Как устроена АКПП на гидротрансформаторе

Не падайте в обморок, это несложно. Мы объясним все это в ближайшее время. Но сначала давайте разберемся с терминологией. Дело в том, что многие ошибочно относят к автоматической трансмиссии два взаимосвязанных узла: саму трансмиссию и гидротрансформатор.

Конвертер состоит из двух лопастных машин — центробежного насоса и центробежной турбины. Между ними находится направляющий аппарат — реактор. Насосное колесо жестко связано с коленчатым валом двигателя, турбинное колесо — с валом коробки передач. В зависимости от режима работы реактор может вращаться свободно или быть заблокирован односторонней муфтой.

Гидротрансформатор
Гидротрансформатор

Полезная энергия в коробке передач с гидротрансформатором расходуется гидротрансформатором на выталкивание (и нагрев) масла. Кроме того, много энергии «потребляет» насос, который создает рабочее давление в линиях управления. Отсюда и более низкая эффективность. Поэтому предпочтительнее механические роботизированные коробки передач и вариаторы.

Гидротрансформатор является отличным демпфером крутильных колебаний
Гидротрансформатор является отличным демпфером крутильных колебаний

Гидротрансформатор является отличным демпфером крутильных колебаний и способен гасить сильные толчки, передаваемые от двигателя к коробке передач и наоборот. Кстати, это очень полезно для срока службы двигателя, коробки передач и ходовой части. Но гидротрансформатор также может стать причиной многих проблем. Например, он не позволяет завести автомобиль с «толчка».

Передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии осуществляется за счет потока рабочей жидкости (масла), которая выбрасывается через лопасти насосного колеса на лопасти турбинного колеса. Зазоры между насосным колесом и турбиной минимальны, а их лопастям придана особая геометрия для создания непрерывного потока рабочей жидкости. Поэтому между двигателем и коробкой передач нет жесткого сцепления. Это позволяет двигателю работать и останавливаться при включенной коробке передач и обеспечивает плавную тягу.

Схема работы гидротрансформатора АКПП
Схема работы гидротрансформатора АКПП

Схема гидротрансформатора

Внутреннее устройство гидротрансформатора
Внутреннее устройство гидротрансформатора

Масло в гидротрансформаторе движется по этому запутанному пути. Чтобы увеличить скорость и крутящий момент на турбинном колесе, гидротрансформатор блокируется. Но в этом случае эффективность передачи несколько снижается.

Следует сказать, что по описанной выше схеме работает гидравлическое сцепление, которое просто передает крутящий момент без преобразования его величины. Для изменения крутящего момента гидротрансформатор сконструирован с реактором. Это то же самое колесо с лопастями, но в сочетании с картером (корпусом) редуктора оно не вращается (заметим, до определенного крутящего момента). Лопатки реактора находятся на пути, по которому масло возвращается от турбины к насосу, и имеют специфический профиль. Когда реактор неподвижен (режим гидротрансформатора), он увеличивает расход рабочей жидкости, циркулирующей между колесами. Чем выше скорость масла, тем больше его кинетическая энергия, тем сильнее воздействие на турбинное колесо. Благодаря этому эффекту крутящий момент, развиваемый на валу турбинного колеса, может быть значительно увеличен.

гидротрансформатор ZF
гидротрансформатор ZF

Гидротрансформатор ZF и многодисковое сцепление Sachs, которое блокирует насосное и турбинное колеса.

Представьте себе стандартную ситуацию — передача в коробке передач уже включена, а мы стоим на месте и нажимаем на педаль тормоза! Что происходит в этом случае? Турбинное колесо находится в состоянии покоя, и крутящий момент на нем в полтора-два раза (в зависимости от конструкции) превышает крутящий момент, развиваемый двигателем на этих оборотах. Кстати, крутящий момент на выходном валу гидротрансформатора будет тем больше, чем выше обороты двигателя. Когда педаль тормоза отпущена, автомобиль ускоряется. Ускорение будет продолжаться до тех пор, пока крутящий момент на колесах не сравняется с сопротивлением движению автомобиля.

BMW X5 алюминиевый селектор управления автоматической коробкой передач
BMW X5 алюминиевый селектор управления автоматической коробкой передач

Когда турбинное колесо приближается к скорости насосного колеса, реакторное колесо освобождается и начинает вращаться вместе со своими двумя «партнерами». В этом случае считается, что гидротрансформатор переключился в режим гидравлического сцепления. Это снижает потери и повышает эффективность преобразователя.

