Виды коробок передач: разбираемся в деталях
О чем речь? Виды коробок передач отличаются по техническому устройству. Так, механическая КПП считается более надежной и ремонтопригодной, чем другие типы, а роботизированная быстрее всех переключает передачи.
На что обратить внимание? При покупке автомобиля вид коробки передач играет существенную роль. Сегодня водители все больше отказываются от «механики» в пользу «автомата» и вариатора. Чтобы сделать окончательный выбор, желательно изучить плюсы и минусы всех типов трансмиссии, особенно при покупке б/у машины.
Вопросы, рассмотренные в материале:
Функции коробки передач
Коробка переключения передач (сокращенно КПП) является одним из ключевых компонентов машины. Из-за специфики работы двигателя внутреннего сгорания на малых оборотах ему иногда не хватает мощности (крутящего момента) для вращения колес и движения автомобиля. Чтобы обеспечить возможность быстрого вращения на низкой скорости движения, используется коробка передач, являющаяся, говоря упрощенно, набором шестерен, которые соединяют колеса и двигатель.
Для того чтобы понять суть работы КПП, рассмотрим простейшее зубчатое соединение из двух шестерен, одна из которых в три раза больше другой (то есть у нее в три раза больше количество зубьев). Таким образом, пока большая шестерня сделает всего один оборот, маленькая успеет сделать три. Если же, наоборот, соединить малую шестерню с двигателем, а большую – с колесами, они будут крутиться медленнее, чем коленвал мотора, в три раза (крутящий момент, вращающий колеса, при этом также будет в три раза выше крутящего момента двигателя).
Но по мере набора скорости следует учитывать, что обороты двигателя будут продолжать возрастать в том же троекратном размере. Слишком высокие обороты вредны для мотора, так как топливо не будет успевать сгорать, что может привести к печальным последствиям для «сердца» вашего «железного коня». Чтобы избежать этого, следует своевременно переключиться на другую передачу с меньшим передаточным отношением (разницей в количестве зубьев). В наше время легковушки имеют от пяти до шести различных передач, в редких случаях даже девять. Коробка передач представляет собой узел, в котором собраны все эти механизмы.
Таким образом, несмотря на то что глобально КПП – это набор шестерен, стоит немного углубиться в детали, и станет ясно: все намного сложнее. Кроме наличия передач коробке необходимы и механизмы для их переключения. Кстати, шестерни – далеко не единственный вариант передачи в автомобиле. За долгие годы развития машиностроения было придумано немало различных механизмов, начиная с простейших шкивов и приводного ремня (как на велосипеде) и заканчивая совсем уж редкими приспособлениями.
Механическая коробка передач
Начинать разговор о том, какие виды коробок передач бывают, пожалуй, стоит с механической, ведь это самый популярный и проверенный временем тип КПП, история которого восходит к первым автомобилям. Однако за прошедший век и двигатели, и автомобили значительно изменились. «Механика» также эволюционировала: от трех скоростей до шести и одной задней.
Популярность механических коробок передач продолжает расти, несмотря на то что многие автовладельцы считают электронику более удобной. И она действительно удобна, когда вы едете по ровному гладкому покрытию. А вот разбитый асфальт, размытая грунтовая дорога, снег, лед, грязь и прочие факторы, ведущие к пробуксовке, могут привести к перегреву деталей автоматических коробок. На механике же водитель всегда может следить за состоянием авто и на опыте выбраться почти из любой ситуации.
Основная функция МКПП заключается в изменении передаточного отношения путем самостоятельного выбора водителем нужной скорости. В отличие от других трансмиссий, механическая не содержит гидравлики или электрики, о чем, впрочем, нам сообщает само ее название.
По своей структуре механическая коробка передач может состоять из двух или трех валов. В первом случае все максимально просто, крутящий момент идет от одного вала к другому с помощью шестерен. Во втором варианте ведущий вал через сцепление соединяется с двигателем, а промежуточный вал передает вращение от первичного вала вторичному, жестко соединенному с карданным валом. Пример такой конструкции — коробка передач на автомобиле УРАЛ.
Преимущества механической коробки передач:
- легкий запуск двигателя в заморозки;
- доступная стоимость;
- низкий расход масла;
- возможность езды накатом;
- отсутствие нужды в охлаждающей системе;
- небольшой вес;
- возможность на максимум использовать мощность двигателя;
- пониженный расход топлива;
- высокая динамика разгона;
- возможность разъединения коробки и двигателя;
- легкость обслуживания благодаря простому устройству.
