Как работает гидротрансформатор

Устройство и принцип работы современного гидротрансформатора

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.

  1. История появления
  2. Устройство и принцип работы
  3. Преимущества
  4. Недостатки
  5. Режим блокировки
  6. Режим проскальзывания

История появления

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

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

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.

Как устроена коробка-автомат с гидротрансформатором

Достоинство гидротрансформаторной трансмиссии заключается, конечно же, в удобстве управления тягой автомобиля. В упрёк таким трансмиссиям можно поставить медлительность, невысокий КПД и относительно небольшой ресурс. Хотя надо отдать им должное — современные коробки отличаются завидной «скорострельностью».

Не падайте в обморок, ничего сложного здесь нет. Сейчас всё растолкуем. Но сначала давайте определимся с терминологией. Дело в том, что многие по ошибке автоматической коробкой передач называют два агрегата, соединённых воедино: собственно саму коробку и гидротрансформатор.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также  АВТОВАЗ увеличит объемы производства LADA 4х4 Urban

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

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

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

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

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

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

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

В некоторых случаях блок управления начинает работать по обходной программе. Обычно в аварийном режиме в коробке передач запрещаются все переключения, и включается одна передача, как правило, — вторая или третья. Эксплуатировать, в этом случае автомобиль не рекомендуется (да и не получится), но доехать своим ходом до мастерской программа поможет.

Все типы коробок способны доставлять радость владельцам автомобилей своей службой при пробеге в 200 тысяч километров с лишним. Но есть одно «но» — безотказная работа возможна при правильной эксплуатации и регулярном квалифицированном ТО.

Режимы автоматической трансмиссии

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

«R» — reverse, — задний ход.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Гидротрансформатор АКПП, он же «Бублик», он же «Дыня»))

Недавно на работе привезли из ремонта «бублик» разрезанный, не подлежащий ремонту.
И я решил поделиться с вами фотографиями внутренностей, ну и собственно разобраться как он работает. На эту тему есть много информации в сети, но я как обычно постараюсь собрать её всю здесь в максимально понятном и доступном виде.
Сразу оговорюсь, все материалы взяты из различных источников в интернете и на их авторство я не претендую.

Итак начнем.
Что же вообще такое гидротрансформатор (далее ГДТ) и для чего он нужен?

Гидродинамический трансформатор («Гидротрансформатор» или «ГДТ») это герметично заваренный узел, передающий вращательный момент от Двигателя — к Автоматической трансмиссии при помощи двух вращающихся в масле турбин.
Еще одно свойство ГДТ (которое как раз таки и отличает гидротрансформатор от гидромуфты) это автоматическое изменение крутящего момента в зависимости от нагрузки и частоты вращения колес автомобиля.

Для полноты понимания данного процесса представьте себе два домашних вентилятора направленных друг на друга, если включить один из них, то он создаваемым потоком воздуха, приведет в движение и тот вентилятор, который выключен. Примерно тот же процесс происходит внутри ГДТ, только роль воздуха там выполняет масло.

Вот так обычно ГДТ выглядит снаружи:

А вот те самые турбинные колеса с лопастями

То есть по сути, этот узел заменяет собой сцепление, но тогда почему же не установить для связи двигателя и АКПП обычное сцепление? Если поставить обычное сцепление, то тогда нам неизбежно придется выключать его при остановке автомобиля (нажимать на педаль сцепления), дабы двигатель не заглох, тогда сводиться на нет все удобство от использования АКПП.

ГДТ же в свою очередь, на холостом ходу при включеной передачи и нажатой педали тормоза, ввиду отсутствия прямой механической связи, не дает двигателю заглохнуть.
То есть ведущее (насосное) колесо будет вращаться, а ведомое (турбинное, то которое соединено с выходным валом коробки) будет оставаться на месте.

С общим принципом работы разобрались, теперь давайте разберемся из каких частей состоит ГДТ, для чего они служат и как все это взаимодействует

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.

Читайте также  Что изменилось в Porsche Macan S 2019 года ?

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.

