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.

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

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

Недостатки

1. Низкий КПД (по причине отсутствия гидравлических потерь и жесткой связи с двигателем)
2. Плохая динамика автомобиля, связанная с затратами мощности и времени на раскручивание потока жидкости
3. 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.

Изучаем детальное устройство

Понимание того, как работает АКПП, облегчает её эксплуатацию. Рассмотрим устройство гидротрансформатора – одного из важнейших узлов автоматической коробки. Без него движение невозможно, поскольку именно он ответственен за передачу крутящего момента по маршруту «двигатель - система АКПП». Новичкам-автомобилистам следует обратить внимание и на его жаргонное название – «бублик» (ввиду формы). А если вы предпочитаете пользоваться зарубежными источниками, там встретится определение «torque converter». Но в нашем случае важным является не лингвистика, а само назначение и устройство гидротрансформатора. Его-то мы и рассмотрим.

Основная типовая конструкция

Устройство гидротрансформатора АКПП следующее:

1. Корпус, изготовленный из прочного материала.
2. Насос.
3. Муфта обгонная.
4. Блокировочная плита.
5. Турбина, участвующая в системе передачи крутящего момента.
6. Реактор.
7. Регулирующий статор.
8. Вспомогательные элементы – крепежи, уплотнения.

Как уже упоминалось, устройство и работа гидротрансформатора направлены на качественную передачу крутящего момента. Выглядит процесс следующим образом: насосное колесо, как и все остальные элементы АКПП, соединено с двигателем. В момент его запуска оно начинает вращение. Создаётся давление масла, передаваемое на турбину. Та посредством шлицев тесно связана с валом АКПП. Таким образом, под воздействием масляного давления турбинное колесо начинает своё вращение. Разумеется, последовательность вышеописанных процессов происходит в течение считаных секунд, незаметных для водителя.

Особенности функционирования

Когда взаимодействуют только турбина и насос, в результате происходит передача крутящего момента без его изменения. За его же регулировку отвечает такая деталь, как статор. В этот процесс заложено применение остаточной энергии масла, используемой для вращения турбинного колеса. Тем временем статор направляет поток на насос, интенсифицируя его вращение. В результате фиксируется значительное увеличение крутящего момента. Существует закономерность, истоки которой берутся из физики: чем медленнее вертится турбинное колесо по отношению к насосному, тем больше выработка остаточной энергии. И этот избыток делает крутящий момент сильнее.

Турбина всегда вращается медленнее, чем насос. Это и служит практически неиссякаемым источником свободной энергии. И поэтому при увеличении скорости машины разница вращения насоса и турбины уменьшается. Обгонная муфта связывает статор с гидротрансформатором. Её особенность заключается в том, что она никогда не меняет направления движения. Благодаря этому она выводит масляный поток на лопатки статора, обеспечивая ему неподвижность, за счёт чего на насос передаётся больше энергии от турбины. Эта модель работы трансформатора гарантирует максимальную передачу крутящего момента. Получается так, что она лишь на этапе разгона автомобиля увеличивается втрое.

В процессе нарастания движения машины внутри АКПП происходят следующие явления. Как уже упоминалось выше, снижается разница скоростей турбины и насоса. Со временем наступает момент, когда масляные потоки направляют статор строго по ходу обгонной муфты. После этого гидротрансформатор перестаёт оказывать какое-либо влияние на крутящий момент. Описанный механизм имеет побочную сторону в виде снижаемого КПД. Этот показатель в данном режиме не превышает восьмидесяти пяти процентов. К тому же выделяется избыточное тепло, которое отрицательно сказывается на состоянии комплектующих автомобиля, ведёт к их перегреву.

Оптимизация работы

Для того чтобы нейтрализовать негативные проявления, описанные выше, конструкция гидротрансформатора предусматривает наличие блокировочной плиты. Она тесно связана с турбиной. Её преимущество – в подвижности, что, собственно, и обеспечивает рабочий процесс. Его основой является подача потока масла между корпусом и плитой. Образуется своеобразная механическая развязка, не влияющая на работу гидротрансформатора. Тем временем блокировочная плита смещается влево.

