Конструкции автоматических коробок передач АКПП

1. Конструкции планетарных АКПП (ГМП)

АКПП GM трёхступенчатая с гидравлическим блоком управления. Предназначена для установки на автомобили классической компоновки (рис. 1.).

Гидромеханическая коробка передач GM включает гидротрансформатор, масляный насос, фрикционные элементы управления, планетарный механизм, ведущий и ведомый валы, механизм парковки и гидравлический блок управления.

Рис. 1. Гидромеханическая коробка передач GM: 1 – гидротрансформатор; 2 – масляный насос; 3 – пакет фрикционов дискового тормоза; 4 – планетарный механизм; 5 – ленточный тормоз; 6 – механизм парковки; 7 – ведомый вал

Гидротрансформатор установлен в промежуточном кожухе между двигателем и коробкой передач. Особенностью конструкции гидротрансформатора является специальная форма лопаток насосного и турбинного колес. Изогнутая в обратном направлении форма лопаток насосного колеса придает дополнительное ускорение маслу в момент ее отрыва от лопатки. В то же время форма турбинных лопаток разработана так, чтобы поглотить как можно большую часть энергии масла и снизить потерю энергии за счет резкой смены направления движения при входе масла в турбинное колесо. При взаимодействии колес гидротрансформатора наибольшие гидродинамические усилия на лопатках турбины возникают, когда она полностью заторможена, а насосное колесо работает с полной эффективностью – например, при высокой частоте вращения коленчатого вала.

В АКПП GM установлен масляный насос шестеренчатого типа с внутренним зацеплением зубчатых колес (рис. 2). Ведущей шестерней является внутреннее зубчатое колесо, которое приводится во вращение ступицей гидротрансформатора. В насосе установлен делитель для предотвращения утечки масла из зоны нагнетания масла. Производительность насоса рассчитана на обеспечение системы управления непрерывным потоком масла при минимальной частоте вращения коленчатого вала.

Рис. 2. Масляный насос: 1 – внутреннее зубчатое колесо; 2 – внешнее зубчатое колесо

С увеличением частоты вращения коленчатого вала производительность насоса увеличивается. В результате в гидросистеме возникает избыточное давление, которое может привести к неправильной работе АКПП и выходу из строя некоторых ее элементов. Для предотвращения этого в системе управления АКПП используется регулятор давления, задача которого – формирование давления в основной магистрали (рабочего давления). Регулятор давления установлен в основной магистрали сразу же после насоса. Он начинает работать после запуска двигателя.

Механизм парковки состоит из тяги, блокировочного конуса, блокировочного упора и блокировочной шестерни (рис. 3). Блокировочная шестерня установлена на ведомом валу коробки передач на шлицах.

Рис. 3. Механизм парковки. Положение «парковка включена»: 1 – тяга; 2 – блокировочный конус; 3 – блокировочный упор; 4 – блокировочная шестерня; 5 – ведомый вал

При переводе селектора в положение «парковка» блокировочный упор входит в один из пазов блокировочной шестерни, тем самым блокируя вращение ведомого вала КП.

Объем заливаемой эксплуатационной жидкости в АКПП GM составляет 3,5 л.

Стремление улучшить динамические показатели и топливную экономичность уже в начале 90-х годов привело к созданию пятиступенчатых планетарных коробок передач. Значительные работы в этом направлении были проведены фирмами ZF и MercedesBenz. В какой-то степени создание этих передач явилось ответом на появление шестиступенчатых коробок передач с ручным управлением. Фирма ZF разработала два варианта пятиступенчатых планетарных коробок передач.

Автоматические пятиступенчатые планетарные коробки передач способствовали улучшению тяговых и разгонных характеристик, а также топливной экономичности легковых автомобилей. Однако при этом пришлось ввести третий планетарный ряд, что увеличило длину коробки передач до 500–650 мм. Использовать такие коробки передач оказалось возможным только на автомобилях с задним приводом. Между тем в настоящее время на автомобилях малого и среднего класса в большинстве случаев используется передний привод с поперечным расположением двигателя. Для размещения автоматических планетарных коробок на таких автомобилях их длина не должна превышать 350–400 мм. В связи с этим в конце 90-х годов активизировались работы по созданию пятиступенчатых планетарных коробок, которые имеют более компактную конструкцию, в частности уменьшенную длину.

