Что за коробка над двигателем

Есть ли коробка передач в электромобиле и какая она?

Есть ли коробка передач в электромобиле? Большинство современных электрических машин выпускаются с 1-ступечнатыми редукторами. Разработчикам удалось упростить конструкцию, благодаря неспособности электрических моторов выдавать больший момент вращения, чем в ДВС. В редких исключениях производители добавляют КПП на свои транспортные средства, но это приводит к удорожанию автомобилей и усложнению их конструкции. Ниже подробно, есть ли «механика» в таких авто, а также рассмотрим особенности этого вопроса.

Есть ли коробка передач в электромобиле

Многие автовладельцы, планирующие покупку «зеленого» транспорта, интересуются — есть ли коробка передач в электромобилях. Отметим, что впервые электрические машины появились еще в конце 19 века, но после создания ДВС о таком транспорте постепенно забыли. С появлением экологических проблем тему подобной техники пришлось развивать снова.

Мало кто знает, но первый электромобиль появился еще в 1899-м. Они весил около 1000 кг и разгонялся до 100 км/ч. При этом двигатель имел мощность около 70 лошадиных сил, чем не могли похвастаться даже многие бензиновые / дизельные «коллеги».

Ключевым отличием между электромобилями и обычным транспортом ДВС стал не только двигатель, но и особенности трансмиссии. В машинах, работающих на обычном топливе, есть коробка передач со множеством ступеней. Чем их больше, тем выше скоростные показатели транспортного средства.

Что касается электрокаров, в них нет классической «механики», а для движения такому транспорту достаточно одной скорости. Но есть ли этому объяснение? Причина в том, что максимальный момент вращения в электрическом моторе можно получить уже на 0-ых оборотах. Кроме того, электрокару не нужно разделение мотора и коробки передач на холостых или при остановке, ведь ХХ у электрического двигателя не предусмотрен.

Двигатели в электромобилях имеют более широкий диапазон оборотов. При этом мощность не растрачивается, а расходуется с максимальном КПД. Вот почему коробка передач на электромобиле не нужна.

Таким образом, электродвигателям достаточно только одной скорости, и это происходит по двум причинам:

1. Электрический мотор даже на небольших оборотах отличается высоким моментом вращения.
2. Электродвигатель эффективен во всем диапазоне работы.

Дополнительно рассмотрим, есть ли коробка передач в электромобилях Тесла. Как и в других машинах с электрическим мотором, здесь предусмотрена 1-ступенчатая КПП, которая передает вращение от мотора к колесам.

Принцип действия прост:

• Вращающийся вал мотора приводит в движение шестеренки.
• Шестерни крутятся и передают вращение на колеса.

Обратный ход достигается за счет замены направления фаз на асинхронном моторе, что приводит к вращению в другую сторону.

Правда ли, что коробка передач не нужна в электрокаре

В большинстве моделей электромобилей коробка передач не устанавливается. Она не нужна, ведь при нажатии на педаль газа создается максимальный момент вращения. Иными словами, его достаточно при наличии любых оборотов. С учетом этого факта в сцеплении для электромобиля нет необходимости, ведь мотор работает с учетом получаемой мощности. Но есть ли возможность поставить КПП на электрокар? Для создания эффекта переключения некоторые производители идут на установку «механики» (об этом ниже).

Конструктивно коробка передач на электромобилях замещается одноступенчатым редуктором. Но при эксплуатации в условиях бездорожья 1-ступенчатые КПП не справляются с поставленной задачей. Вот почему в смешанном режиме желательно выбирать КПП с 3-мя или 4-мяступенями. Их наличие оптимизирует момент вращения и повышает запас хода на одном заряде аккумулятора.

Одним из примеров электромобиля с механической КПП является автомобиль Мустанг Литиум. Его мощность составляет 900 «лошадей», а для удобства управления предусмотрена 6-ступенчатая «механика».

В этот же период немецкая компания ZF выпустила 2-ступенчатую коробку передач для своего автомобиля. Такой шаг разработчики объяснили необходимостью более точного управления моментом вращения. КПП программируется таким образом, что переключение не следующую скорость происходит при достижении 70 км/час. При желании можно изменить программу и запланировать переключение коробки передач на другой скорости.

