Последняя система — вакуумное управление—появилась около 1930 г., когда некоторые фирмы уже стали применять на своих автомобилях коробки передач с синхронизаторами.

В первый период эта система также работала не вполне удовлетворительно, поскольку при некоторых специфических условиях переключение не было столь плавным и бесшумным, как ручное, выполняемое квалифицированным водителем. Однако имевшиеся в первоначальной конструкции недостатки постепенно были устранены, хотя и ценой значительного усложнения конструкции.

Первая автоматическая коробка передач. Одним из механизмов, нашедших широкое применение в автоматических коробках передач, является муфта свободного хода. В таких коробках она используется следующим образом. Если один из валов приводится во вращение от другого вала посредством пары шестерен, одна из которых связана с валом через муфту свободного хода, то другая пара шестерен, которая соединяет эти два вала и сообщает ведомому валу большую скорость вращения, может быть включена в любой момент, потому что как только привод переходит ко второй паре шестерен, первая начинает вращаться вхолостую благодаря наличию в ней муфты свободного хода. Если первая пара шестерен является замедляющей, то вместо второй пары может быть применена прямая передача.

Первая автомобильная коробка передач с муфтой свободного хода была запатентована в 1904 г. братьями Стюртевант (Бостон) и была установлена на автомобиле их изготовления. Схема этой коробки приведена на рис. 1. В этой коробке использовался также и другой новый (по крайней мере, в автомобильной практике) механизму именно центробежное автоматическое сцепление. Как видно из схемы, коробка передач имела два сцепления, соединенных

В ОДИН агрегат. Когда двилатель разгонялся и скорость вращения коленчатого вала превышала скорость вращения холостого хода, сцепление соединяло коленчатый вал двигателя с шестерней и включало низшую передачу переднего хода через шестерни, большую шестерню блока и шестерню. Пружина, действующая на груз сцепления, была отрегулирована так, что центробежная сила груза превышала ее силу при сравнительно низкой скорости вращения коленчатого вала двигателя. При более высокой скорости вращения включалось сцепление под действием центробежной силы соответствующего груза, преодолевавшей силу несколько более тугой пружины, в результате чего ведомый вал непосредственно соединялся с маховиком двигателя и происходило переключение на прямую передачу. Шестерни низшей передачи продолжали вращаться; однако благодаря наличию роликовой муфты свободного хода в шестерне они не передавали крутящего момента. Включение передачи заднего хода осуществлялось путем введения меньшей шестерни блока в зацепление с промежуточной шестерней, сцепленной с шестерней заднего хода ведомого вала.

Рис. 1. Двухступенчатая автоматическая коробка передач Стюртевант:
1 и 5 — сцепления; 2 — маховик двигателя; 3 — ведущий барабан; 4 — центробежный груз; 6 — муфта свободного хода; 7 и 8 — шестерни промежуточного вала; 9 — промежуточный вал; 10 и 11 — шестерни заднего хода; 12 — картер; 13 — ведомая шестерня первой передачи; 14 — ведущая шестерчя первой ступени понижения первой передачи; 15 — ведомый вал; 16 —пружина.

Автомобили Стюртевант выпускались в течение короткого времени, и с их исчезновением вышла из употребления использовавшаяся на них автоматическая коробка передач. Одним ив недостатков этой коробки было то, что она имела лишь две передачи переднего хода. Этот недостаток, конечно, можно было бы устранить; более серьезным недостатком было то, что в этой коробке исключалась возможность взаимного перекрывания диапазонов работы низшей и высшей передач; иными словами, до определенной, заранее известной скорости вращения коленчатого вала двигателя автомобиль мог двигаться только на низшей передаче а при более высокой скорости — только на высшей. Кроме того, вероятно, часто бывали неприятности от перегрева сцепления высшей передачи в связи с интенсивным буксованием. Это сцепление включалось автоматически при достижении определенной скорости, однако, как только осуществлялся переход на высшую передачу, скорость вращения коленчатого вала двигателя уменьшалась, при этом появлялась тенденция к выключению сцепления. Поэтому, если водитель не был достаточно внимательным, чтобы быстро пройти зону переключения, то сцепление могло буксовать продолжительное время.

