Deus ex machina, или кто «живет» внутри «автомата»?

Пожалуй, не так много узлов и агрегатов современного автомобиля послужили поводом для появления вокруг себя огромного числа предубеждений, мифов, домыслов и страшилок. Одним из таковых «злосчастных» агрегатов является автоматическая трансмиссия, или, попросту, «автомат»…

Развал «великого и могучего» дал доступ рядовоым советским гражданам к целому ряду западных ценностей, включая McDonald?s, Coca-Cola и автомобили с коробкой «автомат». Хотя, справедливости ради, надо сказать, что агрегат этот для советского автомобилиста вроде бы известен, вот только оснащались им у нас лишь правительственные «членовозы», «Волга» ГАЗ-21 (небольшой серией), автобус ЛиАЗ-677, да многоосные тягачи МАЗ совсем не мирного предназначения.

Тем не менее, за 20 лет, прошедших с момента падения «железного занавеса», отечественные автолюбителя успели оценить это дивное изобретение. Управление автомобилем с «автоматом» настолько комфортно, что многие водители зачастую вообще не рассматривают машину с «механикой» как средство передвижения…

Обратной стороной комфорта являются масштабность и дороговизна ремонта агрегата в случае выхода его из строя. Именно последний фактор и послужил благодатной почвой для появления различных страшилок вокруг АКП, сформировав у целого ряда автолюбителей стереотип, что «автомат» – это зло.

Впрочем, так ли страшен «автомат»? Если на самом деле все так плохо, то почему такой ненадежный узел устанавливается даже на армейские Hummer H1? А может, причиной большинства поломок и дефектов в автоматических коробках передач (АКП) современных автомобилей являются возрастная «усталость автоматов» на машинах с огромными пробегами, и/или же неправильные эксплуатация и техническое обслуживание данных трансмиссий по вине самих владельцев машин?

Реклама

Ответы на эти вопросы волнуют не один десяток отечественных автомобилистов, стоящих перед вопросом выбора очередного, в том числе, и нового автомобиля. Что взять – потенциально «проблемным» в эксплуатации и ремонте «автоматом»?

Для того что бы ответить на риторический вопрос «а оно вам надо?», попытаемся разобраться в проблемах выбора той или иной разновидности АКП, их устройстве и нюансах эксплуатации в отечественных реалиях…

Как и любое сложное техническое устройство, гидромеханическая автоматическая коробка передач имеет ряд достоинств и недостатков. Достоинства:  – плавность переключения передач и, соответственно, движения автомобиля. Реклама — способность передавать практически любые величины крутящего момента от двигателя (поэтому подходят для мощных моторов). — более щадящие (по сравнению с МКП) условия эксплуатации для двигателя из-за наличия ГТ; — относительная надежность конструкции. Недостатки: — меньшие экономичность и КПД по сравнению с МКП и роботизированными коробками. Реклама

Дела «железные» или, как это устроено? Современная гидромеханическая коробка передач (ГМП) легкового автомобиля состоит из основных модулей и нескольких обслуживающих систем: 1. Гидротрансформатор (гидромуфта или в простонародье «бублик») – бесступенчато передает крутящий момент от двигателя на диапазонную коробку. 2. Диапазонная коробка. В ГМП она выполняет роль механической коробки передач. Назначение ее то же, что и у механической трансмиссии – изменение передаточного числа и, как следствие, скорости вращения выходного вала коробки. Таким образом, крутящий момент от двигателя через гидротрансформатор подается на входной вал диапазонной коробки, где преобразуется и подается уже на ее выходной вал. 3. Гидравлическая распределительная система (на техническом жаргоне – «лабиринт», «муравейник») – корпусная деталь, по каналам которой происходит подача рабочей жидкости к исполнительным органам коробки (управляющим электрогидравлическим клапанам и фрикционным муфтам). 4. Насос – как и в любой гидросистеме, источник высокого давления. Снабжает гидротрансформатор и гидравлический блок управления рабочей жидкостью и обеспечивает смазку коробки. Реклама 5. Электронный блок управления (он же ECM, ECU) – «мозг» гидромеханической коробки. Кроме этого, выделяют и ряд вспомогательных систем: – электропроводка; — контрольные датчики; — система охлаждения (т. к. гидротрансформатор из-за интенсивного «перелопачивания» рабочей жидкости и имеющегося в нем вязкостного трения может нагреть корпус коробки до 300°С и выше); Реклама — система смазки. Сюда же нужно отнести и рабочую жидкость ATF (Automatic Transmission Fluid), ошибочно называемую «маслом», ибо она весьма сложная по составу, и функция ее не только смазка механизма ГМП.

