Сцепление и трансмиссия автомобиля: устройство, симптомы неисправностей и диагностика

Автор материала: Олег Тимошенко

Трансмиссия передает и преобразует крутящий момент двигателя так, чтобы автомобиль мог трогаться, ускоряться, двигаться с разной скоростью и передавать тягу на ведущие колеса. В эту цепь могут входить сцепление или гидротрансформатор, коробка передач, дифференциал, полуоси, ШРУСы, карданный вал, раздаточная коробка, редукторы и управляемые муфты.

Пробуксовка, рывки при трогании, хруст, гул, вибрация, задержка переключения или аварийный режим не определяют неисправную деталь автоматически. Подобные симптомы могут быть связаны со сцеплением, маховиком, приводом выключения сцепления, коробкой передач, опорами силового агрегата, приводами колес, трансмиссионной жидкостью, электроникой или смежными системами.

Зачем автомобилю нужна трансмиссия

Двигатель создает крутящий момент в определенном диапазоне частоты вращения, но колесам в разных режимах требуются разные соотношения скорости и тягового усилия.

При трогании необходим значительный момент на колесах при небольшой скорости. При движении по трассе, наоборот, требуется другое передаточное число, позволяющее колесам вращаться быстрее без чрезмерной частоты вращения двигателя.

Трансмиссия выполняет несколько основных функций:

• передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам;
• изменяет передаточное число;
• позволяет временно разъединять двигатель и ведущие колеса;
• обеспечивает движение задним ходом;
• позволяет ведущим колесам вращаться с разной скоростью в повороте;
• распределяет крутящий момент между осями или колесами в отдельных конструкциях;
• компенсирует перемещения подвески и силового агрегата.

Что такое передаточное число

Передаточное число описывает соотношение частоты вращения между входной и выходной частями передачи.

Большое передаточное число позволяет получить больший момент на выходе при меньшей скорости вращения. Меньшее передаточное число используется для движения с большей скоростью при соответствующем режиме работы двигателя.

Точные передаточные числа определяются конструкцией конкретной коробки передач, главной передачи и трансмиссии автомобиля.

Как работает сцепление механической коробки передач

Сцепление позволяет контролируемо соединять и разъединять двигатель и первичный вал коробки передач.

Типичное сухое однодисковое сцепление может включать:

• маховик;
• ведомый диск;
• нажимной диск;
• кожух сцепления;
• диафрагменную пружину;
• подшипник выключения сцепления;
• механический или гидравлический привод.

Когда педаль отпущена, ведомый диск зажат между маховиком и нажимным диском, поэтому крутящий момент передается к коробке передач.

При нажатии педали механизм выключения изменяет положение нажимного диска, уменьшая или прекращая прижатие ведомого диска. Двигатель и коробка временно разъединяются, что позволяет переключить передачу или остановить автомобиль без остановки двигателя.

Почему сцепление изнашивается при трогании

Во время плавного трогания скорость вращения маховика и первичного вала коробки сначала различается. Ведомый диск некоторое время проскальзывает между рабочими поверхностями, и часть механической энергии превращается в тепло.

Поэтому ресурс сцепления зависит не только от пробега, но и от режима эксплуатации.

Тепловую нагрузку могут увеличивать:

• длительное удержание сцепления в зоне проскальзывания;
• частые старты с большой нагрузкой;
• удержание автомобиля на подъеме сцеплением;
• маневрирование с длительным полусцеплением;
• буксировка или перегрузка сверх допустимых условий;
• неисправность привода, из-за которой сцепление не замыкается полностью.

Основные типы сцепления

Сухое однодисковое сцепление

Широко применяется с механическими коробками передач. Передача момента происходит за счет сухого трения между диском, маховиком и нажимным диском.

Многодисковое сцепление

Использует несколько фрикционных поверхностей и может применяться там, где требуется передавать значительный момент при ограниченных размерах узла.

Мокрое сцепление

Фрикционные элементы работают в специальной жидкости или масле. Такая конструкция применяется в отдельных роботизированных и других трансмиссиях.

Свойства жидкости в подобных системах непосредственно влияют на трение, охлаждение и работу фрикционных пакетов.

