Размещено на http://allbest.ru/

Устройство и принцип действия

Состоит из насосного колеса, статора (реактора), турбинного колеса и механизма блокировки. Все детали собраны в общем корпусе, расположенном на маховике двигателя автомобиля. Гидротрансформатор наполнен маслом, которое активно перемешивается при его работе.

Насосное колесо жёстко связано с корпусом гидротрансформатора, при вращении вала двигателя оно создает внутри гидротрансформатора поток масла, который вращает колесо статора (реактора) и турбину.

Конструктивным отличием гидротрансформатора от гидромуфты является наличие реактора.

Статор (реактор) связан с насосным колесом через обгонную муфту. При значительной разнице оборотов насоса и турбины, статор (реактор) автоматически блокируется и передает на насосное колесо больший объём жидкости. Благодаря статору (реактору) происходит увеличение крутящего момента до трёх раз при старте с места.

Турбина жёстко связана с валом АКПП.

Благодаря тому, что передача крутящего момента внутри гидротрансформатора происходит без жесткой кинематической связи, исключаются ударные нагрузки на трансмиссию и автомобиль приобретает большую плавность хода. Негативным эффектом гидротрансформатора является «проскальзывание» турбинного колеса по отношению к насосному -- это приводит к повышенному выделению тепла (в некоторых режимах гидротрансформатор может выделять больше тепла, чем сам двигатель) и увеличению расхода топлива.

Моменты вращения на насосном и турбинном колёсах в подавляющем большинстве режимов не равны друг другу, в отличие от гидромуфты, у которой моменты вращения всегда можно считать равными.

Для повышения топливной экономичности, в конструкцию современных гидротрансформаторов вводится механизм блокировки, позволяющий жёстко связать насос и турбину. Блокировка включается автоматически при достижении достаточной скорости (как правило, более 70 км/ч). Однако, в электронно-управляемых АКПП момент включения блокировки определяет компьютер, поэтому она может быть включена практически в любой момент, согласно управляющей программе. Благодаря механизму блокировки при движении по шоссе расход топлива автомобилей, оснащённых АКПП, не превышает аналогичного для моделей с МКПП. Также блокировка гидротрансформатора применяется, подобно МКПП, для торможения двигателем и экономии топлива. В этом случае впрыск топлива прекращается на время блокировки. На тракторах блокировка гидротрансформатора используется для запуска двигателя трактора «с толкача», либо когда трактор работает в стационарном режиме.

Общее устройство и принцип действия гидротрансформатора

Гидротрансформатор (ГДТ) (torque converter в зарубежных источниках) служит для передачи крутящего момента непосредственно от двигателя к элементам автоматической коробки передач (АКПП) и состоит из следующих основных частей (рис. 1):

· насосное колесо или насос (pump)

· плита блокировки гидротрансформатора (lock - up piston)

· турбинное колесо или турбина (turbine)

· статор (stator)

· обгонная муфта (one - way clutch)

Для иллюстрации принципа действия гидротрансформатора как элемента, передающего крутящий момент, воспользуемся примером с двумя вентиляторами (рис.3). Один вентилятор (насос) включён в сеть и создаёт поток воздуха. Второй вентилятор (турбина) - выключен, однако, его лопатки, воспринимая поток воздуха, создаваемого насосом, вращаются. Скорость вращения турбины меньше, чем у насоса, она как бы проскальзывает по отношению к насосу. Если применить этот пример по отношению к гидротрансформатора, то в нём в качестве вентилятора, включённого в сеть (насоса), выступает крыльчатка насосного колеса.

Насосное колесо механически связано с двигателем. В качестве выключенного вентилятора (турбины) выступает турбинное колесо, соединённое через шлицы с валом АКПП. Подобно вентилятору - насосу, крыльчатка насосного колеса гидротрансформатора, вращаясь, создаёт поток, только уже не воздуха, а жидкости (масла). Поток масла, как и в случае с вентилятором - турбиной, заставляет вращаться турбинное колесо гидротрансформатора. В данном случае гидротрансформатор работает как обыкновенная гидромуфта, лишь передавая посредством жидкости крутящий момент от двигателя на вал АКПП, не увеличивая его. Увеличение оборотов двигателя не приводит к сколь - ни будь существенному увеличению передаваемого крутящего момента.

Снова возвратимся к иллюстрации с вентиляторами. Поток воздуха, крутящий лопатки вентилятора - турбины, рассеивается впустую в пространстве. Если же этот поток, сохраняющий значительную остаточную энергию, направить снова к вентилятору - насосу, он начнёт вращаться быстрее, создавая более мощный поток воздуха, направленный к вентилятору - турбине. Тот, соответственно, тоже начнёт вращаться быстрее. Это явление известно как преобразование (увеличение) крутящего момента.

В гидротрансформаторе в процесс преобразования крутящего момента помимо насосного и турбинного колёс включён статор, который изменяет направление потока жидкости. Подобно воздуху, вращавшему лопатки вентилятора - турбины, поток жидкости (масла), вращавший турбинное колесо ГТ, всё ещё обладает значительной остаточной энергией. Статор направляет этот поток обратно на крыльчатку насосного колеса, заставляя её вращаться быстрее, увеличивая тем самым крутящий момент. Чем меньше скорость вращения турбинного колеса гидротрансформатора по отношению к скорости вращения насосного колеса, тем большей остаточной энергией обладает масло, возвращаемое статором на насос, и тем большим будет момент, создаваемый в гидротрансформаторе.

Турбина всегда имеет скорость вращения меньшую, чем насос. Это соотношение скоростей вращения турбины и насоса максимально при неподвижном автомобиле и уменьшается с увеличением его скорости. Поскольку статор связан с гидротрансформатором через обгонную муфту, которая может вращаться только в одном направлении, то, благодаря особой форме лопаток статора и турбины поток масла направляется на обратную сторону лопаток статора (рис. 3), благодаря чему статор заклинивается и остаётся неподвижным, передавая на вход насоса максимальное количество остаточной энергии масла, сохранившееся после вращения им турбины. Такой режим работы гидротрансформатора обеспечивает максимальную передачу им крутящего момента. Например, при трогании с места гидротрансформатор увеличивает крутящий момент почти в три раза.