Несмотря на свою популярность, механика также имеет свои минусы:
- наличие дополнительной педали из-за еще одного узла (сцепление);
- требуются дополнительные навыки вождения, особенно в части управления и работы со сцеплением, как следует из предыдущего пункта;
- возможность перегрева двигателя на слишком высоких оборотах в случае неправильного переключения передач;
- чуть большие временные затраты на смену передачи в сравнении с автоматической трансмиссией;
- требуется уделять вождению больше внимания и быть более сконцентрированным, что негативно сказывается на общем комфорте водителя;
- ограниченный срок годности сцепления и необходимость его регулярного обслуживания.
Хотя список недостатков довольно приличный, МКПП широко применяется в различных транспортных средствах, а для грузовых автомобилей и вовсе практически незаменима. Например, раздаточная коробка КамАЗ дает заметное повышение проходимости автомобиля благодаря увеличению крутящего момента на ведущих колесах за счет распределения между ведущими мостами.
Автоматическая коробка передач
Этот вид коробки передач на автомобиле был разработан еще в начале 1940-х годов и в наши дни шаг за шагом постепенно захватывает рынок. Под традиционной автоматической коробкой передач обычно представляют гидромеханическую. Сцепление в этом случае водителю не требуется, и у него остаются лишь две педали для торможения и набора скорости.
На месте рычага для переключения скоростей установлен селектор, который, в зависимости от марки и модели авто, может быть представлен в форме кнопок, шайбы или специального переключателя под рулем. Есть 4 режима, каждый из которых обозначен своим буквенным символом: P — парковка (дублирование функции стояночного тормоза), D — движение вперед, N — нейтральное положение без включенной передачи, R — задний ход.
Главное отличие и сложность в сравнение с обычной МКПП в том, что передачу выбирает электронный блок управления (ЭБУ). В современных АКПП встречается до 10 передач.
Механизм такого устройства основан на изменении силы давления жидкости в коробке, поэтому в названии присутствует слово «гидро». Основа конструкции — гидротрансформатор и планетарная коробка передач.
- Гидротрансформатор, в народе известный как «бублик» из-за своей формы, передает крутящий момент от двигателя. Он состоит из трех лопастных колес: насосного, турбинного и реакторного. Колеса погружены в специальную жидкость и защищены герметичным кожухом. Насосное колесо связано с коленчатым валом двигателя, а турбинное — с первичным валом коробки передач.
- Планетарная коробка передач представляет собой зубчато-шестеренчатый механизм, в который входят центральная и неподвижная коронная шестерни, а также сателлиты. Вращаются они, словно планеты вокруг Солнца, в одной плоскости относительно центральной шестерни. Водило, передающее крутящий момент на выходной вал коробки, приходит в движение при помощи сателлитов. Для изменения передаточных чисел шестерни имеют разные размеры и движутся внутри короны с разной скоростью.
При работающем двигателе масло, нагнетаемое насосом в «бублике», без остановки по кругу проходит через крыльчатки реактора. В результате механическая энергия от маховика двигателя преобразуется в гидравлическую, и крутящий момент передается на планетарный механизм.
Преимущества: в большинстве случаев это надежный и проверенный многолетним опытом использования механизм, который обеспечивает машине плавный и тихий ход.
Недостатки: весьма требователен к свойствам трансмиссионной жидкости; простые механизмы могут работать медленно; ремонт подобной конструкции довольно ощутимо бьет по кошельку.
Вариаторная коробка передач
Вариаторные трансмиссии (CVT) относятся к новым видам автоматических коробок передач и сегодня являются их главными преемниками. Считается, что за вариаторами будущее, особенно в городских условиях. Японские производители (Nissan, Subaru) в последнее время уделяют особое внимание трансмиссиям CVT. Первая серийная вариаторная КПП была установлена на небольшой легковой автомобиль DAF в 1950-х годах.
Первые конструкции, увы, были недостаточно надежны и быстро выходили из строя. Даже Volvo, посвятившей немало времени попыткам работать в улучшении технологии, в итоге это надоело, и проект заглох. Но в Японии смогли вдохнуть в идею новую жизнь.
Увеличивающееся с каждым годом количество машин привело к постоянному образованию заторов на дорогах. Автомобили с обычной АКПП в условиях медленного многочасового движения в пробках показывали себя не лучшим образом. Регулярные ненужные в условиях медленной езды переключения передачи с первой на вторую или наоборот длительное удерживание передачи при движении накатом приводили к повышенному расходу топлива, высоким нагрузкам на детали коробки и быстрому износу конструкции. Тут то и созрело решение доработать АКПП, в результате чего появился вариатор.