Двойное сцепление DCT

Коробка с двойным сцеплением использует два управляемых фрикционных контура. Один может работать с одной группой передач, второй - с другой.

Это позволяет системе предварительно подготовить следующую передачу и сократить перерыв в передаче крутящего момента.

DCT могут иметь сухие или мокрые фрикционные узлы. Их конструкция, алгоритмы управления, рабочие жидкости и процедуры обслуживания различаются, поэтому нельзя переносить требования одной DSG, DCT, PowerShift или другой системы на все коробки с двойным сцеплением.

Маховик

Маховик соединен с коленчатым валом и участвует в передаче момента к сцеплению. Его инерция также помогает сглаживать неравномерность вращения коленчатого вала.

В более простых конструкциях применяется одномассовый маховик.

Двухмассовый маховик

Двухмассовый маховик состоит из двух основных масс, между которыми расположен демпфирующий механизм. Его задача - уменьшать передачу крутильных колебаний от двигателя к коробке передач.

Возможные симптомы неисправности:

• стук или дребезг при запуске или остановке двигателя;
• чрезмерные крутильные колебания;
• вибрация при трогании;
• посторонний шум в отдельных режимах;
• неравномерная работа нового комплекта сцепления при неисправном маховике.

Однако такие симптомы могут быть связаны также со сцеплением, опорами двигателя, коробкой передач или другими компонентами.

Состояние двухмассового маховика необходимо оценивать при ремонте сцепления, особенно если коробка передач уже демонтирована. Для специализированной диагностики и восстановления такого узла можно обратиться в профильный сервис по ремонту двухмассовых маховиков. Решение о ремонте или замене принимают после дефектовки конкретного маховика.

Механическая коробка передач

В механической коробке передач используются валы, зубчатые пары, муфты, синхронизаторы, подшипники и механизм выбора передач.

Синхронизаторы помогают выровнять скорости деталей перед замыканием передачи.

Проблемы с переключением могут быть связаны не только с синхронизаторами. Необходимо также проверять:

• полноту выключения сцепления;
• гидравлический или механический привод;
• тросы или тяги механизма выбора;
• уровень и соответствие трансмиссионного масла;
• опоры силового агрегата;
• внутренние компоненты коробки.

Классическая автоматическая коробка передач

В гидромеханической автоматической трансмиссии для передачи момента при трогании обычно используется гидротрансформатор.

Изменение передаточных чисел происходит с помощью планетарных механизмов и управляемых фрикционных элементов.

Работой коробки управляют:

• гидравлическая система;
• соленоиды;
• электронный блок управления;
• датчики;
• программные алгоритмы.

ATF одновременно может выполнять функции смазочного материала, гидравлической среды, охлаждающей жидкости и рабочего вещества для фрикционных элементов.

Бывает ли ATF «на весь срок службы»

Формулировки вроде «lifetime fluid» нельзя превращать в универсальное правило для всех автоматических коробок.

Необходимость замены жидкости, интервал, способ контроля уровня и процедура заполнения определяются производителем конкретной трансмиссии или автомобиля.

В процессе эксплуатации жидкость подвергается тепловой нагрузке и контактирует с продуктами износа, поэтому ее состояние имеет значение для работы трансмиссии.

Роботизированная коробка передач

В роботизированной трансмиссии механическая часть может быть близка по принципу к механической коробке, но сцеплением и выбором передач управляют электрические, электрогидравлические или другие актуаторы.

Для таких систем важны:

• состояние сцепления;
• корректная работа актуаторов;
• настройка точек сцепления;
• адаптации;
• электропитание и электроника;
• состояние механической части коробки.

Рывок при переключении не является автоматическим доказательством изношенного сцепления. Необходимо анализировать всю систему.

Вариатор CVT

CVT плавно изменяет передаточное отношение в определенном рабочем диапазоне.

В распространенных автомобильных конструкциях применяются регулируемые шкивы и стальной ремень или цепь. Существуют и другие типы бесступенчатых трансмиссий.

Для CVT особенно важна правильная рабочая жидкость, поскольку ее фрикционные свойства являются частью работы трансмиссии.

CVT-жидкость и обычная ATF не являются автоматически взаимозаменяемыми. Необходимо применять только спецификацию, предусмотренную производителем коробки.