Рис. 4. Разрез АКПП JATСO JF506E

В качестве примера такой конструкции можно привести пятиступенчатую планетарную коробку передач японской фирмы JATCO модели JF506E, которая рассматривается ниже.

В отличие от ранее приведенных конструкций пятиступенчатых коробок для заднеприводных автомобилей, планетарные коробки которых размещались в одну линию по оси коленчатого вала, пятиступенчатая коробка JATСO JF506E (рис. 4) располагается в две линии, при этом на одной линии находятся гидротрансформатор и два планетарных ряда, а на другой – третий планетарный ряд.

Рис. 5. Трансмиссия Mercedes Benz 722.6

Фирмой Mercedes-Benz также была разработана новая кинематическая схема пятиступенчатой коробки передач, которой был присвоен индекс 722.6. Эта коробка (рис. 5) включает три планетарных ряда, три сцепления, три дисковых тормоза и две муфты свободного хода. К ее особенностям следует отнести уменьшенное число выключенных фрикционных элементов, что способствует снижению дисковых потерь. Ниже приводится расчет передаточных чисел и КПД в зубчатых зацеплениях для автоматической коробки передач 722.6.

В качестве дальнейшего шага в области развития автоматических коробок передач следует рассматривать создание шестиступенчатой автоматической коробки передач ZF-6HP-26/6HP-32 (рис. 6), которая разработана фирмой ZF и используется с 2001 года на автомобилях BMW 735i и 745i.

Кинематическая схема, примененная в этой автоматической коробке, включает планетарную передачу «Ровено», при этом перед основным планетарным рядом установлен еще один планетарный ряд. Совместно они образуют планетарную передачу «Лепелетье». Указанная передача включает три сцепления и три тормоза, при этом реализуется шесть передач переднего хода, а также передача заднего хода.

Рис. 6. Разрез АКПП 6НР-26

Применение представленной шестиступенчатой планетарной коробки передач позволяет улучшить топливную экономичность автомобиля при работе двигателя в более экономичных режимах благодаря расширению кинематического диапазона до  . Одновременно можно ожидать снижения дисковых потерь во вращающихся отключенных сцеплениях, так как их число уменьшено по сравнению с пятиступенчатыми передачами. По данным производителя коробки, снижение расхода топлива составляет до 5–7% по сравнению с ранее применявшейся автоматической коробкой передач ZF-5HP-24.

Благодаря расширению диапазона Дк и повышению плотности ряда по сравнению с пятиступенчатой передачей, достигается улучшение разгонных качеств автомобиля на 1–5%.

Кроме того, рациональная схема данного редуктора и удачные конструкторские решения позволили уменьшить число фрикционных элементов, используемых для управления этой коробкой передач. По данным ZF, по сравнению с пятиступенчатыми автоматическими коробками новая коробка передач легче на 30 кг и примерно на 50 мм короче. В настоящее время данная коробка передач используется на автомобилях BMW серии 735i и 745i и автомобилях Audi. Учитывая серьезные преимущества новой автоматической коробки передач, можно ожидать значительного расширения области ее применения.

Гидромеханическая шестиступенчатая коробка передач Aisin с блокирующимся гидротрансформатором и электрогидравлическим блоком управления (рис. 7). АКПП Aisin включает следующие основные элементы: гидротрансформатор, масляный насос, фрикционные элементы управления, два планетарных механизма, ведущий, промежуточный и ведомый валы, механизм парковки и электрогидравлический блок управления.

Рис. 7. Гидромеханическая коробка передач Aisin: 1 – гидротрансформатор; 2 – масляный насос; 3 – дисковый тормоз первого планетарного ряда; 4 – первый планетарный ряд; 5 – дисковый тормоз второго планетарного ряда; 6 – второй планетарный ряд

Электронное управление предоставило возможность самодиагностики АКП. Это важно не только для того, чтобы регистрировать неисправности коробки для последующей диагностики, но и корректировать ход внутренних процессов в зависимости от температуры, степени износа и др. Это связано с тем, что в процессе эксплуатации фрикционные диски изнашиваются и становятся тоньше, а масло изменяет свою вязкость из-за нагрева. Кроме того, компьютер постоянно отслеживает длительность каждого перекрытия передач и при необходимости оперативно вносит коррективы. Самодиагностика и применение синтетических рабочих жидкостей позволили гарантировать правильную работу АКПП в пределах трехсот и более тысяч километров пробега без смены масла.