Коробка передач Рио. Следующая попытка создать автоматическую коробку передач была предпринята значительно позже (в начале 1930 г.) фирмой Рио. Фирмой была создана четырехступенчатая коробка, представлявшая собой последовательное соединение двух двухступенчатых коробок передач. При обычных условиях движения использовалась лишь одна из этих коробок, которая при скорости 22,5 км/час автоматически переходила с помощью центробежного многодискового сцепления от привода через передачу с внутренним зацеплением и передаточным отношением 2,07 на прямую передачу. В тяжелых условиях движения вспомогательная двухступенчатая коробка передач, расположенная в том же картере, могла быть переключена на низшую передачу, что давало дополнительное увеличение крутящего момента в 1,7 раза. Управление коробкой осуществлялось при помощи кнопки на панели приборов. Эта коробка устанавливалась в качестве стандартного оборудования на легковом автомобиле одной модели и в качестве дополнительного — на другой; однако коробка все же не получила большого распространения. Один из ее недостатков заключался, несомненно, в том, что ступень между передаточными числами 1 и 2,07 была слишком большой, а другой — в том, что на высшей передаче нельзя было двигаться со скоростью меньше 22,5 км/час, а на низшей — с большей скоростью. Через несколько лет фирма Рио вообще прекратила выпуск легковых автомобилей, и коробка была оставлена.

Автоматическая ускоряющая передача Уорнер. Первой автоматической ступенчатой коробкой передач, получившей широкое распространение в США, явилась ускоряющая передача Уорнер, которая была применена фирмой Крайслер в 1934 г. Эта передача по существу представляла собой двухступенчатую автоматическую коробку передач, используемую в комбинации с трехступенчатой коробкой с ручным управлением. В первоначальном исполнении (и в том виде, как она описана в главе 8) эта коробка также имела тот недостаток, что переход с прямой передачи на ускоряющую мог быть осуществлен не ранее, чем автомобиль достигает определенной скорости, обычно между 64 и 72 км/час; обратный переход происходил при несколько меньшей скорости. Поэтому преимущества ускоряющей передачи могли быть использованы лишь при высоких скоростях движения. В то же время низшая прямая передача не могла использоваться при скоростях движения, превышающих 72 км/час, для обгона автомобиля, движущегося с высокой скоростью. На практике применение этого устройства иногда даже мешало обгону, так как обгонявший автомобиль неожиданно переходил на ускоряющую передачу, из-за чего немедленно падало ускорение

Электромагнитное управление. Для устранения этого недостатка ускоряющей передачи муфт*а Келлера была сперва дополнена, а потом и совсем заменена электромагнитом, управлявшим собачкой, которая удерживала от вращения солнечную шестерню планетарной передачи. Здесь необходимо напомнить, что ускоряющая передача Уорнер имеет планетарный механизм, в котором водило является ведущим элементом, коронная шестерня — ведомым, а солнечная шестерня удерживается от вращения и воспринимает реактивный момент, равный разности крутящих моментов на ведущем и ведомом валах. Чтобы водитель имел возможность выключить ускоряющую передачу при любой скорости движения, необходимо обеспечить ему возможность по желанию в любой момент освобождать солнечную шестерню. После освобождения реактивного элемента момент не преобразовывается в планетарной передаче, и коробка переходит на прямую передачу.

Как следует из рис. 2, кольцо с пазами на наружной поверхности с помощью шлицев укреплено на солнечной шестерне которая свободно вращается на продолжении ведомого вала коробки передач. Собачка, соединенная с якорем электромагнита посредством шарового шарнира, может вталкиваться пружиной в один из пазов кольца и удерживать пазовое кольцо и солнечную шестерню от вращения, включая таким образом ускоряющую передачу.