Преимущества КПП на электрокарах:

1. Создание ощущения управления обычным автомобилем с коробкой передач.
2. Улучшенная проходимость.
3. Увеличение запаса хода.

• Повышение веса автомобиля.
• Усложнение конструкции, из-за того, что в авто есть дополнительный узел.
• Увеличение стоимости из-за наличия «механики».

Теперь вы знаете, есть ли коробка передач в электромобиле, нужна ли она, и в каких машинах она все-таки установлена. Если подводить итог, электрический двигатель не нуждается в «механике», но некоторые производители идут на ее установку для покрытия прихотей своих покупателей. В комментариях расскажите, о каких еще электрокары с коробками передач вы знаете. Поделитесь мнением, есть ли смысл в установке такого узла на машина с электрическим агрегатом.

Роботизированная коробка передач: устройство, принцип работы, достоинства, недостатки

Роботизированная коробка передач (РКПП, коробка-робот) состоит из почти обычной механической коробки передач, механизмов выбора передач и переключения сцепления, а также автоматической системы управления.

Основное назначение РКПП – принимать, передавать и преобразовывать крутящий момент от двигателя на колеса. РКПП удачно сочетает в себе преимущества АКПП и механической КПП в виде надежности, эффективности управления автомобилем и экономии топлива.

Хотя, на счет надежности, пожалуй, многие владельцы автомобилей с роботизированной коробкой захотят поспорить. Все знают нашумевшую историю с роботизированными коробками передач DSG концерна Volkswagen.

Но такие проблемы, скорее всего, носят временный характер. Роботизированные коробки передач относительно недавно стали разрабатываться для серийных автомобилей и совсем неудивительно, что с этим возникают проблемы.

В целом же они являются очень перспективными, поэтому сейчас производители автомобилей стараются разработать оптимальную конструкцию.

Устройство роботизированной КПП

По своей сути роботизированная коробка передач – это всем нам знакомая механическая коробка, в которой сцеплением и переключением передач управляет электроника и сервоприводы.

Давайте рассмотрим «начинку» роботизированной КПП, другими словами – ее устройство. И разбирать будем коробку с двойным сцеплением, поскольку полагаем, что именно такие коробки имеют будущее, в то время как коробки с одним сцеплением постепенно уйдут в прошлое.

Самый большой недостаток коробок с одним сцеплением – очень большое время переключения передач, что делает езду на автомобиле некомфортной и дерганой.

Роботизированная КПП состоит из следующих механизмов и деталей:

• Основной рабочий узел (аналог механической коробки), оснащенный двумя парами валов – первичным и вторичным (то есть всего четыре вала), к которым крепятся шестерни переключения передач. Одна пара валов отвечает за четные передачи и, соответственно, на них крепятся шестерни передач — 2, 4 и 6, а вторая пара валов обеспечивает нечетные передачи и задний ход – 1, 3, 5 и R. Кроме того каждая пара валов имеет собственное сцепление (коробка с двумя сцеплениями). Так же стоит отметить, что первичные валы находятся на одной оси, то есть один вал располагается внутри другого.
• Узлы-актуаторы представляют собой сервоприводные механизмы (работающие на электрике или гидравлике). Электрический тип привода – это не что иное, как электродвигатель с редуктором, а гидравлический тип привода представляет собой гидроцилиндр, управляемый клапанами электромагнитного типа (гидравлический более дорогой, но более быстрый и именно он используется в наиболее продвинутых РКПП). В роботизированной КПП могут устанавливаться актуаторы двух типов – для переключения передач и включения сцепления.
• Блок управления электронного типа представляет собой микропроцессор, осуществляющий контроль над работой всей роботизированной КПП через внешние датчики и исполнительные механизмы. Внешние (или входные) датчики позволяют получать информацию о скорости движения, рабочих оборотах двигателя, крутящем моменте, давлении масла и передавать эту информацию на управляющий блок. Механизмы исполнения предназначены для реализации всех задач, полученных от блока управления на основании заложенных программ. Сам блок соединяется с роботизированной коробкой при помощи бортового компьютера.