Поскольку в некоторых случаях нет необходимости в преобразовании крутящего момента или скорости, конвертер может быть заблокирован фрикционной муфтой в определенное время. Этот режим снижает эффективность передачи примерно до единицы, проскальзывание между лопастями в этом случае по определению исключено.

Но представьте себе такую ситуацию. Вы едете по прямой с постоянной скоростью и вдруг начинаете подниматься в гору. Скорость автомобиля начнет снижаться, а нагрузка на ведущие колеса увеличится. Гидротрансформатор мгновенно реагирует на это изменение. Когда турбина начинает замедляться, колесо гидротрансформатора начинает автоматически тормозить, что увеличивает скорость циркуляции жидкости, что автоматически увеличивает крутящий момент, приложенный к валу от колеса турбины (читай: к колесам). В некоторых случаях увеличенного крутящего момента достаточно для подъема на холм без необходимости переходить на пониженную передачу.

Поскольку гидротрансформатор не способен обрабатывать скорость и крутящий момент в широком диапазоне, он оснащается многоскоростной коробкой передач, которая также способна изменять обороты (другими словами, двигаться задним ходом). Коробки передач, соединенные с гидротрансформаторами, обычно содержат ряд планетарных передач и имеют много общего с привычными нам «механическими» коробками передач.

Шестерни АКПП
Шестерни АКПП

Когда коробка передач поднята, двигатель поворачивает водителя. Выходной вал находится в зацеплении с солнечной шестерней и в то же время кольцевая шестерня заблокирована, если вы ослабите кольцевую шестерню и с помощью сцепления зафиксируете ее на водиле, вы получите прямую линию. Мощность поступает от кольцевой шестерни.

В механической коробке передач шестерни находятся в постоянном зацеплении, а ведомые колеса свободно вращаются на вторичном валу. Когда вы включаете шестерню, вы механически фиксируете соответствующую шестерню на валу шестерни. Автоматические коробки передач работают по тому же принципу. Но планетарные редукторы (или шестерни) имеют некоторые интересные особенности. Они состоят из нескольких компонентов — шестерни, сателлитов, солнечной шестерни и кольцевой шестерни.

Планетарные редукторы АКПП
Планетарные редукторы АКПП

Вращая одни части и блокируя другие, такие передачи позволяют изменять соотношение, или скорость и силу, передаваемую через планетарные шестерни. Планетарные коробки передач приводятся в движение выходным валом гидротрансформатора, а их отдельные компоненты блокируются ремнями или фрикционными пакетами (в механической коробке передач эту роль выполняют синхронизаторы и блокирующие муфты).

Как реально выглядят планетарные редукторы АКПП
Как реально выглядят планетарные редукторы АКПП

Планетарные редукторы. Привод (1), сателлиты (2), шлицы солнечной шестерни (3).

Коробка передач включается следующим образом. Трение осуществляется гидравлическим толкателем, который, в свою очередь, приводится в действие давлением жидкости, используемой в гидротрансформаторе. Это давление создается специальным насосом и под контролем инженера-электронщика распределяется между отдельными зубчатыми муфтами с помощью специальной системы электроклапанов — соленоидов — в соответствии с алгоритмом работы трансмиссии.

Пакеты фрикционов АКПП
Пакеты фрикционов АКПП

Пакеты фрикционных сцеплений состоят из нескольких колец — неподвижного и подвижного. Они свободно вращаются относительно друг друга до тех пор, пока не потребуется включить редуктор. Гидравлический толкатель включает муфты, когда в соответствующей магистрали создается рабочее давление. Когда скользящие элементы жестко соединены, например, с планетарной передачей, ползун блокируется и передача включается.

Большая разница между автоматической коробкой передач и обычной механической коробкой передач заключается в том, что передачи переключаются почти непрерывно в потоке мощности. Один выключен, другой включен практически в один и тот же момент. Сильные рывки при переключении передач практически исключены, так как они гасятся упомянутым выше гидротрансформатором. Хотя следует отметить, что современные коробки передач со спортивной регулировкой не могут похвастаться плавностью хода. Толчки при их работе вызваны более быстрым переключением передач: такая схема позволяет восстановить некоторое время при ускорении, но вызывает ускоренный износ фрикционных муфт. Коробка передач и шасси в целом тоже пострадали не лучшим образом.

