Сегодня у нас в автомобильном «быту» принято считать всего две коробки передач — механику и автомат. А ведь на самом деле типов и видов коробок перемены передачи крутящего момента — не два, и не три, и даже не четыре вида, а гораздо больше. И это — только на наших автомобилях, а не «вообще в механике»… Я не буду вдаваться в очень уж глубокие инженерные дебри, а обрисую «картинку», как это когда-то говорилось, — в научно-популярном ключе.

История появления КПП

Изобретателем коробки передач (МКПП) считают знаменитого немецкого инженера Карла Бенца, соавтора и со-изобретателя собственно и двигателя внутреннего сгорания (ДВС), и вообще автомобиля. По легенде в 1887-м году его супруга Берта втайне от мужа, завела его автомобиль (первый автомобиль в мире) и отправилась с сыновьями навестить свою матушку. Расстояние этого исторического пробега составило 80 километров, а двигатель был настолько маломощным (всего 0,8 л.с.), что автомобиль не мог выехать даже на не сильно крутой подъем, и женщине (опять же по легенде) приходилась его выталкивать буквально вручную. После этого исторического вояжа герр Бенц и решил усовершенствовать свой автомобиль посредством вспомогательного механизма передачи усилия от мотора на колеса.

Первая КПП по своей конструкции являлась довольно примитивным механическим устройством. Это были два банальных шкива различных диаметров на ведущей оси автомобиля, а с валом двигателя их соединял обыкновенный ремень. Рычагами его и переставляли с одного шкива на другой. Позднее кожаные ремни заменили цепями, а шкивы — звездочками; этот механизм и сегодня можно наглядно видеть, например, на велосипедах.

Позднее появились и шестерни, и промежуточные валы, и корпус с поддоном картера и тд и тп. Это что касается механики, а автоматическая автомобильная коробка впервые была упомянута в 1928 году, и ее автором называют также немца — профессора Феттингера, который еще в 1903 запатентовал самый первый в истории инженерии гидротрансформатор. В 1907-м такие коробки передач устанавливали на судовых дизелях, а полноценный автомат (как мы его сегодня изучаем в учебниках по теории автомобиля) запатентовал некий Оскар Бэнкер в 1935 году. Американская компания General Motors правильно сориентировалась, и первым легковым автомобилем с АКПП в 1947-м году стал ее Бьюик.

Типы и виды коробок перемены передач

Повторюсь, видов коробок передач (автомобильных) насчитывают несколько:

— механическая коробка перемены передач МКПП;

— однодисковый робот;

— робот с двумя дисками сцепления;

— вариатор;

— традиционная гидромеханическая АКПП, —

…хотя в действительности их всего два вида — механика и традиционный гидротрансформатор. Ведь вариатор и роботы, по сути своей, являются «чистой механикой», а вот управлением сцепления дисков первичного вала КПП и коленчатого вала ДВС, а также переключением передач внутри КПП занимается электроника, которая приводит в действие сервоприводы, актуаторы и/или перемещает цепь (ремень) в вариаторе.

Механические КПП

Как это ни парадоксально может прозвучать, но механику планируют снять с производства, и вскоре она исчезнет из автомобиля, как устройство. Но об этом ниже, в самом конце статьи, а сейчас о достоинствах МКПП, пока она еще «на ходу» и «при жизни»:

1. У механики самая низкая стоимость производства в сравнении с автоматами, отсюда и более низкая цена автомобиля при его покупке в сравнении с ценой авто «на автомате».
2. Простота конструкции, отсюда и долговечность (при грамотном и систематическом ТО).
3. Механика спокойнее «переваривает» высокий крутящий момент и легче выдерживает одномоментные высокие нагрузки.
4. Автомобили с механикой имеют (а точнее — имели до последнего времени) существенно более низкий расход топлива в сравнении с той же гидромеханической КПП.

