Гидротрансформатор подробно — Энциклопедия журнала «За рулем»

Гидротрансформатор — усовершенствованная гидромуфта, механизм увеличения крутящего момента в 2-3 раза, часть гидромеханической трансмиссии. В настоящее время применяется повсеместно на легковых, грузовых автомобилях, автобусах, тракторах и другой транспортной и специальной технике. Обычно работает в паре с планетарной автоматической коробкой передач, но иногда устанавливается на автомобили с бесступенчатой вариаторной трансмиссией.

Устройство и принцип действия

Конструктивно гидротрансформатор идентичен гидромуфте с одним отличием — между насосным и турбинным колесами установлен статор (или роторное колесо). Назначение статора — направить движение жидкости на лопатки турбинного (ведомого) колеса гидротрансформатора и тем самым использовать кинетическую энергию относительного движения жидкости, которое в гидромуфте направлено от центра насосного (ведущего) колеса к его периферии. Гидротрансформатор по сравнению с гидромуфтой имеет более сложное устройство и больший КПД. В массовом производстве детали гидротрансформатора приходится обрабатывать с особой точностью. Но практическая ценность гидротрансформатора по сравнению с гидромуфтой несравнимо выше.

Ротор гидротрансформатора оснащен обгонной муфтой, которая блокирует его вращение при больших оборотах насосного колеса. Этот режим называется стоповым.
Сообщающееся с ведущим валом двигателя насосное колесо внутренними лопатками приводит в движение заполняющая картер гидротрансформатора жидкость. Жидкость совершает два типа движения — переносное, от лопаток насосного колеса к лопаткам турбинного колеса, и относительное, от центра насосного колеса к его периферии (за счет центробежных сил). На малых оборотах вала двигателя отбрасываемая лопатками насосного колеса жидкость попадает на внутреннюю поверхность статора, приводя его во вращение. Лопатки статора направляют жидкость на лопатки турбинного колеса. Благодаря этому используется кинетическая энергия как переносного, так и относительного движения, повышая КПД всего механизма. Часть кинетической энергии жидкости, которая не преобразуется в механическую энергию турбинным колесом, возвращается статором на лопатки насосного колеса. За счет этого достигается эффект трансформации, увеличения крутящего момента, который в стартовом режиме (при трогании автомобиля с места) может возрастать до трех раз. При увеличении оборотов обгонная муфта уменьшает частоту вращения статора, а затем блокирует его. Это происходит при частоте вращения коленчатого вала двигателя примерно в 3/4 от максимальной. Гидротрансформатор переходит в стоповый режим работы, при котором статор не принимает участия в перераспределении движения жидкости. В этом режиме гидротрансформатор работает, как обычная гидромуфта. Коэффициент трансформации крутящего момента равен единице — как при работе гидромуфты.

Гидротрансформатор обладает многими достоинствами, выполняя функции демпфера крутильных колебаний двигателя. Но из-за неизбежных потерь использование гидротрансформатора снижает экономичность автомобиля. Дело в том, что частота вращения насосного колеса всегда выше частоты вращения турбинного колеса. И если в моменты разгона автомобиля гидротрансформатор выполняет полезную работу по увеличению крутящего момента, то при равномерном движении его применение нецелесообразно.

Чтобы избежать повышенного расхода топлива, гидротрансформаторы оснащают автоматической блокировочной муфтой, которая механически жестко связывает насосное и турбинное колеса. Блокировка срабатывает при скорости движения автомобиля примерно в 70 км/ч. Блокировочная муфта расположена в ступице турбинного (ведущего колеса). В отключенном состоянии крутящий момент передается на турбинное колесо через демпфирующие пружины муфты. Во включенном состоянии поршень муфты прижимает нажимной диск к фрикционной накладке, происходит плавное выравнивание вращения ведущего и ведомого валов, а затем полная их блокировка — крутящий момент от двигателя передается на механизмы трансмиссии (коробку передач) напрямую.
Наличие механизма блокировки гидротрансформатора на автомобилях с АКП позволяет реализовать режим торможения двигателем и повышает экономичность. На тракторах с гидромеханической трансмиссией блокировка используется во время работы в стационарном режиме (как стационарного двигателя, электрогенератора и так далее) и для запуска двигателя буксировкой.
В автоматической трансмиссии крутящий момент полностью передается через гидротрансформатор на первой, второй передаче и на передаче заднего хода. На третьей передаче около 40% крутящего момента передается через гидротрансформатор и 60% (то есть после достижения автомобилем скорости в 70 км/ч) напрямую, с выключенным гидротрансформатором. На четвертой передаче гидротрансформатор в передаче крутящего момента не участвует.

