Любая машина с двигателем внутреннего сгорания нуждается в посреднике между мотором и колесами. Этот посредник называется трансмиссией, а её ключевой элемент — коробка переключения передач (КПП). Зачем она нужна? Двигатель имеет ограниченный диапазон рабочих оборотов — в среднем от 800 до 6000, а зона максимального крутящего момента ещё уже. Чтобы автомобиль мог и тронуться с места, и разогнаться до высокой скорости, не выходя за пределы оптимальных оборотов, и нужна коробка передач.
Самую простую аналогию можно провести с велосипедом: если спереди маленькая звезда, а сзади большая, легко тронуться, но быстро не поедешь. Если наоборот — педали тяжело крутить с места, но на ходу можно развить высокую скорость. Коробка передач делает примерно то же самое, только за водителя или с его участием.
Сегодня в автомобилях используют четыре основных типа КПП: механическую, гидромеханическую (классический «автомат»), роботизированную (с одним или двумя сцеплениями) и вариатор (CVT). Разбираемся, как они устроены и что лучше выбрать.
Зачем вообще нужна коробка передач
Прежде чем перейти к типам, важно понять базовый принцип. Из-за особенностей работы ДВС при низких оборотах ему не хватает крутящего момента, чтобы вращать колёса. Чтобы помочь мотору, нужно дать ему возможность при маленькой скорости машины крутиться быстрее — для этого двигатель соединяют с колёсами через шестерни, собранные в КПП.
Простейшая передача — это две шестерни разного размера, сцепленные зубьями. Если у одной зубьев в три раза больше, чем у другой, то за один оборот большой шестерни малая сделает три оборота. Соединив двигатель с маленькой шестернёй, а колёса — с большой, мы заставим их крутиться в три раза медленнее коленвала, но крутящий момент на колёсах будет в три раза выше. Когда скорость растёт, нужна другая пара шестерён с менее кардинальной разницей — её называют передаточным отношением. В современных легковых автомобилях от 5 до 10 передач, и коробка передач — это агрегат, в котором все они собраны вместе.
Механическая коробка передач
Механическая КПП — самый простой и надёжный тип трансмиссии. Визуально её легко определить по третьей педали (сцепление) и рычагу переключения передач.
Устройство механической коробки ближе всего к примеру с шестернями. Ведущие шестерни жёстко насажены на входной вал от двигателя, а ведомые свободно вращаются на выходном валу, передающем момент колёсам. Чтобы зафиксировать нужную шестерню на валу, используются зубчатые муфты, которые двигаются вдоль оси. Водитель выжимает сцепление, отсоединяя коробку от двигателя, рычагом выбирает передачу, а синхронизатор выравнивает скорости вращения шестерни и муфты — после чего муфта соединяется с шестернёй, и передача включена.
Задний ход устроен иначе: между ведущей и ведомой шестернями добавляется третья, промежуточная, которая меняет направление вращения. Поскольку задний ход включается на неподвижном автомобиле, синхронизатор там не нужен.
Плюсы механики: простота и дешевизна конструкции, невысокая стоимость обслуживания (масло меняется раз в 50–70 тысяч км, сцепление — реже), полный контроль над автомобилем и возможность вручную влиять на динамику.
Минусы: необходимость постоянно работать педалью сцепления и рычагом в пробках, что утомительно, а также периодическая замена не только масла, но и сцепления с двухмассовым маховиком, что может стоить десятки тысяч рублей.
Подобрать автомобиль в каталоге и оформить лизинг на выгодных условиях
Гидромеханическая автоматическая коробка (классический «автомат»)
Именно этот тип трансмиссии в просторечии называют «автоматом», хотя технически автоматов несколько. В США классические АКПП стали массово распространены ещё в 1960–70-х годах, и до сих пор львиная доля машин без педали сцепления оснащены именно гидромеханикой.
В отличие от механики, здесь крутящий момент передаётся не через жёсткое сцепление, а через гидротрансформатор — устройство тороидальной формы, которое в просторечии называют «бубликом». Внутри него три лопастных колеса (насосное, турбинное и реакторное), погружённые в специальное трансмиссионное масло ATF. Насосное колесо соединено с двигателем, турбинное — с входным валом КПП. Масло, нагнетаемое насосом, начинает циркулировать и передаёт крутящий момент, за счёт чего машина трогается и движется.
Сама коробка устроена сложнее, чем механика. В её основе — планетарные редукторы. В каждом таком редукторе есть солнечная шестерня, коронная шестерня (кольцо с зубцами внутри) и несколько сателлитов на водиле. Передаточное отношение меняется в зависимости от того, какие элементы редуктора зафиксированы, а какие вращаются. Для переключения используются многодисковые фрикционные муфты, которые сжимаются под давлением масла. Когда и какую муфту включить, решает электроника, открывая клапаны в гидроблоке.