Когда скорость автомобиля достигает определенной отметки, то в дело вступает блокировка ГТД, при помощи фрикционных пластин, она прижимает турбинное колесо к корпусу ГДТ и тогда двигатель с АКПП становиться соединен жесткой механической связью и передает 100% крутящего момента АКПП.

Прочитав все вышесказаное закономерно возникает вопрос: 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 заднего хода или полном разъединении двигателя от ведущих колес.

Ну и в заключение видео, которое даст полное понимание работы ГДТ

Как работает гидротрансформатор?

Многие из Вас наверняка знают элементарные вещи об устройстве механической коробки передач — Вы знаете, что двигатель подключен к передаче путём сцепления, ведь без этой связи автомобиль не сможет прийти к полной остановке, разумеется, не убив двигатель. Но автомобили с автоматической коробкой передач не имеют сцепления, которое отключало бы трансмиссию от двигателя. Вместо этого в них используется удивительное устройство под названием гидротрансформатор. Может быть, его устройство Вам покажется несколько сложным, но то, что он делает и какое удобство доставляет, просто очень интересно!

В этой статье мы узнаем, почему автоматическая коробка передач автомобиля так нуждается в гидротрансформаторе, как работает гидротрансформатор и его некоторые недостатки.

Основы гидротрансформатора

Так же, как и в случае с ручной трансмиссией, автомобилю с автоматической коробкой передач необходимо найти способ, чтобы одновременно держать двигатель работающим (крутящимся коленчатым валом), а колеса и шестерни в коробке передач остановленными.Автомобили с МКПП используют для этого сцепление, которое полностью отключает двигатель от коробки передач, а вот автоматическая коробка передач использует гидротрансформатор.

Гидротрансформатор является одним из видов гидромуфты, которая позволяет двигателю вращаться независимо от трансмиссии. Если двигатель вращается медленно, например, когда автомобиль работает на холостом ходу на красном сигнале светофора, количество крутящего момента, который передаётся через гидротрансформатор, очень мало, и его достаточно, чтобы удержать автомобиль на месте путём лишь лёгкого давления на тормозную педаль.

Если бы Вы надавили на педаль газа в то время как автомобиль остановился, Вам пришлось бы также нажать сильнее на тормоза, чтобы удержать машину от перемещения. Это происходит потому, что при нажатии на газ двигатель ускоряется, и насос из-за этого ускорения подаёт больше жидкости в гидротрансформатор, вызывая больший крутящий момент, который, в свою очередь передаётся на колеса.

Как работает гидротрансформатор?

Как показано на рисунке выше, существуют четыре компонента внутри очень крепкого корпуса гидротрансформатора:

  1. Насос
  2. Турбина
  3. Статор
  4. Трансмиссионное масло

Корпус гидротрансформатора крепится болтами к маховику двигателя, то есть корпус всегда крутится с той же скоростью, с какой крутится коленвал двигателя. Плавники, которые составляют насос гидротрансформатора, крепятся к корпусу, поэтому они также вращаются с одинаковой скоростью, что и двигатель. Гидротрансформатор в разрезе на рисунке ниже показывает, как всё это связано внутри гидротрансформатора.

Насос внутри гидротрансформатора является одним из видов центробежных насосов. В то время как он вращается, жидкость движется направленно от центра к краям, примерно как вращающийся барабан стиральной машины во время отжима бросает воду и одежду по своим стенкам. В то же время, так как жидкость устремляется от центра, в это центре создаётся вакуум, который привлекает ещё больше жидкости.

Затем жидкость поступает в лопасти турбины, которая связана с передачей. Именно турбина заставляет передачу крутиться, что в основном и приводит в движение Ваш автомобиль. Так как же жидкость (точнее, масло) поступает из насоса к турбине?! Дело в том, что в то время, как жидкость эта устремляется от центра к краям насоса, она встречает на своём пути лопасти насоса, которые направлены таким образом, что жидкость рикошетит о них и направляется уже вдоль оси вращения насоса прочь от него — к турбине, которая как раз и расположена напротив насоса.

