используется для буксировки, АКПП выключена, но колеса не заблокированы;
D – переключение передач с 1 по последнюю последовательно;
S – переключение до второй передачи;
L – Езда на первой передаче.
Кроме этого, современные АКПП имеют еще и различные режимы функционирования коробки:
Sport – спортивный режим характеризуется тем, что переключение передач осуществляется на более высоких оборотах, автомобиль разгоняется быстрее;
Snow – зимний режим АКПП. В данном режиме машина начинает свое движение со 2-й передачи, снижая пробуксовки;
ECO – экономичный режим, топливная экономия;
O/D – запрет на переключение более высокой передачи, как правило, применяется для обгона;
Kickdown – режим быстрого ускорения для обгона, который активируется быстрым двойным нажатием на педаль акселератора, при этом автомат переключается на ступень вниз.
Плюсы АКПП
- Комфорт для водителя, меньше действий для управления машиной, больше времени на дорогу.
- АКПП не позволяет излишне нагружать двигатель, увеличивая его ресурс.
- Современные АКПП переключаются быстрее, чем любой водитель переключает МКПП.
- Огромный ресурс при правильной эксплуатации.
- Из-за отсутствия жесткой связи двигателя с трансмиссией ударные нагрузки на нее исключены.
Минусы АКПП
- Более дорогие в производстве по сравнению с МКПП.
- Более дорогой и сложный ремонт в случае поломки.
- Из-за передачи крутящего момента жидкостью больше потери мощности на двигатели, выше расход.
- АКПП не позволяет использовать двигатель на полную.
- Критична к пробуксовкам, меньше проходимость на моноприводных автомобилях.
- Нельзя запустить с толкача.
Эксплуатация и обслуживание АКПП
Как и любой узел автомобиля АКПП необходимо эксплуатировать правильно, если этого не делать ресурс коробки можно сократить в несколько раз.
Эксплуатация в зимний период.
Перед началом поездки АКПП необходимо прогревать не менее 5 минут при минусовой температуре. Автомату необходимо прогреться и разогнать по своим внутренностям загустевшее масло. Эксперты рекомендуют поставить автомобиль на тормоз и прогнать все положения селектора АКПП, задерживаясь в каждом на срок до минуты. До прогрева автомобиля и АКПП до рабочей температуры не следует допускать пробуксовок и резких разгонов.
Преодоление препятствий. Испытание сельскими, размытыми, грязными дорогами или снежно-ледяной коркой в России привычно для любого автовладельца. Приключения могут начинаться каждое утро в собственном дворе из-за «отличной» работы коммунальщиков и дорожных служб. АКПП не любит пробуксовок и выхода «раскачкой», таким образом её можно сжечь. Для преодоления препятствий лучше использовать режим SHOW/WINTER, если его нет – переключить передачу в положение L или S (на некоторых автомобилях может обозначаться 1 или D1) и стараться не останавливаться. Если колеса угодили в ямку, раскачку можно изобразить с помощью движения вперед, отпускания газа, съезда в ямку естественным ходом и снова набиранием оборотов, то есть, не переключаясь на задний ход. Если выбраться сразу не получается – дайте АКПП остыть и отдохнуть. В конце концов, существует масса других приемов для преодоления препятствий, например, помощь другого участника движения. Не забывайте отключать TRC или ESP, они снижают обороты двигателя при пробуксовках, что совсем не поможет, если автомобиль уже застрял.
Использование нейтрали.
Переключать АКПП в нейтраль стоит только при простое свыше двух минут, в остальных случаях это сильно изнашивает АКПП и совсем ей не помогает. При съезде с горы, переключение в нейтраль не дает никакой экономии. Нейтраль существует только для буксировки неисправного автомобиля.
Буксировка прицепа либо же другого авто изнашивает автомобиль с АКПП значительно быстрее, буксировка не должна превышать расстояние в 20 километров.
Режим Кикдауна и разгоны. Если автомобиль изначально не позиционируется как спортивный, то постоянные разгоны ему только навредят. Если владелец автомобиля гонщик, то он может сразу готовить деньги на ремонт автомата. АКПП следует эксплуатировать в режимах, не превышающих 5 тыс. оборотов.
Запрещено переключать движущийся автомобиль на парковку или реверс, нажимать педаль газа и тормоза одновременно. Ездить на пониженной передаче и продолжать использовать ушедшую в аварию АКПП также запрещается.