Когда автомобиль достигает определённой скорости, на это тут же реагирует электронный блок управления (ЭБУ) АКПП. Происходит смена потока масла, а плита прижимается вправо, непосредственно к корпусу. В этом случае одновременно блокируются и насос, и турбина. Для того чтобы сцепление плиты и внутренней части корпуса гидротрансформатора было более эффективным, последняя покрывается фрикционным слоем. И так происходит, когда нарастает скорость. При торможении данная блокировка отключается.

Суть подобного механизма сводится к тому, чтобы исключить проскальзывание турбины, совершаемое относительно насоса. Непосредственная передача крутящего момента – не единственная функция гидротрансформатора. Этот важный элемент оказывает влияние на привод масляного насоса автоматической коробки переключения передач. Для этой операции конструкция гидротрансформатора предусматривает специальный валик. Он очень прочно связан с корпусом узла посредством шлицевого соединения.

Неисправность гидротрансформатора обычно выражается неприятными рывками, пробуксовками. В этом случае предпочтительно не затягивать с ремонтом. Приблизительный перечень работ, к которым прибегают в процессе диагностики и устранения неполадок:

1. Вскрытие корпуса.
2. Промывка деталей, их ревизия, замена изношенных расходников. Особое внимание уделяется сальнику и уплотнительным кольцам.
3. Сборка трансформатора с применением сварки.
4. Проверка герметичности.
5. Балансировка.

Вышеуказанные работы требуют специальных навыков. Промывка деталей осуществляется особыми жидкостями. Поэтому её необходимо проводить только в автосервисе, специализирующемся на АКПП. Ведь именно там досконально знают гидротрансформатор, устройство и принцип работы этой конструкции. А наличие специального оборудования и методик компьютерной диагностики практически исключит ошибки в ремонте. Обращайтесь к нам, выполним качественные

Или попросту АКПП, появились в автомобильной промышленности значительно позже механических коробок передач. Однако такие устройства быстро нашли применение практически на всех видах автомобильного транспорта и теперь применяются повсеместно. Одним из элементов АКПП является ее гидротрансформатор, без которого нормальное функционирование всей системы было бы невозможным. Сегодня мы расскажем о принципах работы гидротрансформаторов, устанавливаемых на АКПП, и дадим исчерпывающий ответ на вопрос: зачем необходима такая конструкция и какие роли она выполняет на автомобиле?

Назначение

Чтобы наглядно представить себе, какую роль выполняет гидротрансформатор в АКПП, стоит вспомнить назначение обыкновенного сцепления, которое повсеместно устанавливается на коробки передач механического типа.

Сцепление выполняет роль связующего звена между двигателем и трансмиссией. Иными словами, если сцепление не отключено, то все сто процентов мотора передаются коробке передач, а, следовательно, и колесам. В добавок ко всему, сама МКПП позволяет водителю самому выбирать передачу и изменять крутящий момент, что позволяет добиться максимальной эффективности двигателя при езде и банально не дать ему заглохнуть на месте, когда колеса не приводятся во вращение.

Главный недостаток механических коробок передач перед «автоматом» заключается в том, что помимо постоянного выбора скорости вручную, нужно выжимать педаль сцепления. Если этого не сделать, существует риск вывести из строя крайне дорогое и сжечь сцепление, что приведет к необходимости его замены.

Именно в этих целях и стали применять трансформатор. Данный элемент устроен куда сложнее сцепления на МКПП, которое состоит всего из двух дисков - ведущего и ведомого.

Зато гидротрансформатор позволяет решить на АКПП самую главную и неприятную особенность «механики» - необходимость постоянного взаимодействия водителя с педалью сцепления. Так, теперь не придется выжимать педаль при переключении передач, а на светофоре не придется удерживать ее при включенной скорости.

Тогда возникает вопрос: а нельзя ли применить на АКПП взамен гидротрансформатора обыкновенное сцепление, как на МКПП? Ответ до невозможности прост – автоматическая трансмиссия сама выбирает момент, когда передачу необходимо переключить, и водитель этот момент не знает заранее. Стало быть, и возможности нажать педаль сцепления вовремя нет. Отсюда возникает необходимость внедрения в АКПП гидротрансформатора, который многократно облегчает взаимодействие водителя и коробки.