В гидромеханической коробке передач Aisin установлен блокирующийся гидротрансформатор. Для блокировки гидротрансформатора используется фрикционная блокировочная муфта с пружинным демпфером крутильных колебаний.

В АКПП Aisin установлены два планетарных механизма (рис. 8,а, б). Они обеспечивают шесть передач переднего хода и одну передачу заднего хода при оптимальном разбиении кинематического диапазона.

Рис. 8. Планетарные механизмы: а) первый; б) второй; 1 – сателлиты; 2 – солнечная шестерня; 3 – шлицы дискового тормоза; 4 – шлицы обгонной муфты

С увеличением количества ступеней длительность каждого перекрытия передач стала меньше – это увеличивает ресурс пар трения и обеспечивает плавное переключение передач. Автомобили, оснащенные этой трансмиссией, в среднем расходуют на 5% меньше топлива, сократилось время разгона, улучшилась эластичность.

В АКПП Aisin используются дисковые тормоза и блокировочные муфты. Это объясняется тем, что дисковые фрикционные элементы управления позволяют формировать бóльшие площади поверхности трения, чем, например, в случае ленточного тормоза. Чем больше поверхность трения фрикционного элемента, тем больший момент он может передать.

В автоматической трансмиссии Aisin используется металлический сетчатый масляный фильтр. Он расположен внутри картера трансмиссии между клапанной коробкой и масляным поддоном.

Семиступенчатая автоматическая коробка фирмы Mercedes-Benz (версия 7.22.9) была разработана в 2004 году применительно к автомобилям высшего класса с двигателями до 5–6 л и предназначалась взамен ранее созданной пятиступенчатой коробки (версия 7.22.6), описанной выше. Конструкция этой новой коробки (рис. 9) включает три планетарных ряда, один из которых сложный и содержит сцепленные сателлиты и две коронные шестерни .

При незначительном увеличении габаритов оказалось возможным расширить кинематический диапазон до Дк = 6,01 и одновременно уплотнить ряд передаточных чисел. При этом коробка передач имеет четыре понижающих передачи, прямую передачу и две повышающих. По имеющимся данным, это позволило улучшить разгонные качества по сравнению с автомобилями, на которых устанавливается пятиступенчатая автоматическая коробка 722.6, примерно на 5%, особенно в диапазоне 60–120 км/ч, а также повысить топливную экономичность на 4–5%. Последнее, по-видимому, связано с применением двух повышающих передач. Кроме того, при этом достигается некоторое снижение шума двигателя за счет увеличения времени его работы в зоне оптимальных оборотов.

Рис. 9. АКПП Mercedes 722.9

Одна из последних разработок компании ZF – восьмиступенчатая гидромеханическая коробка передач (рис. 10), позволяющая экономить до 6% топлива по сравнению с аналогичным шестиступенчатым «автоматом» и 14% по сравнению с пятиступенчатым. В новинке четыре планетарных набора шестерен и пять переключающих элементов. При включении любой передачи задействованы лишь по два из них. Новая коробка сконструирована так, что гидротрансформатор можно заменить специальным автоматическим сцеплением либо использовать новинку с гибридным приводом, разместив в ней стартер-генератор.

В нашей стране разработкой и производством автоматических коробок передач занимается фирма «КАТЕ». Конструктивные особенности шестиступенчатой автоматической трансмиссии «RL608» ставят ее в один ряд с перспективными зарубежными аналогами по показателям надежности и КПД. Шестиступенчатая АКПП имеет лучшие массогабаритные показатели, являясь самой компактной конструкцией среди аналогов (рис. 11). Она рассчитана на передачу крутящего момента до 300 Н·м.

Рис. 10. Восьмиступенчатая гидромеханическая коробка передач ф. ZF

Для снижения расхода топлива при движении автомобиля на высших передачах все современные трансмиссии оснащаются муфтой блокировки гидротрансформатора. В большинстве гидромеханических трансмиссий блокировка реализуется одной парой трения и ресурс гидротрансформатора, а следовательно, надежность трансмиссии в целом определяется ресурсом блокировочной муфты.

