Акпп принципиальная схема и работа. Акпп принцип работы

20.09.2019

Кузов

Первый гидротрансформатор появился большее ста лет назад. Претерпев множество модификаций и доработок, этот эффективный способ плавной передачи крутящего момента сегодня применяется во многих сферах машиностроения, и автомобильная промышленность не стала исключением. Управлять автомобилем стало намного легче и комфортнее, так как теперь нет необходимости пользоваться педалью сцепления. Устройство и принцип работы гидротрансформатора, как и все гениальное, очень просты.

История появления

Первый в мире серийный легковой автомобиль без педали сцепления

Впервые принцип передачи крутящего момента посредством рециркуляции жидкости между двумя лопастными колесами без жесткой связи был запатентован немецким инженером Германом Феттингером в 1905 году. Устройства, работающие на основе данного принципа, получили название гидромуфта. В то время развитие судостроения требовало от конструкторов найти способ постепенной передачи крутящего момента от парового двигателя к огромным судовым винтам, находящимся в воде. При жесткой связи вода тормозила резкий ход лопастей при запуске, создавая чрезмерную обратную нагрузку на двигатель, валы и их соединения.

Впоследствии модернизированные гидромуфты стали использоваться на лондонских автобусах и первых дизельных локомотивах в целях обеспечить их плавное трогание с места. А еще позже гидромуфты облегчили жизнь и водителям автомобилей. Первый серийный автомобиль с гидротрансформатором, Oldsmobile Custom 8 Cruiser, сошел с конвейера завода General Motors в 1939 году.

Устройство и принцип работы

Устройство гидротрансформатора

Гидротрансформатор представляет собой закрытую камеру тороидальной формы, внутри которой вплотную друг к другу соосно размещены насосное, реакторное и турбинное лопастные колеса. Внутренний объем гидротрансформатора заполнен циркулирующей по кругу, от одного колеса к другому, жидкостью для автоматических трансмиссий. Насосное колесо выполнено в корпусе гидротрансформатора и жестко соединено с коленчатым валом, т.е. вращается с оборотами двигателя. Турбинное колесо жестко связано с первичным валом автоматической коробки передач.

Между ними находится реакторное колесо, или статор. Реактор установлен на муфте свободного хода, которая позволяет ему вращаться только в одном направлении. Лопасти реактора имеют особую геометрию, благодаря которой поток жидкости, возвращаемый с турбинного колеса на насосное, изменяет свое направление, тем самым увеличивая крутящий момент на насосном колесе. Этим различаются гидротрансформатор и гидромуфта. В последней реактор отсутствует, и соответственно крутящий момент не увеличивается.

Гидротрансформатор — принцип работы

Принцип работы гидротрансформатора основан на передаче крутящего момента от двигателя к трансмиссии посредством рециркулирующего потока жидкости, без жесткой связи.

Ведущее насосное колесо, соединенное с вращающимся коленчатым валом двигателя, создает поток жидкости, который попадает на лопасти расположенного напротив турбинного колеса. Под воздействием жидкости оно приходит в движение и передает крутящий момент на первичный вал трансмиссии.

С повышением оборотов двигателя увеличивается скорость вращения насосного колеса, что приводит к нарастанию силы потока жидкости, увлекающей за собой турбинное колесо. Кроме того, жидкость, возвращаясь через лопасти реактора, получает дополнительное ускорение.

Поток жидкости трансформируется в зависимости от скорости вращения насосного колеса. В момент выравнивания скоростей турбинного и насосного колес реактор препятствует свободной циркуляции жидкости и начинает вращаться благодаря установленной муфте свободного хода. Все три колеса вращаются вместе, и система начинает работать в режиме гидромуфты, не увеличивая крутящий момент. При увеличении нагрузки на выходном валу скорость турбинного колеса замедляется относительно насосного, реактор блокируется и снова начинает трансформировать поток жидкости.

Преимущества

Плавность движения и троганья с места.
Снижение вибраций и нагрузок на трансмиссию от неравномерности работы двигателя.
Возможность увеличения крутящего момента двигателя.
Отсутствие необходимости обслуживания (замены элементов и т.д.).

Недостатки

Низкий КПД (по причине отсутствия гидравлических потерь и жесткой связи с двигателем).
Плохая динамика автомобиля, связанная с затратами мощности и времени на раскручивание потока жидкости.
Высокая стоимость.

Режим блокировки

Устройство гидротрансформатора с блокировкой

Для того, чтобы справиться с основными недостатками гидротраснформатора (низкий КПД и плохая динамика автомобиля), был разработан механизм блокировки. Принцип его работы схож с классическим сцеплением. Механизм состоит из блокировочной плиты, которая связана с турбинным колесом (а следовательно, с первичным валом КПП) через пружины демпфера крутильных колебаний. Плита на своей поверхности имеет фрикционную накладку. По команде блока управления трансмиссией, плита прижимается накладкой к внутренней поверхности корпуса гидротрансформатора при помощи давления жидкости. Крутящий момент начинает передаваться напрямую от двигателя к коробке передач без участия жидкости. Таким образом достигается снижение потерь и более высокий КПД. Блокировка может быть включена на любой передаче.

Режим проскальзывания

Блокировка гидротрансформатора может также быть неполной и работать в так называемом «режиме проскальзывания». Блокировочная плита не полностью прижимается к рабочей поверхности, тем самым обеспечивается частичное проскальзывание фрикционной накладки. Крутящий момент предается одновременно через блокировочную плиту и циркулирующую жидкость. Благодаря применению данного режима у автомобиля значительно повышаются динамические качества, но при этом сохраняется плавность движения. Электроника обеспечивает включение муфты блокировки как можно раньше при разгоне, а выключение – максимально позже при понижении скорости.