Возможные симптомы неисправности CVT

• рывки;
• гул или другой новый шум;
• задержка реакции на изменение нагрузки;
• вибрация при трогании;
• пробуксовка;
• перегрев;
• аварийный режим.

По этим симптомам нельзя сразу делать вывод о неисправности ремня, цепи, шкивов или гидроблока - требуется диагностика.

Дифференциал

Дифференциал позволяет ведущим колесам вращаться с разной скоростью, что необходимо при прохождении поворота.

В зависимости от схемы привода дифференциал может быть:

• интегрирован в коробку передач;
• расположен в отдельном редукторе;
• частью передней или задней оси;
• элементом сложной системы полного привода.

Отдельные конструкции используют блокировки, управляемые муфты или другие механизмы распределения момента.

Полуоси и ШРУСы

Приводные валы передают крутящий момент от дифференциала к колесам.

Шарниры равных угловых скоростей позволяют передавать момент при изменении угла между валами, что необходимо при повороте управляемых колес и работе подвески.

Почему важен пыльник ШРУСа

Пыльник удерживает смазочный материал и защищает шарнир от воды и абразивных частиц.

Повреждение пыльника может привести к:

• потере смазки;
• попаданию воды;
• попаданию песка и пыли;
• коррозии;
• ускоренному износу шарнира.

Хруст при повороте

Повторяющийся хруст под нагрузкой во время поворота часто связывают с наружным ШРУСом, но перед заменой необходимо локализовать источник звука и проверить другие компоненты привода и подвески.

Карданный вал

В заднеприводных и части полноприводных автомобилей карданный вал передает момент между агрегатами, расположенными на расстоянии друг от друга.

В конструкции могут применяться:

• карданные шарниры;
• эластичные муфты;
• ШРУСы;
• подвесные подшипники;
• шлицевые соединения.

Вибрация автомобиля под нагрузкой может быть связана с карданным валом, но также может исходить от приводов колес, опор агрегатов, колес или других узлов.

Трансмиссионные масла и жидкости

Рабочая жидкость является конструктивной частью многих трансмиссий.

В зависимости от типа агрегата она может:

• уменьшать трение и износ;
• отводить тепло;
• передавать гидравлическое давление;
• обеспечивать требуемые фрикционные характеристики;
• защищать от коррозии;
• переносить продукты износа к фильтру или магнитам.

Механическая коробка

Для механической коробки важны не только вязкость и противозадирные свойства, но и совместимость с материалами синхронизаторов и конструкцией конкретного агрегата.

Автоматическая коробка

ATF должна соответствовать точной спецификации трансмиссии. Разные автоматические коробки могут требовать жидкости с различными фрикционными и вязкостными характеристиками.

CVT

CVT-жидкость рассчитана на специфические условия работы вариатора. Ее нельзя подбирать только по цвету или общей надписи «трансмиссионная».

Коробка с мокрым двойным сцеплением

В таких конструкциях жидкость может одновременно влиять на смазку, охлаждение, гидравлику и работу фрикционных пакетов.

Трансмиссионное масло или жидкость необходимо подбирать по точной спецификации производителя конкретной коробки, редуктора или раздаточной коробки.

Почему сцепление пробуксовывает

Типичный симптом - частота вращения двигателя растет быстрее, чем скорость автомобиля, особенно под значительной нагрузкой.

Возможные причины:

• износ фрикционных накладок;
• недостаточное прижимное усилие;
• попадание масла на фрикционные поверхности;
• нарушение работы привода;
• неправильная установка деталей;
• перегрев или повреждение рабочих поверхностей.

Причину необходимо установить до замены комплекта, особенно если на диске обнаружены следы масла.

Почему автомобиль дергается при трогании

Рывки или вибрации при замыкании сцепления могут быть связаны с:

• неравномерной работой ведомого диска;
• перегревом фрикционных поверхностей;
• маховиком;
• двухмассовым маховиком;
• нажимным диском;
• опорами двигателя и коробки;
• приводами колес;
• неправильной работой роботизированного сцепления.

Сам симптом не позволяет точно определить неисправный узел.

Почему передачи включаются тяжело

Для механической трансмиссии проверяют:

• полное выключение сцепления;
• ход педали и привода;
• главный и рабочий цилиндры - для гидравлического привода;
• тросы или тяги переключения;
• синхронизаторы;
• трансмиссионное масло;
• внутренние механизмы коробки.