Лопасти турбины также немного искривлены. Это означает, что жидкость, которая поступает в турбину снаружи, должна изменить своё направление, переместившись в центр турбины. Именно это направленное изменение вызывает вращение турбины.

Чтобы ещё проще представить принцип работы гидротрансформатора, представим ситуацию с расположенными друг напротив друга на небольшом расстоянии (допустим, около одного метра) комнатными вентиляторами и направленными друг напротив друга — если включить один из вентиляторов, то он за счёт своих искривлённых лопастей погонит воздух от себя к вентилятору, который стоит напротив него, а тот, в свою очередь, начнёт вращаться, потому как его лопасти также искривлены и поток воздуха толкает их все в какую-либо одну сторону (именно в ту сторону, в какую и начнёт вращаться вал вентилятора).

Но мы всё ещё двигаемся далее: жидкость выходит из турбины в её центре, двигаясь опять же в другом — противоположном направлении, чем то, в котором она когда-то вошла в турбину — то есть снова по направлению к насосу. И вот здесь заключается большая проблема — дело в том, что по своей конструкции (точнее, по конструкции своих лопастей, насос и турбина вращаются в противоположные стороны, и, если жидкости будет разрешено попасть обратно в насос, то это будет сильно замедлять двигатель. Вот почему гидротрансформатор имеет статор, который, благодаря своей конструкции, изменяет направление движения масла, и, таким образом, остаточная энергия, которая возвращается от турбины к насосу, идёт в дело — немного помогая двигателю раскручивать насос.

Важно отметить, что скорость вращения турбины никогда не будет равной скорости вращения насоса, а КПД в гидротрансформаторе даже близко не будет стоять к механическим шестерёнчатым механизмам, передающим крутящий момент. Именно поэтому у автомобиля с АКПП значительно более высокий расход топлива. Для борьбы с этим эффектом, большинство автомобилей имеет гидротрансформатор, снабжённый блокировочной муфтой . Когда требуется, чтобы две половинки гидротрансформатора (насос и турбина) вращались с одинаковой скоростью (это происходит, например, когда автомобиль движется на высокой скорости), блокировочная муфта блокирует их вместе намертво, что исключает проскальзывание насоса относительно турбины и, таким образом, повышает эффективность расхода топлива.

Гидротрансформатор АКПП: все об устройстве и неисправностях

GT coupe (03.63 — 12.77)

INTEGRA sedan (01.85 — 12.89)

Гидротрансформатор – это далеко не новое изобретение для автомобильной индустрии. Впервые он появился порядка ста лет назад, но за долгое время своего существования устройство претерпело значительные изменения. Сегодня гидротрансформаторы используют для передачи крутящего во многих отраслях промышленности. Разумеется, автомобильная промышленность исключением не стала. Об особенностях устройства гидротрансформаторов, принципе их работы, а также неисправностях вы сможете узнать из материала Avto.pro.

Экскурс в историю

Прообраз современных гидротрансформаторов был создан еще в 1905 году Германом Феттингером – талантливым немецким инженером, который работал над устройствами для передачи передачи крутящего момента. Свой механизм он назвал гидромуфтой. Изначально его планировалось использовать в судах. Суть работы муфты сводилась к передаче крутящего момента с помощью рециркуляции жидкости , которая заполняла пространство между парой лопастных колес. Такое техническое решение должно было решить проблемы обратной нагрузку на валы, двигатель и их соединительные элементы – жидкость решила бы недостатки жесткой связи между агрегатами и смежными с ними деталями.

Первый автомобиль, оснащенный гидротрансформатором, выпустил концерн General Motors . Это была модель Oldsmobile Custom 8 Cruiser 1939 года. Автолюбители отметили, что управление данным автомобилем было очень легким, простым и, разумеется, комфортным. Чуть позже аналогичные устройства начали применять и в других моделях личного транспорта. Сегодня гидротрансформатор является верным спутников автоматических коробок передач. Автолюбители часто называют его « бубликом » из-за специфической геометрии.

