Одним из основных элементов любого автомобиля является коробка переключения передач (КПП). Основное предназначение любой автомобильной коробки является изменение крутящего момента, передаваемого от двигателя к колесам, изменение скорости и направления движения. Некоторые виды коробок передач предусматривают также отключение двигателя от колес, в других КПП эту роль выполняет дополнительный узел, который называется сцеплением.
Выбор типа КПП зависит от многих факторов. Различные виды коробок имеют как свои достоинства, так и недостатки. На сегодняшний день есть 4 основных вида коробок передач, которые устанавливаются в современных автомобилях:
- МКПП (механическая коробка)
- АКПП (автоматическая)
- РКПП (роботизированная)
- ВКПП (вариативная, бесступенчатая).
Механическая КПП
Механические КПП предназначены для ручного переключения передач. По принципу действия – это многоступенчатый цилиндрический редуктор. В современных легковых автомобилях чаще всего используют 5- и 6-ступенчатую коробку, тогда как ранее применялись 4-ступенчатые.
Ступенчатая система переключения передач подразумевает конкретный коэффициент передачи для каждой пары шестерен. Вычисляется передаточное число как соотношение количества зубов на ведущей и ведомой шестерне. Для первой передачи это соотношение больше всего. Это означает, что ведущая шестерня самая маленькая, а ведомая – самая большая.
Механические коробки бывают двухвальными и трехвальными. Трехвальные используются, как правило, на более мощных легковых автомобилях, грузовиках и спецтехнике. Двухвальные часто устанавливают на автомобили с передним приводом.
Многим автомобилистам знаком особый звук, издающий автомобиль во время движения на задней передаче. Издается он потому, что зубцы на передних и задних передачах разные. На задней передаче используются шестерни с прямыми зубьями. Это дает возможность передавать больший крутящий момент, но расплачиваться приходится повышенным шумом. На передних передачах используются косозубые шестерни – они работают тише, поскольку сцепление зубов происходит постепенно, однако их КПД меньше.
Коробка автомат (АКПП)
Автоматическая коробка, в ее классическом понимании, пользуется большой популярностью среди автолюбителей. Ее несомненное преимущество заключается в том, что водителю не нужно отвлекаться на переключение передач. Для начала движения не нужно иметь особых навыков – просто поставил «D» и отпустил тормоз. А еще в салоне на одну педаль меньше. За такой комфорт приходится расплачиваться по сравнению с механикой коробкой, расходом топлива.
Рабочим элементом в АКПП есть три набора шестерен планетарной передачи. Название «планетарная передача» означает, что меньшие шестерни вращаются вокруг большей центральной шестерни. Первый набор шестерен называется главной передачей. Он согласовывает скорость двигателя и скорость езды. Остальные два набора называются «входным редуктором» и «обратным редуктором». Далее следует набор муфт и рычагов, блокирующих разные части автоматической коробки, что дает возможность изменять скорость движения автомобиля или включать реверс.
Переключение передач происходит благодаря компьютеру, включающему нужные гидравлические клапаны, что приводит в движение соответствующие муфты планетарных шестерен.
Автоматическая КПП позволяет двигателю работать в наиболее эффективном диапазоне мощности. Благодаря разным датчикам компьютер определяет, когда необходимо включить ту или иную передачу или остановить автомобиль. Так что водителю не стоит беспокоиться об оптимальном режиме работы двигателя, а можно сосредоточиться исключительно на управлении автомобилем.
Если компьютер выбирает оптимальный режим работы мотора, и на его работу не влияет настроение или навыки водителя, возникает закономерный вопрос: почему тогда расход топлива увеличивается? Ответ на этот вопрос в гидротрансформаторе – устройстве, которое передает мощность от двигателя на автоматическую трансмиссию. В автоматической коробке он играет роль сцепления. Большое преимущество такой системы в плавности передачи усилия. Однако КПД гидротрансформатора значительно ниже, чем у зубчатых передач, что вызывает дополнительный расход топлива.
Роботизированная КПП
Трансмиссии с роботизированным переключением передач или с «роботами» объединяют два предыдущих вида коробок. По своей сути это механическая коробка переключения передач с двумя валами и сцеплением, которыми управляет компьютер. Таким образом, КПД такой коробки выше, двигатель всегда работает в оптимальном режиме, что позволяет получать максимум комфорта от езды.
Недостатком такой коробки может являться то, что к ней нужно привыкнуть. При классическом ручном переключении передач водитель может сглаживать плавность хода автомобиля благодаря плавному нажатию сцепления и добавлению оборотов. При езде с роботизированной коробкой в момент включения передачи может ощущаться небольшой рывок. Чтобы его компенсировать, производители придумали РКПП с двумя сцеплениями. Его суть такова: в момент переключения передач компьютер одновременно готов подключить передачу на одну больше и одну меньше. Благодаря этому переключение происходит практически мгновенно без рывков.
Вариатор
Вариатор – это бесступенчатая коробка переключения передач. Такая трансмиссия достаточно проста. Крутящий момент меняется плавно, что обеспечивает абсолютную плавность хода. КПД такой коробки достаточно высок, потому что отсутствуют дополнительные механизмы и шестерни.
Вариатор состоит из двух шкивов, способных изменять свой размер и соединенных специальным ремнем, что позволяет подбирать наилучшее соотношение передаточных чисел.
Недостатком вариатора есть его ограниченное применение, связанное с невозможностью использовать на достаточно мощных двигателях. Поэтому основная область применения такой системы переключения передач – городские малолитражные автомобили и скутеры.