Структура

Несмотря на то, что гидротрансформатор на АКПП имеет достаточно сложный принцип работы, общая структура системы все-таки схожа с механическим сцеплением. Насколько мы знаем, сцепление состоит из двух валов - ведущего, который жестко соединен с двигателем, и ведомого, который подсоединен к трансмиссии.

На гидротрансформаторе, установленном на АКПП, также есть ведущий и ведомый элементы. Но взамен жестко прилегающих друг к другу дисков, эти функции выполняют две турбины, которые вращаются друг напротив друга и не имеют жесткого соединения.

Здесь возникает вопрос: по какому принципу две турбины будут взаимодействовать друг с другом? Как они будут передавать между собой крутящий момент, обеспечивая, таким образом, движение автомобиля в заданном режиме? Оказывается, связующую роль в данной системе выполняет не жесткий элемент, а жидкость, которой является масло.

Благодаря своей высокой плотности, масло позволяет обеспечивать не только постоянную смазку, которая убережет металл от износа, но и передачу крутящего момента за счет циркуляции под высоким давлением.

Однако турбины - это не все элементы, которые участвуют в передаче крутящего момента от двигателя автоматической коробке. Между ведущим и ведомым элементом устанавливается еще одна маленькая турбинка, которая имеет название реактор. Его назначение - трансформирование передаваемой энергии, изменение крутящего момента и усилия, передаваемого от двигателя коробке. Стоит отметить, что в отличие от турбин, реактор вращается не всегда. Его функционирование необходимо лишь в те моменты, когда колесам требуется передача момента, отличного от номинального.

Схема функционирования

Ведущая турбина имеет название насосного колеса и жестко соединена с маховиком двигателя. Это означает, что ее скорость вращения можно изменять путем взаимодействия с педалью акселератора.

Ведущая турбина не имеет собственного названия. Она, в отличие от насоса, соединена с и, таким образом, осуществляет с ней взаимодействие. Реактор располагается между турбинами и приводится во вращение лишь время от времени.

Турбины и реактор имеют в себе систему масляных каналов. Это позволяет маслу при циркуляции проходить по строго определенной траектории, поэтому происходит минимальный износ металлических деталей и достигается максимальная эффективность их работы.

Когда автомобиль стоит на месте, необходимо, чтобы ведомая турбина оставалась неподвижной. Это необходимо для того, чтобы автомобиль попросту не заглох, а его двигатель не прекратил свою работу при холостом ходе.

В этом режиме имитируется эффект нажатой педали сцепления – давление масла минимально, а потому турбины не имеют никакого косвенного взаимодействия.

Как только автомобиль начинает приходить в движение, количество оборотов насоса возрастает, а потому возрастает и давление масла. За счет этого ведомая турбина начинает вращаться с заданной силой, и колеса приходят в движение. При достижении определенных скоростей, активируется и реактор. Он изменяет давление таким образом, чтобы не позволить машине заглохнуть и не дать водителю почувствовать провалы мощности.

Резюме

Гидротрансформатор - это одна из важнейших составляющих любого современного «автомата», обеспечивающих его исправную работу. Данное устройство осуществляет автоматизированный контроль крутящего момента при передаче его от двигателя к колесам. Это позволяет судить о том, что при резких провалах мощности и крутящего момента стоит обратить внимание на состояние именно этого узла и произвести его качественную диагностику.

Казалось бы, это чисто гидравлический узел и ломаться там нечему, разве что протечь может… Но нет, современный гидротрансформатор много сложнее в устройстве, чем картинка в старом учебнике и скорее является узлом с ограниченным сроком службы, после чего должен пройти процедуру восстановления. Что же с ним происходит, что у него внутри и как это починить?

Как устроен «бублик»?