Однако режим регулируемого проскальзывания имеет существенный недостаток, связанный с истиранием поверхностей фрикционов, которые к тому же подвергаются сильнейшим температурным воздействиям. Продукты износа попадают в масло, ухудшая его рабочие свойства. Режим проскальзывания позволяет сделать гидротрансформатор максимально эффективным, но при этом существенно сокращает срок его службы.

Транспортных средств с автоматической коробкой переключения передач с каждым годом становится всё больше. И, если у нас – в России и СНГ – «механика» всё ещё продолжает преобладать перед «автоматом», то на Западе автомобилей с АКПП сейчас уже подавляющее большинство. Это неудивительно, если принять во внимание неоспоримые достоинства автоматических коробок: упрощение управления автомобилем, стабильно плавные переходы с одной передачи на другую, защита двигателя от перегрузок и т.п. неблагоприятных режимов работы, повышение комфорта водителя во время езды. Что касается недостатков этого варианта трансмиссии, то современные АКПП по мере совершенствования постепенно от них избавляются, делают их несущественными. В данной публикации – об устройстве коробки-«автомата» и всех её плюсах/минусах в работе.

Автоматической коробкой передач называется такая разновидность трансмиссии, которая обеспечивает автоматический, без прямого воздействия водителя, выбор передаточного числа, более всего соответствующего актуальным условиям движения транспортного средства. Вариатор к АКПП не относится и выделяется в отдельный (бесступенчатый) класс трансмиссий. Потому как вариатор производит изменения передаточных чисел плавно, вообще без каких либо фиксированных ступеней-передач.

Идея автоматизировать переключение передач, избавив водителя от необходимости часто выжимать педаль сцепления и «работать» рычагом переключения скоростей, не нова. Она начала внедряться и оттачиваться ещё на заре автомобильной эпохи: в начале ХХ века. Причём нельзя назвать какого-либо определённого человека или фирму единственным создателем автоматической коробки передач: к появлению классической, получившей сейчас всеобщее распространение гидромеханической АКПП привели три изначально независимые линии разработок, которые в итоге объединились в единой конструкции.

Один из основных механизмов коробки-автомата – это планетарный ряд. Первая серийная автомашина, оснащённая планетарной коробкой передач, была выпущена ещё в 1908 году, и это был «Форд Т». Хотя в целом та коробка переключения передач ещё не была полностью автоматической (от водителя «Форда Т» требовалось нажимать две ножных педали, первая из которых переводила с низшей на высшую передачу, а вторая включала задний ход), она уже позволяла значительно упростить управление, по сравнению с обычными КПП тех лет, без синхронизаторов.

Второй важный момент в становлении технологии будущих АКПП – это перевод управления сцеплением с водителя на сервопривод, воплощённый в 30-х годах ХХ века фирмой «Дженерал Моторс». Эти коробки переключения передач назывались полуавтоматическими. Первой полностью автоматической КПП стала внедрённая в производство в 30-х годах ХХ века планетарная электромеханическая коробка «Коталь». Она устанавливалась на французские автомобили забытых ныне марок «Деляж» и «Делайе» (существовали до 1953 и 1954 г. соответственно).

Автомобиль «Деляж D8» – премиум-класс довоенной эпохи.

Другие автопромышленники в Европе также разрабатывали похожие системы фрикционов и тормозных лент. Вскоре подобные АКПП были реализованы в автомобилях ещё нескольких немецких и британских марок, известной и ныне здравствующей из которых является «Майбах».

Специалисты другой известной фирмы – американской «Крайслер» продвинулись далее других автопроизводителей, внедрив гидравлические элементы в конструкцию КПП, которые заменили сервоприводы и электромеханические элементы управления. Инженеры «Крайслера» разработали первые в истории гидротрансформатор и гидромуфту, которые имеются теперь в конструкции каждой автоматической коробки передач. А первая в истории гидромеханическая коробка-автомат, похожая по конструкции на современную, на серийных автомобилях была внедрена корпорацией «Дженерал Моторс».

Автоматические коробки передач тех лет были очень дорогими и технически сложными механизмами. К тому же, не всегда отличавшимися надёжной и долговечной работой. Они могли выигрышно выглядеть только в эпоху несинхронизированных механических коробок передач, управление автомобилем с которыми было достаточно тяжёлым трудом, требующим от водителя хорошо отработанного навыка. Когда широко распространились механические КПП с синхронизаторами, то по удобству и комфорту АКПП того уровня были ненамного лучше них. В то время как МКПП с синхронизаторами обладали гораздо меньшей сложностью и дороговизной.

В конце 1980/1990-х годах у всех крупных автопроизводителей происходила компьютеризация систем управления двигателем. Аналогичные им системы стали применять и для управления переключением скоростей. Если прежние решения использовали только гидравлику и механические клапаны, то теперь потоками жидкости стали управлять соленоиды, контролируемые компьютером. Это сделало переключения плавнее и комфортнее, улучшило экономичность и повысило эффективность работы трансмиссии.

Кроме того, на некоторых автомобилях были внедрены «спортивные» и другие дополнительные режимы работы, возможность вручную управлять коробкой передач («Tiptronic» и т.п. системы). Появились первые пяти- и более ступенчатые АКПП. Совершенствование расходных материалов позволило на многих коробках-автоматах отменить процедуру замены масла в процессе эксплуатации автомобиля, поскольку ресурс залитого в её картер на заводе масла стал сравнимым с ресурсом самой коробки передач.

Конструкция автоматической коробки передач

Современная коробка-автомат, или «гидромеханическая трансмиссия», состоит из:

гидротрансформатора крутящего момента (он же – «гидродинамический трансформатор, ГДТ»);
планетарного механизма автоматического переключения передач; тормозной ленты, заднего и переднего фрикционов – устройств, что напрямую переключают передачи;
устройства управления (узла, состоящего из насоса, клапанной коробки и маслосборника).