Плюсы классического автомата: плавность и комфорт, относительная неприхотливость, высокий ресурс (лучшие экземпляры служат 250–300 тысяч км), мягкое трогание с места.
Минусы: сложная и дорогая конструкция, требовательность к качеству и частоте замены масла (каждые 50–60 тысяч км), частичная потеря мощности в гидротрансформаторе (хотя современные модели почти догнали механику по КПД), дорогой ремонт в случае поломки.
Роботизированная коробка передач («робот»)
Робот — это механическая коробка, в которой сцеплением и переключением передач управляет автоматика. Здесь важно различать два принципиально разных типа.
Простой робот с одним сцеплением — это фактически обычная механика, к которой прикрутили сервоприводы. Один сервопривод выжимает сцепление, другой двигает муфты, выбирая передачу. Электроника делает это за водителя, оставляя ему только две педали.
Плюсы: простота и дешевизна, несложный ремонт.
Минусы: медленная и не всегда адекватная работа, рывки и задумчивость, особенно в пробках, необходимость привыкания к манере езды (например, откат назад при старте в горку). Сегодня такие коробки активно вытесняются более современными схемами.
Робот с двумя сцеплениями (преселективный) — это гораздо более совершенная конструкция. В такой коробке используется два вала: на одном — шестерни чётных передач, на другом — нечётных. И два сцепления, работающих попеременно. Пока автомобиль едет, например, на третьей передаче, автоматика заранее включает четвёртую (или вторую), но её сцепление пока разомкнуто. В момент переключения одно сцепление отключается, а второе мгновенно включается — и следующая передача уже готова. Отсюда и название «преселективная» — с предварительным выбором.
Самые известные примеры — немецкая DSG концерна Volkswagen, фордовский PowerShift, PDK у Porsche, S tronic у Audi. Такие коробки могут быть с «сухими» или «мокрыми» сцеплениями (последние работают в масляной ванне и лучше переносят высокие нагрузки).
Плюсы преселектива: молниеносное переключение передач (десятки миллисекунд), почти без разрыва потока мощности, высокая экономичность (иногда лучше механики), способность работать с очень высоким крутящим моментом.
Минусы: сложность и дороговизна конструкции, капризность некоторых моделей (особенно ранних), не всегда идеальная работа в пробках на низких скоростях, дорогой ремонт мехатроника и сцеплений при больших пробегах.
Вариатор (CVT, бесступенчатая трансмиссия)
Вариатор стоит особняком: передач в нём нет вообще. Это бесступенчатая трансмиссия, которая непрерывно меняет передаточное отношение. Принцип работы проще всего представить на примере велосипеда со звёздами разного диаметра — только здесь роль цепи играет ремень или металлическая пластинчатая цепь, а роль звёзд — два раздвижных конусовидных шкива.
Один шкив ведущий (связан с двигателем), второй — ведомый (ведёт к колёсам). Каждый шкив состоит из двух конусов, обращённых вершинами друг к другу. Когда конусы сдвигаются, ремень выталкивается наружу и бежит по большему радиусу; когда раздвигаются — ремень проваливается ближе к центру и радиус уменьшается. Меняя ширину конусов на обоих шкивах одновременно, можно плавно, без ступенек, менять передаточное отношение. Чтобы машина могла трогаться и останавливаться, перед вариатором ставят либо гидротрансформатор, либо сцепление, а для заднего хода используют отдельный планетарный редуктор.
В современных CVT электроника может имитировать работу ступенчатых передач, создавая виртуальные «переключения» — это сделано для привычных ощущений водителя, хотя сути бесступенчатой трансмиссии это не меняет.
Плюсы вариатора: идеальная плавность хода, двигатель всегда работает в зоне оптимальных оборотов, конструктивно проще и дешевле классического автомата.
Минусы: непереносимость высоких нагрузок (буксировка, пробуксовки, бездорожье), чувствительность к перегреву, быстрый износ ремня или цепи при агрессивной езде, дорогой ремонт (замена ремня и шкивов стоит десятки тысяч рублей). При аккуратной эксплуатации ресурс до 120–150 тысяч км обычно без проблем.
Итог:
Каждый тип коробки передач имеет свои сильные и слабые стороны. Механика остаётся эталоном надёжности и дешевизны, классический автомат ценится за комфорт и плавность, преселективные роботы радуют скоростью и экономичностью, а вариаторы — идеальной плавностью хода. Выбор зависит от того, что для вас важнее: полный контроль, комфорт в городе, динамика или экономия топлива. Главное — понимать особенности своей трансмиссии и своевременно её обслуживать, тогда любой тип прослужит долго и без проблем.
С вами были CARCADE. Свободных вам дорог!