 |
Со следующего года в России сдавать экзамен для получения водительских прав разрешено и на автомобилях с автоматической коробкой передач. Но "катализатором"для написания этой статьи стало не это -- материал подготовлен "вдогонку" к тесту двух Subaru Outback (см.: "Тени созвездия Плеяд"). Дело в том, что на одном из испытуемых стоял классический "автомат", а на другом крутящий момент от двигателя к колесам передавал "автомат" бесступенчатый, то есть вариатор.  А теперь давайте вернемся к поднятой в ходе вышеупомянутого теста теме "противостояния" традиционного гидромеханического "автомата" и бесступенчатого вариатора. На сегодняшний день в трети автомобилей, оборудованных автоматическими трансмиссиями, используются 5-6-ступенчатые АКПП, а на каждом пятом стоит 4-ступенчатая. Что же касается бесступенчатых трансмиссий (то есть вариаторов), то с учетом динамики роста их количества можно считать, что очень скоро доля этих коробок перевалит за 10%. Перед выбором Покупая автомобиль, человек обычно выбирает модель, а не отдельные агрегаты. Но в то же время не остается без внимания и вопрос комплектации, в которую, помимо всего прочего, входят определенный двигатель и (если это не электромобиль...) коробка передач. А, как уже было сказано выше, потребитель сегодня все чаще задумывается о том, что работать педалью сцепления и рычагом механической коробки утомительно. Вообще-то количество попыток автоматизировать работу трансмиссии было невероятно велико, но до серийного производства дошли лишь несколько конструкций. Однако даже при столь скудном выборе все же стоит понимать, какой именно "автомат" установлен на вашей машине и чего от него ждать, особенно если это автомобиль с пробегом. Кстати, нередка ситуация, когда нужное сочетание двигателя и коробки передач у данного производителя вообще отсутствует. Например, новый Subaru Outback c 5-ступенчатым гидроавтоматом предлагается только в варианте с 2,5-литровым турбомотором мощностью 265 л.с. В версии с 2,5-литровым атмосферным мотором свои 167 л.с. вы получите только в паре с вариатором или механической 6-ступенчатой коробкой передач. Словом, при кажущемся богатстве выбор не так уж велик и зачастую сводится к двум вариантам: версия со ступенчатой или бесступенчатой автоматической коробкой передач. В обоих случаях между двигателем и коробкой устанавливается гидротрансформатор, увеличивающий передаточное отношение и сглаживающий пульсации крутящего момента. А теперь давайте посмотрим, чем хороши и соответственно "не хороши" те и другие агрегаты, каковы их различия и чего ждать от коробок этих двух типов в эксплуатации.  Эту бесступенчатую трансмиссию Lineatronic с цепью Luk ставят на Subaru Legacy и Outback. Из-за наличия симметричного полного привода возникают трудности с размещением валов вариатора, и в силу компоновки в ней используется дополнительная зубчатая пара, снижающая общий КПД трансмиссии. Как правило, механическая часть ступенчатых автоматических коробок представляет собой редуктор с несколькими рядами планетарных передач. Гораздо реже она выполняется в виде валов с шестернями, напоминающими валы и шестерни традиционных механических коробок передач. Например, такая "вальная" АКПП (МВ-722.7) устанавливалась на автомобили Mercedes-Benz А- и В-классов первого поколения. Заметим, что КПД вальных коробок из-за особенностей зацепления шестерен у переднеприводных автомобилей на 1,5-2% выше, чем у АКПП с планетарной передачей, а у заднеприводных машин, наоборот, КПД планетарных коробок примерно на столько же больше. Примечательно, что на те же Mercedes-Benz А- и В-классов следующего поколения стали ставить вариатор с металлическим ремнем VDT. Кроме того, в ходе теста Subaru Outback с 4-ступенчатым гидроавтоматом мы убедились в том, что к традиционной АКПП (при сравнении с вариатором, который используется в последнем поколении этих автомобилей с тем же двигателем) можно