В случае поломки стоимость ремонта «негарантийной» ГМП может составить вполне приличную долю от цены самого автомобиля (1500-2000$, включая ремонт ГТ и замену ATF).

Гидротрансформатор АКП ZF 6HP-26 (автомобиль BMW X5)

Эта сложная система каналов и есть гидравлическая распределительная система или «лабиринт» (АКП A4LD автомобиля Ford Explorer)

Турбинное колесо (слева) и нажимной диск муфты блокировки гидротрансформатора (АКП А604 автомобилей Chrysler)

Реактор (слева) и насосное колесо гидротрансформатора (АКП 01P автомобиля VW T4)

Главная передача (внизу слева) и фрикционный набор «поперечной» АКП ZF 4HP-20 (автомобиль Alfa-Romeo 166)

Устройство фрикционной муфты АКП Mercedes 722.7

Гидроблок АКП ZF 5HP-24 (автомобили BMW и Jaguar). На переднем плане – управляющие электрогидравлические клапаны

Вечные «железяки»…

Как уже говорилось, гидромеханические коробки передач (ГМП) вещи родом из XX века. В те времена над созданием узлов и агрегатов еще трудились инженеры, а не маркетологи, как, похоже, происходит сейчас…

Реклама

Вечная – по-другому и не скажешь о «мерседесовской» коробке с индексом 722.3. Этот «автомат» родом из 80-х, когда люди ценили дорогие вещи, коими являлись и автомобили Mercedes, а расчетный срок эксплуатации знаменитого W124 составлял около 25-ти лет… Поэтому, можно встретить и 20-летний Mercedes W124 с пробегом около 1 млн км и работающим, как часы, «автоматом». При условии разумной эксплуатации, АКП 722.3 были надежны на столько, будто сделаны из цельного куска железа. Способствуют этому значительный запас прочности и конструктивная простота этих трансмиссий – четырехступенчатая АКП 722.3 не имеет электронного блока управления. Несмотря на это, ресурс и этих коробок не бесконечен – от старости на агрегатах с пробегами далеко за 500 тыс. км начинают «рассыпаться» пластины фрикционов и накладки тормозной ленты…

«Одноразовая» современность

Разразившийся во второй половине XX века нефтяной кризис вызвал рост цен на топливо и послужил первым толчком к появлению компактных (и относительно дешевых) моделей легковых автомобилей с передним приводом и поперечным расположением двигателя и трансмиссии относительно продольной оси автомобиля. Такие технические решения потребовали создания столь же компактных и достаточно дешевых в производстве ГМП, что не могло не сказаться на ресурсе этих агрегатов…

Кроме того, неуемные аппетиты «цивилизации потребления» привели к тому, что расчетный срок службы автомобиля значительно сократился. Соответственно, уже никто не проектирует узлы и агрегаты способные выдержать 25 лет эксплуатации. Коснулся данный «тренд» и ГМП…

Сказалось на ресурсе ГМП и появление в середине 80-х гг. электронных модулей управления «автоматом». С одной стороны, это позволило дешево (максимальный эффект при минимальных затратах) реализовать идею многоступенчатого «автомата», что, в свою очередь, повысило его потребительские свойства – улучшило комфортность вождения, топливную экономичность и т. д. С другой стороны, появление электронного блока управления (ЭБУ) и целого ряда связанных с ним компонентов (электрогидравлические клапана, шлейфы проводов и др.), сделало АКП технически более сложным агрегатом. А, как известно, чем сложнее техника, тем больше вероятность ее отказа…