По мере разгона автомобиля проскальзывание турбины относительно насоса уменьшается и наступает момент, когда поток масла подхватывает колесо статора и начинает вращать его в сторону свободного хода обгонной муфты (см. рис. 4). Гидротрансформатор перестаёт увеличивать крутящий момент и переходит в режим обычной гидромуфты. В таком режиме гидротрансформатор имеет КПД, не превышающий 85%, что приводит к выделению в нём излишнего тепла и, в конечном счёте, увеличению расхода топлива двигателем автомобиля.

Для устранения этого недостатка используется блокировочная плита (см. рис. 5 ). Она механически связана с турбиной, однако, может перемещаться влево и вправо. Для её смещения влево поток масла, питающий гидротрансформатор, подаётся в пространство между плитой и корпусом гидротрансформатора, обеспечивая их механическую развязку, то есть, плита в таком положении никак не влияет на работу гидротрансформатора.

При достижении автомобилем высокой скорости по особой команде от устройства управления АКПП поток масла изменяется так, что он прижимает блокировочную плиту вправо к корпусу гидротрансформатора ( см. рис. 5 ). Для увеличения силы сцепления на внутреннюю сторону корпуса наносится фрикционный слой. Происходит механическая блокировка насоса и турбины посредством плиты. Гидротрансформатор перестаёт выполнять свои функции. Двигатель жёстко связывается с входным валом АКПП. Естественно, при малейшем торможении автомобиля блокировка немедленно выключается.

Существуют и другие способы блокировки гидротрансформаторов, однако, суть всех способов одна - исключить проскальзывание турбины относительно насоса. В зарубежных источниках такой режим работы гидротрансформатора называется Lock - up (лок - ап).

Корпус гидротрансформатора выполняет ещё одну очень важную функцию. С его помощью осуществляется привод масляного насоса АКПП. Для этого используется дополнительный валик, размещённый внутри вала турбины. С корпусом гидротрансформатора этот валик связан шлицевым соединением. Во многих АКПП масляный насос вращается непосредственно горловиной гидротрансформатора.

Анализ работы блокировочной муфты гидротрансформатора

гидротрансформатор шестерня трансмиссия автоматический

Для точного анализа работы блокировочной муфты гидротрансформатора необходимо хорошо знать ее штатный режим работы. Включение этой муфты может приводить к некоторым своеобразным эффектам в поведении автомобиля, которые, в общем, считаются нормальными и объяснимыми.

Во время включения блокировочной муфты гидротрансформатора возникает ощущение переключения передачи, что определяется переходом с гидравлического на механический способ передачи мощности двигателя через гидротрансформатор. Переключение гидротрансформатора с одного режима работы на другой может происходить на различных фазах движения автомобиля и определяется режимами работы двигателя. Процесс переключения муфты более активен при движении по холмистой местности или при буксировке прицепа.

Во время проведения проверки в движении необходимо обратить внимание на процесс включения и выключения блокировочной муфты гидротрансформатора. При этом могут возникать следующие ситуации:

· при переводе рычага выбора диапазона из положения «Р» или «N» автомобиль резко трогается с места;

· при движении по магистрали ощущаются толчки;

· при движении с малой скоростью ощущается недостаток мощности, особенно после переключения передачи;

· ощущается дрожь, особенно после переключения на низшую передачу;

· автомобиль перед остановкой дергается.

В некоторых трансмиссиях иногда бывает очень трудно определить моменты включения и выключения муфты трансформатора. После ее включения частота двигателя должна снижаться на 200-300 об/мин. Для точного определения моментов блокировки трансформатора рекомендуется использовать тахометр.

Иногда возникают другие странные обстоятельства в работе муфты гидротрансформатора. Например, в условиях интенсивного уличного движения блокировочная муфта работает нормально, но ее работа становится не нормальной при движении по магистрали. Перед заменой соленоида управления муфтой гидротрансформатора, клапана или блока управления следует тщательно проанализировать причину такой работы блокировочной муфты. Причиной может быть температура охлаждающей жидкости или неисправный датчик ее температуры.

Следует иметь в виду, что при движении в городских условиях температура охлаждающей жидкости двигателя выше, чем во время движения по магистрали. В большинстве случаев блок управления разрешает блокировку гидротрансформатора при условии, что температура охлаждающей жидкости двигателя не ниже 83°С. Как правило, во время движения по магистрали двигатель никогда не нагревается до такой температуры, что и приводит к запрету со стороны блока управления блокировки гидротрансформатора. В качестве быстрой проверки этой версии можно использовать картонку, с помощью которой следует закрыть часть радиатора. Если в работе муфты не произойдет никаких изменений, то следует проверить датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя и всю систему охлаждения. Кроме того, необходимо убедиться в том, что уровень охлаждающей жидкости двигателя находится в норме и датчик полностью погружен в нее.

Схема автоматической коробки передач с гидротрансформатором

Достоинством гидротрансформаторной трансмиссии является, конечно же, удобство управления автомобильной тягой. В упрёк трансмиссиям подобного рода можно поставить невысокий КПД, медлительность и сравнительно небольшой ресурс. Однако также надо отдать им должное - современные коробки переключения передач отличаются отличной «скорострельностью». В статье «Схема автоматической коробки передач с гидротрансформатором» мы рассмотрим основные принципы функционирования коробок передач данного вида.

В схеме гидротрансформатора две лопастные машины - центробежный насос и центростремительная турбина. Между ними располагается направляющий аппарат, который еще называют реактор. Жёстко связано с коленвалом двигателя насосное колесо, турбинное в свою очередь с валом коробки передач. Реактор же, зависимо от режима работы, может вращаться свободно, а может быть и блокирован с помощью обгонной муфты.

