Автоматическа коробка переключения передач

КОРОБКА-АВТОМАТ: ЦЕНА РЕСУРСА

Автоматические коробки перемены передач уже давно прочно завоевали позиции на автомобильном рынке. В мире ими оборудованы примерно 70% машин, а в США, Канаде и Японии их доля составляет 90%.  Скоро автомобиль с «механикой» станет такой же редкостью, как черно-белая фотография.

Россия в этом отношении быстро догоняет промышленно развитый мир, но культура обслуживания и эксплуатации АКПП и вариаторов у нас пока совершенно отсутствует. А разница между механическими и автоматическими коробками столь же велика, как между язычеством и христианством. Они подчиняются совсем другой логике, не понимая которую «автоматы» полностью выводят из строя всего за несколько минут. Но бояться их не стоит. Нужно просто понять, давать им то, что требуется, и тогда они будут служить очень долго.    

УСТРОЙСТВО

Существует много различных АКПП и вариаторов. Рассказ об особенностях их устройства займет слишком много места. Кроме того, в отличие от эксплуатационных рекомендаций, устройству «автоматов» посвящено много книг и сайтов. Поэтому мы ограничимся только самыми общими сведениями, касающимися всех автоматических коробок. 

Они намного сложней механической трансмиссии. Сейчас распространены четырех- и пятиступенчатые «автоматы». Все они передают крутящий момент от двигателя на колеса не через шестерни, а гидромеханическим способом. Их главным элементом является гидротрансформатор. Он состоит из трех крыльчаток. Первая, насосная, жестко связана с коленчатым валом двигателя. Она раскручивает специальную жидкость, которая приводит в движение крыльчатку турбины, выводящую крутящий момент на многоступенчатую механическую передачу. Третья крыльчатка, называемая реактором, изменяет характеристики крутящего момента жидкости.

То есть, первое принципиальное отличие АКПП от «механики» - отсутствие жесткой передачи крутящего момента. Поэтому, насосная крыльчатка и турбина гидротрансформатора проскальзывают относительно другу друга, что позволяет тормозами удерживать на месте автомобиль с включенной передачей. (Сразу заметим, что именно так лучше всего поступать при кратковременных остановках. Переключение в режимы парковки и нейтральной передачи быстрей выводят детали из строя).   

После гидротрансформатора крутящий момент передается на планетарные шестерни механической передачи, которые включаются комбинациями муфт свободного хода и фрикционных сцеплений, а также ленточных и дисковых тормозов. Фрикционы «автоматов» больше похожи на «мокрые» сцепления мотоциклов. Они состоят из набора тонких стальных колец, часть которых покрыта специальным целлюлозно-бумажным составом. Так же устроена поверхность ленточных тормозов.

Управляется планетарный механизм через сложную систему каналов и клапанов. Все перечисленные детали работают в специальной жидкости, которая их смазывает и охлаждает. При запуске двигателя включается насос АКПП. Он под большим давлением прокачивает спецжидкость через всю систему и специальный радиатор. Чем выше производительность насоса, тем больше остаточный ресурс «автомата». 

По сравнению с механической трансмиссией эти узлы испытывают гораздо большие нагрузки. Поэтому они не прощают ошибок, которые обычно совершают российские автовладельцы и сотрудники СТО. Чаще всего мы сталкиваемся с низкокачественными спецжидкостями, а также их неправильным подбором и несвоевременной заменой.          

НЕМНОГО ИСТОРИИ

Большинство ошибочно считают, что автоматические коробки появились недавно. Первые немецкие патенты на прообраз АКПП - гидравлическую передачу для автомобилей были зарегистрированы в 1897 г. На первой берлинской автомобильной выставке конца 19-го века уже представляли машину с разработанной Питлером объемной гидропередачей. На танках первой мировой войны применялась гидравлическая передача Дженни. В 1919 г. прошли испытания автомобильной гидропередачи Ленца.  