предъявить две претензии: заметно больший расход топлива и "задумчивость" при разгоне с места. И поскольку дилеры еще предлагают автомобили Outback предыдущего поколения, приходится признать, что такая покупка в смысле расхода топлива и динамики разгона вряд ли будет оптимальной. В то же время статистика показывает, что доля 4-ступенчатых АКПП составляет более 35%, но используются они в основном на компактных автомобилях. Для уменьшения расхода топлива и улучшения динамики уже с 90-х годов прошлого столетия началось постепенное замещение 4-ступенчатых АКПП 5-ступенчатыми. В какой-то мере это происходило в ответ на распространение 6-ступенчатых механических коробок. Затем последовали 6-, 7- и, с не-давнего времени, 8-ступенчатые АКПП. Увеличить количество ступеней в планетарных коробках принципиально несложно - как правило, это осуществляется за счет добавления планетарных рядов. Но дальнейшее увеличение количества ступеней АКПП, по мнению специалистов, нецелесообразно. Ведь даже в 8-ступенчатой трансмиссии ряд передаточных чисел получился "переуплотненным" - из-за увеличенной цикличности работы таких коробок (более частого переключения "вверх" и "вниз") пакеты фрикционов будут использоваться чаще, чем в 7-ступенчатых, а это может отрицательно сказаться на их долговечности. Еще одним направлением, в котором совершенствовались АКПП для дальнейшего снижения расхода топлива, является уменьшение гидравлических потерь за счет изменения режимов блокировки гидротрансформатора. С начала 90-х в последних стали использовать "скользящую" блокировку, которая дает возможность частично блокировать гидротрансформатор с 1200 об/мин. Благодаря увеличению числа ступеней и более гибкой блокировке гидротрансформатора автомобили с АКПП зачастую получались экономичнее версий с "механикой"!  Пятиступенчатая гидромеханическая АКПП, устанавливаемая на Subaru, выполнена по классической схеме с набором планетарных рядов. При такой схеме чем выше включенная передача, тем больше рядов заблокировано и соответственно ниже потери в трансмиссии. Привлекательность вариатора в том, что он отслеживает постоянно изменяющиеся условия работы двигателя в очень широком диапазоне, что и отражено в его названии - "трансмиссия с постоянным изменением передаточного отношения" (CVT). То есть, несмотря на то, что динамический диапазон вариатора практически равен диапазону 6-7-ступенчатой АКПП, число "ступеней" бесконечно. В свою очередь, это дает возможность для каждого режима движения подобрать наиболее подходящую "передачу", что недоступно для ступенчатой АКПП. Несмотря на большое количество конструкций бесступенчатых трансмиссий, в серийных автомобилях можно встретить лишь два типа вариатора: с непосредственным контактом силовых элементов и с гибкой связью (клиновым металлическим ремнем или цепью). На первых порах относительная простота механизма, изменяющего передаточное отношение, обусловила массовое распространение клиноременных вариаторов. Следующий этап развития этих конструкций связан с появлением толкающих ремней с металлическими поперечными пластинами и продольными лентами (разработка голландской фирмы VanDoorne Transmissie - VDT и немецкой PIV Antrieb Werner Reimers). В 1984-м вариаторы Transmatic с такими ремнями устанавливались на Ford Fiesta и Fiat Uno и обеспечивали КПД до 90%. С начала 90-х годов вариаторами активно занимаются в Америке и Японии, а в Европе ими заинтересовалась фирма Zahnradfabric (ZF) - известный производитель АКПП. Результатом этого "интереса" стало появление вариатора Ecotronic, предназначавшегося для переднеприводных автомобилей с "поперечным" мотором мощностью от 70 до 250 л.