Трудно поверить, но первый вариатор был изобретен Леонардо да Винчи в 1490 году. На его чертежах изображена схема с параллельными конусами и ремнем, который перемещается поперек оси вращения конусов, меняя передаточное отношение пары.
Вариатор — это бесступенчатая коробка передач, состоящая из гидротрансформатора, двух раздвижных шкивов и ремня трапециевидной формы. Ведущий шкив выталкивает ремень наружу, увеличивая радиус шкива и передаточное отношение. При необходимости уменьшить передаточное число ведомый шкив раздвигается, перемещая ремень на меньший радиус. Гидротрансформатор необходим для начала движения конструкции, после чего блокируется. ЭБУ управляет шкивами.
Преимущества вариатора:
- плавное переключение передач без рывков;
- низкий расход топлива;
- отличная динамика движения.
Недостатки вариатора:
- несовместимость с двигателями высокой мощности;
- дорогостоящее обслуживание и ремонт;
- множество датчиков, необходимых для стабильной работы;
- как и в обычных АКПП, проблемы при сложных дорожных условиях, пробуксовке и буксировке.
Роботизированная коробка передач
После прочтения всей указанной информации у вас должен появиться закономерный вопрос: почему за все время развития автомобильной индустрии инженеры не смогли создать такой вид коробки передач, который бы удовлетворял потребности как любителей механики, так и поклонников АКПП? Конечно, без таких попыток не обошлось, и в результате появилась роботизированная коробка передач, которую в народе называют роботом или типтроником.
Главный недостаток АКПП или CVT для тех, кто предпочитает механическую коробку передач, заключается в том, что ЭБУ самостоятельно выбирает передачу, и водитель не может обеспечить стопроцентный контроль за своей машиной. Особенно это заметно при спортивном стиле вождения или в зимних условиях.
Автоматическая коробка передач предпочтительнее для спокойной езды по городу. В роботизированной коробке передач попробовали совместить их плюсы. Она позволяет водителю вручную оказывать влияние на переключение скоростей с использованием специального селектора с двумя положениями, то есть на одну передачу вверх или вниз. В зависимости от марки машины (особенно если автомобиль спортивный) вместо селектора могут быть «лепестки» на руле с той же функцией. В последнее время их все чаще устанавливают и в обычных автомобилях.
Следует отметить, что водитель может частично контролировать автоматическую коробку передач с помощью пониженных передач, но полного контроля над переключением достичь невозможно.
Во-первых, ограничение с помощью пониженной передачи можно установить лишь до первой или второй (в некоторых случаях третьей) передачи, переключить автомат ниже пятой передачи не выйдет. Во-вторых, чтобы попытаться заставить авто не переключать скорость выше первой передачи, можно поставить рычаг в режим Low (L), но при чрезмерном повышении оборотов (например, автомобиль движется с крутого склона) автоматическая коробка все равно перейдет на следующую передачу в целях недопущения непоправимого ущерба.
Таким образом, электроника в роботизированной коробке передач в основном контролирует механику, водителю не нужно постоянно нажимать на сцепление, но он всегда может переключиться на автомат, если потребуется.
Часто задаваемые вопросы о видах коробок передач
Что представляет собой IVT?
Эта коробка передач — один из подвидов обычного вариатора (CVT), который обладает неограниченным количеством передач и передаточных чисел.
В вариаторах IVT возможно включение нулевого передаточного числа, когда выходной вал не зависит от ведущего вала. В таком режиме автомобиль может стоять на месте, но двигатель при этом будет работать с установленной скоростью. Термин «бесконечное/неограниченное передаточное отношение» применяют в основном для красного словца, более точно будет сказать «неопределенное».
Какой вид коробки передач проще устроен?
Вариатор — это самый простой механизм из рассмотренных нами. Несмотря на то что механические и гидротрансформаторные коробки передач появились ранее, вариаторные оказались проще конструктивно, ведь состоят только из трех ключевых компонентов: двух конусообразных шкивов и ремня, соединяющего их.
Какой вид коробки передач лучше?
Каждая коробка передач обладает набором преимуществ и недостатков, поэтому лучший вариант будет отличаться в каждой конкретной ситуации. Главное ориентироваться на условия, в которых будет эксплуатироваться автомобиль, и цели водителя.
Мы рассмотрели разные виды коробок передач и их отличия, изучили все плюсы и минусы. Выделить однозначного лидера тут невозможно, решение при выборе КПП следует принимать, ориентируясь на нужды, для которых приобретается авто, предпочтения водителя к уровню комфорта за рулем и возможности бюджета.