Автоматическая коробка передач Audi Q7 - схема
Автоматическая коробка передач Audi Q7 — схема

Система управления автоматических трансмиссий первого поколения была полностью гидравлической. В дальнейшем гидравлика использовалась только как исполнительная часть системы управления, в то время как электронная система отвечает за создание алгоритма работы. Это позволяет реализовать различные алгоритмы работы коробки передач — режим резкого ускорения, спортивный режим, экономичный режим, зимний режим….

восьмиступенчатая гидромеханическая коробка передач
восьмиступенчатая гидромеханическая коробка передач

Одна из последних разработок ZF — восьмиступенчатая гидромеханическая коробка передач. Производители утверждают, что трансмиссия экономит до 6% топлива по сравнению с аналогичным шестиступенчатым «автоматом» и 14% по сравнению с пятиступенчатым. Логично, что большое количество передач увеличивает время нахождения двигателя в наиболее «эффективном» режиме, и расход топлива на единицу мощности минимален. Потеря времени на ненужные смены? Не очень.

В режиме Sport, например, мощность двигателя используется в полной мере. Каждая последующая передача включается на скорости, близкой к той, при которой возникает максимальный крутящий момент. При дальнейшем разгоне частота вращения коленчатого вала доводится до максимальных значений, при которых двигатель развивает максимальную мощность. И так далее. Теперь автомобиль разгоняется гораздо быстрее, чем в «экономичной» или «нормальной» программах.

Управляющие клапаны гидравлического блока управления

В большинстве современных автомобилей с автоматической коробкой передач отдельные режимы управления активируются в зависимости от стиля вождения водителя. Электроника регулирует тандем двигатель-трансмиссия независимо друг от друга. Компьютер оценивает информацию от ряда датчиков и решает, когда следует переключить передачу в соответствии с желаемой схемой переключения. Если стиль вождения размеренный и плавный, контроллер вносит соответствующие коррективы, чтобы двигатель не переходил принудительно в режим повышенной мощности, что положительно сказывается на расходе топлива. Как только водитель «нервничает» и начинает чаще и резче нажимать на педаль акселератора, искусственный интеллект сразу же понимает, что ускорение и разгон должны происходить быстрее, и привод сразу же начинает работать в «спортивном» режиме. Если водитель начинает плавно нажимать на педали, «умная» электроника переключает коробку передач и двигатель в стандартный режим.

Шестиступенчатая коробка передач в Audi A8 с полным приводом
Шестиступенчатая коробка передач в Audi A8 с полным приводом

Все больше автомобилей оснащаются механическими коробками передач с полуавтоматическим режимом. Здесь водитель инициирует переключение передач, а контроллер — переключение. Однако это не означает, что электроника предоставляет большую свободу. В этом режиме часто увеличивается скорость переключения, но многие производители из соображений сохранения ресурса двигателя сохраняют время переключения таким же, как и в автоматическом режиме. Машиностроители по-разному называют эти системы — Autostick, Steptronic, Tiptronic.

Селектор АКПП под рулем - американский стиль
Селектор АКПП под рулем — американский стиль

Американцы любят устанавливать селектор автоматической коробки передач на рулевой трубе. Европейцы и японцы ставят их на центральный тоннель.

Кстати, некоторые автоматические трансмиссии недавно стали настраиваемыми. Это стало возможным благодаря перепрограммированию блоков управления двигателем и трансмиссией. В программе управления автоматической коробкой передач они изменяют моменты перехода с одной передачи на другую для увеличения скорости разгона и существенного сокращения времени переключения.

Селектор АКПП Mitsubishi Lancer
Селектор АКПП Mitsubishi Lancer

Управление коробкой передач в ручном режиме в новом Mitsubishi Lancer может осуществляться как с помощью селектора, так и с помощью удобных магниевых подрулевых переключателей.

Электроника с каждым годом становится все умнее. Компьютеры научились анализировать износ фрикционов и генерировать соответствующее давление, необходимое для включения каждого сцепления. Регистрируя давление, можно прогнозировать износ фрикционных дисков и, следовательно, всей трансмиссии. Блок управления постоянно контролирует состояние системы, сохраняя в своей памяти коды неисправностей компонентов, которые не функционируют должным образом.