Реклама

Летопись былых лет… Вопреки бытующему мнению, автоматическая коробка передач (АКП) – изобретение европейское, а не американское. Так, уже более 100 лет назад производились первые опыты по применению на автомобилях гидравлических передач объемного типа. Настоящим прорывом в эволюции АКП стало изобретение в 1902 году немецким проф. Г. Фетингером новой гидравлической машины, объединившей в одном корпусе все лопастные колеса гидродинамической передачи – «насос», «турбину» и направляющий аппарат («реактор»). Первая же работоспособная конструкция на испытаниях в 1908 г. показала КПД 83% при максимальном коэффициенте трансформации Ко = 5. Изобретение гидродинамического трансформатора (ГДТ) сделало возможным и создание компактных гидромеханических передач (ГМП), а значит и установку их на автомобили. Впрочем, это был скорее штучный товар, ведь первые «автоматы» стоили весьма недешево. Поэтому в предвоенной Европе на легковых автомобилях ГМП не прижились и не получили широкого распространения. Зато новое автоматические трансмиссии нашли широкое применение для автобусов как в Европе (Leyland – Англия , Krupp – Германия), так и в США (GMC). Вторая мировая война внесла свои коррективы в развитие европейского автопрома. Разрушенной послевоенной Европе требовался массовый недорогой и простой легковой автомобиль. А вот не пострадавшие от войны «штаты», напротив, имели возможность во время войны развивать и совершенствовать свою промышленность, в том числе и автомобильную. Толчком к развитию работ по созданию ГМП для легковых автомобилей в США послужила рекламная компания выдающегося американского автомобильного конструктора Таккера, объявившего в 1947 г. о создании им автомобиля Тucker-48, оснащенного прогрессивной ГМП. «Заокеанские» инженеры оказались весьма дальновидными и заинтересовались этой новинкой. Разработку собственной гидромеханической коробки передач (ГМП) начали Ford, GM и Packard… Реклама Перед европейскими автопроизводителями вопрос создания АКП остро стал только в середине 70-х годов в связи с возникновением т.н. «гонки за комфорт». Оправившаяся от войны Европа уже не желала экономить и ездить на чем-либо, лишь бы оно ехало. Вернулся спрос на комфортные мощные машины, оснащенные по последнему слову техники. В этом плане продукция «заокеанских» автоконцернов как нельзя лучше соответствовала запросу потребителей. Чтобы не допустить экспансии вездесущих «янки», автомобильные фирмы «старого света» вступили в эту «гонку». К началу 80-х годов многие европейские автопроизводители уже имели свою АКП… Второй (после изобретения гидротрансформатора) прорыв произошел примерно в 1984-1985 гг. в связи с изобретением электронных модулей управления АКП. Благодаря этому стало возможным дешево (максимальный эффект при минимальных затратах) реализовать идею многоступенчатой АКП. Одной из первых ГМП c электронным управлением стала 4-супенчатая АКП производства ZF, с 1986 года устанавливавшаяся на BMW 7-серии (Е32), оснащавшихся 5.0-литровым двигателем. А первой легковой пятиступенчатой АКП с электронным управлением стала коробка 5HP-18 производства того же ZF, устанавливавшаяся на BMW 5-серии (E34) с 1991 года. Справедливости ради нужно сказать, что «любители» всевозможных электронных устройств – «японцы» в те годы несколько отставали от европейских автопроизводителей. Так, Mazda и Mitsubishi создали свои первые АКП с электронным управлением приблизительно в 1989 году. Аналогичный агрегат от Toyota дебютировал в 1991 году на модели Camry…

 «Врожденные болезни»…

Типичный пример вышесказанного – 4-ступенчатый гидромеханический «автомат» с электронным управлением DP0 совместной разработкой концерна PSA и компании Renault S.A (на автомобили Peugeot-Citroen с двигателями до 2,0-литров она устанавливалась под индексом AL4). В 1998-2005 гг. трансмиссия DP0/AL4 была основной автоматической коробкой передач для французских автопроизводителей.