Режим парковки. Данным режимом следует пользоваться исключительно на горизонтальной плоскости. Если автомобиль стоит под уклоном, необходимо пользоваться ручным тормозом, а иначе весь вес автомобиля ляжет на блокиратор коробки, который тоже имеет свой ресурс. Причем сначала надо активировать ручник, потом уже переводить в положение парковки.
Контроль уровня и замена масла.
Как и двигатель, АКПП способна проработать без масла всего несколько часов. От качества и чистоты масла зависит, насколько будет хорошо и долго работать АКПП. На различных АКПП масло меняется от 20 тыс. до 120 тыс. километров пробега.
Фильтр. Фильтр – это узел АКПП, ответственный за очистку масла от продуктов износа механизмов коробки. Современные фетровые фильтры меняются при каждой замене масла или ремонте, уже устаревшие, металлические, могли использоваться вплоть до капитального ремонта АКПП.
Современные АКПП. RAV4
Айсин – японская компания, специализирующаяся на производстве автоматических коробок передач, дочернее предприятие Японии. АКПП от Айсин по своей надежности и долговечности уступают лишь некоторым старым американским разработкам. Ресурс некоторых АКПП от Айсин доходит до 1500000 километров. В то время как многие производители ударились в эксперименты по созданию вариаторов и роботизированных коробок передач, Айсин и не думала о них забывать. 
С 2009 года Айсин начала выпускать АКПП модели U760E для автомобилей Лексус и Тойота Камри, Рав4 и других. Шестиступенчатые АКПП U760E и некоторые другие аналоги от других производителей называют убийцами механических и роботизированных коробок передач. Характеристики этой разработки догнали и перегнали механические коробки передач. Они переключаются быстрее, более плавно, комфортнее, достигнута большая топливная экономия, лучше управляются и при этом достаточно надежны. Но цена и ресурс АКПП и МКПП по-прежнему не сравнимы. На Рав4 и других автомобилях блокировка гидротрансформатора срабатывает с невысоких оборотов, КПД коробки значительно повышено, автомат не «протупливает», позволяет быстрее разгоняться, но при этом фрикцион гидротрансформатора изнашивается очень быстро.
В последнее время большим спросом начали пользоваться автомобили с И сколько бы ни говорили автомобилисты, что АКПП - это ненадежный механизм, который дорог в обслуживании, статистика утверждает обратное. С каждым годом машин с МКПП становится меньше. Удобство «автомата» оценили многие водители. Что касается дорогого обслуживания, самая ответственная деталь в этой коробке - гидротрансформатор АКПП. Фото механизма и его устройство - далее в нашей статье.
Характеристика
В конструкцию автоматической коробки передач помимо данного элемента входит множество других систем и механизмов. Но основную функцию (это передача крутящего момента) выполняет именно гидротрансформатор АКПП. В просторечии его называют «бубликом» за счет характерной формы конструкции.
Стоит отметить, что на автоматических коробках для переднеприводных авто гидротрансформатор АКПП включает в себя дифференциал и Помимо функции передачи крутящего момента «бублик» принимает на себя все вибрации и удары от маховика двигателя, тем самым сглаживая их до минимума.
Конструкция
Давайте рассмотрим, как устроен гидротрансформатор АКПП. Данный элемент состоит из нескольких узлов:
- Турбинного колеса.
- Блокировочной муфты.
- Насоса.
- Реакторного колеса.
- Муфты свободного хода.
Все эти механизмы помещены в единый корпус. Насос непосредственно связан с коленвалом двигателя. Турбина сопрягается с шестернями коробки передач. Реакторное колесо размещено между насосом и турбиной. Также в конструкции колеса «бублика» имеются лопасти особой формы. Работа гидротрансформатора АКПП основана на перемещении специальной жидкости внутри (трансмиссионного масла). Поэтому АКПП включает в себя также масляные каналы. Кроме этого, здесь есть свой радиатор. Для чего он нужен, рассмотрим немного позже.
Что касается муфт, блокировочная предназначена для фиксации положения гидротрансформатора в определенном режиме (например, «паркинг»). Муфта свободного хода служит для вращения реакторного колеса в обратной стороне.