Гидротрансформатор нужен для передачи крутящего момента от силового агрегата к элементам автоматической трансмиссии. Располагается между коробкой и мотором, и, таким образом, выполняет функцию сцепления. Гидротрансформатор наполнен рабочей жидкостью, которая улавливает и передает энергию двигателя в масляный насос, находящейся непосредственно в коробке.

Состоит гидротрансформатор состоит из больших колёс с лопастями, погружёнными в специальное масло. Передача крутящего момента осуществляется не механическим устройством, а при помощи масляных потоков и их давления. Внутри гидротрансформатора расположены пара лопастных машин – центростремительная турбина и центробежный насос, а между ними – реактор, который ответственен за плавные и стабильные изменения крутящего момента на приводах к колёсам транспортного средства. Итак, гидротрансформатор не контактирует ни с водителем, ни со сцеплением (он «сам и есть» сцепление).

Насосное колесо соединяется с коленвалом двигателя, а турбинное, - с трансмиссией. При вращении насосного колеса отбрасываемые им потоки масла раскручивают турбинное колесо. Чтобы крутящий момент можно было изменять в широких диапазонах, между насосным и турбинным колёсами предусмотрено реакторное колесо. Которое, в зависимости от режима движения автомобиля, может быть либо неподвижным, либо вращаться. Когда реактор неподвижен, он увеличивает скорость потока рабочей жидкости, циркулирующей между колёсами. Чем выше скорость движения масла, тем большее воздействие оно оказывает на турбинное колесо. Таким образом, момент на турбинном колесе увеличивается, т.е. устройство его «трансформирует».

Но гидротрансформатор не может преобразовывать скорость вращения и передаваемый крутящий момент во всех требуемых пределах. Да и обеспечить движение задним ходом он тоже не в силу. Для расширения этих возможностей к нему и присоединяется набор из отдельных планетарных передач с разным передаточным коэффициентом. Как бы несколько одноступенчатых КПП, собранных в одном корпусе.

Планетарная передача представляет собой механическую систему, состоящую из нескольких шестерён-сателлитов, которые вращаются вокруг центральной шестерни. Сателлиты фиксируются вместе при помощи круга-водила. Внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни, как планеты вокруг Солнца (отсюда и название механизма – «планетарная передача»), внешняя шестерня вращается вокруг сателлитов. Различные передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга.

Тормозная лента, задний и передний фрикцион – напрямую производят переключения передач с одной на другую. Тормоз – это механизм, который производит блокировку элементов планетарного ряда на неподвижный корпус коробки-автомата. Фрикцион же блокирует подвижные элементы планетарного ряда между собой.

Системы управления автоматических КПП бывают 2-х типов: гидравлическими и электронными. Гидравлические системы используются на устаревших или бюджетных моделях, и постепенно выводятся из употребления. А все современные коробки-«автоматы» управляются электроникой.

Устройством «жизнеобеспечения» для любой системы управления можно назвать масляный насос. Его привод осуществляется непосредственно от коленчатого вала двигателя. Масляный насос создаёт и поддерживает в гидравлической системе постоянное давление, независимо от частоты вращения коленчатого вала и нагрузок на двигатель. В случае отклонения давления от номинального функционирование АКПП нарушается –ввиду того, что исполнительные механизмы включения передач управляются давлением.

Момент переключения передач определяется по скорости автомобиля и нагрузке на двигатель. Для этого в гидравлической системе управления предусмотрена пара датчиков: скоростной регулятор и клапан-дроссель, или модулятор. Скоростной регулятор давления или гидравлический датчик скорости устанавливается на выходном вале автоматической коробки.

Чем быстрее едет транспортное средство, тем больше открывается клапан, и тем больше становится давление проходящей через этот клапан трансмиссионной жидкости. Предназначенный для определения нагрузки на двигатель клапан-дроссель соединяется тросом либо с дроссельной заслонкой (если речь идёт о бензиновом двигателе), либо с рычагом топливного насоса высокого давления (в дизельном моторе).

В некоторых автомобилях для подачи давления на клапан-дроссель используется не трос, а вакуумный модулятор, который приводится в действие разряжением во впускном коллекторе (при увеличении нагрузки на двигатель разряжение падает). Таким образом, эти клапаны создают такие давления, которые будут пропорциональными скорости движения автомобиля и загруженности его двигателя. Соотношение этих давлений и позволяет определять моменты переключения передач и блокировки гидротрансформатора.

В «ловле момента» переключения передачи принимает участие и клапан выбора диапазона, который соединен с селекторным рычагом АКПП и, в зависимости от его положения, разрешает либо запрещает включение определенных передач. Результирующее давление, которое создают клапан-дроссель и скоростной регулятор, вызывает срабатывание соответствующего клапана переключения. Причём, если машина ускоряется быстро, то система управления включит повышенную передачу позже, чем при разгоне спокойно-равномерном.

Как это делается? Клапан переключения находится под давлением масла от скоростного регулятора давления с одной стороны, и от клапана-дросселя – с другой. Если машина ускоряется медленно, то давление от гидравлического клапана скорости идёт по нарастающей, что приводит к открытию клапана переключения. Поскольку педаль акселератора нажата не полностью, то клапан - дроссель не создает большого давления на клапан переключения. Если же машина разгоняется быстро, то клапан-дроссель создаёт бо́льшее давление на клапан переключения, и препятствует его открытию. Чтобы преодолеть это противодействие, давление от скоростного регулятора давления должно превзойти давление от клапана-дросселя. Но это произойдет при достижении автомобилем более высокой скорости, чем это происходит при медленном разгоне.

Каждый клапан переключения соответствует определенному уровню давления: чем быстрее движется автомобиль, тем более высшая передача включится. Блок клапанов представляет собой систему каналов с расположенными в них клапанами и плунжерами. Клапаны переключения подают гидравлическое давление на исполнительные механизмы: муфты фрикционов и тормозные ленты, посредством которых осуществляется блокировка различных элементов планетарного ряда и, следовательно, включение (выключение) различных передач.