Вся полезная энергия АКПП с гидротрансформаторной расходуется на нагрев (и перелопачивание) масла гидротрансформатором. Немало энергии также «поглощает» насос, который создаёт необходимое рабочее давление в управляющих топливными магистралях. Отсюда более низкий коэффициент полезного действия. Именно исходя из этой причины, вариаторы и роботизированные механические коробки являются более предпочтительными.

Гидротрансформатор - это идеальный демпфер крутильных колебаний, он с легкостью может гасить сильные толчки, передающиеся от трансмиссии на мотор и наоборот. Это, к тому же, очень благоприятно будет сказываться на ресурсе мотора, ходовой части и трансмиссии. Однако хлопот гидротрансформатор также может принести довольно много. К примеру, он не дает нам возможности завести машину с «толкача».

Передача крутящего момента от мотора к АКПП осуществляется потоком масла (рабочей жидкости), которая отбрасывается лопатками колеса насоса на лопасти турбинного колеса.

Между турбиной и насосным колесом обеспечены минимальные зазоры, в свою очередь их лопастям придана необходимая геометрия, которая будет формировать непрерывный круг циркуляции жидкости, используемой в работе. Выходит, что жёсткой связи между мотором и трансмиссией просто нет. Это обеспечивает работу мотора и остановку машины с выжатой передачей, а также может способствовать плавности передачи усилия тяги.

Также надо отметить, что по схеме, описанной выше, работает гидромуфта, просто передающая крутящий момент, не преобразовывая его величину. Чтобы поменять момент, в конструкцию гидротрансформатора был внедрен реактор. Это сходное колесо с лопатками, однако, оно, имея связь с корпусом (картером) коробки передач, не крутится (до некоторого момента). Лопатки реактора располагаются на пути, по которому масло будет возвращено из турбины обратно в насос, и они имеют определенный профиль. Когда реактор не двигается (режим гидротрансформатора), он повышает скорость потока жидкости, при этом циркулирующей между колёсами. Чем больше скорость передвижения масла, тем больше его кинетическая энергия, тем она выше оказывает воздействие на колесо турбины. Благодаря этому эффекту момент, который развивается на валу турбинного колеса, получается сильно поднять.

Когда турбинное колесо по оборотам приближается к скорости вращения колеса насоса, реакторное колесо будет освобождено и начинает вращение вместе с двумя «коллегами». В данном случае можно сказать, что гидротрансформатор начал работу в режиме гидромуфты. Так снижаются потери, и увеличивается коэффициент полезного действия гидротрансформатора.

В механической коробке переключении передач шестерни находятся все время в зацеплении, при этом вторичные - свободно крутятся на ведомом валу. Когда вы включаете какую-либо передачу, вы механически блокируете соответствующую шестерню на вторичном валу. Работа автоматической коробки переключения передач построена на сходном принципе. Однако редукторы (или планетарные передачи) имеют еще кое-какие интересные особенности.

Они объединяют в себе несколько элементов: сателлиты, водило, кольцевую и солнечную шестерни.

Когда приводятся во вращение некоторые элементы и фиксируются другие, подобные редукторы могут позволить менять передаточные отношения, другими словами передаваемое через планетарную передачу усилие и скорость вращения. Когда приводятся планетарные передачи от выходного вала, соответствующие их элементы фиксируются с помощью фрикционных пакетов или фрикционных лент (в случае механической коробки данную роль играют блокирующие муфты и синхронизаторы).

Существенное отличие автоматических коробок переключения передач от обычных механических КПП заключается в том, что в первых передачи переключаются без существенного разрыва потока мощности. Когда выключилась одна, другая в тот же момент отключилась. Практически исключены сильные рывки при переключениях, так как их гасит уже выше упомянутый гидротрансформатор. Однако надо отметить то, что современные АКПП со спортивной настройкой не так плавно работают. Толчки, возникающие в их работе, обусловлены быстрым переключением передач: подобный расклад может позволить отыграть небольшое количество времени, когда машина разгоняется, однако приводит к повышенному износу фрикционов. На ходовой части и трансмиссии в целом это также может сказаться не лучшим образом.

В автоматических коробках передач с гидротрансформатором первого поколения все системы были с гидравлическим приводом. В будущем гидравлику оставили только в роли исполнительной части системы управления, алгоритм работы стала же задавать электроника. В результате ее использования стала возможна реализация различных алгоритмов работы коробки - зимний, экономичный, спортивный режим, режим резкого ускорения.

К примеру, в спортивном режиме, тяга мотора используется на все 100%. Выжимание каждой следующей передачи происходит при частотах коленвала, данные частоты близки к частотам, на которых развивается предельный крутящий момент.

При последующем ускорении частота вращения коленвала доводится до предельных значений, при которых мотор развивает максимально возможную мощность. В этом случае автомобиль развивает намного большее ускорение по сравнению с тем, что осуществлялось при работе «нормальной» или «экономичной» программ.

Во множестве современных машин с автоматической КПП те или иные методы управления активизируются, учитывая манеру вождения. Электроника может адаптировать работу тандема трансмиссия-двигатель сама. Компьютер, посредством анализа информации от многочисленных датчиков, может принимать решения о переключениях передач в нужные моменты, в зависимости от необходимого характера переключений.

Коробка-автомат с гидротрансформатором. Что? Как? Зачем

Многие по ошибке автоматической коробкой передач называют два агрегата, соединённых воедино: собственно саму коробку и гидротрансформатор.

Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин -- центробежного насоса и центростремительной турбины. Между ними расположен направляющий аппарат -- реактор. Насосное колесо жёстко связано с коленчатым валом двигателя, турбинное -- с валом коробки передач. Реактор же, в зависимости от режима работы, может свободно вращаться, а может быть заблокирован при помощи обгонной муфты.

Гидротрансформатор является идеальным демпфером крутильных колебаний и способен гасить сильные толчки, которые передаются от двигателя на трансмиссию и наоборот. Это, кстати, очень благоприятно сказывается на ресурсе двигателя, трансмиссии и ходовой части. Но хлопот гидротрансформатор тоже может принести массу. Например, он не позволяет завести автомобиль с «толкача».