Четырехступенчатая коробка передач Hydra-Matic 2002 4T65-E (M76)
Четырехступенчатая коробка передач Hydra-Matic 2002 4T65-E (M76)

Четырехступенчатая коробка передач Hydra-Matic 2002 4T65-E (M76) и гидротрансформатор GM установлены поперечно на автомобиле как часть трансмиссии.

В некоторых форс-мажорных случаях блок управления начинает работать в режиме байпаса. Обычно в аварийном режиме все передачи в коробке передач выключаются и включается одна передача, обычно вторая или третья. В этой ситуации не рекомендуется (и не получится) обслуживать автомобиль, но программа поможет вам самостоятельно добраться до мастерской.

Все типы коробок передач способны удовлетворить автовладельцев своим обслуживанием в течение 200 000 километров с ненужным пробегом. Однако есть одно «но» — безотказная работа возможна только при правильной эксплуатации и регулярном и грамотном техническом обслуживании.

Режимы автоматической трансмиссии

«P» — парковка. В этом режиме все передачи отключены, выходной вал коробки передач и «нога» коробки передач, соединенная с ведущими колесами, затормаживаются механизмом блокировки коробки передач. Когда двигатель работает, ограничитель частоты вращения коленчатого вала срабатывает гораздо раньше, чем при разгоне. Такая «защита от дурака» предотвращает излишнее «раскручивание» двигателя и чрезмерное перерасходование трансмиссионной жидкости.

«R» — реверс, по-русски — обратный.

«N» — нейтральный. В этом режиме двигатель и ведущие колеса не соединены. Автомобиль может передвигаться по берегу, а также буксироваться без буксировки ведущей оси.

Режим «D» или «Drive» позволяет вести машину. В этом режиме переключение передач происходит автоматически.

«S», «Sport», «PWR», «Power» или «Shift» — спортивный режим. Самый динамичный и самый расточительный. При разгоне двигатель «доводится» до максимальной мощности. Скорость переключения (в зависимости от конструкции и программы) может быть увеличена. Двигатель всегда находится в пусковом состоянии и, как правило, работает с крутящим моментом не ниже максимального. Забудьте об экономике.

«Кик-даун» — это режим, в котором происходит переключение на пониженную передачу для реализации интенсивного ускорения, например, при обгоне. Кик-даун происходит потому, что двигатель переключается в режим максимального кик-дауна, а также потому, что передаточное число понижающей передачи выше. Чтобы коробка передач переключилась в этот режим, нужно хорошо нажать на педаль газа. В коробках передач старого поколения для включения режима kick-down необходимо было нажать на педаль акселератора до щелчка.

При работе в режиме «Overdrive» или «O/D» повышающая передача включается чаще, переводя двигатель на более низкие обороты. «Overdrive» обеспечивает экономичное вождение, но его активация может привести к значительной потере динамики.

«Normal» реализует наиболее сбалансированный режим движения. Переключение на высшие передачи обычно происходит, когда двигатель достигает средних оборотов и на скорости чуть выше средней.

Если установить селектор напротив «1» (L, Low), «2» или «3», коробка передач не будет переключаться выше выбранной передачи. Эти режимы необходимы в тяжелых дорожных условиях, например, при движении по горным дорогам, буксировке прицепа или другого транспортного средства. В этом случае двигатель может работать в среднем и высоком диапазоне без переключения передач.

«W», «Зима», «Снег». — Так называемый «зимний» режим работы автоматической коробки передач. Чтобы предотвратить пробуксовку ведущих колес, переключитесь на вторую передачу. Переключение передач также может быть более плавным и медленным, чтобы не провоцировать ненужную пробуксовку. В этом случае ускорение может быть менее динамичным.

Поул-позиция определяется вовсе не наличием знаков «+» и «-«, а умением переключать передачи вручную. Разные производители «смешивают» передачи по-разному: с селектором АКПП, с кнопками на руле или под переключателями на рулевом колесе…. В этом режиме электроника не позволит вам переключить передачу, которая, по ее мнению, в данный момент является неподходящей. При работе с метками «сложение» и «вычитание» скорость переключения не будет выше, чем заданная программным обеспечением в режиме «Спорт». Преимуществом ручного режима является возможность упреждения.

Источник: drive.ru

Добавить комментарий



👁 103