В связи с применением электромагнита и собачки промежуточная пластина, установленная между картерами коробки передач и ускоряющей передачи, сделана несколько толще. Электромагнит крепится к ней снаружи; собачка перемещается в радиальной направляющей канавке. Чтобы перейти с ускоряющей передачи на прямую при движении со скоростью, превышающей ту, при которой включается муфта Келлера, необходимо вывести собачку из зацепления с пазовым кольцом.

Рис. 2. Автоматическая ускоряющая передача

Рис. 3. Поперечное сечение ускоряющей передачи Уорнер с электромагнитным управлением

Когда крутящий момент двигателя передается к ведущим колесам автомобиля, собачка воспринимает реактивный момент. который прижимает ее к одной стороне направляющей канавки. Для того чтобы вытянуть собачку в этих условиях, был бы необходим очень большой и сильный электромагнит. Эта проблема была разрешена применением выключателя в цепи зажигания, установленного таким образом, что водитель мог кратковременно выключить зажигание двигателя, нажимая на педаль управления дроссельной заслонкой карбюратора дальше положения полного открытия дроссельной заслонки. Этим же движением замыкается цепь электромагнита. При выключенном зажигании крутящий момент не передается к ведущим колесам, собачка освобождается от действующей на нее силы и легко выводится из зацепления с пазовым кольцом. Когда собачка полностью выходит из зацепления, якорь электромагнита, воздействуя на специальный выключатель, восстанавливает работу зажигания двигателя. В то время шока зажигание остается выключенным, пропускается всего несколько вспышек, и это не вызывает никаких неприятных последствий.

Электромагнит имеет две обмотки, втягивающую и удерживающую. Втягивающая обмотка потребляет большой ток и создает большую силу, но действует только во время выведения собачки из зацепления с пазовым кольцом. Когда якорь электромагнита втянут, цепь втягивающей обмотки автоматически размыкается, в то время как удерживающая обмотка, которая потребляет незначительный ток, остается включенной все время, пока производится разгон на прямой передаче. Когда водитель снимает ногу с педали управления дроссельной заслонкой карбюратора, цепь удерживающей обмотки также размыкается, и тогда пружина возвращает собачку в зацепление с пазовым кольцом.

Включение с блокирующим кольцом. Пружина одна не могла бы дать удовлетворительного зацепления собачки с пазовым кольцом. Перед включением собачка проскакивала по выступам, и если зацепление, наконец, произошло, оно было бы очень жестким. Для предотвращения этого служит блокирующее разрезное кольцо, которое охватывает ступичную часть кольца. Блокирующее кольцо, посаженное с натягом, увлекается вращением пазового кольца и солнечной шестерни. Когда собачка вытянута и солнечная шестерня вращается, блокирующее кольцо перемещается из положения, в котором оно показано на рис. 3, в положение, где его лапка а упрется в собачку и подставит под собачку уступ, который находится под лапкой. Поэтому, когда цепь обмотки электромагнита разомкнута и пружина стремится ввести собачку в паз, последняя удерживается от перемещения уступом блокирующего кольца. Чтобы вернуться на ускоряющую передачу после движения в течение некоторого времени на прямой передаче, водитель снимает ногу с педали управления дроссельной заслонкой, и скорость вращения коленчатого вала двигателя снижается; солнечная шестерня при этом сначала замедляется, а потом начинает вращаться в обратную сторону. Блокирующее кольцо тогда также поворачивается в противоположном направлении, выходит из-под собачки, и в тот момент, когда солнечная шестерня еще почти неподвижна, собачка легко входит в первый подошедший под нее паз. Лапка, сделанная на противоположной стороне прорези, и наклон рабочей поверхности собачки по отношению к ее оси препятствуют случайному ислючению ускоряющей передачи при движении автомобиля накатом.

Рис. 3. Поперечное сечение ускоряющей передачи с толкающим электромагнитом:
1 и 2 — блокирующие стержни.

