Коробка передач - это элемент трансмиссии автомобиля, ответственный за преобразование крутящего момента и частоты вращения приводного вала в более широком диапазоне, чем это может обеспечить двигатель. Коробка передач позволяет сделать характеристики двигателя внутреннего сгорания более гибкими в зависимости от условий движения: использовать максимум крутящего момента при трогании с места, а максимум мощности - при движении на большой скорости. Другие функции коробки передач - включение заднего хода и возможность разобщения двигателя и ведущих колёс при работе на холостом ходу.
По способу переключения передач коробки передач подразделяются на механические, полуавтоматические, автоматические, автоматизированные (роботизированные) и бесступенчатые (вариаторы).
Коробка передач | Устройство |
---|---|
Механическая | ![]() В трёхвальной МКПП первичный вал имеет одну ведущую шестерню и находится в постоянном зацеплении с промежуточным. На промежуточном валу расположены жёстко закреплённые шестерни, образующие пары со свободно вращающимися шестернями вторичного вала; число пар зависит от количества передач. На ранних механических трансмиссиях шестерни не находились в постоянном зацеплении, а были скользящими, т.е. перемещались при переключении передач, из-за чего быстро изнашивались. На современных МКПП применяется другой механизм переключения передач: шестерни поочерёдно блокируются шпицевыми муфтами, расположенными на вторичном валу и продольно перемещающимися специальными вилками с помощью рычага КПП. При такой конструкции из-за несовпадения частоты вращения зубчатых венцов шпицевых муфт и шестерён вторичного вала переключение передач происходит со скрежетом и требует от водителя определённых усилий. Облегчить переключение передач удалось с изобретением в 30-е гг. синхронизаторов - конических фрикционных муфт, за короткое время выравнивающих скорости вращения шпицевых муфт и шестерён. Сначала они устанавливались только на высших передачах, позже МКПП были синхронизированы полностью.
На ранних автомобилях встречались планетарные коробки передач, состоявшие из объединённых в планетарном механизме т.н. солнечного колеса и сателлитов. Они были компактными и не требовали отдельного сцепления, но имели сложный механизм переключения передач. К механическим также относятся коробки передач с гидромуфтой, при которой отсутствовала жёсткая кинематическая связь двигателя с трансмиссией. Это обеспечивало более плавное переключение передач, трогание с места на второй или третьей передаче и возможность бросить сцепление, не заглушив двигатель. |
Полуавтоматическая | ![]() Более совершенная разновидность полуавтоматической коробки передач устанавливалась на автомобили Chrysler конца 30-х - начала 50-х гг. и называлась Fluidmatic, Presto-Matic или Gyro-Matic. Она состояла из гидромуфты, 2-ступенчатой механической коробки передач и автоматического овердрайва. С помощью педали сцепления водитель включал один из трёх диапазонов (Low, High или Reverse), который выбирался рычагом на рулевой колонке. В каждом из диапазонов было две передачи, причём вторая переключалась автоматически с помощью овердрайва. Трогание с места осуществлялось с верхнего диапазона, тогда как нижний использовался при движении на подъёме и по грязи. Подобную схему переключения имела и созданная в конце 30-х гг. полуавтоматическая коробка передач General Motors, но в основе её лежал планетарный механизм. |
Автоматическая | ![]()
Для переключения режимов в АКПП используется селектор. Селектор может быть напольным, на рулевой колонке, на консоли, кнопочным или в виде джойстика. Количество режимов работы АКПП и стандартная схема их расположения сложились к концу 50-х гг. и в 1964 г. были законодательно закреплены американским SAE. Во всех современных АКПП режимы переключаются в такой последовательности:
Ко второму поколению АКПП относятся первые трансмиссии с гидротрансформаторами: 2-ступенчатые Dynaflow от Buick (1948), Ultramatic от Packard (1949) и Powerglide от Chevrolet (1950). В 1951 г. фирма Borg Warner разработала 3-ступенчатую АКПП с гидротрансформатором (однако первая передача в ней была понижающей), которая получила применение на моделях Ford (Ford-O-Matic), Studebaker и AMC. Аналогичную конструкцию имели АКПП Горьковского автозавода (1956) и немецкой фирмы ZF (1961). В 1953 г. свою 2-ступенчатую автоматическую коробку передач (PowerFlite) представила корпорация Chrysler. Во 2-й пол. 50-х гг. получили распространение 3-ступенчатые планетарные АКПП с гидротрансформаторами. Это были TorqueFlite от Chrysler (1956), Cruise-O-Matic от Ford (1958) и Turbo-Hydramatic от GM (1964), которые в середине 60-х гг. полностью вытеснили предыдущее поколение 2-ступенчатых АКПП и устанавливались на американские и некоторые европейские автомобили до конца 70-х гг. В начале 80-х эти трансмиссии с целью повышения топливной экономичности были дополнены повышающей передачей и стали 4-ступенчатыми. Следующий этап в эволюции АКПП начался в конце 80-х гг. в связи с разработкой электронной системы управления двигателем и трансмиссией. В 90-х гг. все устаревшие гидравлические АКПП были заменены 4-х и 5-ступенчатыми с электронным управлением. С тех пор число передач постоянно увеличивается: появились 6-ступенчатые (2002, на BMW 7 Series от ZF), 7-ступенчатые (2003, на Mercedes-Benz), 8-ступенчатые (2007, на Lexus LS) и 9-ступенчатые (2014, на Jeep Cherokee) АКПП. На сегодняшний день собственные АКПП кроме вышеупомянутых производителей имеют компании Honda, Nissan, Volkswagen и Hyundai. Остальные марки используют трансмиссии другой конструкции: полуавтоматические, секвентальные или вариаторы. Популярность автомобилей с АКПП неуклонно растёт. В среднем соотношение проданных моделей с МКПП и АКПП составляет примерно 50:50, хотя эти показатели в разных странах отличаются. Например, в Европе большинство покупателей всё ещё предпочитают механические КПП, в то время как в США с середины 70-х гг. основная масса автомобилей продаётся только с АКПП. |
Автоматизированная | ![]() Второй тип автоматизированных механических трансмиссий - это коробки передач с двойным сцеплением, также называемые преселективными. Они имеют два параллельных автоматических сцепления и два отдельных вала для чётных и нечётных передач, что позволяет предварительно блокировать шестерни очередной передачи, а затем мгновенно переключить сцепления, не рассоединяя двигатель с трансмиссией. Первыми КПП с двойным сцеплением разработали фирмы Borg-Warner (для Volkswagen) и Getrag (для Porsche), а также Mitsubishi и Ford. КПП аналогичной конструкции широко применяются на спортивных автомобилях. Отдельно следует рассмотреть коробку передач секвентального типа. Классическая секвентальная КПП является разновидностью механической и используется на мотоциклах и болидах Формулы-1. Она позволяет водителю намного быстрее переключать скорости, перемещая рычаг только вниз-вверх для перехода на высшую или низшую передачу, что показало свою эффективность в гонках. Педаль сцепления в таких КПП обычно работает только при трогании с места, а передачи переключаются гидравликой. Теперь на некоторых дорожных суперкарах стали устанавливать автоматизированные аналоги секвентальных трансмиссий, в которых передачи могут переключаться как автоматически, так и вручную по секвентальной схеме. |
Вариатор | ![]() |