Как работает автоматическая коробка передач автомобиля

В большинстве современных автоматических коробок передач используется набор шестерен, именуемый планетарным или эпициклическим блоком.

Планетарный блок состоит из центральной (солнечной) шестерни, внешней шестерни с внутренними зубьями (эпициклического зубчатого колеса) и двух или трех планетарных шестерен, которые вращаются между солнечной и внешней шестернями.

Силовая передача подключена к механизму, известному как конвертер, который выполняет роль гидравлического привода между двигателем и трансмиссией.

Если солнечная шестерня неподвижна, планеты двигаются вокруг нее за счет водила планетарного ряда, а увеличение скорости достигается за счет вращения эпициклического зубчатого колеса.

Если внешнее колесо неподвижно, вращается солнечная шестерня, передаточное отношение увеличивается, а скорость снижается.

Если планеты неподвижны, а мощность подведена к солнечной шестерне, внешняя шестерня двигается в обратном направлении.

Для включения прямой передачи без смены скорости или направления движения необходимо, чтобы весь блок вращался как единое целое.

Конвертер

Конвертер в разрезе, внутри находится лопастное колесо, турбина и реактор.

Как работает конвертер

На высоких оборотах реактор начинает вращаться. Если турбина, лопастное колесо и реактор вращаются с одной и той же скоростью, поток масла не отклоняется.

На низких оборотах реактор стоит на месте, и поток масла попадает на лопастное колесо, увеличивая крутящий момент турбины.

Конвертер представляет собой гидравлическую передачу, которая работает подобно сцеплению, но под давлением жидкости.

Конвертер состоит из трех основных частей - лопастного колеса, прикрепленного к маховому колесу, турбины, соединенной с коробкой передач с помощью ведущего вала, а также реактора с односторонней муфтой свободного хода, расположенного между лопастным колесом и турбиной.

При увеличении скорости двигателя центробежная сила, действующая на жидкость за счет лопастного колеса, передает крутящий момент (или вращающее усилие) на турбину.

Реактор преобразует это усилие, перенаправляя поток жидкости обратно на лопастное колесо, чтобы увеличить крутящий момент на низких скоростях.

После того, как двигатель разогреется и начнет вырабатывать больше энергии, реактор будет вращаться свободно, т.к. необходимость в преобразовании отпадет. В этом случае конвертер будет работать подобно гидродинамическому сцеплению, соединяя двигатель с коробкой передач.

На большой схеме изображены основные составные части конвертера - лопастное колесо, реактор и турбина.

На схеме поменьше изображено направление движения жидкости под действием центробежной силы.

Аналогичный эффект достигается при блокировании планетарных шестерен и водила планетарного ряда.

Во состав многих автоматических коробкок передач с тремя скоростями входит два набора эпициклических шестерен.

Блокировка элементов достигается посредством гидравлического давления, которое воздействует на тормозную ленту или многодисковую муфту.

Лента, обмотанная вокруг внешнего колеса, не дает ему вращаться, а диски муфты блокируют солнечную шестерню и планеты.

Усиление или ослабление давления зависит от работы сложной системы гидравлических клапанов и датчиков, которые определяют уровень загруженности двигателя, скорость движения и положение дросселя.

С дросселем связана т.н. механика кик-дауна, т.е. быстрого разгона. Когда водитель резко нажимает педаль газа, низшая передача включается практически мгновенно.

Во многих автоматических коробках передач используется тормозная система, позволяющая удерживать низшую передачу столько, сколько потребуется.

Упрощенная схема эпициклического блока шестерен

Когда центральная (солнечная) шестерня неподвижна, планеты вращаются вокруг нее вместе с водилом и внешней шестерней.

При блокировке солнечной и внешней шестерен планеты не могут вращаться сами по себе, поэтому вращается весь блок целиком.

При блокировке водила солнечная шестерня вращает планеты, а внешняя шестерня вращается в обратном направлении.

Первая передача

Включен передний привод, двигатель вращает первое внешнее колесо.

Планеты вращают общую солнечную шестерню в обратном направлении.

Водило второго планетарного ряда удерживается тормозной лентой, планеты второго набора вращают свое внешнее колесо и вторичный вал, обеспечивая двойное снижение скорости.

Вторая передача

Вторая передача позволяет автомобилю двигаться со средней скоростью. Включен передний привод, двигатель вращает первое внешнее колесо.

Солнечная шестерня заблокирована, и планеты двигаются вокруг нее. Водило двигается в том же направлении.

Вал водила является вторичным валом, поэтому скорость снижается однократно. Второй набор планет и их водило вращаются свободно.

Верхняя передача

Включен передний привод, двигатель вращает первое внешнее колесо.

Кроме того, работает муфта включения заднего хода, которая одновременно блокирует солнечную и внешнюю шестерни, заставляя их вращаться с одинаковой скоростью.

Планеты передвигаться не могут, и водило вращается со скоростью двигателя. Конечное воздействие оказывает вал водила, который также вращается со скоростью двигателя (прямая передача).

Задний ход

На рычаге переключения передач задний ход обычно обозначается буквой R. Передний привод отключен, первое внешнее колесо вращается свободно.

Включен задний привод, двигатель вращает первое солнечную шестерню.

Второе водило заблокировано, вторая солнечная шестерня вращает свои планеты и внешнюю шестерню в обратном направлении, обеспечивая реверсивный привод.