Коробка передач на завтра…
Самая деликатная часть трансмиссии современного легкового автомобиля уйдет в историю раньше бензинового двигателя внутреннего сгорания
![]() Мощность, развиваемая двигателем даже самого большого и могучего грузовика, резко падает на низких оборотах. Поэтому, чтобы не торопясь везти тяжелый груз и иметь возможность плавно разгоняться, водителя грузовика приходится обременять необходимостью то и дело переходить с одной передачи на другую. Фото: Volvo Trucks
|
Коробкой переключения передач — то есть устройством, позволяющим изменять крутящий момент на колесах за счет скорости их вращения, — автомобили с двигателем внутреннего сгорания обзавелись буквально сразу, как только вышли из детского возраста «телеги без лошади». Можно сказать, что наличие КПП было в те времена их фирменным признаком — паровики и электромобили, популярные в начале прошлого века, в подобном устройстве не нуждались. И у парового, и у электродвигателя крутящий момент на валу не зависит от скорости его вращения, чего нельзя сказать про двигатели внутреннего сгорания.
Будь то бензиновый или дизельный, — он имеет достаточно узкий диапазон рабочих оборотов, в котором он способен развивать хоть
Ручной вариант
Первые КПП имели самое примитивное устройство, представляющее из себя приводной ремень и набор шкивов разного диаметра. Водитель посредством рычагов перекидывал ремень со шкива на шкив — примерно так работает коробка передач на велосипеде. Потом ремень заменили цепью, шкивы — «звездочками», а вскоре пришли к решению, остающемуся принципиально неизменным по сию пору — набору шестерен. Простейшая механическая КПП имеет два вала — первичный и вторичный. Первый соединен через механизм сцепления с двигателем, а второй — через систему привода с колесами. Валы расположены в масляной ванне и снабжены каждый своим набором шестерен разного диаметра. В зависимости от того, какие пары шестерен вошли в зацепление, меняется угловая скорость вторичного вала при постоянной скорости первичного. Одновременно на нем увеличивается крутящий момент.
![]() На грузовиках Даймлера второго поколения сохранялась ременная передача крутящего момента от вала двигателя к колесам. Фото: DaimlerChrysler
|
Двигатели середины прошлого века — низкофорсированные и объемные, — имели неплохой тяговый диапазон, и трех передач им было достаточно. Однако их прожорливость и низкая литровая мощность заставили производителей переходить на более высокооборотистые моторы с большей степенью сжатия. Новинки оказались мощнее и экономичнее, но и потеряли присущую многолитровым монстрам «тракторную» тягу в широком диапазоне оборотов. Сначала потребовалась четвертая передача, позволяющая полнее реализовать новые возможности двигателей. А потом вспомнили об экономичности — появилась пятая, «повышающая» передача, позволяющая поддерживать высокую скорость при небольших оборотах мотора. И это не предел — стремление поддерживать обороты мотора близкими к оптимуму привело к тому, что и шестиступенчатые коробки уже перестали быть новинкой, а некоторые производители начинают присматриваться к цифре семь… Но это для легковых автомобилей. Что касается тяжелых грузовиков и тягачей, то для них, случается, делают и шестнадцатиступенчатые коробки.
Простые и надежные механические КПП имеют массу достоинств — низкую цену, экономичность, ремонтопригодность, долговечность, — но и один существенный недостаток: они требуют чрезмерного участия водителя в работе трансмиссии. «Ворочать кочергой», «крутить мешалкой» — все эти нелестные эпитеты относятся к управлению коробкой вручную.
![]() Первая семиступенчатая автоматическая коробка передач с гидротрансформатором созданна в конструкторском бюро Mercedes-Benz. Выглядит устрашающе, зато обеспечивает плавность хода и экономит топливо. Фото: DaimlerChrysler
|
Гидравлический вопрос
Самыми распространенными устройствами автоматического выбора передач являются на данный момент гидромеханические АКПП. Это устройство представляет из себя набор из отдельных планетарных рядов с разным передаточным коэффициентом — как бы несколько одноступенчатых КПП в одном корпусе — переключение между которыми осуществляется путем торможения нужного фрикциона. Звучит сложно? Поверьте, на деле все ещё сложней! Поскольку всеми функциями здесь заведует гидравлика, то АКПП имеет свой насос высокого давления, приводимый в действие от первичного вала. Сложная система клапанов передает создаваемое насосом давление к исполнительным механизмам, которые, собственно, и осуществляют переключение. Главнейший же элемент системы — гидротрансформатор, передающий крутящий момент от двигателя к трансмиссии и, заодно, выполняющий роль автоматического сцепления.
