Робот, автомат, вариатор, механика: какие бывают коробки передач, как они устроены и какую выбрать
Коробка передач – основной узел автомобильной трансмиссии. В современных автомобилях можно встретить разные типы коробок – от простой механики до современных «роботов» с двумя сцеплениями. Какие вообще бывают коробки передач, как они устроены и как выбрать лучший вариант для себя?
Зачем нужна коробка передач?
Для начала базово вспомним, зачем вообще нужна коробка передач. Дело в том, что двигатель имеет ограниченный диапазон рабочих оборотов – в среднем от 800 до 6000. А диапазон оборотов, на которых достигается максимальный крутящий момент, еще более узкий – в лучшем случае от 1500 до 5000. То есть, напрямую передавать вращение от коленвала двигателя к колесам не получится – нужно сделать так, чтобы автомобиль мог и тронуться с места, и разогнаться до высокой скорости на оптимальных оборотах. Самая простая аналогия для автомобильной коробки передач – велосипед с кассетами звезд впереди и сзади. Если впереди будет маленькая звезда, а сзади большая, можно легко тронуться с места, но разогнаться не получится. А если наоборот, то педали будет трудно провернуть с места, зато на ходу можно будет развить высокую скорость. Последовательно переключаясь между разными звездами, можно постепенно набрать скорость с минимальными усилиями. Примерно то же самое делает коробка передач.
Какие бывают коробки передач?
В современных автомобилях можно встретить четыре основных типа коробок передач: ручная (в народе – механическая), роботизированная с одним или двумя сцеплениями, гидромеханическая и бесступенчатая (то есть, вариатор). Как они устроены, и какие у них плюсы и минусы?
Механическая коробка передач
Ручная коробка передач, которую мы привыкли называть просто механической, на базовом уровне представляет из себя набор из нескольких пар шестерен на валах, установленных в корпус. Входной вал получает вращение от двигателя, а выходной передает его дальше, к колесам. Число пар шестерен равно числу передач: в пятиступенчатой коробке пять передних передач и одна задняя (если говорить точно, то в задней передаче три шестерни) – то есть, всего шесть. Принцип работы примерно тот же, что у звезд велосипеда: водитель рычагом выбирает нужную передачу, которая за счет разного размера ведущей и ведомой шестерен позволяет двигаться на нужной скорости. Для переключения передачи нужно выжать сцепление, которое разъединяет мотор и коробку передач, позволяя переключиться без ударных нагрузок и повреждения зубьев шестерен. Ну а задняя передача позволяет колесам вращаться в обратную сторону за счет того, что между ведомой и ведущей шестерней в этой передаче добавляется третья, изменяющая направление вращения ведомой шестерни.
Несмотря на архаичность конструкции, у ручной коробки передач немало плюсов. Во-первых, она самая дешевая и простая из всех вариантов. Во-вторых, она позволяет водителю точно контролировать автомобиль, вручную выбирая нужную передачу и получая нужные обороты и крутящий момент. В-третьих, «механика» дешевле других в содержании и обслуживании: масло менять можно раз в 50-70 тысяч километров, а замена сцепления нужна еще реже и стоит она дешевле, чем ремонт любого автомата.
Впрочем, потенциальные минусы у механической коробки тоже найти можно. Прежде всего, это та же необходимость переключать передачи вручную – в городских пробках постоянно жать на сцепление и орудовать рычагом довольно утомительно. Второе – это необходимость периодически менять не только масло, но и сцепление: это пусть и дешевле, чем ремонт АКПП, но все равно может стоить несколько десятков тысяч рублей. И помимо сцепления в современных автомобилях со временем может потребоваться замена двухмассового маховика двигателя – он может стоить под сотню тысяч рублей, а то и дороже. Хорошая новость в том, что сцепление при правильной эксплуатации может прослужить 100-150 тысяч километров, а двухмассовый маховик – еще больше.
Роботизированная коробка передач с одним сцеплением
Роботизированная коробка передач с одним сцеплением – это образец самого простого «автомата». По конструкции это та же «механика», что описана выше, только выжимает сцепление и переключает передачи в ней не водитель, а электромоторы. Один сервопривод жмет на сцепление, а другой выбирает нужную передачу. У водителя остается только две педали, как и в случае с любой другой АКПП.
Плюсы «робота» с одним сцеплением в целом те же, что у «механики». Главный – это простота конструкции, ведь это та же ручная коробка, но с двумя дополнительными сервоприводами и электронным блоком управления. Соответственно, такую трансмиссию проще всего починить и обслужить.