с. А поскольку мощные двигатели устанавливаются на дорогие автомобили, то для обеспечения комфорта в этих вариаторах используется гидротрансформатор, позволяющий, кроме плавного трогания, сократить время перехода от минимального передаточного отношения к максимальному и увеличить общую долговечность вариатора. Экономичность автомобилей с CVT Ecotronic лучше, чем у машин с 4-ступенчатыми, но хуже, чем с 5-ступенчатыми традиционными АКПП. Цепная реакция В начале 80-х годов немецкая фирма PIV пыталась создать вариатор, гибким элементом в котором должна была стать цепь, а затем эти работы продолжились концерном Volkswagen совместно с фирмой Luk. Основой клиноцепного вариатора является многорядная цепь с малым шагом и уменьшенными потерями между звеньями и осями звеньев. В отличие от ременных вариаторов, контакт между шкивами и цепью обеспечивается точечно - в местах соприкосновения выступов осей цепи. Благодаря незначительному уровню силового скольжения потери в цепном вариаторе ниже, чем в клиноременных CVT. Кроме того, конструкция цепи позволяет работать с минимальным радиусом изгиба, что дает возможность расширять динамический диапазон и уменьшать габариты. В современном виде эти вариаторы, называемые Multitronic, можно увидеть на всех серийно выпускаемых автомобилях Audi (кроме А3 и ТТ) с двигателями, чей крутящий момент не превышает 330 Нм. При сравнении характеристик автомобилей А6 с вариатором и механической коробкой передач версии с вариатором оказались заметно быстрее (8,1 с против 9,9 с при разгоне до 100 км/ч) и чуть экономичнее версий с "механикой". Вариатор Lineatronic с цепью Luk устанавливается и на Subaru Legacy и Outback. К сожалению, для того, чтобы сохранить симметричный полный привод, в конструкцию вариатора пришлось ввести дополнительную зубчатую передачу, выводящую крутящий момент к центральной оси автомобиля, а это лишние механические потери.  Данные приведены в сравнении с экономичностью версии с МКПП (показана в виде горизонтальной оси). Итак, мы выяснили, что определенная конкуренция ступенчатых и бесступенчатых "автоматов" все-таки существует. В то же время традиционной АКПП подвластны двигатели с большим крутящим моментом, а вариаторы на сегодняшний день способны эффективно передать немногим более 300 Нм. Более того, АКПП с большим количеством ступеней даже более экономичны, чем механические коробки, не говоря уж о вариаторах, но при этом они заметно дороже. Что же касается резкого роста продаж моделей с вариаторами, то это прежде всего обусловлено тем, что агрегаты данного типа проще и дешевле, значит, сравнительно недорогие автомобили все чаще будут и с CVT. Но не стоит списывать со счетов и 4-ступенчатые "автоматы", которые еще долго будут ставить на автомобили малых классов. Сегодня их можно встретить даже на свежих моделях. По запросу российских дилеров такая АКПП ставится на Mazda2. И последнее: если вы покупаете новый автомобиль, то несколько лет можете ездить спокойно (АКПП или вариатор отремонтируют бесплатно). А вот стоимость негарантийного ремонта ниже у "гидроавтоматов". При том, что и ресурс вариаторов более низкий. Интересно и то, что часть случаев отказа вариаторов связана с электроникой и гидравликой - замена этих блоков управления стоит не менее $3000. На этом фоне цена цепи невелика - $300-500. Возможно, прочитав эту статью, вы с облегчением вздохнете и сядете за руль своего автомобиля, оборудованного... "механикой". Наверное, в чем-то вы правы. Но помните, что стремление человека к комфорту остановить невозможно.  Автор выражает признательность компании "Центр автоматических трансмиссий" за помощь в подготовке материала. ИСТОРИЯ ПЕРЕДАЧИ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА Инженерная эпоха, как иногда называют первую половину ХХ века, запомнится нам выдающимися изобретениями, среди которых автоматические трансмиссии занимают одно из видных мест. Остановимся на наиболее известных примерах. Начнем с фрикционных трансмиссий, основанных на взаимном трении двух дисков, соприкасающихся между собой в перпендикулярных плоскостях. Первый диск вращался на конце коленчатого вала, второй был