Электронная система управления так же, как и гидравлическая, использует для работы 2 основных параметра. Это скорость движения автомобиля и нагрузку на его двигатель. Но для определения этих параметров используются уже не механические, а электронные датчики. Основными из них являются рабочие датчики: частоты вращения на входе коробки передач; частоты вращения на выходе коробки передач; температуры рабочей жидкости; положения рычага селектора; положения педали акселератора. Кроме того, блок управления коробки-«автомата» получает дополнительную информацию от блока управления двигателем, и от других электронных систем автомобиля (в частности, от ABS – антиблокировочной системы).

Это позволяет точнее, чем в обычной АКПП, определять моменты необходимости в переключениях или в блокировке гидротрансформатора. Электронная программа переключения передач по характеру изменения скорости при данной нагрузке на двигатель может легко и мгновенно вычислить силу сопротивления движению автомобиля и при необходимости подстроиться: ввести соответствующие поправки в алгоритм переключения. Например, попозже включать повышенные передачи на полностью загруженном транспортном средстве.

В остальном, АКПП с электронным управлением так же, как и обычные, «не отягощённые электроникой» гидромеханические коробки, используют гидравлику для включения муфт и тормозных лент. Однако у них каждый гидравлический контур управляется электромагнитным, а не гидравлическим клапаном.

Перед началом движения насосное колесо вращается, реакторное и турбинное остаются в неподвижном состоянии. Реакторное колесо закреплено на вале посредством обгонной муфты, в связи с чем может вращаться только в одну сторону. Когда водитель включает передачу, нажимает на педаль газа – обороты двигателя растут, насосное колесо набирает обороты и потоками масла раскручивает колесо турбинное.

Масло, отбрасываемое обратно турбинным колесом, попадает на неподвижные лопатки реактора, которые дополнительно «подкручивают» поток этой жидкости, увеличивая его кинетическую энергию, и направляют на лопасти насосного колеса. Таким образом, при помощи реактора возрастает крутящий момент, что и требуется транспортному средству, набирающему разгон. Когда автомобиль разогнался, и начал двигаться с постоянной скоростью, то насосное и турбинное колёса вращаются примерно с одинаковыми оборотами. Причём поток масла от турбинного колеса попадает на лопасти реактора уже с другой стороны, благодаря чему реактор начинает вращаться. Возрастания крутящего момента не происходит, и гидротрансформатор переходит в равномерный режим гидромуфты. Если же сопротивление движению автомобиля начало возрастать (к примеру, автомобиль начал ехать на подъём, в гору), то скорость вращения ведущих колёс, а, соответственно, и турбинного колеса, падает. В этом случае потоки масла снова затормаживают реактор – и крутящий момент возрастает. Таким образом, производится автоматическое регулирование крутящего момента, в зависимости от изменений в режиме движения транспортного средства.

Отсутствие жёсткой связи в гидротрансформаторе имеет как достоинства, так и недостатки. Плюсы состоят в том, что крутящий момент изменяется плавно и бесступенчато, демпфируются крутильные колебания и рывки, передаваемые от двигателя к трансмиссии. Минусы состоят, прежде всего, в невысоком КПД, поскольку часть полезной энергии попросту теряется при «перелопачивании» масляной жидкости и расходуется на привод насоса АКПП, что, в конечном итоге, приводит к увеличению расхода топлива.

Но для сглаживания данного недостатка в гидротрансформаторах современных АКПП применяется режим блокировки. При установившемся режиме движения на высших передачах автоматически включается механическая блокировка колёс гидротрансформатора, то есть он начинает выполнять функцию обычного классического механизма сцепления. При этом обеспечивается жёсткая непосредственная связь двигателя с ведущими колёсами, как в механической трансмиссии. На некоторых АКПП включение режима блокировки предусмотрено и на низших передачах тоже. Движение с блокировкой является наиболее экономичным режимом работы коробки-«автомата». А при повышении нагрузки на ведущих колесах блокировка автоматически выключается.

При работе гидротрансформатора происходит значительный нагрев рабочей жидкости, вот почему в конструкции автоматических коробок предусматривается система охлаждения с радиатором, который либо встраивается в радиатор двигателя, либо устанавливается отдельно.

Любая современная коробка-«автомат» имеет на рычге-селекторе кабины следующие обязательные положения:

Р – паркинг, или парковочная блокировка: блокировка ведущих колёс (не взаимодействует со стояночным тормозом). Аналогично, как на «механике» машину оставляют «на скорости» при постановке на стоянку;
R – реверс, передача заднего хода (её всегда запрещено было активировать в момент движения автомобиля, а потом в конструкции предусмотрели соответствующую блокировку);
N – нейтралка, режим нейтральной передачи (активируется при непродолжительной стоянке или при буксировке);

D – драйв, движение передним ходом (при этом режиме будет задействован весь передаточный ряд коробки, иногда – отсекаются две высшие передачи).

А также может иметь некоторые дополнительные, вспомогательные или расширенные режимы. В частности:

L – «понижайка», активация режима пониженной передачи (малый ход) с целью передвижения в сложных дорожных либо во внедорожных условиях;
O/D – овердрайв. Режим экономии и размеренного перемещения (при любой возможности коробка-«автомат» переключается наверх);
D3 (O/D OFF) - дезактивация высшей ступени для активной езды. Задействуется торможением силовым агрегатом;
S – передачи раскручиваются до максимальных оборотов. Может присутствовать возможность ручного управления коробкой.
На АКПП может присутствовать и специальная кнопка, которая запрещает переход на более высокую передачу при обгоне.