Гидротрансформатор трансмиссии «RL608» оснащен многодисковой фрикционной муфтой, которая за счет большой теплоемкости позволяет осуществлять блокировку во всем диапазоне оборотов турбинного и насосного колес. Такое решение значительно увеличивает ресурс узла и позволяет повысить эксплуатационные характеристики автомобиля.

Рис. 11. Шестиступенчатая трансмиссия «RL608» компании «КАТЕ»

Управляющее давление в АКПП не превышает 10 атм., в то время как в зарубежных конструкциях встречаются значения порядка 20–25 атм. Низкое управляющее давление позволяет сохранить дополнительно 8–10% мощности двигателя, отбираемой обычно масляным насосом АКП, а это ведет к увеличению коэффициента полезного действия.

Семиступенчатая автоматическая трансмиссия «FT703» компании «КАТЕ» (рис. 12) предназначена для эксплуатации на переднеприводных легковых автомобилях полной массой до двух тонн с поперечным расположением двигателя, развивающим максимальный крутящий момент не более 175 Н·м.

Автоматическая трансмиссия «FT703» разработана на основе уникальной кинематической схемы, синтезированной и запатентованной компанией «КАТЕ». Всего три планетарных ряда и шесть элементов управления дают возможность реализовать семь передач переднего хода при оптимальном разбиении кинематического диапазона. При этом невысокая нагруженность звеньев способствует созданию надежной и компактной конструкции. Это позволяет говорить о том, что в настоящий момент аналогов такой конструкции фактически не существует.

Рис. 12. Семиступенчатая трансмиссия «FT703» компании «КАТЕ»

При создании трансмиссии «FT703» было решено отказаться от использования комплексной гидродинамической передачи (гидротрансформатора) с целью повышения КПД и уменьшения массогабаритных характеристик. Для трогания с места используется один из рабочих фрикционов. Схемы передач АКПП «FT703» представлены на рис. 13–3.16.

Компактный планетарный механизм и рациональное расположение элементов управления в «FT703» позволяют добиться минимальных ее габаритов, а высокая унификация деталей совместно с применением простых и высокотехнологичных решений делают «FT703» наиболее доступной в своем классе.

Рис. 13. Схема включения первой и второй передач: 2 – тормоз фрикционный 2 (Т2); 3 – тормоз фрикционный 3 (Т3); 4 – тормоз фрикционный 4 (Т4); 5 – тормоз фрикционный 5 (Т5); 7 – муфта фрикционная 7 (M7); 8 – муфта фрикционная 8 (M8)

Рис. 14. Схема включения третьей и четвертой передач

Рис. 15. Схема включения пятой и шестой передач

Рис. 16. Схема включения седьмой передачи и заднего хода

2. Конструкции вальных АКП

Несмотря на многочисленные попытки применения вальных коробок, на легковых автомобилях они используются реже, чем планетарные. Это связано с тем, что на заднеприводных легковых автомобилях требуется соосная коробка передач. При использовании соосной коробки передач в вальной коробке необходимо иметь на каждой передаче не менее двух зацеплений в шестернях. При двух зацеплениях КПД вальной коробки обычно ниже, чем планетарной.

Другой недостаток заключается в том, что при числе передач больше трех на каждой передаче в вальной коробке обычно больше выключенных сцеплений, чем в планетарной, что приводит к росту дисковых потерь. Недостаток соосной вальной коробки на заднеприводном легковом автомобиле проявляется и в том, что в большей степени стеснен салон автомобиля. Указанные недостатки имеются и в переднеприводных автомобилях с продольным размещением двигателя. Вместе с тем, как показала практика, вальные автоматические коробки передач могут быть достаточно приемлемы при их использовании в легковых автомобилях с передним приводом и с поперечным расположением двигателя.

В этом случае коробка выполняется по двухвальной схеме и содержит на каждой передаче только два зацепления шестерен, включая главную пару. Благодаря этому КПД в зацеплении равен η_м3 ≈ 0,98% на каждой передаче. По величине КПД в зацеплениях такие вальные коробки обычно не отличаются от планетарных.

