Типы коробок передач: подробное руководство

В чем суть? Типы трансмиссий отличаются по техническим характеристикам. Механическая коробка передач (КПП) считается более долговечной и поддающейся ремонту в сравнении с другими системами, тогда как роботизированная КПП обеспечивает самое быстрое переключение передач.

На что нужно обратить внимание? Выбор трансмиссии при приобретении автомобиля имеет решающее значение. Современные водители все чаще выбирают «автомат» или вариатор, отказываясь от «механики». Чтобы принять окончательное решение, полезно детально изучить преимущества и недостатки каждого типа коробки передач, особенно при покупке автомобильного средства с пробегом.

Функции коробки передач

Коробка переключения передач, или КПП, представляет собой один из основных элементов автомобиля. В силу особенностей работы двигателей внутреннего сгорания им иногда не хватает мощности (крутящего момента) для вращения колес и движения транспортного средства на малых оборотах. Для обеспечения возможности эффективного вращения на низких скоростях используется коробка передач, которая в упрощенном виде представляет собой совокупность шестерен, связывающих двигатель и колеса.

Чтобы понять, как работает КПП, рассмотрим простейшее зубчатое соединение из двух шестерен, где одна из них в три раза больше другой (количество ее зубьев в три раза больше). Так, когда большая шестерня выполняет один полный оборот, меньшая совершает три. Если же соединить маленькую шестерню с двигателем, а большую – с колесами, они будут вращаться медленнее коленчатого вала двигателя в три раза (при этом крутящий момент, передающийся на колеса, будет выше в три раза по сравнению с моментом двигателя).

Однако при увеличении скорости следует учитывать, что обороты мотора будут увеличиваться с той же троекратной скоростью. Слишком высокие обороты вредят мотору, так как топливо не успевает сгорать, что может привести к серьезным поломкам «сердца» вашего автомобиля. Чтобы избежать этого, необходимо вовремя переключиться на более низкую передачу с меньшим передаточным отношением (разницей в количествах зубьев). В современных легковых автомобилях обычно предусмотрено от пяти до шести передач, иногда до девяти. Коробка передач объединяет все эти механизмы в одном узле.

Таким образом, хотя главной функцией КПП является комплект шестерен, стоит углубиться в детали, чтобы понять, что все гораздо более комплексно. Кроме самих передач, для их переключения необходимы дополнительные механизмы. Кстати, шестерни не являются единственным вариантом передачи в автомобиле. За долгое время эволюции машиностроения было разработано множество различных механизмов, начиная от простых шкивов и ремней (как на велосипеде) и заканчивая редкими устройствами.

Механическая коробка передач

Стоит начать обсуждение типов трансмиссий с механической, поскольку она является наиболее известной и зарекомендовавшей себя системой, история которой уходит в начало автомобилестроения. Но за прошедшие сто лет как двигатели, так и автомобили претерпели существенные изменения. Принципы работы «механики» также развивались: от трех передач до шести и одной задней.

Несмотря на рост популярности механических коробок передач, многие водители предпочитают автоматическую трансмиссию как более удобную. И действительно, такая система более комфортна на ровной поверхности. Однако при движении по ухабистым дорогам, снежным или грязным покрытиям, которые могут стать причиной пробуксовки, автомат может перегреться. В то же время механическая КПП позволяет водителю контролировать состояние автомобиля и самостоятельно справляться с различными сложными ситуациями.

Основная задача механической коробки передач заключается в изменении передаточного соотношения через выбор водителем необходимой скорости. В отличие от других типов трансмиссий, механическая коробка полностью лишена гидравлических и электронных компонентов, что и подсказывает её название.

Структурно механическая коробка может включать два или три вала. При двухвалах все довольно просто, крутящий момент передается от одного вала к другому с помощью шестерен. При трехвалах ведущий вал соединен со сцеплением и двигателем, а промежуточный вал передает вращение от первичного к вторичному валу, жестко связанному с карданным валом. Пример — КПП автомобиля УРАЛ.

Преимущества механической коробки передач:

• легкий запуск мотора в мороз;
• доступная цена;
• уменьшенный расход масла;
• возможность движения «накатом»;
• отсутствие необходимости в системе охлаждения;
• малый вес;
• оптимальное использование мощности двигателя;
• сниженный расход топлива;
• высокая динамика разгона;
• возможность отсоединения коробки от двигателя;
• легкость в обслуживании благодаря простой конструкции.

Несмотря на свои преимущества, механическая КПП также имеет недостатки:

• дополнительная педаль для сцепления;
• требования к навыкам вождения, особенно управлению сцеплением;
• риск перегрева двигателя при высокой скорости из-за плохого переключения передач;
• временные затраты на смену передачи больше, чем у автоматической коробки;
• необходимость сосредоточенности на вождении, что может снижать общий комфорт;
• ограниченный срок службы сцепления и необходимость его регулярного обслуживания.

Несмотря на значительное количество недостатков, механическая коробка передачи широко используется в различных транспортных средствах, а для грузовых автомобилей она зачастую незаменима. Например, раздаточная коробка КамАЗ существенно увеличивает проходимость машины за счет повышения крутящего момента на ведущих колесах за счет распределения нагрузки между мостами.