Основной задачей гидротрансформатора всегда было преобразование крутящего момента и оборотов: он работает как гидравлический редуктор, который умеет снижать обороты и повышать крутящий момент с коэффициентом трансформации до 2.4. Основана его работа на передаче энергии через поток жидкости - в данном случае трансмиссионного масла, которое мы все знаем как ATF (automatic transmission fluid).

Коленчатый вал мотора связан с насосным колесом, которое разгоняет жидкость и отправляет ее на турбинное колесо. Турбинное колесо в свою очередь связано с коробкой передач. Жидкость раскручивает турбинное колесо и отправляется обратно на насосное. Но перед этим она попадает на лопатки направляющего аппарата, выполненного в виде колеса-реактора, которые ускоряют поток жидкости и направляют его в сторону вращения.

Таким образом поток жидкости ускоряется до тех пор, пока скорости вращения насосного и турбинного колес не выравниваются, и тогда гидротрансформатор переходит в режим гидромуфты, при котором преобразования крутящего момента не происходит, а направляющий аппарат начинает свободно вращаться, не мешая току жидкости.

Чем больше разница скоростей вращения турбинного и насосного колес, тем больше ускоряется ток жидкости, но при этом она начинается нагреваться, а КПД гидротрансформатора падает - больше энергии уходит в нагрев. Когда же скорости вращения колес выравниваются, то в передаче момента через жидкость с большими потерями смысла нет.

Поэтому со временем в гидротрансформаторы стали внедрять элементы обычного фрикционного сцепления, основанного на трении. Называется это блокировкой гидротрансформатора. Суть блокировки - в соединении входного и выходного валов, чтобы передавать момент напрямую. Без нее старые машины с АКПП, как говорится, «не ехали».

На самых старых конструкциях блокировка срабатывала автоматически, за счет давления рабочей жидкости, но с появлением АКПП с электронным управлением функция стала управляться отдельным клапаном. Говорить же о способах реализации блокировки нужно в отдельной статье, потому что их великое множество. Но смысл один - соединять валы и временно исключать из цепочки передачи крутящего момента трансмиссионное масло.

А вскоре на фрикционы блокировки возложили задачи, сходные с задачами обычного сцепления механической КПП - при разгоне они немного смыкались, пробуксовывая и помогая передавать крутящий момент, а сама блокировка стала срабатывать очень рано, чтобы уменьшить потери в гидротрансформаторе. Собственно, современные гидромеханические «автоматы» уже нельзя назвать классическими - это уже некий гибрид.

И чем мощнее становились двигатели, тем сильнее нагревалась жидкость в ГТД, тем сложнее было обеспечить его охлаждение, и тем больше работы по передаче крутящего момента старались переложить на сцепление блокировки.

Что ломается в гидротрансформаторе?

Раз есть сцепление внутри «бублика», значит, оно изнашивается - вечных фрикционных пар не бывает. К тому же продукты их износа загрязняют внутренности ГТД, поток горячей жидкости с абразивом «выедает» металл лопаток и других внутренних частей. Также потихоньку стареют, выходят из строя от перегрева или просто разрушаются уплотнения-сальники, а иногда выходят из строя подшипники или даже ломаются лопасти турбинных колес.

Продукты износа фрикционной накладки попадают и в саму АКПП, ведь охлаждение ГТД идет прокачкой масла через насос коробки и общий теплообменник. А в гидроблоке АКПП (о нем нужно рассказывать отдельно) есть еще много разных мест, где грязь может что-то забить или жидкость может проточить лишние отверстия, повредить соленоидные клапаны, замкнуть проводники…

В общем, со временем ГТД становится основным источником «грязи» в АКПП, которая обязательно выведет ее из строя. У некоторых АКПП проблема осложняется тем, что материал накладок «приклеен» к основе, и по мере износа в жидкость начинают попадать клеющие вещества, ускоряя процессы загрязнения в разы.

Таким образом, поживший «бублик» нужно менять или ремонтировать, пока он не сломал всю коробку передач. К слову, старые АКПП, у которых блокировка срабатывала редко, только на высших передачах или ее не имелось вовсе, имеют заметно большие интервал замены масла и ресурс.