Принцип работы гидротрансформатора АКПП
Как действует данный элемент в коробке? Все действия «бублика» осуществляются по замкнутому циклу. Так, главная рабочая жидкость здесь - это «трансмиссионка». Стоит отметить, что она отличается по вязкости и составу от тех, что используются в механических коробках. Во время работы гидротрансформатора смазка поступает от насоса на турбинное колесо, а затем - на реакторное.
Благодаря лопастям жидкость начинает быстрее вращаться внутри «бублика», тем самым увеличивая крутящий момент. Когда частота вращения коленвала увеличивается, турбины и насосного колеса выравнивается. Поток жидкости меняет свое направление. Когда автомобиль набрал уже достаточную скорость, «бублик» будет работать только в режиме гидромуфты, то есть передавать лишь крутящий момент. Когда скорость движения увеличивается, ГТФ блокируется. При этом замывается муфта, и передача момента от маховика на коробку производится напрямую, с одинаковой частотой. Элемент разъединяется снова при переключении на следующую передачу. Так заново происходит сглаживание угловых скоростей до того момента, как скорость вращения турбин не сравняется.
Радиатор
Теперь о радиаторе. Для чего в автоматических коробках он выведен отдельно, ведь на «механике» такой системы не применяют? Все очень просто. На механической коробке масло выполняет лишь смазывающую функцию.
При этом его заливают лишь наполовину. Жидкость содержится в поддоне КПП, и в ней смачиваются шестерни. В автоматической коробке масло выполняет функцию передачи крутящего момента (откуда пошло название «мокрое сцепление»). Здесь нет фрикционных дисков - вся энергия идет через турбины и масло. Последнее постоянно двигается в каналах под высоким давлением. Соответственно, маслу необходимо охлаждаться. Для этого и предусмотрен в такой трансмиссии собственный теплообменник.
Неисправности
Выделяют следующие поломки трансмиссии:
- Неисправность ГТФ.
- Поломка тормозной ленты и
- Неисправность масляного насоса и контролирующих датчиков.
Как определить поломку?
Выяснить, какой именно элемент вышел из строя, без демонтажа коробки и ее разбора довольно трудно. Однако предугадать серьезный ремонт можно по нескольким признакам. Так, если наблюдаются неисправности гидротрансформатора АКПП или коробка будет «пинаться» при переключении режимов. Машина начинает дергаться, если вы ставите ручку с одного режима на другой (причем когда нога находится на педали тормоза). Также коробка входит сама в аварийный режим. Машина двигается только на трех передачах. Это говорит о том, что коробке нужна серьезная диагностика.
Что касается замены гидротрансформатора, она выполняется при полном демонтаже коробки (отсоединяются приводные валы, «колокол» и прочие детали). Этот элемент - самая дорогая составляющая любой АКПП. Цена на новый ГДТ начинается от 600 долларов для бюджетных моделей авто. Поэтому важно знать, как правильно использовать коробку, чтобы максимально отсрочить ремонт.
Как сохранить КПП?
Считается, что ресурс у данной трансмиссии на порядок ниже, чем у механики. Однако специалисты отмечают, что при должном обслуживании узла вам не потребуется ремонт или замена гидротрансформатора АКПП. Так, первая рекомендация - это своевременная Регламент - 60 тысяч километров. И если на МКПП масло залито на весь срок эксплуатации, то в «автомате» оно является рабочей жидкостью. Если смазка черная или имеет запах гари, ее нужно срочно заменить.
Вторая рекомендация касается соблюдения температурных режимов. Не стоит слишком рано начинать движение - температура масла коробки должна быть не ниже 40 градусов. Для этого переведите рычаг по всем режимам с задержкой в 5-10 секунд. Так вы прогреете коробку и подготовите ее к эксплуатации. На холодном масле ездить нежелательно, так же как и на сильно горячем. В последнем случае жидкость будет буквально гореть (при замене вы услышите запах гари). АКПП не подходит для дрифта и жесткой эксплуатации. Также не стоит на ходу включать нейтральную передачу, а затем снова включать «драйв». Так вы сломаете тормозную ленту и ряд других важных элементов в коробке.
Заключение
Итак, мы выяснили, что собой представляет гидротрансформатор АКПП. Как видите, это весьма ответственный узел в коробке. Именно через него передается крутящий момент на коробку, а затем на колеса. И поскольку масло здесь является рабочей жидкостью, нужно соблюдать регламенты его замены. Так коробка будет радовать вас долгим ресурсом и плавными переключениями.