Преимущества и недостатки коробки-«автомата»

Как уже отмечалось, весомыми преимуществами автоматических коробок передач, по сравнению с механическими, являются: простота и комфорт управления транспортным средством для водителя: сцепление выжимать не нужно, «работать» рычагом переключения передач – тоже. Особенно это актуально в поездках по городу, которые и составляют, в конечном итоге, львиную долю пробега автомобиля.

Переключения передач на «автомате» получаются более плавными и равномерными, что способствует защите двигателя и ведущих узлов автомобиля от перегрузок. Расходные части (к примеру, диск сцепления или тросик) отсутствуют, потому и вывести из строя АКПП, в этом смысле, сложнее. В целом, ресурс многих современных АКПП превышает ресурс механических коробок передач.

К недостаткам автоматических коробок передач относят более дорогую и сложную, чем у МКПП, конструкцию; сложность ремонта и его высокую стоимость, более низкий КПД, худшую динамику и повышенный, по сравнению с МКПП, расход топлива. Хотя, усовершенствованная электроника коробок-«автоматов» ХХI века справляется с правильным выбором крутящего момента уже не хуже опытного водителя. Современные автоматические коробки передач зачастую оборудованы дополнительными режимами, позволяющими подстраиваться под определённый стиль вождения –от спокойного до «резвого».

Серьезным недостатком автоматических коробок переключения передач называют невозможность максимально точного и безопасного переключения передач в экстремальных условиях – к примеру, на сложном обгоне; на выезде из сугроба или серьёзной грязи быстрым переключением задней и первой передачи («в раскачку»), при необходимости запуска двигателя «с толкача». Нужно признать, что АКПП идеально подходят, главным образом, для обычных поездок без внештатных ситуаций. В первую очередь – по городским дорогам. Не очень приспособлены коробки-«автоматы» и для «спортивного вождения» (динамика разгона немного отстаёт от «механики» в связке с «продвинутым» водителем», и для ралли по боздорожью (не всегда может идеально приспособиться к изменению условий движения).

Что касается расхода топлива, то у автоматической коробки он в любом случае будет бо́льшим, чем у механической. Однако если раньше этот показатель составлял 10-15%, то в современных автомобилях он снизился до малосущественных отметок.

В целом, применение электроники существенно расширило возможности автоматических коробок переключения передач. Они получили различные дополнительные режимы работы: такие, как – экономичный, спортивный, зимний.

Резкий рост распространённости коробок-«автоматов» был вызван появлением режима «Autostick», который позволяет водителю, при желании, самостоятельно выбирать нужную передачу. Каждый производитель дал такому типу автоматической коробки передач свое название: «Audi» –«Tiptronic», «BMW» – «Steptronic», и т.п.

Благодаря продвинутой электронике в современных АКПП стала доступной и возможность их «самосовершенствования». То есть, изменения алгоритма переключений в зависимости от конкретного стиля вождения «хозяина». Электроника предоставила расширенные возможности также и для самодиагностики АКПП. И речь идёт не только о запоминании кодов неисправностей. Программа управления, контролируя износ фрикционных дисков, температуру масла, оперативно вносит необходимые коррективы в работу автоматической коробки передач.

Передач.

Читайте в этой статье

Гидротнасформатор: устройство и принцип работы

ГДТ включает в себя следующие детали:

Насосное колесо;
Реактор (статор);
Турбинное колесо;
Блокировочный механизм;

Указанные детали находятся в едином прочном и герметичном корпусе, который обычно закрепляется на маховике ДВС. Также гидротрансформатор заполнен рабочей трансмиссионной жидкостью ATF, причем в процессе работы масло заметно нагревается и перемешивается внутри ГДТ.

К корпусу гидротрансформатора жестко прикреплено насосное колесо, которое вращается от вала двигателя и создает внутри конвертера потоки трансмиссионной жидкости. Указанные потоки, в свою очередь, вращают реактор, а также турбинное колесо. При этом ГДТ отличается от обычной гидромуфты именно наличием реактора.

Реактор (он же статор) соединяется с насосным колесом при помощи обгонной муфты. Такое соединение позволяет добиться того, что если обороты насоса и турбины сильно отличаются, тогда реактор блокируется в автоматическом режиме.

Блокировка статора позволяет передать на насосное колесо больше рабочей трансмиссионной жидкости. Наличие в устройстве ГДТ реактора позволяет увеличить крутящий момент в 3 раза во время разгона автомобиля с АКПП. Турбина соединена с валом коробки передач, соединение жесткое.

Важно понимать, что передача крутящего момента внутри гидротрансформатора происходит без прямой связи отдельных составных элементов, то есть крутящий момент фактически передается через жидкость.

Это значит, что ударные нагрузки минимизированы, машина с гидротрансформатором плавно разгоняется со старта, отсутствуют рывки, далее во время езды переключения передач происходят мягко.

Однако данное решение также имеет определенные недостатки. Внутри ГДТ часто возникает повышенный нагрев. Такое повышение температуры происходит по причине того, что турбинное колесо проскальзывает относительно насосного, так как в большинстве режимов работы момент вращения турбинного и насосного колеса не равен.

Результат проскальзывания — значительное тепловыделение, снижение КПД трансмиссии и увеличение расхода горючего. При этом в целях снижения расхода топлива применяется блокировка гидротрансформатора, которая реализуется при помощи механизма блокировки ГДТ.

Механизм блокировки ГДТ

Указанный механизм блокировки обеспечивает возможность жесткой связи насоса и турбины. Если гидротрансформатор заблокирован, автоматическая коробка работает в таком режиме, когда двигатель и трансмиссия жестко связаны между собой, передача крутящего момента от ДВС на АКПП происходит без потерь.

Блокировка ГДТ в Коробке — автомат с электронным управлением работает так, что сигнал о включении блокировочного механизма поступает от коробкой передач, само включение блокировки происходит по заданному алгоритму, прописанному в программе.