Наиболее печальный случай

К чему это приводит, можно увидеть на примере широко распространенной 5-ступенчатой АКПП Mercedes 722.6. Она ставилась на несколько десятков моделей Mercedes-Benz, Jaguar, Chrysler, Dodge, Jeep и SsangYong c 1996 года и ставится по сей день.

В этой коробке передач гидротрансформатор блокируется на всех передачах, и специальный клапан регулирует его прижатие. Даже при плавном разгоне включается частичная блокировка, а при резком блокировка включается почти сразу. Машина получается экономичной и динамичной.

А вот износ закладок блокировки идет быстро, и если не менять масло вовремя, то при пробегах свыше ста тысяч километров плавная блокировка становится не такой уж и плавной, заставляя машину дергаться, а продукты износа повреждают постоянно работающий клапан соленоида блокировки, усиливая эффект.

Но даже если масло менять, то все равно к пробегу тысяч в двести километров накладки ГТД износятся и создадут очень много мусора, который разрушит клапан и, разумеется, коробка начнет работать жестко, с ударами. В итоге, если вовремя не отремонтировать источник мусора, вся АКПП отправится на свалку.

Ремонт гидротрансформаторов

Сам «бублик» в сборе - дорогое удовольствие. Его стоимость измеряется десятками тысяч рублей. Для примера: «бублик» в сборе для коробки ZF от Audi A6 C5 и Audi A4 B7 будет стоить около 60 000 рублей, а для BMW 5 series E60, 7 series E66 и X5 E53 - около 120 000 рублей.

Стоимость ремонта же начинается с 3 500 — 5 000 рублей, без учета стоимости снятия АКПП, разумеется. Для самого простого ремонта «бублик» надо разрезать, вымыть, отдефектовать, заменить уплотнения, заменить фрикционные накладки и гидроцилиндры при необходимости, спаять и отбалансировать.

Полностью выходит из строя этот узел только при самых запущенных случаях, и обычно его удается реанимировать полностью. Но как и в любом деле, тут важен профессионализм исполнителей. Ведь точная гидравлика работает с высокими оборотами и при высокой скорости тока жидкости, малейшее нарушение соосности валов, дисбаланс или механические повреждения внутренностей могут вывести из строя не только сам «бублик», но и АКПП, ее насос или даже двигатель машины.

А как узнать, что гидротрансформатор вышел из строя?

Если масло в АКПП быстро темнеет после замены, машина стала расходовать больше топлива, ощущаются рывки при равномерном движении или при торможении двигателем, то - скорее к мастеру проверять круглый железный «бублик». Не так уж дорог его ремонт, а неисправный, дел он может натворить очень много.

Как сделать так, чтобы гидротрансформатор подольше не ломался?

Инструкция будет простой. Во-первых, не нужно увлекаться ездой на высоких оборотах - гидротрансформаторы в таком режиме изнашиваются быстрее. Во-вторых, поменьше перегревайте машину. В-третьих, регулярно меняйте масло.

Принцип работы АКППКлассический “автомат” включает в себя несколько агрегатов, главными из которых являются гидротрансформатор и механическая планетарная коробка передач.
Гидротрансформатор выполняет не только функции сцепления, но и автоматически изменяет крутящий момент в зависимости от нагрузки и частоты вращения колес автомобиля. Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин — центробежного насоса, центростремительной турбины и расположенного между ними направляющего аппарата-реактора. Насос и турбина предельно сближены, а их колесам придана форма, обеспечивающая непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости. В результате гидротрансформатор получил минимальные габаритные размеры и одновременно снижены потери энергии на перетекание жидкости от насоса к турбине.

Насосное колесо связано с коленчатым валом двигателя, а турбина — с валом коробки передач. Тем самым в гидротрансформаторе отсутствует жесткая связь между ведущими и ведомыми элементами, а передача энергии от двигателя к трансмиссии осуществляется потоками рабочей жидкости, которая отбрасывается с лопаток насоса на лопасти турбины.