Если передача включается с хрустом, это также не означает автоматически неисправность синхронизатора - сцепление может выключаться не полностью.

Почему гудит коробка или редуктор

Источником шума могут быть:

• подшипники;
• зубчатые пары;
• дифференциал;
• недостаточный уровень смазочного материала;
• неподходящая жидкость;
• повреждение других элементов трансмиссии.

Для диагностики важно определить, изменяется ли шум в зависимости от скорости автомобиля, передачи, нагрузки, разгона или движения накатом.

Почему автомобиль вибрирует под нагрузкой

Возможные причины:

• внутренние ШРУСы;
• карданный вал;
• подвесной подшипник;
• опоры двигателя или коробки;
• полуоси;
• колеса и шины;
• другие компоненты ходовой части.

Вибрация не является специфическим симптомом одной детали.

Симптомы неисправности автоматической коробки

Требуют проверки:

• толчки;
• задержка включения режима;
• пробуксовка;
• нестабильные переключения;
• перегрев;
• аварийный режим;
• новый механический шум;
• запах перегретой жидкости.

Причина может быть механической, гидравлической, электрической или программной. На работу трансмиссии также могут влиять двигатель, система охлаждения и напряжение питания.

Как правильно диагностировать сцепление и трансмиссию

1. Уточнить симптом и режим, в котором он возникает.
2. Проверить наличие утечек.
3. Проверить опоры двигателя и коробки.
4. Оценить работу привода сцепления.
5. Проверить фактический уровень и состояние жидкости по процедуре производителя.
6. Считать DTC для электронно управляемых трансмиссий.
7. Проанализировать фактические параметры и температуры, если они доступны.
8. Проверить приводы колес, ШРУСы и карданный вал.
9. Оценить посторонние шумы в разных режимах нагрузки.
10. После локализации неисправности выполнить необходимые механические измерения.

DTC не является автоматическим диагнозом неисправной детали. Код указывает на обнаруженное системой отклонение и направление дальнейшей проверки.

Почему важно проверять трансмиссионную жидкость

Недостаточный уровень может нарушать смазку, охлаждение и гидравлическую работу агрегата.

В то же время избыточный уровень также может быть нежелательным. Поэтому проверять жидкость необходимо по точной процедуре конкретной коробки.

В разных трансмиссиях контроль может требовать:

• определенной температуры жидкости;
• определенного положения автомобиля;
• работающего двигателя;
• последовательного включения режимов;
• диагностического оборудования.

Нельзя переносить процедуру одной коробки на другую.

Когда менять трансмиссионную жидкость

Универсального интервала для механических коробок, автоматов, CVT, DCT, редукторов и раздаточных коробок не существует.

Периодичность необходимо определять по:

• регламенту производителя;
• типу трансмиссии;
• спецификации жидкости;
• условиям эксплуатации;
• истории обслуживания.

Если регламент предусматривает отдельные условия для тяжелой эксплуатации, следует учитывать именно их.

Как обслуживать сцепление

При замене комплекта необходимо оценивать не только ведомый и нажимной диски.

Проверяют:

• маховик;
• двухмассовый маховик - если он применяется;
• подшипник выключения;
• направляющую втулку;
• вилку и шарниры;
• главный и рабочий цилиндры;
• сальники двигателя и коробки в доступной зоне;
• опоры агрегатов.

Это не означает, что все детали необходимо менять автоматически. Решение принимают по результатам дефектовки и требованиям технологии ремонта.

Как правильно подбирать комплект сцепления

Подбор только по модели автомобиля может быть недостаточным.

Следует проверять:

• VIN;
• OE-номер;
• код двигателя;
• код или тип коробки передач;
• диаметр диска;
• параметры ступицы и шлицев;
• тип нажимного механизма;
• тип привода выключения;
• совместимость с маховиком;
• конструктивную ревизию.

Как подбирать двухмассовый маховик

Внешне похожие маховики могут отличаться характеристиками демпфирования, расположением креплений, зубчатым венцом, геометрией рабочей поверхности и совместимостью с конкретным комплектом сцепления.