Передача крутящего момента от двигателя к коробке передач осуществляется потоками рабочей жидкости (масла), которая отбрасывается лопатками насосного колеса на лопасти колеса турбинного. Между насосным колесом и турбиной обеспечены минимальные зазоры, а их лопастям придана специальная геометрия, которая формирует непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости. Так что получается, что жёсткая связь между двигателем и трансмиссией отсутствует. Это обеспечивает работу двигателя и остановку автомобиля с включённой передачей, а также способствует плавности передачи тягового усилия.

Масло в гидротрансформаторе двигается по такой вот замысловатой траектории. Чтобы увеличить скорость и повысить крутящий момент на турбинном колесе, реактор блокируется. Правда, при этом КПД передачи несколько снижается.

Надо сказать, что по описанной выше схеме работает гидромуфта, которая просто передаёт крутящий момент, не трансформируя его величину. Чтобы изменять момент, в конструкцию гидротрансформатора введён реактор. Это такое же колесо с лопатками, но оно, имея связь с картером (корпусом) коробки передач, не вращается (заметим, до определённого момента). Лопатки реактора расположены на пути, по которому масло возвращается из турбины в насос, и они имеют особый профиль. Когда реактор неподвижен (гидротрансформаторный режим), он увеличивает скорость потока рабочей жидкости, циркулирующей между колёсами. Чем выше скорость движения масла, тем выше его кинетическая энергия, тем она большее оказывает воздействие на турбинное колесо. Благодаря этому эффекту момент, развиваемый на валу турбинного колеса, удаётся значительно поднять.

Представьте себе стандартную ситуацию -- передача в коробке уже включена, а мы стоим на месте и жмём себе на педаль тормоза! Что происходит в этом случае? Турбинное колесо находится в неподвижном состоянии, а момент на нём в полтора-два раза выше (в зависимости от конструкции) того, что развивает двигатель на этих оборотах. Кстати, момент на выходном валу гидротрансформатора будет тем больше, чем будут выше обороты двигателя. Стоит отпустить педаль тормоза, и автомобиль тронется. Разгон будет продолжаться до тех пор, пока момент на колёсах не сравняется с моментом сопротивления движению машины.

Когда турбинное колесо приближается по оборотам к скорости вращения насосного колеса, реакторное колесо освобождается и начинает вращаться вместе с двумя «напарниками». В этом случае говорят, что гидротрансформатор перешёл в режим гидромуфты. Так снижаются потери, и увеличивается КПД гидротрансформатора.

А поскольку в некоторых случаях надобность в преобразовании крутящего момента и скорости отпадает, в определённые моменты гидротрансформатор и вовсе может быть заблокирован при помощи фрикционного сцепления. Этот режим помогает довести КПД передачи практически до единицы, проскальзывание между лопаточными колёсами в этом случае исключено по определению.

Но представьте себе такую ситуацию. Вы едете по прямой с постоянной скоростью и вдруг начинаете подниматься в горку. Скорость автомобиля начнёт падать, а нагрузка на ведущие колёса увеличится. На это изменение тут же отреагирует гидротрансформатор. Как только станет уменьшаться частота вращения турбины, реакторное колесо начнёт автоматически затормаживаться, в результате скорость циркуляции рабочей жидкости возрастёт, что автоматически приведёт к увеличению крутящего момента, который будет передаваться на вал от турбинного колеса (читай на колёса). В некоторых случаях увеличившегося момента хватит для того, чтобы преодолеть подъём без перехода на низшую передачу.

Поскольку гидротрансформатор не может преобразовывать скорость вращения и передаваемый крутящий момент в широких пределах, к нему присоединяют многоступенчатую коробку передач, которая, вдобавок ко всему, способна обеспечить и реверсивное вращение (иными словами -- задний ход). Те коробки, которые работают в паре с гидротрансформаторами, обычно включают в себя ряд планетарных передач и имеют много общего с привычными нам «ручными» коробками.

В механической коробке шестерни находятся в постоянном зацеплении, при этом ведомые -- свободно вращаются на вторичном валу. Включая какую-либо передачу, мы механически блокируем соответствующую шестерню на ведомом валу. Работа автоматической коробки передач построена на таком же принципе. Но планетарные передачи (или редукторы) имеют некоторые интересные особенности. Они включают в себя несколько элементов: водило, сателлиты, солнечную и кольцевую шестерни.

Приводя во вращение одни элементы и фиксируя другие, такие редукторы позволяют менять передаточные отношения, то есть скорость вращения и передаваемое через планетарную передачу усилие. Приводятся планетарные передачи от выходного вала гидротрансформатора, а их соответствующие элементы фиксируются при помощи фрикционных лент или фрикционных пакетов (в механической коробке эту роль играют синхронизаторы и блокирующие муфты).

Включается передача следующим образом. На фрикцион давит гидравлический толкатель, который в свою очередь приводится в действие давлением рабочей жидкости, той самой, что используется в гидротрансформаторе. Давление это создаётся специальным насосом, а распределяется оно между соответствующими фрикционами передач под неусыпным контролем электроники при помощи специальной системы электромагнитных клапанов -- соленоидов в соответствии с алгоритмом работы коробки.

Существенное отличие АКПП от обычных механических коробок заключается в том, что передачи в них переключаются практически без разрыва потока мощности. Одна выключилась, другая почти в тот же момент включилась. Сильные рывки при переключениях практически исключены, поскольку их гасит уже упомянутый выше гидротрансформатор. Хотя, надо отметить, современные коробки со спортивной настройкой не могут похвастать плавной работой. Толчки при их работе обусловлены более быстрой сменой передач: такой расклад позволяет отыграть некоторое количество времени при разгоне, но приводит к ускоренному износу фрикционов. На трансмиссии и ходовой части в целом это тоже сказывается не лучшим образом.