Виды и подвиды механических КПП

Не синхронизированная МКПП — это самое первое поколение известной нам сегодня «механики». Она имела прямозубые, а позже получила и косозубые шестерни, первичный и вторичный валы в корпусе КПП, набор шестерён различных диаметров и с разным количеством зубьев, а — соответственно — и с разным передаточным числом крутящего момента. Первые три передачи являются понижающими, то есть, позволяют двигателю «вытянуть» автомобиль, преодолевая силы инерции, а «прямой» передачей называли обычно четвертую. В классической КПП прямая передача — это когда обороты коленвала ДВС равняются оборотам вторичного вала КПП (и далее — карданного вала, приводов и тп).

Несколько позже появилась (и сегодня широко применяется) пятая повышающая передача, а в современных КПП уже и шестая, и седьмая.

К особенностям управления автомобилем с не синхронизированной КПП относят такие шофёрские понятия как «двойной выжим сцепления» при переходе на повышенную передачу и «перегазовка» при переходе вниз. Об этом теперь знают и помнят, наверное, только старые водители, которые учились еще на учебных ГАЗ-51 и им подобных автомобилях.

Подавляющее большинство современных автомобилей уже многие десятилетия комплектуются синхронизированными механическими КПП, и тот самый двойной выжим педали сцепления или перегазовка — не нужны.

Кулачковые, а также секвентальные КПП применяются в основном на гоночных автомобилях и на мотоциклах. Здесь постоянный шум является «нормой», а, например, применение, в том числе, ещё и прямозубых шестерён хоть и производит много шума, зато увеличивает КПД самой коробки, а главное — в «кулачке», например,  переключение передач происходит почти мгновенно и без потери потока мощности, что в спорте важнее, чем тишина и комфорт.

В секвентальной КПП передачи переключаются последовательно, причем и вверх и вниз, то есть переключиться с пятой, например, на вторую — не получится. И это прекрасно можно видеть на экране телевизора, когда гонщик толкает на себя или от себя рычаг коробки — одним движением (что также экономит время).

Планетарная или безвальная преселективная КПП не требуют от водителя вообще какой-либо квалификации. Подобные коробки использовались (и сейчас используются) на самой разноплановой технике — от бронетранспортёров и танков до гоночных автомобилей. Вально-шестрёнчатая, двухвальная, трёхвальная, многовальньная коробки передач — это разные типы передачи крутящего момента (и соответственно отдельные типы механических КПП).

Преселективными называются коробки передач с двумя сцеплениями, и тут электроника сама предварительно выбирает предстоящую повышенную или пониженную передачу в зависимости от режима движения и стиля поведения человека за рулем.

Особняком стоит фрикционная коробка передач. Преобразованием крутящего момента здесь «занимаются» фрикционные элементы — цепи, диски и шкивы разных (или изменяемых в реальном времени) диаметров. Нам эта КПП гораздо больше знакома, чем коробки в трёх предыдущих абзацах и называется она — вариатор.

Из примечательного: первые вариаторы не имели конкретного числа и перечня передач, поскольку вариатор «умеет» бесступенчато изменять передаточные отношения во всём силовом диапазоне пары «ДВС — трансмиссия». Однако по отзывам журналистов и других тест-пилотов первые автомобили издавали до того однотонный «троллейбусный» и противный вой, что производители, словно по команде и как будто сговорившись, стали программно вводить передачи — первая, вторая и тд, вплоть до шестой или даже седьмой.

Традиционная АКПП

В гидромеханической коробке передач отсутствует сцепление, а сменой передач занимается специальная жидкость — автотрансформаторное масло ATF. Сама коробка может быть как ступенчатой, так и бесступенчатой фрикционной, и подобная конструкция позволяет расширить тягово-силовой диапазон КПП и вообще трансмиссии.

Основным преимуществом АКПП являет отсутствие необходимости переключать передачи вручную. Отсюда и возникло всеобщее заблуждение и подмена инженерных понятий — если переключать не надо, значит это автомат, хотя (ещё раз повторюсь) и роботы и вариаторы — это механика, лишь дополненная электронными устройствами, актуаторами и тд.

Основным недостатком АКПП является сложность конструкции и необходимость более хлопотного и дорогого техобслуживания. Да и автомобили с автоматами в автосалонах всегда были дороже автомобилей с механикой.