Но такие конструкции стоили слишком дорого, были сложны в изготовлении, имели жесткие характеристики и очень сильно нагревались. Поэтому массовое производство началось только с появлением гидромеханических передач, в которых крутящий момент подается из гидротрансформатора на механические передачи.

       Впервые гидротрансформатор стали применять на флоте. Его в 1902 г. запатентовал немец Фетингер. На первой изготовленной в 1908 г. конструкции его передача имела КПД 83%, а через несколько лет на пароходе "Висбаден" гидротрансформатор был доведен до КПД 91,3%. Массовое применение гидротрансформаторов типа Лисхольм-Смит началось в Европе и США с конца 30-х годов на автобусах. В 1945 г. только в Америке ими были оборудованы 1269 автобусов.

Для легкового транспорта эра «автоматов» началась с 1947 года в США, когда их прообраз стали серийно устанавливать на автомобили Бюик 70 Родмастер. Такая гидропередача "Дайнафлоу" имела две механические ступени, но работала в основном на прямой передаче. Понижающую водитель включал при необходимости вручную. Но в дальнейшем совершенствовались гидромеханические передачи (ГМП) только с автоматическим переключением.

Первая советская гидромуфта была создана в 1929 г. основоположником отечественных гидродинамических передач А. П. Кудрявцевым. Но серьезные работы в этом направлении начались только после Великой Отечественной войны. Легковых машин в СССР было совсем мало, и основное внимание разработчики сосредоточили на автобусах.  В марте 1949 г. на ЗИЛе создали бюро гидравлических агрегатов. Силами его специалистов были разработаны несколько моделей ГМП. После тщательных испытаний, построили опытную партию из 6 автобусов ЗИЛ-155. Экспериментальные экземпляры эксплуатировались при разных температурах на разных маршрутах. Но в конце пятидесятых, когда пробеги на них составили от 50-ти до 70-ти тысяч км., и были подготовлены все рекомендации к серийному производству, Политбюро ЦК КПСС приняло решение о том, что СССР вообще прекратит выпуск автобусов. В рамках «социалистической интеграции» для всего соцлагеря их поручили делать Венгрии.

Однако, опыт советского коллектива разработчиков ГМП оказался востребованным. Через несколько лет начался выпуск грузовиков ЗИЛ-115, использовавшихся в качестве шасси для ракет и поисково-эвакуационных устройств космических аппаратов. На них были установлены шестиступенчатые гидромеханические передачи, разработанные В. И. Соколовским и С. Ф. Румянцевым. Они долго стояли на вооружении нашей армии.

ГАЗ также использовал автоматическую трансмиссию. Сначала ее прообраз – гидравлическая муфта к механической коробке, была установлена на ЗИМе. Затем трехступенчатую АКПП стали устанавливать на ГАЗ-13 («Чайка») и на некоторых модификациях «Волги».

Серийно производились ГМП и в бывших советских республиках. Начиная с 1963 г. на Украине выпустили десятки тысяч автобусов ЛиАЗ-677 с двухступенчатой АКПП. В Белоруссии Минский автозавод ставит «автоматы» на большегрузные самосвалы грузоподъемностью до 45 тонн. Она имеет три передачи переднего хода и две – заднего. Также стоят ГМП на БелАЗ-540. 

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

Главное преимущество АКПП очевидно. Она намного упрощает управление автомобилем, устраняя самую большую трудность для новичков – необходимость отвлекаться на включение нужной передачи. И это настолько удобно, что даже убежденные противники «автомата», проехав на нем несколько тысяч км., становятся его поклонниками. А те, кто учился ездить на автоматической трансмиссии, вообще не представляют себе езду на «механике»

Очень важно, что гидротрансформатор исключает жесткий контакт двигателя с колесами, защищая его от ударных нагрузок. Кроме того, разработчики почти всегда создают для АКПП алгоритм работы, не позволяющих двигателю слишком резко менять обороты и доводить их до опасного уровня. В результате, по сравнению с работой на механической трансмиссии, существенно увеличивается ресурс мотора. А его более плавная работа щадит моторное масло, молекулярные цепочки которого рвутся из-за резких нагрузок. И оно служит дольше.   