Собственно, по такой схеме работает гидромуфта, которая просто передает крутящий момент, не трансформируя его величину. Чтобы изменять момент, в конструкцию гидротрансформатора введен реактор. Это также колесо с лопатками, однако оно жестко прикреплено к корпусу и не вращается (заметим: до определенного времени). Реактор расположен на пути, по которому масло возвращается из турбины в насос. Лопатки реактора имеют особый профиль, а межлопаточные каналы постепенно сужаются. По этой причине скорость, с которой рабочая жидкость течет по каналам направляющего аппарата, постепенно увеличивается, а сама жидкость выбрасывается из реактора в сторону вращения насосного колеса, как бы подталкивая и подгоняя его. Отсюда сразу два следствия. Первое — благодаря увеличению скорости циркуляции масла внутри гидротрансформатора при неизменном режиме работы насоса (читай: двигателя, поскольку насосное колесо, как говорилось выше, жестко связано с коленвалом) крутящий момент на выходном валу гидротрансформатора увеличивается. Второе — при неизменном режиме работы насоса режим работы турбины изменяется автоматически и бесступенчато в зависимости от приложенного к валу турбины (читай: колесам автомобиля) сопротивления.

Поясним эти аксиомы на конкретных примерах. Допустим, автомобилю, который двигался по равнинному участку дороги, предстоит подъем в гору. Забудем на время про педаль акселератора и посмотрим, как отреагирует на изменение условий движения гидротрансформатор. Нагрузка на ведущие колеса увеличивается, а автомобиль начинает терять скорость. Это приводит к уменьшению частоты вращения турбины. В свою очередь уменьшается противодействие движению рабочей жидкости по кругу циркуляции внутри гидротрансформатора. В результате скорость циркуляции возрастает, что автоматически приводит к увеличению крутящего момента на валу турбинного колеса (аналогично переходу на низшую передачу в механических КПП) до тех пор, пока не наступит равновесие между ним и моментом сопротивления движению.

По аналогичной схеме работает автоматическая трансмиссия и при старте с места. Только теперь самое время вспомнить про педаль газа, нажатие на которую увеличивает обороты коленчатого вала, а значит, и насосного колеса, и про то, что сначала автомобиль, а следовательно, и турбина находились в неподвижном состоянии, но внутреннее проскальзывание в гидротрансформаторе не мешало двигателю работать на холостом ходу (эффект выжатой педали сцепления). В этом случае крутящий момент трансформируется в максимально возможное число раз. Зато когда достигнута необходимая скорость, надобность в преобразовании крутящего момента отпадает. Гидротрансформатор посредством автоматически действующей блокировки превращается в звено, жестко связывающее его ведущий и ведомый валы. Такая блокировка исключает внутренние потери, увеличивает значение КПД передачи, уменьшает расход топлива в установившемся режиме движения, а при замедлении повышает эффективность торможения двигателем. Кстати, одновременно с целью снижения все тех же потерь реактор освобождается и начинает вращаться вместе с насосным и турбинным колесом.

Зачем же к гидротрансформатору присоединяют КПП, если он сам способен изменять величину крутящего момента в зависимости от нагрузки на ведущие колеса? Увы, гидротрансформатор может изменять крутящий момент с коэффициентом, не превышающим 2-3,5. Как ни крути, а такого диапазона изменения передаточного числа недостаточно для эффективной работы трансмиссии. К тому же нет-нет да и возникает надобность во включении зад

него хода или полном разъединении двигателя от ведущих колес.

Коробки автоматических трансмиссий имеют зубчатые зацепления, но существенно отличаются от обычных механических КПП хотя бы потому, что передачи в них переключаются без разрыва потока мощности с помощью приводимых гидравликой многодисковых фрикционных муфт или ленточных тормозов. Необходимая передача выбирается автоматически с учетом скорости автомобиля и степени нажатия на педаль газа, которая определяет желаемую интенсивность разгона. За выбор передачи отвечает гидравлический и электронный блоки управления АКПП. Водитель, кроме нажатия на акселератор, может влиять на процесс смены передач, выбрав зимний или спортивный алгоритм переключения или установив, например, при движении в сложных условиях селектор КПП в специальное положение, которое не позволяет автоматике переключаться выше определенной разгонной передачи.