Дисковые потери в вальных коробках могут оказаться несколько выше, особенно при увеличении числа передач переднего хода больше четырех. Чтобы уменьшить дисковые потери в этих коробках часто для включения заднего хода используется сервопривод с применением зубчатых муфт. Такая конструкция хотя и позволяет снизить дисковые потери, но при этом увеличивает время на включение-выключение заднего хода и несколько снижает плавность.

К положительным сторонам вальных коробок следует также отнести то обстоятельство, что конструктор более свободен в выборе передаточных чисел по сравнению с планетарными коробками.

Пятиступенчатая АКПП вального типа фирмы Mercedes-Benz (версия МВ-722.7) была первой пятиступенчатой коробкой, которая использовалась на переднеприводных автомобилях малого класса с поперечным расположением двигателя. Разместить автоматическую пятиступенчатую планетарную коробку на автомобилях этого типа долгое время не удавалось ввиду их значительно большей длины по сравнению с вальными коробками. Благодаря наличию пятой передачи оказалось возможным улучшить эксплуатационные показатели таких автомобилей.

Данная коробка предназначалась для автомобилей MercedesBenz с двигателями рабочим объемом 1,4–1,9 л (Ne = 50–100 кВт, или 70–135 л.с.).

Она использовалась на малых легковых автомобилях класса А и минивэнах. Конструкция этой АКПП представлена на рис. 17. Коробка передач включает три вала и шесть фрикционных элементов (сцеплений), которые обеспечивают реализацию пяти передач переднего хода, а также задний ход.

На высших передачах (третьей, четвертой и пятой) используется одно зацепление и реализуется достаточно высокий КПД η_м3 = 0,98; на понижающих передачах (первой и второй) КПД ниже, поскольку в передаче мощности используются три зацепления, и КПД составляет η_м ≈ 0,94, но, как уже отмечалось, время работы на этих передачах невелико. Задний ход включается сцеплением. Благодаря использованию пяти передач реализован кинематический диапазон, равный  , что существенно больше, чем в известных четырехступенчатых коробках, где он обычно равен Дк = 3,8–4,2.

Наличие пяти выключенных сцеплений на каждой передаче может, однако, несколько увеличить дисковые потери, но в целом благодаря расширению кинематического диапазона и увеличению плотности ряда достигается лучшее использование мощности двигателя и его работа на экономичных режимах, что способствует улучшению технико-экономических показателей автомобиля.

С 2003 года концерн Volkswagen устанавливает автоматизированные шестиступенчатые коробки «DSG» (Direct Shift Gearbox) на свои автомобили, в которых переключение передач происходит без разрыва потока мощности (рис. 18) .

Этот тип трансмиссии пришел из спорта и отличается наличием двух сцеплений, одно из которых обслуживает чётные передачи, а другое – нечётные (рис. 19).

Во время движения крутящий момент передаётся по одному сцеплению (рис. 20,а), диск сомкнут (1-я передача по первому сцеплению); в то же время второй диск второго сцепления разомкнут, а само сцепление настроено на вторую передачу. В момент переключения первый диск размыкается (рис. 20,б), а второй синхронно смыкается. И теперь уже второе сцепление передаёт крутящий момент, а первое сцепление настраивается на 3-ю передачу и переходит в «ждущий» режим, чтобы в момент надобности подсоединиться. И всё повторяется заново.

Рис. 17. Разрез АКПП МВ 722.7

Рис. 18. Трансмиссия «DSG» концерна Volkswagen

Рис. 19. Двухдисковое сцепление трансмиссии «DSG»

Рис. 20. Схема трансмиссии «DSG» концерна Volkswagen

В 2006 году концерн Volkswagen запустил в серию новую коробку передач «PSG» (Parallel Shift Gearbox – коробка передач с параллельным переключением, рис. 21).

Рис. 21. Трансмиссия «PSG» концерна Volkswagen: 1 – актюаторы сцеплений; 2 – шестерни четных передач; 3 – шестерни нечетных передач; 4 – привод переключения; 5 – двухдисковое сцепление

Трансмиссии «PSG» и «DSG» устроены схожим образом: необходимая передача включается заранее, а переход с одной передачи на другую осуществляется одновременным размыканием одного сцепления и замыканием другого. Но при этом коробка «PSG» устроена проще – в ней работают два сухих однодисковых сцепления с электромеханическим приводом (рис. 22), а в трансмиссии «DSG» два многодисковых фрикциона работают в масляной ванне и управляются гидравлической системой.