В автоматических трансмиссиях первого поколения системы управления были целиком гидравлическими. В дальнейшем гидравлику оставили только в качестве исполнительной части системы управления, задавать же алгоритм работы стала электроника. Благодаря ей возможно реализовывать различные алгоритмы работы коробки -- режим резкого ускорения, спортивный, экономичный, зимний…

В спортивном режиме, например, тяга двигателя используется на все сто процентов. Включение каждой последующей передачи происходит при частотах коленчатого вала, близких к частотам, на которых развивается максимальный крутящий момент. При дальнейшем ускорении частота вращения коленчатого вала доводится до максимальных значений, при которых двигатель развивает максимальную мощность. И так далее. Автомобиль в этом случае развивает значительно большие ускорения по сравнению с теми, что осуществляются при работе «экономичной» или «нормальной» программ.

На большинстве современных автомобилей с автоматической трансмиссией те или иные алгоритмы управления активизируются в зависимости от манеры вождения. Электроника адаптирует работу тандема двигатель-трансмиссия самостоятельно. Компьютер, анализируя информацию от многочисленных датчиков, принимает решение о переключении передач в те или иные моменты, в зависимости от требуемого характера переключений. Если манера движения размеренная и плавная, контроллер делает соответствующие поправки, при которых двигатель не выводится на мощностные режимы работы, что положительно сказывается на расходе топлива. Как только водитель «занервничал» и начал чаще и резче нажимать на педаль газа, искусственный интеллект тут же понимает, что ускорения и разгоны нужно производить резвее, и силовой агрегат сразу же начнёт работать по «спортивной» программе. Если же водитель станет педалировать плавно, «умная» электроника переведёт коробку и двигатель в штатный режим работы.

Всё большее количество автомобилей оснащается коробками, в которых наряду с автоматическим предусмотрен и полуавтоматический режим управления. Здесь команды на переключение передач даёт водитель, а сами переключения обеспечивает система управления. Но это совсем не означает, что электроника позволит вам сильно разгуляться. Часто скорость перехода с одной передачи на другую в этом режиме увеличивают, но многие производители, заботясь о ресурсе силового агрегата, время переключений оставляют таким же, как в автоматическом режиме. Машиностроители называют эти системы по-разному -- Autostick, Steptronic, Tiptronic.

Кстати, с недавних пор некоторые АКПП можно тюнинговать. А возможно это стало благодаря перепрограммированию блоков управления двигателем и коробки. В угоду скорости разгона в программе управления АКПП меняют моменты перехода с передачи на передачу и существенно сокращают время переключений.

Электроника из года в год становится всё умнее. Компьютеры научили анализировать степень износа фрикционов и генерировать соответствующее давление, необходимое для включения каждой муфты. Регистрируя давление, можно прогнозировать степень износа фрикционных дисков, а следовательно, и коробки в целом. Блок управления постоянно контролирует исправность системы, записывая в свою память коды неисправностей тех элементов, в которых происходили сбои в процессе работы.

В некоторых форс-мажорных случаях блок управления начинает работать по обходной программе. Обычно в аварийном режиме в коробке передач запрещаются все переключения, и включается какая-либо одна передача, как правило, -- вторая или третья. Эксплуатировать, в этом случае автомобиль не рекомендуется (да и не получится), но доехать своим ходом до мастерской программа поможет. Все типы коробок способны доставлять радость владельцам автомобилей своей службой при пробеге в 200 тысяч километров с лишним. Но есть одно «но» -- безотказная работа возможна при правильной эксплуатации и регулярном квалифицированном ТО.

Режимы автоматической трансмиссии

«P» -- parking. В этом режиме все передачи выключены, выходной вал КПП и «ветка» трансмиссии, связанная с ведущими колёсами, заторможены блокирующим механизмом коробки. При работающем двигателе ограничитель частоты вращения коленчатого вала срабатывает гораздо раньше, чем при разгоне. Такая «защита от дурака» не позволяет «перекручивать» мотор и без толку перелопачивать трансмиссионную жидкость.

«R» -- reverse, по-русски -- задний ход.

«N» -- нейтраль. В этом режиме двигатель и ведущие колёса не связаны. Автомобиль может двигаться накатом, его можно также буксировать без вывешивания ведущей оси.

Режим «D» или «Drive» разрешает движение. В этом режиме смена передач осуществляется автоматически.

«S», «Sport», «PWR», «Power» или «Shift» -- спортивный режим. Самый динамичный и самый расточительный. При разгонах двигатель «загоняется» в режим максимальной мощности. Скорость перехода с одной передачи на другую (в зависимости от конструкции и программы) может быть увеличена. Двигатель в этом случае всегда находится в тонусе, как правило, работая на оборотах, которые не ниже тех, на которых развивается максимальный крутящий момент. Забудьте об экономичности.

«Kick-down» -- режим, в котором осуществляется переход на пониженную передачу для осуществления интенсивного ускорения, например, при обгоне. Резкий подхват происходит за счёт того что двигатель выводится в режим максимальной отдачи, и за счёт большего передаточного отношения понижающей передачи. Чтобы трансмиссия перешла в этот режим, по педали газа нужно хорошенько топнуть. В трансмиссиях более старшего поколения для срабатывания «кикдауна» нужно было обязательно нажать педаль газа, что называется, «в пол» до характерного щелчка.

При работе в режиме «Overdrive» или «O/D» повышающая передача будет включаться чаще, переводя двигатель на пониженные обороты. «Овердрайв» обеспечивает экономичное передвижение, но его активация может привести к существенной потере в динамике.

«Norm» реализует наиболее сбалансированный режим движения. Переключения на повышающие передачи, как правило, происходят по достижении средних оборотов и на оборотах несколько выше средних.

Если поставить селектор напротив «1» (L, Low), «2» или «3», ваша коробка не будет переходить выше выбранной передачи. Режимы востребованы в тяжёлых дорожных условиях, например, при движении по горным дорогам, при буксировке прицепа или другого автомобиля. В этом случае двигатель может работать в области средних и высоких нагрузок без перехода на повышающую передачу.