Но за все нужно платить. Машины с АКПП существенно уступают в разгонной динамике. Она не всегда удобна в сложных условиях, особенно зимой. «Зашитый» в систему управления алгоритм управления затрудняет торможение двигателем и мешает плавно трогаться на скользкой дороге. Но к этим особенностям удается приспособиться. Да и разработчики стараются устранить эти недостатки. 

Сложней с материальной стороной дела. КПД «автоматов» существенно ниже, чем у механических коробок. Поэтому они обычно примерно на 10% снижают мощность автомобиля и на столько же повышают расход топлива.

Автоматическая трансмиссия в обслуживании намного дороже «механики». Во-первых, для нее используется в несколько раз больше спецжидкости, чем для МКПП. В легковых автомобилях среднего класса обычно заливается около 7-ми литров. Для многих автовладельцев это становится неприятным сюрпризом, поскольку часто в справочной литературе указывают только объем картера, из которого сливается спецжидкость при замене фильтра. Как правило, это лишь треть общего объема, а менять всегда целесообразно только всю жидкость.

Во-вторых, дешевых спецжидкостей не бывает. Они намного сложней трансмиссионных масел.  ATF (automatic transmission fluid) помимо традиционных и очень высококачественных присадок содержат специальные добавки, обеспечивающие строго определенный коэффициент сцепления между фрикционными поверхностями колец и металлическими лентами. Износ спецжидкости или просто ее окисление от старости приводит к разрыву молекулярных цепочек этой присадки и передачи переключаются менее плавно. Минимальная цена литра самой простой но качественной ATF около 180 руб. Обычно, чем новей и качественней автомобиль, тем дороже его спецжидкость. На некоторые марки она стоит уже около шестисот рублей за литр. Полноценная замена на современной установке обойдется около 800 руб.

Но сэкономить на качестве спецжидкостей, сроках и способах ее замены не удастся. Менее взыскательная «механика» еще может несколько тысяч км. терпеть не вполне грамотный подбор масел или недостаточно высокий уровень их качества. АКПП и вариатор ошибок не прощают.  

Однако, затраты на полноценное обслуживание «автоматов», минимум, в десять раз ниже, чем их ремонт. Впрочем, подавляющее большинство специалистов считают, что ремонтировать их в России вообще не умеют. А замена даже на, так называемую, «контрактную» (т. е., бывшую в употреблении) редко обходится дешевле 40-ка тысяч руб.   

К безусловным недостаткам АКПП и вариаторов следует отнести и чисто российскую специфику. Она заключается в большом количестве пиратских подделок спецжидкостей. Это неудивительно, если учесть, что у нас не только отсутствует системный контроль за этим сегментом рынка, а наказание чисто символическое, но и нет даже лабораторного оборудования для анализа спецжидкостей.

Самой досадной российской проблемой является дефицит информации о грамотном обслуживании «автоматов». Он настолько велик, что не будет преувеличением назвать его информационным голодом. «Свято место пусто не бывает» и объективную информацию замещают всякого рода домыслы. Но автоматическая трансмиссия подчиняется совершенно иной логике, нежели «механика». Поэтому доморощенные выводы не имеют ничего общего с реальностью. Как всегда, в этой мутной водице жуликоватые фирмы успешно ловят свою крупную рыбу.

Корень данной проблемы лежит в принципиальном отличии российских условий от промышленно развитых стран. У них много станций технического обслуживания, на которых своевременно и грамотно меняют качественные расходные материалы. А ремонтных мастерских мало. Потому, что в них при таком подходе надобность возникает очень редко. У нас все наоборот. Почти всегда за вывеской СТО кроется не обслуживание автомобилей, а их ремонт. Ремонтникам просто невыгодно, чтобы узлы долго эксплуатировались.