Автоматическая коробка передач

Данный тип коробки передач был создан еще в начале 1940-х годов и в настоящее время стремительно завоевывает популярность на рынке. Под стандартной автоматической коробкой передач чаще всего понимают гидромеханическую. В этом случае водителю не нужно управлять сцеплением, у него остаются лишь две педали – для торможения и ускорения.

На месте рычага переключения установлен селектор, который, в зависимости от марки и модели автомобиля, может представлять собой кнопки, шайбу или особый переключатель, расположенный под рулем. Имеется четыре режима, каждый обозначен своим символом: P – парковка (функция аналогична стояночному тормозу), D – движение вперед, N – нейтраль, R – задний ход.

Ключевое отличие от механики заключается в том, что выбор передачи осуществляется электронным блоком управления (ЭБУ). В современных автоматических КПП может быть до 10 передач.

Основной механизм такого устройства опирается на изменение давления жидкости в корпусе коробки, поэтому в названии присутствует «гидро». Ключевые элементы конструкции – гидротрансформатор и планетарная коробка передач.

• Гидротрансформатор, который в народе называют «бубликом» из-за формы, передает крутящий момент от двигателя. Он включает три колесных лопасти: насос, турбину и реактор. Все элементы погружены в специальную жидкость и защищены герметичным корпусом. Насосное колесо соединено с коленчатым валом, а турбинное – с первичным валом КПП.

Когда движется двигатель, масло, поступающее от насоса в «бублике», бесконечно циркулирует между лопастями реактора. В результате механическая энергия от маховика двигателя превращается в гидравлическую, и крутящий момент передается на планетарный механизм.

Планетарная коробка передач представляет собой сложную зубчатую конструкцию, в которой находятся центральная (ведущая) и неподвижная коронная шестерни, а также сателлиты. Они вращаются, как планеты вокруг Солнца, на одной плоскости относительно центральной шестерни. Водило, которое передает крутящий момент на выходящий вал, начинает вращение благодаря движениям сателлитов. Для изменения передаточных чисел зубья шестерен имеют различные размеры и двигаются внутри короны с разными скоростями.

• Преимущества: как правило, это надежный и проверенный механизм, обеспечивающий мягкий и тихий ход транспортного средства на протяжении длительного времени.

Недостатки: высокая зависимость от качества трансмиссионной жидкости; простые механизмы могут тормозить работу; ремонт подобных трансмиссий может оказаться весьма затратным.

Вариаторная коробка передач

Вариаторные трансмиссии (CVT) относятся к современным автоматическим коробкам передач и уже стали их главными наследниками. Считается, что вариаторы представляют собой будущее, особенно для городских условий. Японские производители, такие как Nissan и Subaru, уделяют им большое внимание. Первая серийная вариаторная коробка передач была установлена на легковом автомобиле DAF в 1950-х годах.

Первые разработки, к сожалению, не отличались надежностью и быстро выходили из строя. Даже Volvo, потратившая много усилий на улучшение технологии, в итоге свернула проект. Однако японцы смогли вдохнуть новую жизнь в эту идею.

С каждым годом растущее число автомобилей стало причиной постоянных пробок на дорогах. Водителям машин с традиционными автоматическими коробками передач (АКПП) в условиях долгого медленного движения в заторах становится сложно. Частые и ненужные переключения с первой на вторую передачу, а также длительное удержание передачи при движении накатом, приводят к повышенному расходу топлива и износам компонентов трансмиссии. Это и является причиной появления вариаторов, которые были доработкой классических АКПП.

Невозможно поверить, но вариатор был впервые разработан Леонардо да Винчи еще в 1490 году. В его чертежах показана схема, состоящая из параллельных конусов и ремня, который перемещается вдоль оси конусов, позволяя изменять передаточное отношение.

Вариатор — это бесступенчатая трансмиссия, состоящая из гидротрансформатора, пары раздвижных шкивов и ремня трапециевидного сечения. Ведущий шкив выталкивает ремень наружу, увеличивая тем самым радиус и передаточное отношение. Если требуется уменьшение передаточного числа, ведомый шкив раздвигается, перемещая ремень к меньшему радиусу. Гидротрансформатор нужен для инициализации движения, после чего он блокируется. Управление шкивами осуществляется электроникой.

Основные преимущества вариатора:

• плавное переключение без рывков;
• экономичный расход топлива;
• высокая динамика движения.

К недостаткам вариатора можно отнести:

• недостаточную совместимость с мощными двигателями;
• высокие расходы на обслуживание и ремонт;
• сложную систему датчиков для стабильной работы;
• проблемы при сложных дорожных ситуациях, включающих пробуксовку и буксировку, аналогично классическим АКПП.

Роботизированная коробка передач

Прочитав данную информацию, у вас, вероятно, возникнет резонный вопрос: почему за все время развития автомобилестроения не удалось создать такую трансмиссию, которая удовлетворила бы и механиков, и сторонников автоматов? Безусловно, такие попытки имели место, и одним из результатов стало создание роботизированной коробки передач, известной как «робот» или «типтроник».