Достоинства и недостатки

Прежде чем мы начнем изучать устройство гидротрансформаторов, давайте разберемся, почему их вообще стали применять. Трансмиссия с жестким соединением первичного вала с двигателем имеет серьезный недостаток: в определенных режимах работы двигателя на трансмиссию приходятся сильные нагрузки, которые становятся причиной ускоренного износа деталей. Трансформатор решил эту проблему . Но у него есть и другие достоинства. Среди них:

  • Обеспечение плавного троганья с места;
  • Потенциальная возможность увеличения крутящего момента от автомобильного двигателя;
  • Устройство практически не нуждается в обслуживании.
Читайте также  Диагностика двигателя с помощью сканера

Где есть достоинства, там есть и недостатки. Главная особенность гидротрансфортматора – передача момента посредством движения жидкости – является и его главным недостатком. Вот почему автоконцерны продолжают работать над его улучшением:

  • Устройство имеет относительно невысокий КПД;
  • Оно пагубно сказывается на динамике автомобиля;
  • Стоимость устройства довольно высока.

Так как на раскручивание жидкости в гидротрансформаторе требуется время и мощность, динамика автомобиля может пострадать. Кроме того, проектирование и сборка гидротрансформатора требует больших экспертных мощностей и денежных трат. Автомобиль, оснащенный АКПП с трансформатором стоит дороже моделей с наиболее простой механической трансмиссией. Но с учетом того, что устройтсво не только делает работу трансмиссии более плавной, но и увеличивает ее эксплуатационный ресурс, денежные траты окупаются.

Подробнее о принципе работы

Принцип работы гидротрансформатора сводится к передаче момента от двигателя к автомобильной трансмиссии без создания жесткой связи . Момент передается посредством рециркуляции жидкости. По сути, работает трансформатор АКПП так же, как и гидравлическая муфта. Но не стоит путать два этих устройства – гидротрансформатор несколько сложнее. Он состоит из таких элементов:

  1. Корпус;
  2. Насосное колесо / насос;
  3. Статор / реактор;
  4. Обгонная муфта;
  5. Механизм блокировки / плита блокировки;
  6. Турбинное колесо / турбина.

Запчасти на Ford custom

CUSTOM Tourneo bus (01.12 — )

Запчасти на Mazda 2

2 хетчбек (DL, DJ) (11.14 — )

Если разобрать гидротрансформатор, то можно увидеть следующее: на одной оси размещено турбинное, насосное и реакторное колесо, а весь внутренний объем механизма заполнен трансмиссионной жидкостью. Между каждым из лопастных колес нет жесткого соединения, но оно и не требуется. Насосное колесо имеет жесткое соединение с коленвалом, а значит, при запуске двигателя оно будет проворачиваться вместе с ним. Турбинное колесо имеет жесткое соединение с первичным валом автомобильной АКП. Между этими колесами расположен реактор, иначе называемый статором . Сам же реактор имеет смежный элемент – муфту свободного хода, которая не дает ему вращаться в двух направлениях. Кстати, в обычных гидравлических муфтах, которые часто сравнивают с гидравлическими трансформаторами, статора и муфты нет.

Лопасти всех колес имеет особую геометрию, которая позволяет им захватывать как можно больший объем трансмиссионной жидкости. Работает устройство так: при включении двигателя и по ходу повышения оборотов насосное колесо начинает вращаться со все большей скоростью, постепенно раскручивая и жидкость. Так как турбинное колесо имеет схожую геометрию лопастей, оно начнет вращаться, увлекаемое трансмиссионной жидкостью . Выделяется здесь только реактор – он придает жидкости ускорение. Это становится возможным благодаря особой конструкции лопаток. Они имеют специфический профиль с сужающимися межлопаточными каналами. Жидкость, входя в сужающиеся каналы, выбрасывается в сторону выходного вала с увеличенной скоростью.

Формирование потока жидкости в гидротрансформаторе напрямую определяется скоростью насосного колеса. Скорость вращения последнего, в свою очередь, зависит от скорости вращения коленчатого вала. Как только лопастные колеса синхронизируется, гидротрансформатор начинает работать как гидромуфта – он не увеличивает крутящий момент. Если же нагрузка на выходной вал увеличивается, турбинное колесо немного замедляется. Реактор (статор) блокируется, начиная трансформировать поток трансмиссионной жидкости.