Преимущества этих трансмиссий очевидны: переключение происходит за доли секунды, а момент переключения практически не ощутим, как на гидромеханической коробке. Но в отличие от классических автоматов, расход топлива ниже, чем у моделей с механической коробкой передач. Но, как у любого конструктивно сложного агрегата, у этих трансмиссий есть один важный недостаток – высокая цена, не позволяющая им стать по-настоящему массовыми.

Рис. 22. Двухдисковое сухое сцепление трансмиссии «PSG»

Существуют решения проще и дешевле – например, в агрегатах «Easytronic», которые производят компании Valeo и LuK для Opel, переключают передачи и выжимают сцепление шаговые электромоторы. Подобная схема реализована и в агрегате, работающем на Ford Fusion. Правда, дешевле – не всегда лучше. Большинство «бюджетных» автоматизированных коробок передач имеют отчетливо выраженные рывки и запаздывания при переключении передач, неадекватно срабатывают в сложных условиях, например, при крутом подъеме, пробуксовке колес или при торможении двигателем. Но и эти агрегаты совершенствуются – фирма Toyota на одной из самых продаваемых моделей – Corolla отказалась от гидромеханической коробки передач в пользу автоматизированной коробки.

На рис. 23 представлена автоматизированная коробка передач «Easytronic», устанавливаемая на Opel-Corsa. От гидромеханических коробкок передач «Easytronic» отличается меньшим весом и стоимостью изготовления. В коробке для переключения передач служат три шаговых электродвигателя. Они обеспечивают большее быстродействие по сравнению с трансмиссиями, в которых применяется гидравлика. Процесс переключения занимает менее 300 миллисекунд. В режиме ручного управления можно «перескакивать» через ненужные передачи, например, с пятой на третью. При резком торможении, когда в работу вступает АБС, сцепление автоматически выключается. Также возможна парковка с пробуксовкой сцепления, позволяющей двигаться с малой скоростью.

Рис. 23. Автоматизированная коробка передач «Easytronic»: 1 – привод сцепления; 2 – привод коробки передач

Рис. 24. Автоматизированная трансмиссия «SMG» концерна BMW: 1 – картер; 2 – блок управления; 3 – ведущий и ведомый валы; 4 – гидравлические приводы

В автоматизированной коробке передач «SMG» (Sequential M Gearbox) концерна BMW в качестве исполнительных механизмов используют гидравлические приводы (рис. 24). Такие коробки передач устанавливают в первую очередь на спортивные автомобили BMW M-series. Трансмиссия «SMG» тратит на переключение 0,08 сек.

3. Конструкции бесступенчатых передач (CVT)

Бесступенчатые автоматические коробки передач, разработанные фирмой ZF на основе вариатора «Transmatic», отличаются улучшенной компактной конструкцией, при этом намечается реализация нескольких типоразмеров этой конструкции с входным моментом от 130 до 350 Нм и мощностью от 70 до 250 л. с. В исполнении фирмы ZF эта АБКП получила название «Ecotronic». Фирма ZF предлагает АКПП «Ecotronic» (рис. 25) для переднеприводных автомобилей с поперечным расположением двигателя в четырех вариантах. Они имеют различные массогабаритные показатели и диапазон регулирования (от 5,45 до 5,82).

Регулирование передаточного числа вариатора осуществляется гидравлической системой управления. Рабочее давление жидкости создает масляный насос, приводимый от первичного вала. Подвижные части ведущего и ведомого конических дисков, являющиеся одновременно поршнями гидроцилиндров, перемещаются под действием давления жидкости. Отметим, что в целом гидравлические системы для управления изменением передаточного числа вариаторов несколько проще по сравнению с гидравлическими системами АКПП с планетарными редукторами. Это связано с тем, что в них меньше управляющих устройств (клапанов, гидроаккумуляторов). В то же время рабочее давление жидкости в АБКП выше, чем в автоматических коробках передач с планетарными редукторами.

Объем заливаемой в вариатор эксплуатационной жидкости составляет 5 литров. Контроль уровня осуществляется мерным щупом, на конце которого нанесены метки состояния жидкости.