«W», «Winter», «Snow» -- так называемый «зимний» режим работы АКПП. В целях предотвращения пробуксовки ведущих колёс трогание с места осуществляется со второй передачи. Дабы не спровоцировать лишние проскальзывания, переход с одной передачи на другую в этом случае тоже может осуществляться более мягко и при более низких оборотах. Разгон при этом может быть не слишком динамичным.

Наличие значков «+» и «-» определяет совсем не полюсность, а возможность ручного переключения передач. Как пишет drive.ru, разные производители «перемешивать» передачи позволяют по-разному: селектором управления АКПП, кнопками на руле или подрулевыми переключателями… В этом режиме электроника не позволит перейти на те передачи, которые, по её мнению, неуместны в данный момент. При работе со знаками «сложения» и «вычитания» скорость смены ступеней не будет выше той, что определена программой в режиме «Sport». Достоинство ручного режима -- возможность действовать на опережение.

Каждый знающий автомеханик расскажет вам, чем принципиально отличается гидротрансформатор от гидромуфты. Главное отличие состоит в том, что у него есть способность автоматически трансформировать (изменять), разумеется, в определенных пределах, подводимый крутящий момент в зависимости от приложенного сопротивления. Такая особенность гидротрансформатора играет огромную роль для трансмиссий колесных, а также гусеничных машин. Поэтому гидромуфта распространена куда меньше, чем гидротрансформатор.

Давайте укажем, какие рабочие колеса и какие наименования имеют гидротрансформаторы. Значит, это насос, реактор и турбина. Для разных типов гидротрансформаторов количество рабочих колес может быть разным. От их числа зависят почти все характеристики гидротрансформаторов. Устройство, состоящее всего из трех рабочих колес (турбина, реактор и непосредственно сам насос), является наиболее простым по конструкции и, как следствие, по обслуживанию. Помимо всего прочего, гидротрансформатор отличается от гидромуфты еще и по конструкции турбины. Реактор нужен для того, чтобы автоматически трансформировать крутящий момент. Если отсутствует реактор, то это уже гидромуфта.

Главные отличия

Стоит обратить особое внимание на то, что гидротрансформатор принципиально отличается от гидромуфты также тем, что лопасти турбины у него изогнуты. Из-за этого достаточно сложную траекторию имеет поток рабочей жидкости. Ее движение по такой траектории, при наличии высокой температуры, содействует парообразованию и кавитации (газообразованию). Что может в самом неприятном случае привести к разрыву потока рабочей жидкости. Все это, разумеется, существенным образом ухудшает функциональность гидротрансформатора.

Чтобы устранить этот неприятный момент, рабочую жидкость в гидротрансформатор подают под давлением, называемым «давлением подпитки». Его величина варьируется в зависимости от размеров устройства, его типа, а также от режима работы в его пределах. Кроме того, на эту величину оказывает влияние рабочая температура, расход тепла, угловая скорость насоса гидротрансформатора. Реактор же нужен для того, чтобы обеспечивать трансформацию крутящего момента, и, в случае необходимости, создать дополнительный крутящий момент. Например, чтобы увеличить крутящий момент, следует также увеличить скорость потока рабочей жидкости.

Реактор будет вращаться в противоположную сторону, если направления действия крутящих моментов реактора и турбины показывают, реактор заторможен и турбина заторможена. Также как и в гидромуфте, автоматичность действий гидротрансформатора связана с тем, что ему свойственно менять расход рабочей жидкости в круге циркуляции. Это напрямую зависит от изменения числа оборотов двигателя, а также момента сопротивления на валу турбины.

Основываясь на законе изменения количества движения жидкости, которая содержится в рабочих колесах гидротрансформатора, мы можем сделать вывод, что если нулю равняется момент реакции реактора, то момент турбины будет такой же, как и момент насоса. Получается так, что на деле гидротрансформатор будет продолжать свою работу уже в режиме работы гидромуфты. Это свойство широко используется для создания гидротрансформаторов, которые работают как на своих собственных режимах, так и на режимах гидромуфт. Вообще, величины крутящих моментов зависят от расхода теплоты рабочей жидкости. А уже величина расхода теплоты рабочей жидкости, в свою очередь, зависит от угловой скорости турбины. Зависимость такова, что при увеличении угловой скорости турбины (больше противодавление) уменьшается расход теплоты жидкости. Обратная зависимость также имеет место быть. Возрастает и относительная скорость рабочей жидкости при увеличении расхода. Это объясняется тем, что сечения каналов рабочих колес постоянно, и возникает необходимость пропускать поток жидкости, который продолжает увеличиваться. Как правило, рабочие колеса гидротрансформатора вращаются по часовой стрелке. Такая форма лопаток насоса имеет место быть на гидротрансформаторе отечественного автомобиля ЗИЛ.

Вообще, с увеличением относительной скорости разность входного и выходного показателя порядком увеличивается. Из того, что было изложено выше, напрашивается такой вывод: можно эксплуатировать один гидротрансформатор с двигателями, имеющими разную мощность. Для этого достаточно лишь изменить геометрию лопаток насоса. Разумеется, такую операцию самостоятельно произвести довольно-таки сложно. Даже если у вас есть богатый опыт по части ремонта автомобиля, и за плечами долгий стаж, лучше обратиться в автомастерскую к специалистам. Они выполнят работы на профессиональном оборудовании, с использованием самых современных технологий, что гарантирует вам правильную работу этого узла автомобиля.

При правильном профиле лопаток турбины наблюдается повышение реактивного действия жидкости (а также моментов) в направлении вращения. Помимо всего прочего, углы наклона лопаток реактора должны при неподвижном колесе обеспечивать необходимое изменение момента количества движения. Важным фактом, о котором не следует забывать, является то, что входной угол лопатки обязан быть большим, чем выходной угол. В таком случае скорость существенно возрастет, и, следовательно, реактор обеспечит изменения величины момента количества движения. Также, крутящий момент увеличивается с ростом относительной скорости. Отсюда следует, что можно изменить величины крутящих моментов путем перебора комбинаций углов наклона у лопаток рабочих колес.