Принцип работы РКПП

Роботизированные КПП могут работать в автоматическом и полуавтоматическом (ручном) режимах. Режим-автомат предполагает управление коробкой передач через электронику на основании полученных данных от внешних датчиков, путем реализации выбранного алгоритма работы через исполнительные механизмы.

Полуавтоматический режим (ручной) предусматривает выбор и переключение передач вручную. Режим вручную позволяет осуществлять плавное переключение с низкой на высокую передачу, используя селекторный рычаг или подрулевые переключатели (лепестки).

Что касается общего принципа работы такой коробки передач, то он достаточно прост. При включении двигателя и выборе передачи включается первая скорость в коробке, затем включается сцепление и начинается движение.

При движении автомобиля на начальной передаче, роботизированная КПП готова включить следующую передачу. Управляющий блок принимает сигнал с последующим переключением на более высокую передачу и вторая передача включается одновременно с первой. В механической передаче такое невозможно, а в роботизированной возможно поскольку в ней две пары валов, если вы еще не забили.

Пока сцепление включено на первой паре, вторая пара, со следующей включенной передачей ждет своей очереди вступить в работу и как только сигнал от системы поступает, сервопривод (актуатор) включает сцепление на второй паре валов, а на первой сцепление отключается и включается третья передача, которая так же будет ждать своей очереди.

На верхней схеме показана работа коробки DSG при включенной первой передаче, а на нижней схеме при включенной второй передаче.

Обратите внимание на отличие от механической коробки передач, в которой сцепление всегда находится во включенном состоянии и для переключения скоростей сцепление выжимается. В роботизированной же коробке сцепление постоянно находится в выключенном состоянии и подключается только в момент, когда необходимо передать момент через определенную пару валов коробки передач.

На сегодняшний день практически каждый автоконцерн имеет в своем автомобильном ряду модели с роботизированной коробкой. Правда, названия у этих коробок разные:

• DSG – Volkswagen (пожалуй, самая известная и скандальная)
• S-Tronic – Audi (принадлежит Volkswagen и наверняка есть что-то общее с DSG, но концерн это отрицает)
• Speedshift DCT – Mercedes-Benz
• DCT M Drivelogic – детище BMW
• PDK – Porsche (здесь плохую коробку вряд ли поставят);
• Twin Clutch SST – Mitsubishi
• Powershift – Ford
• TCT – Alfa Romeo

Преимущества и недостатки роботизированной КПП

Как и другие виды трансмиссий, коробка-робот имеет свои преимущества и недостатки, которые надо заметить, проявляются не во всех конструкциях. Очень многие не любят DSG, но ведь при этом Ferrari на свои автомобили ставит именно роботизированную коробку и это заставляет задуматься.

Преимуществ у РКПП достаточно много, и вот самые значимые из них:

• коробка-робот позволяет экономить расход топлива и ресурс двигателя;
• простота и доступность в ремонте и техническом обслуживании по сравнению с автоматом;
• доступная цена в сравнении со стоимостью АКПП;

Недостатки у коробки-робота также имеются, перечислим основные:

• низкая скорость (до 3 с) и возможные рывки при переключении передач – но это справедливо для коробок с одним сцеплением и, как известно, эта проблема уже решена;
• преодоление спусков или подъемов осуществляется только в полуавтоматическом режиме, в противном случае возможен перегрев сцепления;
• низкая эффективность для вождения в городских условиях, где лучше использовать полуавтоматический режим езды.

Но опять же эти все недостатки имеют лишь конструктивные причины, которые со временем могут быть решены, а возможно и уже решены, но пока дороговаты для массового потребителя и применяются только на дорогих автомобилях гоночного типа.

Несомненно и то, что несмотря на все имеющиеся на сегодняшний день недостатки, роботизированная КПП считается одной из наиболее перспективных видов трансмиссий будущего наряду с вариатором, в котором так же нужно решить одну важную проблему – ремень, который нужно сделать более долговечным и нерастяжимым.