Ускоряющая передача с электромагнитным включением. В другой конструкции автоматической ускоряющей передачи, показанной на рис. 3, муфта Келлера совершенно исключена и применен толкающий электромагнит и центробежный выключатель, приводимый от ведомого вала ускоряющей передачи червяком привода спидометра. Когда автомобиль достигает определенной скорости, центробежные грузы выключателя поднимаются и замыкают цепь тока толкающего электромагнита собачки. Однако это еще не может ввести собачку в зацепление с пазовым кольцом, поскольку в этом случае для облегчения зацепления также применено блокирующее кольцо, и зацепление собачки с пазовым кольцом может осуществиться только после кратковременного освобождения педали управления дроссельной заслонкой. Так же, как и в ранее описанной конструкции, водитель может в любой момент перейти на прямую передачу, размыкая цепь электромагнита выключателем управления дроссельной заслонкой.

Из рис. 3 видно, что собачка имеет два стопора. Когда стержень вилки переключения первой передачи и заднего хода находится в положении заднего хода, собачка запирается стержнем посредством которого блокируется муфта свободного хода ускоряющей передачи. Это делает невозможным включение ускоряющей передачи, когда включен задний ход. Блокировка муфты свободного хода также необходима при пуске двигателя буксировкой автомобиля или при торможении двигателем на одной из ниших передач. Для этой дели предусмотрен рычаг, установленный на валике, проходящем через стенку картера ускоряющей передачи и несущем на своем внутреннем конце другой рычаг, который надвигает блокирующую муфту на муфту свободного хода, запирая ее, когда водитель вытягивает кнопка панели приборов. Это же движение ставит стержень в такое положение, при котором его полное сечение находится в углублении собачки; таким образом, последняя не может перемещаться и войти в зацепление с пазовым кольцом. Когда этот стержень находится в нормальном положении и муфта свободного хода не заперта, против собачки находится кольцевая канавка, и собачка может свободно перемещаться.

Вакуумное управление сцеплением и переключением передач Фирма Хадсон в течение ряда лет выпускала автомобили, оборудованные вакуумным управлением сцеплением и переключением передач, носившим название Драйв-Мастер. При наличии такого управления водитель по желанию мог пользоваться также педальным управлением сцеплением и ручным управлением коробкой передач. Он имел на выбор три варианта: вакуумное управление сцеплением и переключением передач, вакуумное управление сцеплением и ручное переключение передач, и, н накоец педальное управление сцеплением и ручное переключение передач. Переход от одного способа управления к другому осуществлялся при помощи трех кнопок на панели приборов, обозначенных соответственно «HDM», «Vac» и «Off».

При этой системе управления использовалась обычная трехступенчатая коробка передач с шестернями постоянного зацепления; на автомобиле имелись как педаль сцепления, так и рычаг переключения передач. Однако педаль использовалась лишь при включении заднего хода и при трогании с места в тяжелых условиях, а рычаг, кроме того, еще при начальном разгоне автомобиля. Для трогания с места при нормальных условиях водитель переводил рычат в положение высшей передачи и нажимал на педаль управления дроссельной заслонкой. При этом автомобиль трогался с места на второй передаче; после достижения определенной скорости водитель кратковременно освобождал педаль управления дроссельной заслонкой. Это вызывало автоматическое переключение на высшую передачу, чтобы остановиться, водитель отпускал педаль управления дроссельной заслонкой и тормозил; по мере замедления движения автомобиля автоматически осуществлялось переключение на вторую передачу.

Рис. 4. Схема автоматического управления Драйв-Мастер фирмы Хадсоя:
11 — вторая передача; Я — нейтральное положение; А — автоматическое переключение; 1 — рычаг включения сцепления; 2 — рулевая колонка; 3 — рычаг переключения передач; 4 — рычаг избирания передачи ручного переключения передач; 5 — переводной ключ; в — рабочий цилиндр переключения передач; 7—диафрагменная переводная камера; 8 — центробежный скоростной переключатель; 9 — высокая скорость; 10 — низкая скорость; 11 — переключатель обходного управления; 12 — сцепление включено; 13 — выключатель управления сцеплением; 14 — сцепление выключено; 15 — переводной переключатель;