Как видите, процесс довольно сложный, и самому разобраться во всем этом довольно-таки проблематично. Так что, в случае неприятностей с гидротрансформатором или гидромуфтой следует обратиться к специалисту в сервисный центр.

Построение внутренних характеристик гидротрансформатора

При доводке передачи часто бывает важно установить внутренние ее характеристики. Для построения внутренних характеристик полости необходимо построить в зависимости от расхода кривую сопротивления системы. Сопротивление системы, на которую работает насос, складывается из теоретического напора турбин, потерь в реакторе и потерь в тракте:

Теоретический напор турбины определяется по формуле



где Н9т -- действительный напор турбинной ступени;

Ahp -- потери в реакторе соответствующей турбинной ступени;AhT -- потери турбины данной ступени. Действительный напор турбины можно определить следующим образом:

по углам выхода потока, выбранным по данным продувок плоских решеток, определяют треугольники скоростей;

по построенным треугольникам скоростей определяют коэффициенты потерь и потери в решетках;

по найденным коэффициентам потерь определяют коэффициенты скоростей;

по коэффициентам скоростей строят действительные треугольники скоростей;

по действительным треугольникам скоростей и по уравнению Эйлера определяют действительный напор турбины:

Теоретический напор турбины:

Для построения зависимости расхода действительного напора насосного колеса можно воспользоваться данными аэродинамических испытаний насосного колеса на специальном аэродинамическом стенде.

При аэродинамических испытаниях модельного колеса замеряются момент и числа оборотов ведущего вала, расход воздуха через коллектор, полные и статические давления на входе и выходе из колеса.

По результатам этих испытаний в зависимости от расхода строится (с пересчетом по размерам и числам оборотов) характеристика потребляемой мощности N = i(Q), кривая и напорная характеристика насоса Н = h(Q)

В первом приближении точку совместной работы находят, предположив, что к.п.д насоса модели равен к.п.д насоса в проектируемой передаче.

Зная потребляемую насосом мощность, находят для каждого расхода значение теоретического напора и затем умножают величину Н на величину к.п.д. насоса. После этого находят (рис. 23) точку пересечения кривой о=f(Q) с кривой HсUсT = f(Q), которая будет в первом приближении точкой совместной работы системы насос -- турбина. Затем делают второе приближение, связанное с различием к.п.д. насоса в передаче и при аэродинамических испытаниях, обусловленное несовпадением углов потока на входе в колесо в условиях аэродинамическогоэксперимента.

Для дальнейших рассуждений используют треугольники скоростей, построенные по данным аэродинамических испытаний для средней струйки. Напор этой струйки, подсчитанный по треугольникам скоростей, равен интегральному напору колеса. Полагают также, что режимы с одинаковым к. п. д. у натурного и модельного насосов имеют место при равенстве углов а.

Различие углов а означает, что режимы с одинаковыми коэффициентами потерь для натурного и модельного насосов несколько различны из-за расхода.



Зависимость коэффициента потерь от угла входа потока находят по результатам испытаний модельного колеса, разделив величину потерянного напора Ah на относительную скорость на входе, т.е.

Для каждого расхода Q, имея зависимость мощности модельного насоса f(Q) и величину мощности насоса передачи NH, находят величину

Зная величину аH, определяют соответствующее ей изменение окружной составляющей скорости жидкости при входе в насос:



Имея величину этого изменения составляющей, определяют действительную ее величину при входе в колесо:

Зная меридиональную скорость vm и окружную составляющую скорости vuU определяют угол потока на входе в насос передачи

и величину относительной скорости на входе

Определив (при помощи графика) по углу р значение коэффициента потерь, рассчитывают потери напора в насосном колесе передачи

кпд насоса передачи

Умножив полученное таким образом значение к.п.д. насоса на величину, строят кривую, точка пересечения которой с кривой f(Q) дает во втором приближении точку совместной работы.



Ремонт гидротрансформаторов. Гидротрансформатор (гидродинамический преобразователь крутящего момента)

Для упрощения понимания: гидротрансформатор являет собой лопастную систему, которая в зависимости от нагрузки на валу выходном изменяет автоматически крутящий момент двигателя. Гидротрансформатор играет роль сцепления в механической трансмиссии, поэтому автомобили, оснащённые АКПП, лишены педали сцепления. Гидротрансформатор - основной элемент, позволяющий Вам наслаждаться комфортом автомобиля с автоматической трансмиссией, не отвлекаясь на выбор передачи.

Водитель передвигая селектор АКПП в положение движения, включает положение планетарного ряда АКПП, соответствующее определённой передаче, имеющей фиксированное передаточное отношение.

На всех этапах работы автомобиля происходит взаимное проскальзывание насосного и турбинного колес гидротрансформатора. Эта конструктивная особенность обеспечивает бесступенчатое изменение передаточного отношения между двигателем и первичным валом АКПП. Момент равномерного движения автомобиля сопровождается выравниванием скорости вращения насоса и турбины, а следственно и снижения общего передаточного отношения гидротрансформатора и АКПП. При работе АКПП гидротрансформатор сглаживает ударные нагрузки в момент переключения. На некоторых гидротрансформаторах, при установившемся движении на повышенных передачах, происходит полная механическая блокировка ГДТ, и он работает как обычное сцепление в МКПП, исключая потерю мощности.

Во время движения автомобиля (а особенно при нажатой педали тормоза) основные части гидротрансформатора несут высокие гидравлические и тепловые нагрузки, из-за характера движения ATF жидкости. Поэтому рабочая жидкость требует дополнительного охлаждения, либо специальным (дополнительным) радиатором, либо при помощи основного радиатора охлаждения двигателя. Неисправности этих радиаторов могут привести к смешиванию (эмульсии) охлаждающей жидкости и трансмиссионной, что приводит к выходу из строя как гидротрансформатор, так и АКПП. Автоматическая трансмиссия и двигатель автомобиля оказывают друг на друга дополнительную тепловую нагрузку, перегрев одного из агрегатов может привести к перегреву другого, и именно гидротрансформатор всегда окажется обязательно повреждённым.