Машины будущего или зачем нужен электромотор в коробке передач

Механическая коробка рассматривается в качестве основной на большинстве моделей машин.

Но машины на электротяге, а также гибриды, на протяжении длительного времени использовали исключительно автоматические коробки передач, по причине невозможности совмещения человеческого фактора со сложным алгоритмом работы силовой установки. Но корейская компания поставила себе целью более массового распространения гибридных моторов, осуществила разработку механической коробки высокой надежности, имеющую возможность самостоятельного комбинирования тяги сразу от двух моторов. Наиболее оптимальным вариантом эта коробка становится для тех водителей, предпочитающих активный стиль в вождении, и желающих всегда держать машину под контролем.

Гибрид спортивного стиля. В странах Европы успешно введены стандарты экологии типа Евро-6. Теперь машины могут соответствовать им только при частом включении и выключении моторов, особенно при движении накатом и остановках в пробках и на светофорах. Достичь этого можно при помощи использования гибридных технологий. Компанией Hyundai была осуществлена разработка массовой гибридной установки, планируемая для модели Ceed. Кроме того, для нее был разработан проект умной механической коробки. При ее наличии, от водителя не требуется точной работы ногами, как это нужно делать в уже имеющихся моделях.

Ее разработка была выполнена в Европейском техническом центре, находящемся в городе Оффенбах, Германия. Руководство проектом осуществлял доктор Михаэль Винклер. Эта деталь представляет собой гибридное устройство, которое, кроме трансмиссии, может отдавать команду на включение и мотор-генератора. То есть, после ее установки, любой автомобиль становится гибридным.

Отключение мотора в движении. Отличием от сцепления стандартной конструкции с механическим приводом является то, что в iMT он управляется исключительно электроникой. Но селектором, по-прежнему, следует управлять в ручном режиме, и перемещается он в пазах в форме буквы Н.

Коробка является комбинированной системой, в составе которой имеется трансмиссия, электрический двигатель и муфта сцепления, получившая вместо стандартного набора дисков сухого типа несколько усложненную конструкцию, позволяющую моментально отключить выходной вал электрического мотора от трансмиссии. Во внутренней части КПП устанавливается специальный электромотор, поддерживающий колесную тягу при движении накатом, и создающий добавочный крутящий момент при разгоне. Это позволяет выключить мотор, даже если машина находится в движении. Разрыв вала и трансмиссии осуществляется на довольно долгое время, что дает возможность экономить не только топливо, но и рабочий ресурс самого устройства.

При отключении мотора, передача, выбранная на этот момент, не выключается, а сцепление разрывается, что дает возможность мотору без проблем перезапуститься по ходу движения. Для того, чтобы запустить двигатель, водитель должен всего лишь коснуться педали газа.

В том случае, если при движении накатом машина слишком замедлилась, а двигатель вращается с недостаточной частотой, он будет перезапущен системой на нейтральной передаче, после чего включена требуемая передача. Водитель не должен вмешиваться в работу КПП, ему достаточно лишь вставлять электронный селектор КПП в нужные пазы, а система уже активирует их самостоятельно.

Итог. Установка новой трансмиссии будет осуществляться на гибридные модели Hyundai и KIA, в качестве силовой установки на которых используются мягко-гибридные моторы, с основой в виде двигателей Smartstream. Кроме того, их можно будет увидеть на модели RIO EcoDynamics, начало продаж которой запланировано на третий квартал текущего года.

Как устроена гибридная трансмиссия?

Кажется, что только гибридные автомобили, которые работают на бензине или дизеле и одновременно используют электричество, могут соответствовать экологическим нормам, которые в странах Европы постоянно ужесточаются. Производители непрерывно совершенствуют двигатели и вынуждены заниматься модернизацией трансмиссий как одного из главных элементов общего устройства автомобиля.

Шасси Toyota Prius

Коробка передач никогда не строилась и не переоборудовалась отдельно от мотора — каждая трансмиссия строится под конкретные внешние скоростные характеристики определенного двигателя. Чтобы поддерживать малообъемный двигатель в зоне оптимальных рабочих оборотов, была создана многоступенчатая КП.