Поэтому точный подбор должен основываться на OE-данных, двигателе, коробке передач и конкретной версии автомобиля.

Как подбирать ШРУСы и полуоси

В зависимости от автомобиля имеют значение:

• сторона установки;
• длина;
• количество и форма шлицев;
• диаметр;
• тип внутреннего и наружного шарнира;
• элементы ABS;
• исполнение коробки передач и ступицы.

Как подбирать трансмиссионные фильтры и прокладки

В автоматических и других трансмиссиях могут применяться разные фильтры, поддоны, уплотнения и комплекты даже в пределах одной модели коробки.

Для подбора желательно использовать код трансмиссии и OE-номер, а не только модель автомобиля.

Типичные ошибки при ремонте трансмиссии

• замена сцепления без проверки маховика;
• замена двухмассового маховика только по одному шуму без дефектовки;
• использование трансмиссионной жидкости без точной спецификации;
• неправильный контроль уровня ATF или CVT-жидкости;
• игнорирование утечки сальника, из-за которой замасливается новое сцепление;
• замена ШРУСа без проверки полуоси и пыльника;
• диагностика коробки без проверки опор силового агрегата;
• попытка определить неисправную деталь только по DTC;
• игнорирование адаптаций после ремонта коробки, если они предусмотрены производителем;
• установка деталей, подобранных только по внешнему сходству.

Симптомы, которые не следует игнорировать

• внезапная пробуксовка сцепления;
• невозможность нормально включить передачу;
• сильный металлический шум из коробки или редуктора;
• значительная утечка трансмиссионной жидкости;
• интенсивная вибрация под нагрузкой;
• сильный хруст привода;
• перегрев трансмиссии;
• аварийный режим с резким ухудшением работы;
• запах перегретых фрикционных материалов после обычного режима движения.

Если трансмиссия перестала нормально передавать крутящий момент или появился сильный механический шум, дальнейшая эксплуатация может увеличить объем повреждений.

Частые вопросы

Почему обороты двигателя растут, а автомобиль почти не ускоряется?

Для механической коробки это может быть симптомом пробуксовки сцепления. В автоматической, CVT или DCT трансмиссии возможны другие причины. Необходимо учитывать тип коробки и условия появления симптома.

Почему автомобиль дергается при трогании?

Причиной могут быть сцепление, маховик, двухмассовый маховик, опоры силового агрегата, приводные валы или система управления роботизированной коробкой. Требуется проверка, а не замена деталей наугад.

Нужно ли менять двухмассовый маховик вместе со сцеплением?

Не автоматически. Его необходимо осмотреть и проверить по процедуре, предусмотренной для конкретной конструкции. Если параметры выходят за допустимые пределы или выявлено повреждение, принимается решение о ремонте или замене.

Можно ли залить ATF в CVT?

Только если именно такая жидкость прямо предусмотрена производителем конкретной трансмиссии. В общем случае CVT требует жидкости со специальными фрикционными свойствами, поэтому обычную ATF нельзя считать универсальной заменой.

Почему передача включается с хрустом?

Причиной может быть износ синхронизатора, но сначала необходимо также проверить полноту выключения сцепления и механизм переключения.

Почему хрустит ШРУС при повороте?

Характерный повторяющийся звук под нагрузкой может быть связан с износом наружного ШРУСа, но источник необходимо подтвердить осмотром и проверкой привода.

Как часто нужно менять ATF?

Единого интервала для всех автоматических трансмиссий нет. Следует использовать регламент конкретного автомобиля или коробки передач и учитывать предусмотренные производителем условия эксплуатации.

Товарная группа TESMA

• Сцепление и трансмиссия

Вывод

Сцепление и трансмиссия образуют цепь передачи крутящего момента от двигателя к колесам. В этой цепи взаимодействуют коробка передач, маховик, фрикционные элементы, дифференциал, приводы, ШРУСы, карданные валы, редукторы, рабочие жидкости и электронные системы управления.

Наиболее надежный принцип ремонта - не определять неисправную деталь только по одному шуму, рывку или коду ошибки. Сначала необходимо установить условия возникновения симптома, проверить привод сцепления, уровень и спецификацию жидкости, герметичность, опоры, приводы колес и электронные параметры, а уже после локализации неисправности принимать решение о ремонте.