Минусы простой роботизированной коробки тоже давно известны. Во-первых, это не очень быстрая работа: сервоприводы переключают передачи аккуратно и медленно, чтобы беречь сцепление и саму коробку, так что на динамичные разгоны и спортивную езду можно не рассчитывать. Кроме того, к езде с таким «роботом» нужно привыкать: не все они умеют трогаться в горку без отката после отпускания тормоза, а на ровной дороге обычно не трогаются с места, пока водитель не нажмет на газ. В списке деталей для потенциального ремонта помимо сцепления и двухмассового маховика появляются сервоприводы и блок управления – они служат долго, но тоже не вечные. А еще некоторые «роботы» требуют периодической адаптации включения сцепления по мере его износа – это несложно и недорого, но требует посещения дилера.
Роботизированная коробка передач с двумя сцеплениями
Роботизированная коробка передач с двойным сцеплением – самый современный и самый популярный вариант автоматической трансмиссии в наше время. Конструктивно такая коробка тоже похожа на «механику», только разные пары шестерен в ней установлены на двух валах: четные передачи на одном валу, а нечетные – на втором. Соответственно, сцеплений тоже два, но работают они не одновременно, а попеременно. Одно сцепление включает четные передачи, а второе – нечетные. При этом в такой коробке передач одновременно всегда включены две передачи: та, на которой автомобиль едет, используя одно сцепление, и потенциальная следующая – ее шестерни соединены, но сцепление разомкнуто. Соответственно, при переключении просто разъединяется одно сцепление и включается другое – а коробка сразу выбирает следующую передачу четного или нечетного ряда. Из-за этой особенности такие «роботы» называют «преселективными»: то есть, «с предварительным выбором передачи».
Почему «робот» с двумя сцеплениями сегодня стал самым популярным и современным вариантом? Конечно же, благодаря своим плюсам. Для начала, такая коробка конструктивно проще гидромеханической АКПП – ведь это пусть и более сложная, но все та же «механика», просто с двумя сцеплениями и двумя выходными валами. Во-вторых, «робот» с двойным сцеплением обеспечивает самые быстрое переключение передач: благодаря тому, что следующая передача уже заранее включена, остается только сомкнуть ее сцепление, разомкнув другое. К тому же переключение происходит почти без разрыва потока мощности от двигателя к колесам: размыкание-смыкание сцеплений занимает от нескольких десятков до нескольких сотен миллисекунд. За годы развития эти «роботы» научились передавать очень высокий крутящий момент, в том числе благодаря «мокрым» сцеплениям в масляной ванне – такая конструкция бережет сцепления и обеспечивает им дополнительное охлаждение. В итоге у инженеров получилась чуть ли не идеальная коробка передач: сравнительно простая и дешевая, но надежная, очень быстрая и способная переносить высокие нагрузки.
Минусы у таких «роботов», конечно, тоже есть. Конструктивно они хоть и проще гидромеханических АКПП, но все равно заметно сложнее обычной механики: здесь два сцепления, причем иногда «мокрых», а электронный блок управления и электрогидравлические сервоприводы сцеплений объединены в единый механизм, который называют «мехатроник». И ресурс у всего этого пусть и высокий, но не бесконечный, так что через несколько сотен тысяч километров может потребоваться довольно дорогостоящий ремонт. Впрочем, владельцам новых и свежих машин этого можно не бояться – им достаточно просто менять масло в коробке хотя бы раз в 60-80 тысяч километров пробега.
Гидромеханическая коробка передач
Гидромеханическую коробку передач принято называть «классическим автоматом», ведь она появилась гораздо раньше других «двухпедальных» трансмиссий. В США в шестидесятые – семидесятые годы прошлого века гидромеханическую АКПП можно было встретить чаще, чем ручную. За годы ее конструкция совершенствовалась, но суть осталась прежней. Такая АКПП имеет собственное внутреннее строение: здесь шестерни не насажены на валы, а собраны в планетарные редукторы, а передачи переключаются многодисковыми муфтами, которые выбирают разные варианты работы этих планетарных механизмов. Муфты сжимаются гидравлически – за счет давления масла, которое создается специальным насосом. А в роли сцепления в таком автомате выступает гидротрансформатор – он передает крутящий момент за счет лопастей, вращающихся в масле. Звучит все это сложно, и неспроста: конструктивно гидромеханическая АКПП действительно гораздо сложнее других коробок передач. Однако эта конструкция развивалась долгие десятилетия, и сегодня уже существуют АКПП на 8, 9 и даже 10 ступеней, при этом достаточно компактные и легкие.