С того момента, как в автомобиль стали устанавливать два рабочих двигателя (ДВС и электромотор), пришлось модернизировать и элементы трансмиссии, переводя их работу на два источника энергии.

Классы гибридных трансмиссий

Гибридные трансмиссии классифицируются по принципу подключения:

• последовательно;
• параллельно;
• по смешанной схеме.

Особенности последовательной гибридной трансмиссии

В данной схеме трансмиссии электрический мотор передает энергию на главные ведущие колеса, мотор (чаще всего бензиновый) передает свой КПД на генератор. Главной особенностью параллельной трансмиссии является то, что электромотор может обеспечить максимальную мощность (в своих пределах) в любой момент. С помощью электромотора намного легче привести в движение транспорт огромной массы с большой силой инерции.

Устройство последовательной гибридной трансмиссии

Топливный ДВС запускает генератор, энергия которого заряжает аккумулятор и в дальнейшем переходит на электродвигатель, который обеспечивает крутящий момент и передает его на колеса. В таком рабочем цикле из трансмиссии исключаются коробка передач и блок сцепления. Энергия рекуперативного торможения не переходит в тепло, а направляется для дополнительного питания аккумуляторной батареи.

Гибридная трансмиссия последовательного типа позволяет использовать ДВС очень малой мощности, а в режиме «город» при езде на минимальной скорости и с частыми остановками ДВС возможно отключить полностью. Последовательная схема трансмиссии широко используется в городском транспорте и самосвалах, где аккумуляторы имеют максимальную емкость и большой объем при скромных объемах и минимальной мощности ДВС.

Chevrolet Volt оборудован последовательной гибридной системой

Chevrolet Volt, построенный General Motors в 2010 году, использует в своем силовом блоке последовательную гибридную трансмиссию. Это скорее электромобиль, чем классический бензиновый хэтчбек. Используя только электромотор, автомобиль может преодолеть расстояние до 65 км. Если использовать турбированный мотор, дальность поездки на одной батарее превысит 1020 км.

Под капотом у Chevrolet Volt

Особенности параллельной гибридной трансмиссии

Эта трансмиссия остается к 2019 году наиболее технологичной. В системе используются основные элементы коробки передач. Электрический блок устанавливается в параллельных гибридах между коробкой и двигателем внутреннего сгорания.

Устройство гибридной трансмиссии параллельного типа

Подключение электромотора осуществляется через использование нескольких схем. В качестве первой гибридной трансмиссии можно рассматривать 8-ступенчатую коробку-автомат с двойным сцеплением от производителя ZF. Ведущие оси получают крутящий момент как от ДВС, так и от электромотора, который также исполняет работу генератора.

zf_8-скоростная трансмиссия с двойным сцеплением

Работа трансмиссии с параллельной схемой подключения контролируется и управляется электронным модулем. В автомобиле с параллельной гибридной трансмиссией необходимо использовать и стандартную трансмиссию в переходных режимах движения авто. Крутящий момент, которые передают два мотора, распределятся в зависимости от условий передвижения. При старте, во время ускорения к ДВС подключается электродвигатель, во время торможения и при стабильной скорости электродвигатель выполняет функции генератора.

В Audi Q5 используется параллельный тип трансмиссии

Первая популярная трансмиссия параллельного гибридного типа сконструирована инженерами корпорации «Хонда». Система интегрированного помощника ДВС (Integrated Motor Assist) позволяет увеличить КПД главного мотора на 40%, при этом количество отработанного топлива в атмосферу практически не снижается, экологические показатели автомобиля остаются на низком уровне.

В блок IMA входит бензиновый мотор в качестве главного силового блока, электрический мотор, дополнительная батарея для электромотора. Во время торможения происходит перенаправление энергии на электромотор, который используется и как генератор — энергия не переходит в тепло, а сохраняется в батарее, во время ускорения электроэнергия перенаправится в электромотор для начала его работы. Данный тип трансмиссии, используется компанией при комплектации Honda Civic и Honda Insight.