Кроме гидротрансформатора и планетарного механизма в состав КПП-автоматов входит масляный насос, снабжающий гидротрансформатор и гидравлический блок управления рабочей жидкостью и обеспечивающий смазку коробки, а также радиатор охлаждения рабочей жидкости, которая из-за интенсивного “перелопачивания” имеет свойство сильно нагреваться.

Гидротрансформатор. Общее устройство и принцип действия

Гидротрансформатор (ГТ) (torque converter) служит для передачи крутящего момента непосредственно от двигателя к элементам автоматической коробки передач (АКП) и состоит из следующих основных частей:

Насосное колесо или насос (pump);
- плита блокировки ГТ (lock - up piston);
- турбинное колесо или турбина (turbine);
- реактор;
- обгонная муфта (one - way clutch).

Для иллюстрации принципа действия ГТ как элемента, передающего крутящий момент, воспользуемся примером с двумя вентиляторами. 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 ГТ, 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 АКП. Подобно вентилятору - насосу, крыльчатка насосного колеса ГТ, вращаясь, создаёт поток, только уже не воздуха, а жидкости (масла). Поток масла, как и в случае с вентилятором - турбиной, заставляет вращаться турбинное колесо ГТ. В данном случае ГТ работает как обыкновенная гидромуфта, лишь передавая посредством жидкости крутящий момент от двигателя на вал АКП, не увеличивая его. Увеличение оборотов двигателя не приводит к сколь - нибудь 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 ГТ в процесс преобразования крутящего момента помимо насосного и турбинного колёс включён реактор, 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 ГТ по отношению к скорости вращения насосного колеса, тем большей остаточной энергией обладает масло, возвращаемое статором на насос, и тем большим будет момент, создаваемый в ГТ.

По аналогичной схеме работает автоматическая трансмиссия и при старте с места. Только теперь самое время вспомнить про педаль газа, нажатие на которую увеличивает обороты коленчатого вала, а значит, и насосного колеса, и про то, что сначала автомобиль, а следовательно, и турбина находились в неподвижном состоянии, но внутреннее проскальзывание в гидротрансформаторе

не мешало двигателю работать на холостом ходу (эффект выжатой педали сцепления). В этом случае крутящий момент трансформируется в максимально возможное число раз. Зато когда достигнута необходимая скорость, надобность в преобразовании крутящего момента отпадает. Гидротрансформатор посредством автоматически действующей блокировки превращается в звено, жестко связывающее его ведущий и ведомый валы. Такая блокировка исключает внутренние потери, увеличивает значение КПД передачи, уменьшает расход топлива в установившемся режиме движения, а при замедлении повышает эффективность торможения двигателем. Кстати, одновременно с целью снижения все тех же потерь реактор освобождается и начинает вращаться вместе с насосным и турбинным колесом.

Левый рисунок - Реактор ГТ удерживается обгонной муфтой; Правый рисунок - Статор ГТ вращается свободно.

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 реактор связан с ГТ через обгонную муфту, которая может вращаться только в одном направлении, то, благодаря особой форме лопаток реактора и турбины поток масла направляется на обратную сторону лопаток реактора (рис. 4), благодаря чему реактор заклинивается и остаётся неподвижным, передавая на вход насоса максимальное количество остаточной энергии масла, сохранившееся после вращения им турбины. Такой режим работы ГТ обеспечивает максимальную передачу им крутящего момента. Например, при трогании с места ГТ увеличивает крутящий момент почти в три раза.

По мере разгона автомобиля проскальзывание турбины относительно насоса уменьшается и наступает момент, когда поток масла подхватывает колесо реактора и начинает вращать его в сторону свободного хода обгонной муфты (см. рис. 5). ГТ перестаёт увеличивать крутящий момент и переходит в режим обычной гидромуфты. В таком режиме ГТ имеет КПД, не превышающий 85%, что приводит к выделению в нём излишнего тепла и, в конечном счёте, увеличению расхода топлива двигателем авт

омобиля.

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

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