Сложность устройства АКПП компенсируется простотой его использования — в самом общем случае водитель переключает селектор в положение Drive и забывает о нем до конца поездки. В современных «автоматах» управление клапанами гидравлики взял на себя электронный блок, способный не только оптимизировать режимы работы, но и воспринимать команды водителя. Так что теперь и владелец машины с «автоматом» может «поиграть коробкой» — ручные режимы (устройство «Типтроник», «Стептроник»
Рука робота
Гидромеханическая АКПП очень удобна в эксплуатации, но не лишена и недостатков.
![]() Двухдисковое сцепление автомобиля Volkswagen DSG позволяет роботу загодя подготовить более высокую или более низкую передачу, на которую надо будет переключиться. Фото: Volkswagen AG
|
При всем изяществе технического решения, «роботы» тоже имеют свои недостатки. Большинство «бюджетных» «робошифтов» имеют отчетливо выраженные рывки при переключениях и неадекватно срабатывают в сложных условиях — при крутом подъеме или при пробуксовке колес. Конечно, почти всегда такой коробкой можно поуправлять и вручную, но зачем тогда было вообще огород городить? Более совершенные «роботы» отчасти избавлены от таких недостатков, но их сложность, а, соответственно, и цена позволяют применять такие агрегаты только в весьма дорогих машинах. Самое главное, что в них все так же остается неизбежная дискретность работы!
Возврат к истокам
Чтобы двигатель всегда работал в оптимальном диапазоне оборотов, количество передач должно быть как можно больше. В идеале, их число должно стремиться к бесконечности, а график изменения передаточного числа — не иметь ступенек. Представьте — мотор всегда работает на одних и тех же, наилучших для него оборотах, стрелка тахометра стоит как приклеенная, а машина ускоряется и замедляется, как нужно водителю. Фантастика? Ничего подобного! Для этого потребовалось всего лишь вернуться к истокам.
![]() Принципиальная схема одной из конструкций вариатора: контакт между двумя конусами обеспечивает металлическое кольцо, помеченное красной стрелкой, — перемещаясь, оно изменяет передаточное число. Фото: GIF - Gesellschaft fuer Industrieforschung mbH |
Такое, в принципе, несложное техническое решение придумали не вчера. Проблема была лишь в ремне — не так-то просто найти ремешок, который передаст на колеса крутящий момент мощного мотора! Поэтому первые вариаторы стали уделом скутеров и прочих мопедов — мощность невелика, и ремень служит долго. Однако прогресс не стоит на месте, и появляются новые, высокопрочные материалы. Нынешний ремень вариатора больше напоминает хитрой формы цепь, набранную из пластин специальной стали. Зато и усилие, которое он может передать, стало воистину гигантским. Так, например, сейчас вариатором оснащена топовая комплектация нового Lancer X — машины отнюдь не маломощной.
Естественно, двумя шкивами и ремнем конструкция автомобильного вариатора отнюдь не исчерпывается. Прежде всего, для того, чтобы тронуться с места, здесь присутствует аналог сцепления — пакет фрикционов или же гидротрансформатор. Ну и, конечно, электроника — теперь без нее никуда. Система электронного управления определяет оптимальное для каждого режима движения передаточное число и управляет изменением диаметра шкивов, позволяя получить… аналог механической КПП с дискретными передачами и ручным управлением! Вот только количество передач, на которые поделит контроллер диапазон передаточных чисел вариатора, определяется уже сугубо фантазией производителя. В принципе, их можно сделать хоть сто, но водителю оперировать числом больше шести просто неудобно.
Вариатор — достаточно надежное изделие. Количество деталей в нем чуть ли не на порядок меньше, чем в любой другой конструкции, и срок его службы определяется только долговечностью ремня. Однако и сам высокотехнологичный ремень, и управляющая электроника пока весьма дороги, что не позволяет оснастить такими агрегатами все автомобили мира.
![]() Привод внедорожника Lexus RX400h содержит одновременно несколько технических новинок: это и бесступенчатый вариатор в приводе передних колес, и электромеханическая трансмиссия сзади. Фото: Toyota Motor Europe
|
Конечно, прогресс не стоит на месте — существуют и более замысловатые способы передать энергию двигателя к колесам. Как правило, они связаны с дополнительными преобразованиями энергии. Например, двигатель вращает мощный генератор, а колеса крутит электромотор. Или же двигатель приводит в движение гидронасос, а усилие к колесам поступает от гидромотора. В этих случаях КПП, как таковая, вообще отсутствует. Однако эти конструкции весьма мало распространены, так что пока покупатель автомобиля может рассчитывать на одно из четырех основных решений — механическую КПП, гидравлический «автомат», роботизированную коробку или вариатор. Выбор, как всегда, за покупателем!
Читайте также в журнале «Вокруг Света»:
Павел Иевлев, 01.08.2007
Новости партнёров