Тип средние гибриды

Устройство промежуточной трансмиссии

Классификация гибридных параллельных трансмиссий начинается с определения роли электрического мотора во всем силовом блоке авто. Если электромотор используется только как помощник ДВС, например, как в Honda Insight, трансмиссию относят к классу «умеренный гибрид». Мощность электромотора в гибридной трансмиссии среднего класса не превышает 60 кВТ.

Одну из своих последних инноваций в области гибридных трансмиссий использовала корпорация БМВ при создании модели BMW ActiveHybrid 7. Седан комплектуется КП в единственном исполнении – 8-миступенчатый «автомат».

Система полный гибрид

Lexus RX 400h оснащается системой “полный гибрид”

Если электродвигатель используется для передачи крутящего момента на колеса, применяется термин «полный гибрид» — такая трансмиссия использована в модели Lexus RX 400h. Автомобиль может передвигаться при помощи и ДВС, и энергии электродвигателя. В коробке передач отсутствует гидротрансформатор. Впервые в Европе схему полного параллельного гибрида установили в 1998 на комплектацию Audi Duo.

Сегодня большинство мировых производителей используют схему «полный гибрид» на Mercury Mariner, Kia Optima, Ford Escape/ C-Max/ Fusion, Lincoln MKZ и др.

Микрогибрид

Трансмиссия авто, где генератор имеет дополнительные функции, часто называют классом «микрогибрид». Это автомобили, которые имеют систему старт/стоп, электромотор не передает свою энергию для движения колес. Микрогибридная схема позволяет только резко глушить мотор во время коротких остановок. Система запускается стартером, в автомобиле используется стандартная КП с встроенным импульсным насосом для скоростной подачи давления в масляные каналы КП.

Схема последовательно-параллельная

Смешанный тип гибридной трансмиссии исключает использование традиционной коробки передач. Совместная работа электродвигателя и ДВС происходит через использование планетарной передачи. Топливный мотор передает крутящий момент на колеса совместно с электромотором, одновременно происходит и работа генератора. Автоматическая регулировка оборотов осуществляется через электронный блок управления.

Такой тип бесступенчатой трансмиссии ECVT широко используется компанией Toyota в последнем модельном ряду Toyota Prius. Инженеры компании создали свою уникальную схему гибридной трансмиссии HSD. В схему устройства включили делитель мощности (планетарную передачу) и отдельный генератор.

При таком типе гибрида электромотор работает большую часть времени, топливный мотор использует для работы цикл Аткинсона, в то время как большинство ДВС работают по принципу Отто. Ноу-хау японских инженеров приобрели компании Форд и Ниссан для установки на свои полногибридные модели.

Достоинства и недостатки

На сегодняшний день все автомобили с гибридной трансмиссией имеют высокую стоимость и не входят в средний ценовой сегмент. Так же дорого стоит их диагностика и ремонт. Это главный недостаток автомобилей, которые используют два силовых мотора.

Активисты «зеленого движения» США и экологи считают, что польза для экологии, которую принесут гибридные автомобили, абсолютно условна. Утилизация одного аккумулятора приносит вред окружающей среде, сравнимый с годовым выбросом простого бензинового двигателя. Технологией экологической утилизации занимаются только в нескольких странах.

Toyota Prius Plug-in Hybrid

Электромоторы даже минимальной мощности обеспечивают плавный и надежный запуск ДВС в любую погоду. Динамичные характеристики автомобиля также остаются на высоте, при необходимости увеличить тяговые показатели к ДВС подключается электродвигатель, автомобиль получает максимальное ускорение за короткое время.

Пробег на одном заряде увеличивается на 40%. За счет экономии топлива и использования электромотора водители реже заправляются.

Смогут ли гибридные трансмиссии полностью вытеснить традиционные, пока не ясно. При всех выгодах использования смежного электромотора у разработки остаются многочисленные недостатки, в первую очередь — высокая цена и сложность схемы. В 2018 компания Porsche отказалась самостоятельно производить гибриды любой схемы. Представители Mitsubishi считают, что гибридные установки — это переходной этап, и концентрируют интеллектуальную инженерную базу корпорации на создание электромобиля.