Режимы работы

Для полного понимания принципов работы гидротрансформатора стоит уделить внимание режимам его работы. Как стало понятно из предыдущих разделов, этот агрегат передает крутящий момент без жесткого соединения вращающихся деталей. Однако в силу отсутствия такого соединения агрегат имеет несколько недостатков . В частности, уже упомянутые низкий КПД и посредственная динамика автомобиля. Проблемы удалось решить на конструктивном уровне – введением механизма блокировки, иначе называемого блокировочной плитой. У современных гидротрансформаторов есть несколько режимов работы:

  1. Блокировка;
  2. Проскальзывание.

Блокировочная плита соединена с турбинным колесом, а значит, и с первичным валом коробки передач при помощи пружин демпфера крутильных колебаний . Получив команду от блока управления трансмиссией, она прижимает к внутренней поверхности корпуса агрегата под действием давления жидкости. Так как на плите расположены фрикционные накладки, она может обеспечить жесткое соединение и передачу крутящего момента от силового агрегата трансмиссии даже без участия жидкости. Блокировка может включаться на любой из передач.

Блокировка гидротрансформатора может быть и частичной. Если плита прижимается к корпусу устройства неполностью, гидротрансформатор переходит в режим проскальзывания . Крутящий момент при этом передаваться как через механизм блокировки, так и через циркулирующую жидкость. В этом режиме автомобиль имеет достойные динамические характеристики, а его трансмиссия продолжает работать плавно. Электроника включает частичную блокировку при разгоне и отключает при понижении скорости . У данного режима есть только один недостаток: частое его включение приводит к истиранию фрикционной накладки плиты. Продукты износа попадают в трансмиссионное масло, что отрицательно сказывается на его рабочих свойствах.

Применение гидротрансформаторов

Возьмем пример того, когда гидротрансформатор упрощает пользование автомобилем. Предположим, начинается подъем на гору после движения по ровному участку дороги. Водитель забыл о манипуляциях с педалью акселератора . Так как нагрузка на ведущие колеса увеличилась, а автомобиль сбросил скорость, частота вращения турбины должна уменьшиться. При этом уменьшилось гидравлическое сопротивление – скорость циркуляции трансмиссионного масла в гидротрансформаторе увеличилась. Это означает, что крутящий момент , передаваемый валу турбинного колеса, вырос. Водитель обнаружит, что пока лопастные колеса не синхронизировались, автомобиль двигается так, будто произошел переход на низшую передачу, как это делается в автомобилях с механической коробкой передач.

Пытливый автолюбитель может обнаружить следующее: крутящий момент может преобразовываться гидротрансформатором слишком большое число раз. Что при этом происходит? Необходимая скорость уже достигнута, однако жидкость продолжает набирать скорость вращения. Здесь на выручку приходит механизм блокировки. Он создает жесткую связь между ведущим и ведомым валом. Блокировка устроена так, что потери мощности будут минимальными. При этом гидротрансформатор не увеличит расход топлива как до, так и после блокировки.

Вот еще один вопрос: если гидротрансформатор сам может менять величину крутящего момента, зачем присоединять его к автоматической коробке передач? Дело в том, что коэффициент изменение крутящего момента данного устройства равен 2,0 – 3,5 (обычно 2,4). Это не тот диапазон передаточных чисел , который нужен для эффективной работа автомобильной трансмиссии. К тому же, гидротрансформатор никак не поможет в движении задним ходом или в случаях, когда ведущие колеса разъединены с двигателем.