Реклама

Главная страшилка АКП AL4 – регулирующие электрогидравлические клапана (ЭГК) или, в простонародье, «соленоиды», находящиеся в гидроблоке. Из-за нехватки давления могут начаться пробуксовки тормозных лент и фрикционов. Если не произвести замену ЭГК и продолжать дальнейшую эксплуатацию АКП в аварийном режиме, то «автомат» можно попросту «сжечь», или же в один «прекрасный» день из-за высокого давления в коробке оборвется «серьга» тормозной ленты, что приведет к окончательному выходу из строя агрегата.

Причиной выхода из строя модуляторов давления является их конструктивная недоработка… В 2003 г. французы поменяли производителя клапанов (теперь им стал Borg Warner). Нареканий на работу коробок стало меньше, но из-за некорректной работы самой гидравлической системы по-прежнему «подгорали» фрикционы, буксовали и выходили из строя тормозные ленты…

Еще одна проблема этих ГМП – перегрев. Небольшие размеры коробки заставили производителей установить компактный, а потому откровенно слабый теплообменник, кроме того «автомат» получил еще и облегченный гидроблок. При езде в сильную жару практически невозможно поддерживать нормальную температуру внутри коробки. А от температурных скачков может даже покоробить «плиту» гидроблока.

В 2009 г. ветерана подвергли глубокой модернизации и попутно переименовали. Коробки для PSA Group теперь зовутся AT8, а аналогичные агрегаты для Renault и входящего в альянс с ним Nissan – DP2. Изменения были единичны – поменяли прошивку ЭБУ и конструкцию клапанов (возросла их пропускная способность), немного увеличился объем теплообменника, вместо «родного» гидротрансформатора установили немецкий – фирмы ZF…

Однако проблема осталась – из-за донельзя упрощенной конструкции французская коробка все же осталось склонной к перегревам (особенно при активной езде в жару). Потенциально слабым местом коробок по-прежнему остаются и клапаны модуляции давления. Впрочем, по расчетам производителя, большинство коробок должно «дожить» до конца гарантийного периода. А далее подразумевается, что теперешние владельцы Peugeot 408, Nissan Almera, Renault Logan, Sandero и Duster пересядут на очередные новые машины…

Реклама

Впрочем, такую страшную историю можно рассказать практически о любой из современных «поперечных АКП». Взять, к примеру, 6-ступенчатую автоматическую коробку передач AW TF-80SC с 2005 г. производящуюся японской фирмой Aisin Warner для 2,0-3,0-литровых двигателей Alfa Romeo/Fiat/Lancia, Cadillac, PSA Croup, Opel, Saab, Renault, Volvo и даже Jaguar. Модификация этого «автомата» под обозначением TF-81SC (AW F21) устанавливается на Mazda, Land Rover и Ford/Lincoln.

У данной АКП, так же как и у многих других современных многоступенчатых ГМП с блокируемым гидротрансформатором, со временем проблемным узлом становится сам ГТ. Ведь особенность работы современных ГМП – очень ранняя блокировка трансформатора для максимальной экономии топлива. Так, подчиняясь «экологическому» алгоритму работы, ЭБУ коробки блокирует ГТ при каждом удобном случае. Обратная сторона этого – интенсивный износ фрикционной накладки муфты блокировки и нагрев самого трансформатора.

Поэтому, в современных многоступенчатых ГМП с пробегами «слабым звеном» становится электрогидравлический блок управления коробкой, на ресурс работы которого сильно влияет температурный режим «автомата», а также чистота и качество трансмиссионной жидкости (ATF). Так, пыль от фрикционной накладки сильно загрязняет ATF коробки, образуя с ней взвесь. Эта, разогретая до 130°, субстанция забивает электрогидравлические клапана («соленоиды») механически уничтожая их прецизионные детали. Кроме того, обладая достаточно высокими абразивными свойствами, она под большим давлением буквально истирает каналы гидроплиты (гидравлического «лабиринта» или «муравейника»), что в конечном итоге может привести к утечкам ATF между каналами гидроблока. Следствие этого – недостаточное давление в гидроконтуре коробки, а значит и масляное голодание наиболее уязвимых узлов трансмиссии.