насажен на ту же ось, что и ведущая звездочка цепной главной передачи. Перемещая второй диск по оси рычагом, водитель изменял передаточное отношение трущейся пары. Передавать большие моменты такие трансмиссии были неспособны (в 10 - 20-е годы прошлого века они получили распространение на машинах с маломощными моторами). Альтернативное решение в мае 1923 года предложил румынский инженер Георгиу Константинеску. Его талант поистине многогранен: он пишет фундаментальный труд "Теория звуков", проектирует мосты, изобретает синхронизатор для стрельбы из пулемета сквозь плоскость винта аэроплана. Наконец, в поле его зрения попадает автомобильная коробка передач. Придуманное инженером устройство оказалось настолько сложным, что он сам объяснял принцип работы новинки с помощью специальной упрощенной модели. Вкратце, в коробке Константинеску использовалось главное физическое свойство маятника - инерция. Автор изобретения публично пообещал выплатить 100 фунтов стерлингов тому, кто опровергнет его расчеты. Однако инженер так и не научил свою маятниковую трансмиссию надежно работать. К слову, попутно Константинеску запатентовал используемый по сей день в "автоматах" индикатор выбранной передачи.  DAF 600 1958 года – первая в мире модель с бесступенчатой клиноременной передачей.  Замечания о сложности и ненадежности упомянутых конструкций можно адресовать и преселективным трансмиссиям, и коробкам с автоматическим приводом сцепления. Хотя центробежное автоматическое сцепление конструкции инженера Лиенарда в 20-е годы даже устанавливалось за отдельную плату на автомобили Citroen. Работало оно следующим образом: под воздействием центробежной силы грузики отклонялись и через рычаги сжимали диски сцепления, а с уменьшением оборотов маховика происходило обратное. Плавность передачи крутящего момента обеспечивалась за счет уменьшения проскальзывания дисков сцепления по мере воздействия на них массы грузиков. Что же касается непомерного расхода топлива, слабой динамики разгона и низкого ресурса сцепления, то на все это предлагалось закрыть глаза.  7-ступенчатая гидромеханическая коробка передач Mercedes-Benz выпускается с 2004 года. По сравнению с 5-ступенчатой АКПП (взятой за основу) новая трансмиссия обеспечивает экономию топлива 4–5%.    Клиноцепной вариатор Multitronic, устанавливаемый на Audi, позволил преодолеть «планку» передаваемого крутящего момента в 330 Нм.  Цепь производства компании Luk для клиноцепных вариаторов дает возможность последним работать с малым радиусом изгиба цепи – 25 мм.Вскоре различные гидроприводы посыпались как из рога изобилия. Казалось, чего проще - сведи в общий картер два совершенно одинаковых узла, гидронасос и гидромотор и знай себе перекачивай рабочую жидкость! Над гидростатическими трансмиссиями работали инженеры Геле-Шау и Жанней.  Реклама Oldsmobile 1940 года. Он был оборудован гидромеханической трансмиссией Hydromatic Drive.  В преселективной трансмиссии Maybach выпуска 30-х годов XX века передачи выставлялись удобными рычажками на руле.  Болгарский изобретатель Румен Антонов и его автоматическая коробка передач с планетарным редуктором. Переключения происходят за счет действия центробежного регулятора и осевых сил, возникающих в косозубом зубчатом зацеплении.  Если ранние конструкции не переваривали высокий крутящий момент, то у этой трансмиссии обнаружилась теперь уже обратная проблема - она не вписывалась в габарит маленьких автомобилей и была для них тяжела, дорога, а внутренние потери оказывались недопустимо большими. Вот тут голландцы Хуб и Вим Ван Дорны и решили передавать крутящий момент ремнем, натянутым между парой раздвижных шкивов. Образец трансмиссии, получившей название (в пику американской Hydra-Matic) Variomatic, испытали в 1955 году. А свой первый легковой автомобиль (DAF 600), оборудованный трансмиссией-вариатором, братья Ван Дорны запустили в продажу в феврале 1958-го. | |