Необходимо отметить, что в конструкции АКПП «Ecotronic», рассчитанных на передачу большого крутящего момента и, соответственно, предназначенных для более дорогих и мощных автомобилей, используется гидротрансформатор (рис. 26). Несмотря на то что применение гидротрансформатора усложняет конструкцию, а также несколько увеличивает габариты, этим решается ряд важных проблем. Гидротрансформатор обеспечивает более плавное трогание и снижает время перехода с минимального передаточного числа на максимальное (режим kick-down). Отсутствие рывков и ударных нагрузок увеличивает ресурс вариатора, способствует повышению проходимости автомобиля и комфортности вождения.

Рис. 25. Разрез АБКП «Ecotronic» (VT1F): 1 – масляный фильтр; 2 – блок управления; 3 – неподвижный конус ведущего шкива; 4 – шариковый подшипник ведущего вала; 5 – масляный насос; 6 – нажимная пружина; 7 – шариковый подшипник ведомого вала; 8 – компенсирующая полость; 9 – управляющая полость; 10 – подвижный конус ведомого шкива; 11 – металлический ремень; 12 – неподвижный конус ведомого шкива; 13 – сальник полуоси; 14 – роликовый конический подшипник дифференциала; 15 – ведомая шестерня главной передачи; 16 – ось сателлитов; 17 – шестерня полуоси; 18 – сателлит; 19 – промежуточный вал; 20 – роликовый конический подшипник промежуточного вала; 21 – роликовый подшипник ведомого вала; 22 – ведомый вал; 23 – дисковый тормоз передачи заднего хода;24 – вал масляного насоса; 25 – сальник; 26 – ведущий вал; 27 – поршень дискового тормоза; 28 – планетарный механизм; 29 – муфта переднего хода; 30 – поршень муфты переднего хода; 31 – подвижный конус ведущего вала

Рис. 26. Разрез АКПП «Ecotronic» CFT-23 с гидротрансформатором: 1 – гидротрансформатор; 2 – механизм D-N-R; 3 – ведущий шкив; 4 – ведомый шкив; 5 – гибкий элемент Van Doorne

Концерном Volkswagen для автомобилей Audi разработано несколько модификаций АКП, получивших название «Мultitronic», которые предназначались для работы с двигателями мощностью 100–155 кВт (130–200 л. с.) и крутящим моментом Мс = 200– 330 нм. Новые автоматические бесступенчатые коробки передач с цепным вариатором имели диапазон регулирования, равный 6,0–6,2, что позволяло реализовать высокие динамические качества и топливную экономичность. Передаточное число вариатора, использованного на автомобиле Audi А6, изменялось от imax = 2,4 до imin = 0,4; Дк = 6,0. По сравнению с пятиступенчатыми механическими коробками передач указанный автомобиль в ездовом цикле показал лучшую экономичность: расход топлива 9,7 л/100 км против 9,9 л и лучшую динамику: разгон до 100 км/час за 8,1 сек против 9,9 сек. Помимо хорошей экономичности заслугой АБКП «Мultitronic» можно считать то, что она впервые расширила область практического применения бесступенчатых передач в сторону двигателей с крутящим моментом до 330 нм.

Конструкция АБКП «Мultitronic» автомобиля Audi А6, разработанная для переднеприводного автомобиля с продольным расположением двигателя, и ее разрез показаны на рис. 27.

Рис. 27. Разрез АКПП «Мultitronic»

Как видно из представленных материалов, «Мultitronic» включает планетарную передачу для реализации переднего и заднего хода, одну пару паразитных шестерен, позволяющих сместить вариатор в сторону, что облегчает размещение конической главной передачи для привода передних колес. Конструкция, однако, представляется несколько громоздкой и возможно имеет резервы для дальнейшего совершенствования. Планетарная передача для реализации переднего и заднего хода выполнена по примерно той же схеме, которая использована в АБКП «Ecotronic».

Торовый вариатор «Extroid» фирмы Nissan также относится к группе бесступенчатых фрикционных передач. Его принципиальное отличие заключается в том, что между ведущим и ведомым дисками расположены ролики, которые, поворачиваясь на нужный угол, меняют передаточное отношение (рис. 28). Усилие, с которым давят ролики на диски, доходит до десяти тонн, поэтому детали производят из высокопрочной стали, применяют трансмиссионное масло со специальными добавками. Такую конструкцию имеют вариаторы «Extroid», устанавливаемые Nissan на модели Gloria и Cedric (рис. 28).