Кроме того, обусловленные алгоритмом работы ЭБУ (опять-таки, для экономии топлива), излишне частые переключения АКП в «нейтраль» (т.н. «автонейтраль») способствуют быстрому износу тормозной ленты пакета фрикционов.

Начавшийся износ фрикционной накладки ГТ зачастую носит быстропрогрессирующий характер и первые симптомы «болезни» могут появиться уже к 80 тыс. км пробега!

Реклама

Усугубляет проблему и тот факт, что рабочая жидкость «автомата» AW TF-80/81SC считается условно «несменяемой» (рассчитанной на весь срок службы АКП). только после 240 тыс. км пробега или после десяти лет эксплуатации. Это значит, что до этого времени агрессивная взвесь будет медленно «приканчивать» коробку…

Легендарные регуляторы давления (ЭГК) ГМП AL4/DP0. Клапан с электроразъемом красного цвета – старого образца. Новые, производства Borg-Warner, – с фишкой черного цвета.

Последствие повышенного давления в коробке AL4 – подгорание пакета фрикционов турбинного вала (новые фрикционные диски имеют коричневый цвет)

Фрикционная накладка «диска» муфты блокировки ГТ со временем изнашивается

ГМП «722.7» для переднеприводного Mercedes A-класса. (Для сравнения: поперечный размер этой АКП сопоставим с длиной шариковой ручки.)

6-ступенчатая АКП FW6A-EL автомобиля Mazda CX-5 получила очень раннюю блокировку гидротрансформатора.

Дела «продольные»

Несколько лучше обстоят дела с «автоматами», предназначенными для автомобилей с продольным расположением двигателя (большинство моделей Audi и Mercedes, автомобили BMW, Porsche, Bentley, Ferrari). Такое расположение силового агрегата практически не ставит ограничений по размерам «автомата» (в частности, длине), что в свою очередь позволяет создавать многоступенчатые» ГМП с большим, нежели у «поперечных» коробок запасом прочности. Такие «автоматы» предназначены для работы с мощными многоцилиндровыми моторами и рассчитаны на передачу огромных значений крутящего момента. Например, дебютировавшая в сентябре 2013 г. 9-ступенчатая гидромеханическая трансмиссия 9G-Tronic, производства Mercedes, рассчитана на работу в т.ч. и с битурбомоторами V12 отделения AMG и способна передавать крутящий момент аж в 1000 Нм!

Обратная сторона таких коробок-исполинов – дороговизна производства и техническая сложность конструкции. Так гидротрансформатор вышеупомянутой ГМП 9G-Tronic имеет двойной гаситель крутильных колебаний и маятниковый демпфер, а сама коробка получила маслонасос с цепным приводом от первичного вала коробки, а также вспомогательный электрический маслонасос. Понятно, что такие технические решения появились из-за необходимости обеспечить комфортную и стабильную работу «автомата» вкупе с обеспечением удовлетворительного ресурса его службы.

Тем не менее, и на «продольных» ГМП автомобилей, побывавших в руках «лихих» драйверов достаточно часто встречаются течи ATF, износ муфты блокировки ГТ и подгорание дисков фрикционов, а также выход из строя регуляторов давления…

Реклама

Егор Алесин, Сергей Крук

Все дело в «бублике»

Вообще, реализация идеи АКП стала возможной с изобретением в начале XX века гидродинамического преобразователя крутящего момента (гидротрансформатора). Это устройство выполняет в автоматической гидромеханической коробке передач (ГМП) функцию традиционного сцепления, а также автоматически изменяет крутящий момент в зависимости от нагрузки и частоты вращения колес автомобиля.

Гидротрансформатор (ГТ) состоит из двух лопастных машин, которые свободно вращаются относительно друг друга – центробежного «насосного» колеса, центростремительного «турбинного» и расположенного между ними неподвижного направляющего третьего лопаточного колеса, называемого «реактором». Все лопастные колеса имеют радиально расположенные лопатки. Сам ГТ на 85-90% заполнен специальной рабочей жидкостью ATF (Automatic Transmission Fluid).