Кроме того, установка, без которой невозможно грамотно поменять спецжидкость, стоит дорого и покупать ее не считают нужным даже многие российские «фирменные» автоцентры. И работать на установке еще нужно научиться. А учиться негде, не у кого и вообще лень. Впрочем, для самообразования возможностей тоже нет. В книжных магазинах есть книги только по ремонтам «автоматов» – именно они оказываются востребованными. Остается Интернет. Но почти все сайты на нем держат ремонтники, которые заинтересованы только в ремонтах. Поэтому, они буквально нашпигованы технологической ересью. Например, один из самых посещаемых сайтов утверждает: «Для того, чтобы полностью заменить масло в АКП, ее нужно разобрать». И тут же приводят цены за разборку: 300 – 800 $...

ОСОБО ОПАСНЫЕ ЗАБЛУЖДЕНИЯ

Из каши в сознании автовладельцев выделим самые разорительные заблуждения.

Спецжидкость можно не менять до тех пор, пока она не запахнет гарью. Доводить ее до такого состояния ни в коем случае нельзя! В лучшем случае, гарь означает предсмертное состояние АКПП. Она появляется из-за повышенного трения фрикционов. А оно возникает, когда ресурс спецжидкости истощился. Кроме того, частицы спиленных фрикционов могут забить фильтр «автомата» и снизить линейное давление в системе.

При каждой замене спецжидкости необходимо менять фильтр и прокладку поддона. Стоят они дорого: прокладка в среднем около тысячи руб., фильтр – около полутора. Почти всегда, фильтр представляет собой просто сеточку для задержки крупных частиц спиленных фрикционов. Но они не будут спиливаться, если своевременно менять спецжидкость. Иными словами, при своевременном и грамотном обслуживании, фильтр и прокладку поддона вообще никогда не придется менять. При таком подходе нет необходимости и в очистке отложений на внутренних поверхностях поддона. Просто нечего будет чистить. Кстати, многие поддоны очень тонкие и при снятии легко повреждаются. Также, при разборке в корпусе АКПП часто ломаются пластиковые разъемы закрепленной на фильтре проводки.

По щупу АКПП либо по капле на тряпке или на бумаге видно состояние спецжидкости. Не следует подходить к ней с мерками для моторного масла. Спецжидкость значительно жиже масел и выглядит намного прозрачней. Щуп создан исключительно для замера уровня жидкости. Проверить ее состояние можно только по более или менее значительному объему. Например, по нескольким миллилитрам в шприце, которым легко вынуть из картера спецжидкость с помощью шланга. Делать это следует на заглушенном двигателе. Иначе шланг может «зажевать».  

СРОКИ ЗАМЕНЫ СПЕЦЖИДКОСТИ

В зависимости от обстоятельств, они очень разнятся. Обычно интервал между заменами спецжидкости на новом автомобиле составляет 40-50 тысяч км. По мере износа «автомата» зазоры между его многочисленными поверхностями пар трения увеличиваются, что усиливает ударные нагрузки, а они разрушают металл, увеличивают трение и нагрев. Последнее обстоятельство самое важное, поскольку именно температура определяет срок службы спецжидкостей. Как видно из таблицы 1, увеличение температуры всего на 10 ⁰С вдвое сокращает срок ее службы.

Таблица  2 дает представление о том, как изменяется температура в зависимости от различных нагрузок. (Данные приведены по автомобилю HONDA Integra H3 с двигателем Z1 при температуре внешней среды 32 ⁰С – 34 ⁰С).

А таблица  3 показывает, в каких условиях работает спецжидкость. Как и для «механики», для автоматической трансмиссии режимы повышенных нагрузок (превышение грузоподъемности, работа на повышенных оборотах и т. д.) являются экстремальными. Но есть несколько особенностей.