На начальном этапе многие «автоматы» инициировали блокировку гидротрансформатора только тогда, когда автомобиль разгонялся до определенной скорости (выше 60-70 км/ч). Более современные автоматические КПП блокируют гидротрансформатор на низких скоростях (от 20 км/ч).

В результате достигается экономия горючего не только в режиме езды по трассе, но и в черте города, где скорость движения обычно низкая. Еще заблокированный гидротрансформатор позволяет добиться эффекта на АКПП при определенной скорости.

Если просто, ЭБУ двигателем прекращает подачу горючего в цилиндры в тот момент, когда сработала блокировка гидротрансформатора. В это время вал двигателя продолжает вращаться благодаря движению автомобиля «накатом», а не за счет получения энергии от сгорания топлива в цилиндрах.

Казалось бы, блокировка гидротрансформатора позволяет улучшить характеристики трансмиссии данного типа, добиться топливной экономичности, повысить КПД и т.д. С одной стороны, это так, однако жесткая связь ДВС и коробки путем блокировки ГДТ также означает, что на мотто и трансмиссию начинают передаваться ударные нагрузки.

В результате уменьшается ресурс коробки автомат, так как включение блокировочного механизма повышает нагрузки и быстрее изнашивает . Также происходит быстрое загрязнение трансмиссионного масла, передачи с заблокированным гидротрансформатором включаются не так плавно.

Что в итоге

Как видно, гидротрансформатор фактически представляет собой отдельный агрегат, вынесенные за пределы корпуса самой АКПП. При этом нормальная работа гидромеханической коробки передач без гидротрансформатора (конвертера крутящего момента) невозможна. По этой причине АКПП и ГДТ в сборе принято называть «автоматической коробкой передач», то есть без разделения указанных агрегатов.

Напоследок отметим, что даже с учетом прочности корпуса, высокие нагрузки на гидротрансформатор (в том числе и температурные) могут вывести данный элемент из строя. В результате гидротрансформатор начинает течь, возникают сбои в работе внутренних компонентов устройства.

С учетом того, что стоимость гидротрансформаторов на разные модели АКПП достаточно высока, многие квалифицированные СТО по ремонту автоматических коробок передач выполняют ремонт гидротрансформаторов. В процессе ремонта производится разборка ГДТ, замена изношенных элементов, после чего корпус заваривается в целях восстановления герметичности.

Характеристика

В конструкцию помимо данного элемента входит множество других систем и механизмов. Но основную функцию (это передача крутящего момента) выполняет именно гидротрансформатор АКПП. В просторечии его называют «бубликом» за счет характерной формы конструкции.

Стоит отметить, что на для переднеприводных авто гидротрансформатор АКПП включает в себя дифференциал и главную передачу. Помимо функции передачи крутящего момента «бублик» принимает на себя все вибрации и удары от маховика двигателя, тем самым сглаживая их до минимума.

Конструкция

Давайте рассмотрим, как устроен гидротрансформатор АКПП. Данный элемент состоит из нескольких узлов:

Турбинного колеса.
Блокировочной муфты.
Насоса.
Реакторного колеса.
Муфты свободного хода.

Все эти механизмы помещены в единый корпус. Насос непосредственно связан с коленвалом двигателя. Турбина сопрягается с шестернями коробки передач. Реакторное колесо размещено между насосом и турбиной. Также в конструкции колеса «бублика» имеются лопасти особой формы. Работа гидротрансформатора АКПП основана на перемещении специальной жидкости внутри (трансмиссионного масла). Поэтому АКПП включает в себя также масляные каналы. Кроме этого, здесь есть свой радиатор. Для чего он нужен, рассмотрим немного позже.

Что касается муфт, блокировочная предназначена для фиксации положения гидротрансформатора в определенном режиме (например, «паркинг»). Муфта свободного хода служит для вращения реакторного колеса в обратной стороне.

Принцип работы гидротрансформатора АКПП

Как действует данный элемент в коробке? Все действия «бублика» осуществляются по замкнутому циклу. Так, главная рабочая жидкость здесь - это «трансмиссионка». Стоит отметить, что она отличается по вязкости и составу от тех, что используются в механических коробках. Во время работы гидротрансформатора смазка поступает от насоса на турбинное колесо, а затем - на реакторное.

Благодаря лопастям жидкость начинает быстрее вращаться внутри «бублика», тем самым увеличивая крутящий момент. Когда частота вращения коленвала увеличивается, угловая скорость турбины и насосного колеса выравнивается. Поток жидкости меняет свое направление. Когда автомобиль набрал уже достаточную скорость, «бублик» будет работать только в режиме гидромуфты, то есть передавать лишь крутящий момент. Когда скорость движения увеличивается, ГТФ блокируется. При этом замывается муфта, и передача момента от маховика на коробку производится напрямую, с одинаковой частотой. Элемент разъединяется снова при переключении на следующую передачу. Так заново происходит сглаживание угловых скоростей до того момента, как скорость вращения турбин не сравняется.

Радиатор

Теперь о радиаторе. Для чего в автоматических коробках он выведен отдельно, ведь на «механике» такой системы не применяют? Все очень просто. На механической коробке масло выполняет лишь смазывающую функцию.

При этом его заливают лишь наполовину. Жидкость содержится в поддоне КПП, и в ней смачиваются шестерни. В автоматической коробке масло выполняет функцию передачи крутящего момента (откуда пошло название «мокрое сцепление»). Здесь нет фрикционных дисков - вся энергия идет через турбины и масло. Последнее постоянно двигается в каналах под высоким давлением. Соответственно, маслу необходимо охлаждаться. Для этого и предусмотрен в такой трансмиссии собственный теплообменник.

Неисправности

Выделяют следующие поломки трансмиссии:

Неисправность ГТФ.
Поломка и
Неисправность масляного насоса и контролирующих датчиков.

Как определить поломку?