По прогнозам экспертов, автоматические трансмиссии в обозримом будущем потеснят традиционные МКПП еще больше. И это не удивительно, ведь «автоматы» облегчаются, удешевляются и даже умудряются быть экономичнее «механики». Многие оказываются перед выбором и долго не могут определиться, так как не понимают принципов работы сложной автоматики, а потому с недоверием относятся к подобным узлам. На самом же деле все не так уж и сложно. Рассмотрим устройство АКПП вместе.
Основные составляющие классической АКПП:
- гидротрансформатор;
- планетарный редуктор;
- система гидравлического управления.
Гидротрансформатор
Задача гидротрансформатора – передача и изменение крутящего момента непосредственно от мотора к планетарному редуктору, а также уменьшение вибраций. Данный механизм помещен в отдельный корпус и состоит из: насосного, турбинного, реакторного колес (все оснащены лопастями), блокировочной муфты, а также муфты свободного хода. В работе этой конструкции используется специальная рабочая жидкость Automatic Transmissions Fluid, которой заполнен корпус гидротрансформатора. Ее роль обычно исполняет для автоматических КПП.
Начать нужно с того, что насосное колесо, соединенное с коленвалом двигателя, передает поток рабочей жидкости на турбинное колесо (оно тоже начинает вращаться), после – реакторное (оно остается неподвижным). Благодаря конструкции лопастей реактора масло направляется на насосное колесо, отчего частота его вращения возрастает. Максимальный крутящий момент развивается на минимальной скорости. При возрастании оборотов коленвала скорость колес выравнивается, изменяется поток жидкости и задействуется муфта свободного хода. После этого реакторное колесо начинает движение, гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты, передавая исключительно крутящий момент. При увеличении скорости срабатывает блокирующая муфта (гидротрансформатор блокируется), и крутящий момент поступает на планетарный редуктор напрямую.
Планетарный редуктор
Анализируя устройство автоматической коробки передач, необходимо сказать, что планетарный редуктор – основной механизм данного комплекса. Его задача состоит в ступенчатом изменении крутящего момента и обеспечении движения задним ходом. Основные составляющие: планетарные элементы, муфты сцепления, ленточные тормоза. «Пазлы» планетарного элемента – солнечная шестерня («солнце»), вращающиеся вокруг нее сателлиты (они закреплены на водиле). Вокруг этой конструкции находится «корона» (коронная шестерня). Муфта сцепления являет собой набор чередующихся дисков и пластин, когда они между собой сжимаются в результате действия гидравлического поршня, муфта срабатывает. Ленточный тормоз – обхватывающая один из элементов планетарного ряда пластина, приводится в действие гидравлическим актуатором.
Муфта призвана блокировать между собой элементы планетарного ряда, в то время как ленточный тормоз удерживает один из них в неподвижном состоянии за счет соединения с корпусом узла. Работа гидроцилиндров, приводящих в действие муфты и тормоза, координируется из системы гидравлического управления. Блокировка «короны» приводит к увеличению передаточного отношения, «солнца» - к его уменьшению, водила – к изменению направления вращения.
Система гидравлического управления
Данная система состоит из: маслонасоса, центробежного регулятора, системы клапанов, исполнительных устройств, масляных клапанов. При старте автомобиля маслонасос обеспечивает оптимальное давление для обеспечения блокировки планетарных элементов так, чтобы крут. момент на выходе был минимальным (первая передача). Затем, с ростом оборотов, увеличивается давление – включается вторая передача. Если нагрузка на колеса увеличится, снизится давление, и будет иметь место обратный принцип переключения передач. Также сегодня применяется электронная система управления. Она использует датчики оборотов на входе и выходе КПП, температуры масла, положения педали акселератора и рычага селектора. В своей работе блок управления использует программу fuzzy logic с возможностью построения гибкого алгоритма перехода с одной передачи на другую.
Стоит добавить, что ныне на конвейеры свои уникальные «автоматы» поставляют многие предприятия, бренды анонсируют радикальные улучшения и всячески борются за покупателей. В результате конструкция усредненной АКПП становится с каждым годом все сложнее для понимания простого обывателя. Тем не менее, не нужно забывать, что каждая инновация перед массовым выпуском проходит десятки суровых тестов, прототипы наматывают сотни тысяч километров. Так что выбор автоматической КПП – дело весьма субъективное.