Очень опасно на «автомате» буксовать. Если автомобиль не оборудован системой контроля тяги (traction control) и на АКПП не включить пониженную скорость, то высокие обороты колеса автоматикой воспринимаются как быстрый разгон автомобиля и трансмиссия начинает быстро переключать передачи. При этом часто выходит из строя дифференциал, а фрикционы и ленты быстро подгорают.

Еще опасней выезжать из грязи или снега «раскачкой» машины вперед-назад быстрым переключением режимов D и R. Прежде чем менять направление движения следует обязательно полностью остановиться! Далее, удерживая машину тормозом, включить соответствующий режим, дождаться легкого толчка, свидетельствующего о включении передачи и только потом отпускать тормоз.

Если вам все же пришлось перегрузить «автомат» то минимизировать потери следует так. Остановите автомобиль, но не глушите двигатель, включите режим парковки и постойте так 15-20 минут. За это время спецжидкость сделает полный оборот в АКПП, охладив перегревшиеся поверхности пар трения, и сама остынет в радиаторе.    

Не менее опасна буксировка машины с заглушенным мотором. Масляный насос АКПП жестко связан с коленвалом двигателя, а даже на нейтральной передаче некоторые шестерни с фрикционами вращаются. Естественно, без смазки они очень быстро изнашиваются. Поэтому, буксировка незаведенного автомобиля возможна только в крайнем случае, исключительно на нейтральной передаче со скоростью не более 30-40 км./час и всего на несколько км.        

Как видим, на ресурс спецжидкости, а, значит, и самого «автомата», пробег оказывает несоизмеримо меньшее влияние, чем условия эксплуатации. Поэтому очень рискованно ориентироваться на срок замены только по километражу.  

Единственным критерием оценки остаточного ресурса спецжидкости является ее внешний вид. Чаще всего, спецжидкость имеет яркий малиновый цвет. Но для некоторых автомобилей используется жидкость зеленого или желтого цвета, а иногда вообще бесцветная. Утрата первоначальной окраски всегда означает потерю ее работоспособности, а загрязнение – начавшееся разрушение «автомата». Если такую спецжидкость немедленно не поменять, очень скоро наступит лавинообразное разрушение АКПП.

Еще опасней попадание в «автомат» охлаждающей жидкости, о чем свидетельствует беловатая эмульсия. Это бывает, когда радиатор АКПП находится внутри радиатора двигателя, или если автомобиль утопили. Такая смесь убийственна для коробки. Передвигаться на ней можно только в случае крайней необходимости и в максимально щадящем режиме.     

Таблица  1
Влияние температуры на ресурс спецжидкости

Таблица  2
Изменение температуры в зависимости от нагрузок

Таблица  3
Температурные режимы спецжидкости

КАК МЕНЯТЬ

К перечисленным выше самым опасным заблуждениям, следует отнести мнение о том, что можно ограничиться так называемой «частичной» заменой спецжидкости. Этот миф насаждается теми, кто не имеет специальных установок. Конечно, лучше так освежить спецжидкость, чем никак вообще. Но пользы от такой процедуры будет совсем немного. Дело в том, что через пробку картера обычно сливается около трети всего заправочного объема. Большая часть остается в гидротрансформаторе. Однако, обновление спецжидкости на треть не будет означать увеличение на столько же ее ресурса. Она вся должна быть свежей. В противном случае нельзя ожидать необходимого коэффициента сцепления фрикционных поверхностей колец с металлическими лентами.

Он очень важен! Если коэффициент сцепления фрикционов не соответствует оптимальному, автоматическая трансмиссия не будет полноценно работать. Она значительно снизит КПД работы автомобиля, уменьшив его мощность и повысив расход топлива. Кроме того, отклонение коэффициента сцепления у спецжидкости резко увеличивает износ «автомата».