Принцип действия гидротрансформатора и его устройство в целом

Гидротрансформатор (или же torque converter в заграничных источниках) предназначен для передачи крутящего момента непосредственно от двигателя к элементам автоматической трансмиссии (АКПП) и состоит из следующих главных частей:

· насос или насосное колесо (pump)

· плита блокировки гидротрансформатора (lock - up piston)

· турбина или турбинное колесо (turbine)

· статор (stator)

· обгонная муфта (one - way clutch)

Для показа принципа действия гидротрансформатора в качестве элемента, передающего крутящий момент, воспользуемся примером с двумя вентиляторами. Один вентилятор (или же насос) включён в сеть и образует поток воздуха. Следующий вентилятор (или же турбина) - выключен, однако, его лопатки вращаются, воспринимая поток воздуха, образуемого насосом. У турбины скорость вращения меньше, чем у насоса. Применяя этот пример по отношению к гидротрансформатора, в нём в качестве вентилятора (насоса), включённого в сеть, выступает крыльчатка насосного колеса.

Насосное колесо связано механически с двигателем. В качестве выключенного вентилятора (турбины) выступает турбинное колесо, соединённое через шлицы с валом коробки передач. Подобно насосу - вентилятору, крыльчатка насосного колеса гидротрансформатора при вращении создаёт поток, только уже жидкости (масла), а не воздуха. Поток масла, как и в вышеупомянутом случае с вентилятором - турбиной, приводит во вращение турбинное колесо гидротрансформатора. В данном случае гидротрансформатор работает как простая гидромуфта, только лишь передавая посредством жидкости крутящий момент от двигателя на вал АКПП, при этом не увеличивая его. Увеличение оборотов двигателя в этом случае не приводит к существенно ощутимому увеличению передаваемого крутящего момента.

Теперь опять возвратимся к иллюстрации с вентиляторами. Поток воздуха, крутящий лопатки вентилятора - турбины, рассеивается впустую в пространстве. Если же этот поток, сохраняющий значительную остаточную энергию, направить снова к вентилятору - насосу, он начнёт вращаться быстрее, создавая более мощный поток воздуха, направленный к вентилятору - турбине. Тот, соответственно, тоже начнёт вращаться быстрее. Это явление известно как преобразование (увеличение) крутящего момента.

В гидротрансформаторе в процесс преобразования крутящего момента помимо насосного и турбинного колёс включён статор, который изменяет направление потока жидкости. Подобно воздуху, вращавшему лопатки вентилятора - турбины, поток жидкости (масла), вращавший турбинное колесо ГТ, всё ещё обладает значительной остаточной энергией. Статор направляет этот поток обратно на крыльчатку насосного колеса, заставляя её вращаться быстрее, увеличивая тем самым крутящий момент. Чем меньше скорость вращения турбинного колеса гидротрансформатора по отношению к скорости вращения насосного колеса, тем большей остаточной энергией обладает масло, возвращаемое статором на насос, и тем большим будет момент, создаваемый в гидротрансформаторе.

Турбина всегда имеет скорость вращения меньшую, чем насос. Это соотношение скоростей вращения турбины и насоса максимально при неподвижном автомобиле и уменьшается с увеличением его скорости. Поскольку статор связан с гидротрансформатором через обгонную муфту, которая может вращаться только в одном направлении, то, благодаря особой форме лопаток статора и турбины поток масла направляется на обратную сторону лопаток статора, благодаря чему статор заклинивается и остаётся неподвижным, передавая на вход насоса максимальное количество остаточной энергии масла, сохранившееся после вращения им турбины. Такой режим работы гидротрансформатора обеспечивает максимальную передачу им крутящего момента. Например, при трогании с места гидротрансформатор увеличивает крутящий момент почти в три раза.

По мере разгона автомобиля проскальзывание турбины относительно насоса уменьшается и наступает момент, когда поток масла подхватывает колесо статора и начинает вращать его в сторону свободного хода обгонной муфты. Гидротрансформатор перестаёт увеличивать крутящий момент и переходит в режим обычной гидромуфты. В таком режиме гидротрансформатор имеет КПД, не превышающий 85%, что приводит к выделению в нём излишнего тепла и, в конечном счёте, увеличению расхода топлива двигателем автомобиля.

Для устранения этого недостатка используется блокировочная плита. Она механически связана с турбиной, однако, может перемещаться влево и вправо. Для её смещения влево поток масла, питающий гидротрансформатор, подаётся в пространство между плитой и корпусом гидротрансформатора, обеспечивая их механическую развязку, то есть, плита в таком положении никак не влияет на работу гидротрансформатора.

При достижении автомобилем высокой скорости по особой команде от устройства управления АКПП поток масла изменяется так, что он прижимает блокировочную плиту вправо к корпусу гидротрансформатора. Для увеличения силы сцепления на внутреннюю сторону корпуса наносится фрикционный слой. Происходит механическая блокировка насоса и турбины посредством плиты. Гидротрансформатор перестаёт выполнять свои функции. Двигатель жёстко связывается с входным валом АКПП. Естественно, при малейшем торможении автомобиля блокировка немедленно выключается.

Существуют и другие способы блокировки гидротрансформаторов, однако, суть всех способов одна - исключить проскальзывание турбины относительно насоса. В зарубежных источниках такой режим работы гидротрансформатора называется Lock - up (лок - ап).

Корпус гидротрансформатора выполняет ещё одну очень важную функцию. С его помощью осуществляется привод масляного насоса АКПП. Для этого используется дополнительный валик, размещённый внутри вала турбины. С корпусом гидротрансформатора этот валик связан шлицевым соединением. Во многих АКПП масляный насос вращается непосредственно горловиной гидротрансформатора.