Коленчатый вал двигателя (ДВС) жестко связан с «насосным» лопаточным колесом, «турбинное» лопаточное колесо связано со вторичным валом. Тем самым в ГТ передача энергии от двигателя к трансмиссии осуществляется только потоками рабочей жидкости, которая отбрасывается с лопаток «насоса» на лопасти «турбины». (Крутящий момент от ДВС передается на «насосное» лопаточное колесо, которое направляет поток рабочей жидкости на «турбинное» колесо.)

При небольшом числе оборотов ДВС имеет место значительное отставание частоты вращения «турбины» от частоты вращения насосного колеса, или так называемое «проскальзывание». (Именно благодаря этому эффекту становится возможным, чтобы двигатель работал на холостом ходу под нагрузкой – т.е. при включенной передаче можно удерживать машину педалью тормоза.) С увеличением частоты оборотов двигателя эффект проскальзывания уменьшается, что можно по аналогии сопоставить с включением сцепления на автомобиле с механической коробкой передач. Т.о., внутри ГТ происходит бесступенчатое автоматическое преобразование крутящего момента, благодаря чему и достигается плавность хода автомобиля…

Реклама

Однако, с увеличением частоты вращения двигателя, работа гидротрансформатора становится неэкономичной. При высокой частоте вращения силового агрегата ГТ передает уже не более 85% крутящего момента от ДВС. Чтобы обеспечить передачу от двигателя к трансмиссии полного момента, на современных ГМП в корпусе ГТ предусматривают муфту его блокировки. Замкнутая муфта блокировки ГТ позволяет передавать крутящий момент от ДВС на входной (первичный) вал диапазонной коробки (коробки передач «автомата») целиком механически, без участия ГТ.

Сама диапазонная коробка ГМП, как правило, планетарного типа и включает в себя систему трехзвенных планетарных механизмов и управляющих ими гидравлических фрикционных муфт и тормозов. Она существенно отличается от обычных МКП тем, что передачи в ней переключаются без разрыва потока мощности с помощью приводимых гидравликой многодисковых фрикционных муфт и ленточных тормозов. За выбор передачи отвечает гидравлический и электронный блоки управления АКП.

Необходимая передача выбирается автоматически – электронный блок управления (ЭБУ) посредством датчиков оценивает динамический фактор (скорость автомобиля и нагрузку на двигатель) и дает команду на включение той или иной передачи электрогидравлическим клапанам (ЭГК), управляющим фрикционными муфтами. Тем самым происходит преобразование электрического сигнала в гидравлический, а также и регулирование величин давления в системе. Не менее важным органом управления в диапазонной коробке является тормозная лента, блокирующая элемент планетарного ряда для осуществления возможности переключения передачи…

P.S.

К концу XX века модификации, оснащенные гидромеханическими коробками передач, имелись в модельном ряду практически всех европейских, азиатских и, конечно же, американских автопроизводителей. В XXI веке эволюция АКП продолжилась – появились «вариаторы», «роботы», автоматизированные коробки с двумя сцеплениями…

Реклама

Впрочем, и гидромеханические «автоматы» имеют целый ряд сторонников среди автопроизводителей благодаря таким качествам, как плавность работы, переключение без разрыва потока мощности, а также неплохой надежности. Например, в США ГМП оснащаются 85-90% легковых автомобилей, почти все городские автобусы, а также значительная часть грузовых автомобилей. В Европе ГМП оборудуется большая часть городских автобусов и не менее 25% продаваемых легковых автомобилей.

Конструктивно слабое место 6-ступенчатой АКП AJ0 ( Jatco JF613E) – работающие с достаточно жесткой нагрузкой линейные PWM-«соленоиды»—регуляторы

8-ступенчатая АКП ZF 8НР представляет собой «классический» электронно-управляемый гидромеханический «автомат» с блокируемым гидротрансформатором.

Новая 9-ступенчатая ГМП 9G-Tronic производства Mercedes рассчитана и на работу с битурбомоторами V12 отделения AMG.