Рис. 28. Торовый вариатор «Extroid»

На рис. 29,а ролики касаются ведущего диска в точке максимального радиуса, а ведомого – в точке минимального (высшая передача). На рис. 29,б ролики повернуты наоборот: ведомое колесо вращается медленнее ведущего (низшая передача). В промежуточном положении, когда ролики расположены параллельно оси вращения дисков, передаточное отношение равно единице.

Чтобы разгрузить детали и уменьшить размеры агрегата, в коробке «Extroid» работают два вариатора. Задний ход обеспечивает планетарная передача, а за «нейтральное положение» отвечает гидротрансформатор.

Оригинальная конструкция не получила массового распространения из-за сложности в производстве и ремонте.

Рис. 29. Схема роликового вариатора: 1 – ведущий диск; 2 – ведомый диск; 3 – промежуточные ролики

В 2004 году фирма Mercedes завершила работы по созданию автоматической бесступенчатой коробки «Autotronic» для новых автомобилей малого А— и В-класса с двигателями мощностью 100 кВт. В этой АБКП используется гибкий элемент типа Van Doorne, но кинематическая схема имеет ряд отличий от ранее рассмотренных. Общий вид этой автоматической коробки показан на рис. 30, масляный насос – на рис. 31.

Рис. 30. Общий вид АКПП Mercedes 722.8

Рис. 31. Масляный насос LuK АКПП Mercedes 722.8

При компоновке бесступенчатой коробки учитывались особенности передней части кузова. Как видно из рис. 30, ведущий вал вариатора связан с гидротрансформатором. Задний ход реализуется при помощи зубчатого механизма, связанного с ведомым валом вариатора. При этом для включения переднего хода блокируется сцепление, а тормоз, связанный с водилом, выключается. Для получения заднего хода выключается сцепление, а водило останавливается при помощи дискового тормоза. При этом реализуется задний ход с передаточным числом .

Масляный насос (рис. 31) системы управления приводится при помощи цепной передачи. Насос пластинчатый, двухсекционный. Первая секция работает постоянно, вторая секция – при полной нагрузке, когда требуется высокое давление. В остальное время секция отключена путем соединения всасывания этой секции с нагнетанием. Это позволяет сократить затраты мощности на привод насоса.

В последнее время многие ведущие фирмы проводят большие работы по оснащению автомобилей малого и среднего класса (с передним приводом) автоматическими бесступенчатыми коробками передач. Это, по-видимому, связано с тем, что масса этих коробок передач меньше массы автоматических планетарных и вальных коробок передач примерно на 15–20 кг. При этом масса АКПП превышает вес обычных механических коробок передач также на 15–20 кг. Кроме того, в автоматических бесступенчатых передачах можно реализовать кинематический диапазон в пределах Дк = 5,5–6,0, и даже 7, что способствует улучшению динамических качеств автомобиля и его топливной экономичности.

На большинстве современных автоматических бесступенчатых передачах обычно имеется и ручной режим с 6–7 фиксированными положениями. Для реализации этого режима гибкий элемент имеет ряд фиксированных положений; при поступлении команды на изменение передаточного числа гибкий элемент перемещается из одного положения в другое. Однако благодаря совершенной системе автоматического управления этот режим практически не используется.

Следует отметить, что за последние годы число моделей автомобилей с бесступенчатыми автоматическими коробками существенно увеличилось: среди них автомобили таких известных фирм, как Audi, Ford, Mercedes, Nissan, Honda и другие, причем эти фирмы предлагают потребителю на один и тот же автомобиль разные варианты автоматических коробок, как ступенчатых, так и бесступенчатых.

Уже сейчас можно рассматривать описанные выше автоматические бесступенчатые коробки передач в качестве серьезных конкурентов пяти- и шестиступенчатым АКПП в области двигателей вплоть до 160 кВт (220 л. с.). Однако необходимо учитывать и ряд других обстоятельств. Поскольку привлекательность той или иной автоматической трансмиссии определяется еще и такими факторами, как стоимость, надежность и ремонтопригодность, делать выводы о конкурентоспособности ступенчатых и бесступенчатых «автоматов» на данной стадии развития затруднительно.