Неисправности гидротрансформаторов

Конструкция гидротрансформатора не кажется слишком сложной. Да, каждая деталь устройства спроектирована с учетом того, что к ней будут прилагаться большие нагрузки. Однако учтите тот факт, что в тандеме с трансформатором работает и электроника. Механические и электронные компоненты рано или поздно выходят из строя , причем у разных моделей авто могут быть свои специфические неисправности. Чаще всего автолюбители отмечают следующее:

  • Появление посторонних звуков при работе трансмиссии без приложения нагрузки. Причина: износ опорных или промежуточных подшипников;
  • Появление вибрации на высоких скоростях, реже – во всех режимах работы АКПП. Причина: засоренность масляного фильтра и загрязнение трансмиссионной жидкости;
  • Выход реактора из строя и падение динамике автомобиля. Здесь стоит проверить обгонную муфту;
  • Скрежет, стук гидротрансформатора. Причина: разрушение лопастей;
  • Самопроизвольное переключение ступеней АКПП. Причина: неисправность электронной системы управления;
  • Полный выход трансмиссии из строя. Такое может произойти при обрыве соединения колеса с первичным валом коробки передач. Иногда помогает восстановление шлицевого соединения.

Отдельно стоит сказать об опасности перегрева гидротрансформатора. Если автолюбитель игнорировал необходимость замены трансмиссионного масла, трансформатор будет страдать от сухого трения и перегрева . Также стоит уделять внимание остаточному ресурсу фильтра АКПП и чистоте системы охлаждения агрегата. Обычно проблема устраняется заменой расходников, чисткой и заливкой нового масла . В запущенных случаях требуется замена отдельных узлов гидротрансформатора.

Общие признаки выхода гидротрансформатора из строя: повышенный расход топлива, рывки при движении на постоянной скорости, а также при торможении двигателем, плохое состояние масла при замене. Как правило, масло в агрегате с изношенным гидротрансформатором имеет черный цвет. Некоторые неисправности могут указывать на поломку других деталей автоматической коробки передач, так что если вы заметили ненормальную работу трансмиссии , скорее обращайтесь к специалисту для диагностики своего авто.

Выбор нового агрегата

Найти новый гидротрансформатор не так уж сложно. Автолюбителям важно понимать, что при подборе нельзя допускать ошибок – если он выберет неподходящий агрегат, его не получится установить на свой автомобиль. Как результат, устройство нужно будет возвращать продавцу и начинать поиски снова. Чтобы не допустить ошибку, гидротрансформатор обычно ищут по:

  • VIN-коду;
  • Коду имеющегося агрегата.

Особняком стоит поиск по параметрам автомобиля. Он не всегда дает точный результат, но если вести поиски в проверенных электронных каталогах, то вероятность ошибки становятся меньше. Необходимо указывать практически все технические параметры транспортного средства – от марки, модели и года выпуска до характеристик двигателя и коробки передач.

Отдельно стоит рассказать о ремонте гидротрансформатора . Новое устройство в сборе стоит от 600 до 1000$, а иногда и больше. Ремонт же обходится в среднем в 4-6 раза дешевле. Впрочем, важно учитывать и стоимость снятия коробки передач. Как правило, мастера проводят мойку и дефектовку деталей, меняют уплотнители, гидроцилиндры, фрикционные накладки блокировочной плиты, а также по необходимости балансируют лопаточные колеса. Полный выход гидротрансформатора из строя – это запущенный случай. Автолюбителям достаточно менять расходники и вовремя проводить диагностику.

Вывод

Гидротрансформатор – это один из важных компонентов автоматических коробок передач, который делает эксплуатацию автомобиля еще более простой и комфортной. В силу относительной простоты устройства и применения деталей с большим эксплуатационным ресурсом, он редко выходит из строя. Но не стоит думать, что довести дело до капитального ремонта будет сложно. Если водитель игнорирует необходимость регулярной замены масла и фильтров, поломка случится в самый неожиданный момент. Впрочем, даже изношенный гидротрансформатор можно отремонтировать. Добиться полного выхода устройства из строя нелегко. Если вы заметили, что трансмиссия начала работать ненормально, мы советуем для начала обратиться к специалисту. Он локализует проблему и выяснит, подлежат ли компонента АКП ремонту. Так как новый гидротрансформатор стоит немалых денег, ремонт будет предпочтительнее.