Выяснить, какой именно элемент вышел из строя, без демонтажа коробки и ее разбора довольно трудно. Однако предугадать серьезный ремонт можно по нескольким признакам. Так, если наблюдаются неисправности гидротрансформатора АКПП или тормозной ленты, коробка будет «пинаться» при переключении режимов. Машина начинает дергаться, если вы ставите ручку с одного режима на другой (причем когда нога находится на педали тормоза). Также коробка входит сама в аварийный режим. Машина двигается только на трех передачах. Это говорит о том, что коробке нужна серьезная диагностика.

Что касается замены гидротрансформатора, она выполняется при полном демонтаже коробки (отсоединяются приводные валы, «колокол» и прочие детали). Этот элемент - самая дорогая составляющая любой АКПП. Цена на новый ГДТ начинается от 600 долларов для бюджетных моделей авто. Поэтому важно знать, как правильно использовать коробку, чтобы максимально отсрочить ремонт.

Как сохранить КПП?

Считается, что ресурс у данной трансмиссии на порядок ниже, чем у механики. Однако специалисты отмечают, что при должном обслуживании узла вам не потребуется ремонт или замена гидротрансформатора АКПП. Так, первая рекомендация - это своевременная замена масла. Регламент - 60 тысяч километров. И если на МКПП масло залито на весь срок эксплуатации, то в «автомате» оно является рабочей жидкостью. Если смазка черная или имеет запах гари, ее нужно срочно заменить.

Вторая рекомендация касается соблюдения температурных режимов. Не стоит слишком рано начинать движение - температура масла коробки должна быть не ниже 40 градусов. Для этого переведите рычаг по всем режимам с задержкой в 5-10 секунд. Так вы прогреете коробку и подготовите ее к эксплуатации. На холодном масле ездить нежелательно, так же как и на сильно горячем. В последнем случае жидкость будет буквально гореть (при замене вы услышите запах гари). АКПП не подходит для дрифта и жесткой эксплуатации. Также не стоит на ходу включать нейтральную передачу, а затем снова включать «драйв». Так вы сломаете тормозную ленту и ряд других важных элементов в коробке.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет гидротрансформатор АКПП. Как видите, это весьма ответственный узел в коробке. Именно через него передается крутящий момент на коробку, а затем на колеса. И поскольку масло здесь является рабочей жидкостью, нужно соблюдать регламенты его замены. Так коробка будет радовать вас долгим ресурсом и плавными переключениями.

Сейчас большая часть автомобилей выпускается с автоматическими коробками передач или же вариаторами, поскольку эти типы трансмиссии отличаются удобством пользования по сравнению с механической коробкой.

Какую роль играет гидротрансформатор

Чтобы обеспечить плавность переключения передач и обеспечения беспрерывной передачи крутящего момента (для вариатора) используется совсем иной вид сцепления.

В автомобилях с вариатором и АКПП в качестве сцепления – элемента, передающего крутящий момент от силовой установки на коробку передач, выступает гидротрансформатор.

Особенность этого элемента, входящего в конструкцию трансмиссии, заключается в том, что передача усилия происходит посредством жидкости, то есть, жесткой связи между мотором и КПП нет (хотя это не совсем так).

Гидротрансформатор позволяет осуществить бесступенчатую передачу усилия, причем с возможностью изменения крутящего момента и скорости вращения.

Также в момент изменения ступени (в АКПП) гидротрансформатор позволяет разъединить между собой мотор и трансмиссию, а после плавно возобновить передачу усилия.

По сути устройство выполняет роль сцепления, но с некоторыми дополнительными функциями.

Устройство, принцип работы, режимы

Конструкция гидротрансформатора включает в себя всего несколько элементов:

Насосное колесо;
Турбинное колесо;
Статор, он же – реактор;
Корпус;
Механизм блокировки;

Монтируется гидротрансформатор на маховике двигателя, но одна из составляющих его имеет жесткую связь с валом коробки передач.

Если провести аналогию этого типа передачи с обычным сцеплением фрикционного типа, то насосное колесо выполняет роль ведущего диска (жестко соединено с коленчатым валом мотора), а турбинное – ведомого (прикрепленного к валу КПП). Вот только физического контакта между этими колесами нет.

Примечательно, что даже расположение этих колес идентично фрикционному сцеплению – турбинное колесо располагается между маховиком и насосным колесом.

Все составные части гидротрансформатора заключены в герметичный корпус, заполненный специальной рабочей жидкостью — маслом ATF. За счет своей формы этот элемент трансмиссии получил народное название «бублик».

Суть работы гидротрансформатора очень проста. На колесах устройства имеются лопасти, которые перенаправляют жидкость в определенном направлении.

Вращаясь вместе с маховиком, насосное колесо создает поток жидкости и направляет его на лопасти турбины, тем самым и обеспечивается передача усилия.

Если бы конструкция включала только эти два колеса, то гидротрансформатор не отличался бы от гидромуфты, у которой вращающий момент на обеих составляющих практически одинаков.

Но в задачу гидротрансформатора входит не только передача усилия, а и его изменение.

Так, при старте необходимо обеспечить увеличение крутящего момента на ведомом колесе (при начале движения), а во время равномерного движения – исключить так называемое «проскальзывание».

Для выполнения этих функций в конструкции предусмотрены реактор и механизм блокировки.

Реактор представляет собой еще одно лопастное колесо, но значительно меньшего диаметра и располагается оно между турбиной и насосом, с последним реактор связан посредством обгонной муфты.

В задачу этого элемента входит увеличение скорости потока жидкости, что и приводит к повышению крутящего момента.

Работает реактор так: при возникновении большой разницы между основными колесами гидротрансформатора, обгонная муфта блокирует реактор, не давая ему вращаться (из-за этого еще одно название составляющей – статор).

При этом его лопасти, имеющие специальную форму, увеличивают скорость движения потока жидкости, попадающего на него после прохождения турбинного колеса, и направляют его снова на насос.