Для тех, кто предпочитает механическую трансмиссию, основной недостаток как АКПП, так и вариатора заключается в том, что электроника самостоятельно выбирает передачу, и у водителя нет полного контроля над автомобилем. Это особенно заметно при спортивной езде или в сложных зимних условиях.

Автоматические коробки передач более предпочтительны для комфортного вождения по городским улицам. В роботизированной коробке инженеры попытались объединить преимущества обоих типов трансмиссий. Она позволяет водителю вручную управлять переключением передач через специальный селектор с двумя позициями, то есть на одну передачу вверх или вниз. В зависимости от модели автомобиля, особенно если это спортивная версия, вместо селектора могут использоваться «лепестки» на руле с аналогичной функцией, их все чаще устанавливают также и на обычные автомобили.

Важно отметить, что водителю предоставляется возможность частичного контроля автоматической коробки передач с помощью пониженных передач, однако полного контроля сделать невозможно.

Во-первых, использование пониженной передачи ограничивается обычно первой или второй передачей (в некоторых случаях третьей), перейти на уровень ниже пятой передачи не получится. Во-вторых, чтобы удержать автомобиль на первой передаче, можно установить селектор в режим Low (L), но при слишком высоких оборотах (например, при движении по крутым спускам) автоматическая коробка все равно переключится на следующую передачу, чтобы избежать повреждений.

Таким образом, электроника в роботизированной коробке передач осуществляет контроль над механикой, избавляя водителя от постоянного использования сцепления, но в любой момент он может переключиться на автоматический режим, если возникнет такая необходимость.

Часто задаваемые вопросы о видах коробок передач

Что представляет собой IVT?

Эта конкретная трансмиссия является одним из вариантов традиционного вариатора (CVT), который предлагает неограниченное количество передач и передаточных чисел.

В вариаторах IVT возможно внедрение нулевого передаточного числа, когда выходной вал не подчиняется ведущему валу. В этом состоянии автомобиль остается на месте, в то время как двигатель продолжает работать на выбранной скорости. Понятие «бесконечное/неограниченное передаточное отношение» чаще всего используется в рекламных целях, правильнее будет сказать «неопределенное».

Какой вид коробки передач проще устроен?

Вариатор представляет собой один из самых простых механизмов из обсуждаемых нами типов. Несмотря на наличие механических и гидротрансформаторных коробок передач, которые появились раньше, вариатор оказался проще конструктивно, состоя из всего лишь трех основных частей: двух конусообразных шкивов и ремня, соединяющего их.

Какой вид коробки передач лучше?

Каждая трансмиссия обладает своим набором достоинств и недостатков, поэтому идеальный вариант будет зависеть от конкретных условий эксплуатации. Главное – учитывать обстоятельства, в которых будет работать автомобиль, и личные предпочтения водителя к комфорту за рулем.

Мы проанализировали различные типы коробок передач и их отличия, а также исследовали все их преимущества и недостатки. Безусловного лидера выделить невозможно, и выбор КПП должен основываться на потребностях, для которых приобретается автомобиль, предпочтениях водителя по уровню комфорта и финансовых возможностях.

Вопросы по теме

Какое влияние имеет тип коробки передач на расход топлива автомобиля?

Тип коробки передач оказывает значительное влияние на расход топлива автомобиля. Автоматические трансмиссии, например, чаще всего оптимизируют переключения передач для повышения эффективности, но могут иметь больший вес по сравнению с механическими. Современные вариаторы (CVT) обеспечивают плавные переходы и поддерживают оптимальные обороты двигателя, что может снижать расход топлива. Важно также учитывать стиль вождения: аккуратное управление автомобилем с любой коробкой передач обычно приводит к меньшему расходу топлива.

Как выбрать коробку передач в зависимости от стиля вождения?

Выбор коробки передач зависит от множества факторов, включая личные предпочтения и условия эксплуатации автомобиля. Если вы предпочитаете спортивный стиль вождения и любите выполнять быстрые переключения, механическая коробка передач может стать идеальным выбором благодаря своей отзывчивости и контролю. Если же вы чаще попадаете в городские пробки и вам важен комфорт, лучше отдать предпочтение автоматической или роботизированной коробке, которая освобождает водителя от необходимости переключать передачи вручную. Вариант с DSG (дворная коробка) позволит получить лучшее из обоих миров: быструю реакцию и комфортное вождение.

Можно ли модернизировать коробку передач для повышения производительности автомобиля?

Да, модернизация коробки передач может значительно повысить производительность автомобиля. В зависимости от типа трансмиссии, доступные модификации могут включать установку более спортивных сцеплений, перепрошивку блока управления для улучшения алгоритмов переключения передач и даже замену на более высокопроизводительные вариации существующей коробки. Однако такие изменения обычно требуют глубоких знаний в автомобильной механике и могут привести к увеличению износа других компонентов, поэтому важно обратиться к специалистам и тщательно проанализировать целесообразность модернизации.