При работе гидротрансформатора происходит нагрев его рабочего «тела», жидкости ATF, а от него греются и остальные элементы АКПП. Кроме того, автомат, например, рекомендуют предварительно прогревать по утрам. Основная проблема при перегреве гидроавтомата — это потеря эксплуатационных свойств трансмиссионного  масла. И если подобное вдруг случилось, то далее происходят следующие не очень приятные вещи:

1. При потере эксплуатационных свойств ATF сама АКПП переходит в аварийный режим, а то и вовсе приводит к остановке авто.
2. В процессе постоянной «горячей» нагрузки происходит выпадение осадков из жидкости, закупориваются каналы и другие элементы системы (соленоиды, гидроблоки, и тп).
3. При постоянном агрессивном стиле вождения повреждаются фрикционные диски, которые в современных АКПП сделаны не только из металлов, но и из пластмасс. Механики рассказывают, что они буквально плавятся.
4. При высоких температурах происходит разрушение и многих других элементов автоматической КПП, —

…— а всё в совокупности усложняет и удорожает ремонт и техническое обслуживание гидротрансформаторной АКПП.

Почему «умирает» механика и кто готов ее «приговорить»?

Интересное наблюдение подметили журналисты «За рулём» и провели вот такой, весьма достойный внимания, анализ.

Первым «похоронить МКПП» вызвался Mercedes-Benz и минувшей весной сообщил, что с 2023 года прекращает выпуск автомобилей с механической коробкой передач.

Следующим отозвался Volkswagen, согласно сообщению немецкой автомобильной газеты Automobilwoche, он также хочет отказаться от МКПП, но  к 2024 году.

Теперь причины — почему?

1. Преимущество первое — у механики самая низкая стоимость производства...  Да, в сравнении с автоматами автомобили с механикой, в среднем, стоили (и пока еще стоят)  чуть дешевле, но, цитата: «…при массовом производстве и это преимущество сходит на нет». 

1. Простота конструкции, отсюда и долговечность (при грамотном и систематическом ТО)… При грамотном регулярном соблюдении регламентов техобслуживания любой механизм (узел, агрегат, устройство) способен служить максимально долго.

1. Механика спокойнее «переваривает» высокий крутящий момент и легче выдерживает одномоментные высокие нагрузки. Благодаря современным материалам и последним достижением металло- и вообще материаловедения одномоментные и разнонаправленные нагрузки высокие нагрузки сегодня «умеют» выдерживать самые разные агрегаты и узлы.

4. Автомобили с механикой имеют (а точнее — имели до последнего времени) существенно более низкий расход топлива в сравнении с той же гидромеханической КПП.

Ответ журнала «За рулём», цитата:

«До сих пор считается, что механическая коробка передач — это не только более спортивное (в смысле скорости переключения), но и более экономичное решение, позволяющее снизить расход топлива.

«Это суждение больше не имеет силы, автоматические коробки передач по эффективности догнали механику», — говорит Питер Керкрат из экспертной организации KÜS. Особенно коробки передач с двойным сцеплением — они переключаются быстрее, чем это делает любой гонщик.

Кроме того, прошли те времена, когда разница в расходе топлива составляла один или два литра при сравнении версий с механикой и классическим автоматом».

Логично, не поспоришь: «…с момента появления коробок передач с двойным сцеплением и ее триумфального шествия в компактных автомобилях механика безнадежно устарела».

Кроме того, ещё цитата: «Благодаря полному отказу от МКП производители экономят не только деньги, но и пространство в салоне, а это, в свою очередь, приносит пользу покупателям. В основании центральной консоли, где раньше приходилось размещать громоздкие рычаги переключения передач, все чаще монтируется лишь компактная «крутилка», а рядом с ней часто помещается еще один подстаканник, площадка для беспроводной зарядки смартфона или ниша для хранения».

И тут не поспоришь, однако, как говорят умудренные жизненным опытом люди, время покажет.

Если кому-то интересны подробности и детали этого интересного исследования, то они — ЗДЕСЬ.

Сергей Жебаленко

автомобильный инженер, журналист,

специально для сайта автосервиса «Восток-Авто».