Таким образом реактор значительно повышает крутящий момент, необходимый для создания достаточного усилия при начале движения.

При равномерном движении гидротрансформатор блокируются, то есть в нем появляется жесткая связь, и делает это используемый в конструкции механизм блокировки.

Ранее в АКПП эта составляющая срабатывала только на повышенных скоростях движения. Сейчас же, используемые электронные системы управления коробкой блокируют гидротрансформатор практически на всех ступенях.

То есть, как только крутящий момент для определенной передачи подходит к требуемым параметрам, механизм срабатывает.

При смене ступени он отключается, чтобы обеспечить плавность переключения и снова включается. Тем самым исключается вероятность «проскальзывания» гидротрансформатора, что повышает его ресурс, снижает потери усилия и уменьшает потребление топлива.

Примечательно, что механизм блокировки, по сути, представляет собой фрикционное сцепление, и работает он по тому же принципу. То есть в конструкции имеется фрикционный диск, который закреплен на турбине.

В отключенном состоянии блокировочного механизма этот диск находится в отжатом состоянии. При включении же блокировки, фрикционы прижимаются к корпусу гидротрансформатора, тем самым и достигается жесткая передача крутящего момента от мотора на КПП.

В целом, если рассмотреть функционирование гидротрансформатора, то существует три режима его работы:

Трансформация (включается, когда требуется повышение крутящего момента для создания большего усилия. В этом режиме работает реактор, обеспечивая повышение скорости движения потока);
Гидромуфта (в этом режиме реактор не задействован и вращающий момент на ведущем и ведомом колесе практически одинаков);
Блокировка (турбина жестко связана с корпусом для уменьшения потерь на «проскальзывание»).

Используемая для управления работой гидротрансформатора электронная система обеспечивает очень быструю смену режима его работы, подстраивая функционирование этого элемента под возникающие условия.

Особенности гидротрансформаторов разных авто

Несмотря на то, что многие автопроизводители стараются внести свои какие-то конструктивные особенности в устройство элементов трансмиссии, гидротрансформатор у всех практически идентичен.

Разница если и есть, то она обычно сводится к каким-то мелким деталям, а также материалам изготовления составляющих частей.

К примеру, в автомобилях Субару, «слабым местом» гидротрансформатора является фрикционная накладка механизма блокировки. Особенно такая неисправность проявляется на авто, оснащенных АКПП последнего поколения.

На BMW, оснащавшихся коробками ZF, у многих автовладельцев отмечались проблемы с электронной системой управления, что приводило к появлению вибраций на определенных скоростях, ударов при переключении и т. д.

То есть, все проблемы с гидротрансформатором возникали из-за неправильного его управления.

Стоит отметить, что из-за этого и сама КПП работала проблемно, поэтому выявить причину очень сложно.

На автомобилях Мазда с автоматическими коробками самой частой проблемой гидротрансформатора является быстрый износ обгонной муфты реактора.

И так практически с каждой маркой авто – обязательно найдется какой-то конкретный составной элемент устройства, который выходит из строя чаще всего.

Неисправности узла

Хоть сам гидротрансформатор обладает не особо сложной конструкцией, с не таким уж и большим количеством составных частей, неисправностей, который могут возникнуть с ним – немало. Частично про них уже упоминалось выше.

Поскольку этот элемент является связующим звеном между силовым агрегатом и КПП, то в проблемы в его работе сразу же сказываются на функционировании трансмиссии.

Основными поломками гидротрансформатора являются:

Износ подшипников — опорных или промежуточного (между турбиной и насосом). Проявляется эта неисправность в виде появления негромкого шуршащего звука при работе трансмиссии без нагрузки. По мере увеличения скорости этот звук пропадает, но постепенно диапазон режимов работы АКПП, при которых звук присутствует, будет расширятся. Устраняется эта проблема разборкой, дефектовкой и заменой изношенных элементов;
Сильная засоренность масляного фильтра. Сопровождается эта проблема появлением вибрации – сначала на высоких скоростях, затем практически на всех режимах, причем сама вибрация будет увеличиваться. Устраняется неисправность заменой фильтрующего элемента и рабочей жидкости;
Износ или повреждение обгонной муфты. Из-за этого не работает реактор, поэтому увеличение крутящего момента не происходит. В результате у автомобиля падает динамика набора скорости. «Лечится» проблема заменой муфты;
Обрыв шлицевого соединения турбинного колеса с валом КПП. Итогом такой поломки является прекращение движения, поскольку на коробку вращение просто не передается. Устраняется неисправность восстановлением шлицевого соединения (в некоторых случаях – заменой гидротрансформатора);
Разрушение лопастей колес или реактора. Сопровождается неисправность появление громкого металлического скрежета и стука. Ремонт в этом случае состоит из замены поврежденных составляющих или всего узла в сборе;
«Масляное голодание». Недостаток масла приводит к перегреву, оплавлению пластиковых элементов. Последствия недостатка смазочного материала могут быть самыми серьезными, поэтому восстановить работоспособность трансмиссии вместе с гидротрансформатором восстановлением уровня АТФ не получится, обязательно нужна будет разборка узлов, оценка состояния элемента и замена поврежденных составляющих;
Перегрев. Происходит либо из-за «масляного голодания», либо по причине засоренности системы охлаждения КПП. Во втором случае требуется очистка радиатора, фильтров, замена рабочей жидкости;
Неисправность системы управления. Проявляется проблема путем самовольной остановки силовой установки при переключении ступеней АКПП. Устраняется неисправность диагностикой и заменой элементов электронной составляющей трансмиссии.

Стоит заметить, что указанный признаки тех или иных неисправностей можно считать косвенными, и по ним точно определить проблему с составляющими гидротрансформатора невозможно, тем более, что многие признаки присущи и поломкам автоматических коробок передач.