Менять спецжидкость следует только полностью, что невозможно без специальной установки. Она выдавливает свежей жидкостью старую. Современные установки позволяют максимально экономно расходовать спецжидкость и не допускают появления воздушных пробок. Кроме того, они диагностируют АКПП и вариаторы. Диагностика необходима для того, чтобы оценить эффективность работы главного узла «автомата» - гидротрансформатора и степень засоренности фильтра. Если он достаточно чист, мы не рекомендуем его менять.

А удалить закоксовавшуюся грязь из АКПП перед заменой в ней спецжидкости очень полезно. В противном случае растворять накопившиеся шлаки придется свежей порции жидкости, что быстро выведет ее из строя.  

ПРИЗНАКИ НЕИСПРАВНОСТИ 

На выход из строя спецжидкости и начавшемся разрушении гидромеханической коробки указывают различные признаки.  Исправный «автомат» должен включаться с задержкой не более секунды и переключать передачи без пробуксовки с небольшим толчком. Если машина потеряла динамику набора скорости, но стрелка тахометра энергично реагирует на педаль газа, виновна АКПП. На неисправности в ней также указывают посторонние шумы.

Во всех этих ситуациях следует обязательно проверить состояние спецжидкости. Помимо изменения цвета, нужно обратить внимание на то, нет ли на щупе пузырьков воздуха. Они свидетельствуют о повышенном уровне жидкости. Образующаяся пена не позволяет ей полноценно работать.

Если признаки неисправности появились недавно, то, чаще всего, они исчезают при грамотной и полной замене качественной спецжидкости. Однако, даже непродолжительная езда в таком режиме приводит к повышенному износу «автомата».

      ВОССТАНОВЛЕНИЕ  

Конечно, всегда лучше не доводить узел до износа. Тем более, такой точный, сложный и высоконагруженный, как гидромеханическая коробка. Но, когда он уже произошел, современные средства автохимии позволяют его компенсировать.

При этом следует иметь в виду, что автопроизводители не рекомендуют, а многие вообще запрещают использование присадок на основе мягких металлов и полимеров. Они могут создать нежелательные отложения, забить тонкие канала и зазоры.

Поэтому гарантированных результатов по восстановлению изношенных поверхностей пар трения и предохранению их от износа можно добиться только составами, кардинально улучшающими их прочность и снижающих силу трения.

Эталоном для сравнения эффективности средств автохимии, может служить состав Practex, разработанный и выпускаемый Санкт-Петербургским ООО «Ньюмэн». Он увеличивает микротвердость поверхностей пар трения до 700 – 800 кг. на кв. миллиметр и уменьшает коэффициент трения до 0,01.

Очень важно, что Practex, в отличие от подавляющего большинства других средств автохимии, не имеет абразивного эффекта. Составы этой группы с абразивным эффектом (на него указывает значительный осадок), несколько, улучшая гладкость и прочность поверхностей, увеличивают зазоры, а с ними и ударные нагрузки, которые их разрушают. Это плохо для любых пар трения, а для таких тонких, высоконагруженных узлов с малыми зазорами, как автоматические КПП и вариаторы, может оказаться губительным. 

Нашему Техцентру удавалось составом Practex поднять давление насоса гидротрансформатора даже с нулевой отметки до 0,4 bar, что свидетельствует о вполне удовлетворительной работе «автомата».

Однако, применять Practex всегда эффективней не для устранения последствий износа, а для его профилактики. В этом случае ресурс «автомата» можно удвоить. Кроме того, за счет резкого снижения трения, существенно уменьшается расход топлива и растет мощность автомобиля, а также снижается нагрев. В результате, спецжидкость изнашивается, минимум, на 20% меньше.       

Сергей ТОНИН, директор Ставропольского Технического центра САТОН.
(Опубликовано в газете «Технологии реальности»,  2, сентябрь 2007 г.)