Плюсы гидромеханических автоматов обеспечивают их популярность, несмотря ни на что. Это плавность работы, мягкость переключений, высокая скорость смены передач (пониже, чем у «роботов» с двумя сцеплениями, но выше, чем у механики и «роботов» с одним сцеплением) и комфорт в эксплуатации. Именно классическая АКПП благодаря своему гидротрансформатору научила нас тому, что автомобиль трогается с места сам при отпускании педали тормоза, а также мягко и быстро переключает передачи. К тому же «автоматы» надежны – лучшие представители могут прослужить 250-300 тысяч километров без ремонта. За это такие коробки любят до сих пор.
Минусы классических АКПП тоже давно известны. Высокая сложность конструкции делает ее требовательной к обслуживанию: масло здесь желательно менять каждые 50-60 тысяч километров, несмотря на заверения многих производителей в том, что оно залито «на весь срок службы». Стоимость замены масла выше, чем для «робота» или «механики», а самого масла нужно гораздо больше – до 20-25 литров в зависимости от способа замены. Ну а когда АКПП все же ломается, ее ремонт обходится в сотни тысяч рублей. Поэтому иногда коробку предпочитают не чинить, а просто менять целиком на «контрактную» – то есть, снятую с другого автомобиля с пробегом, но еще рабочую. Ресурс в таком случае угадать сложно, зато стоит коробка с авторазборки в разы дешевле.
Вариатор, или бесступенчатая коробка передач
Последний современный тип коробки передач – это вариатор. Его называют бесступенчатой трансмиссией, потому что передач в обычном понимании здесь нет. Основа вариатора – два клиновидных шкива, соединенных ремнем. Один шкив ведущий, второй – ведомый, а вращение передается металлическим ремнем (или пластинчатой цепью). Ну а скорость вращения ведомого шкива изменяется за счет раздвигания и сдвигания конусов обоих шкивов. Чем уже конус шкива, тем дальше от оси вращения находится ремень – и тем ниже скорость вращения шкива. И наоборот, раздвигая конус шкива, мы смещаем ремень к центру и увеличиваем потенциальную скорость вращения. За счет управления шириной конусов обоих шкивов можно плавно изменять скорость вращения ведомого шкива и выходного вала, который передает крутящий момент к колесам. Именно поэтому такая коробка передач называется бесступенчатой. В современных вариаторах между маховиком двигателя и ведущим конусом может быть установлено сцепление, как у «робота», или гидротрансформатор, как у классического «автомата», чтобы мягко управлять передачей крутящего момента от мотора к коробке передач.
Главные преимущества вариатора – сравнительная простота и дешевизна конструкции по сравнению с классической АКПП. Именно поэтому вариаторы до сих пор используются как альтернатива «автоматам» в относительно недорогих автомобилях. Вариатор довольно комфортен в эксплуатации и работает комфортнее «робота» с одним сцеплением. Все это позволяет бесступенчатой коробке передач оставаться актуальным вариантом автоматической трансмиссии.
Разумеется, у вариатора тоже есть свои недостатки. Бесступенчатая трансмиссия не любит высоких нагрузок: при резких стартах, долгих пробуксовках, буксировке автомобилей и прицепов, а также на неровных дорогах ремень вариатора может проскальзывать на шкивах, что ускоряет износ коробки передач. Кроме того, нагрузки приводят и к росту температуры, что тоже не идет на пользу вариатору. Ну и ремонт такой коробки передач тоже оказывается очень недешевым: один только ремень стоит несколько десятков тысяч рублей, а если нужно менять и шкивы, то сумма вырастает еще сильнее. Однако все это тоже относится к вариаторам с приличным пробегом: обычно до 120-150 тысяч километров пробега проблем не возникает.
Как правильно выбрать коробку передач для себя?
Понимая, как устроены разные коробки передач, легко понять, что единого «идеального» варианта не существует. Трансмиссию нужно выбирать, исходя из собственных предпочтений и сценариев эксплуатации. Если вы любите драйв и ощущение полного контроля над автомобилем, то логичным выбором будет механика. Ездите плавно и спокойно, причем в основном по асфальту и в городе? Можно обратить внимание на бюджетные конструкции: вариатор или «робот» с одним сцеплением. Хотите получить максимум комфорта при езде и не думать о ресурсе? Смотрите в сторону машин с классическими автоматами. Ну а если вам нужен максимально универсальный вариант коробки, которая порадует молниеносными переключениями при динамичной езде и при этом не лишит вас плавности и комфорта при неспешном передвижении, то это может быть роботизированная трансмиссия с двумя сцеплениями. Ну и еще: если вы влюбились в какую-то конкретную машину, то не переживайте о коробке передач – все современные трансмиссии способны обеспечить комфортную работу и подарить вам приятные впечатления от управления автомобилем.