Принцип работы гидротрансформатора

20.05.2010

Краткий обзор гидротрансформатора

Крутящий момент, создаваемый двигателем, передается к автоматической коробке передач посредством гидротрансформатора. В этом разделе описывается, как элементы гидротрансформатора создают гидравлическую связь, увеличивают крутящий момент при низких значениях скорости и устанавливают прямую механическую связь с двигателем при высоких значениях скорости.

Гидротрансформатор обеспечивает гидравлическую связь между коленчатым валом двигателя и коробкой передач. Гибкая пластина крепится болтами к задней части коленчатого вала, а гидротрансформатор, в свою очередь, крепится болтами к гибкой пластине.

Трансмиссионная жидкость для автоматической коробки передач (ATF), находящаяся в гидротрансформаторе, передает вращательное движение коленчатого вала к первичному валу коробки передач. Гидротрансформатор вращается всегда, когда работает двигатель.

Простой гидротрансформатор имеет три основных элемента: лопастное колесо, статор (или направляющий аппарат) и турбину. Большинство современных гидротрансформаторов также имеют муфту, служащую для блокировки гидротрансформатора при соответствующих рабочих условиях автомобиля.

Трехэлементный гидротрансформатор

При работающем двигателе и гидротрансформаторе, не заполненном трансмиссионной жидкостью, первичный вал вращаться не будет. Однако, когда гидротрансформатор заполняется трансмиссионной жидкостью, вал будет не просто вращаться, он будет вращаться с силой, достаточной для приведения в движение внутренних элементов коробки передач, которые создают движущую силу автомобиля. Поэтому, трансмиссионная жидкость, находящаяся в гидротрансформаторе, обеспечивает связь между двигателем и коробкой передач.

В простом трехэлементном гидротрансформаторе нет никакой механической связи между секцией гидротрансформатора, приводимой в движение от двигателя, и первичным валом коробки передач. Двигатель с первичным валом связывает только трансмиссионная жидкость, находящаяся в гидротрансформаторе. В главах, данных на следующих страницах, описывается каждый элемент гидротрансформатора и объясняется, как обеспечивается гидравлическая связь.

Лопастное колесо

Если вы знакомы с конструкцией водяных насосов автомобиля, то уже знаете, что такое лопастное колесо. Лопастное колесо в водяном насосе — это ступица с лопастями, которая вращается на вале. Когда работает двигатель, вращающиеся лопасти лопастного колеса заставляют охлаждающую жидкость циркулировать по каналам охлаждающей жидкости и через радиатор.

Лопастное колесо гидротрансформатора работает аналогично. Вращающееся лопастное колесо за счет возникновения центробежной силы заставляет трансмиссионную жидкость циркулировать. Трансмиссионная жидкость вовлекается лопастями во вращательное движение, и по мере увеличения своей скорости уходит от центра лопастного колеса.

Т.к. жидкость стремится наружу, лопасти несут ее в направлении верхней кромки лопастного колеса. Когда скорость лопастного колеса увеличивается, трансмиссионная жидкость получает импульс движения, достаточный для того, чтобы уйти с краев лопастей и из лопастного колеса. Трансмиссионная жидкость выходит из лопастного колеса с силой, достаточной для приведения в движение первичного вала коробки передач, но при условии того, что сила правильно направлена.

Турбина

Турбина гидротрансформатора по конструкции аналогична лопастному колесу. Т.е. турбина — это ступица с лопастями (или лопатками). Такая конструкция нужна для того, чтобы турбина улавливала трансмиссионную жидкость, сбрасываемую лопастным колесом.

Когда рабочая жидкость сбрасывается с лопастного колеса, лопатки турбины подхватывают ее, заставляя течь к центру турбины. Эта сила вращает турбину до того момента, как жидкость пойдет обратно через центр турбины в направлении лопастного колеса.

Сила трансмиссионной жидкости, ударяющейся о лопатки турбины, зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Чем быстрее вращается коленчатый вал, тем большее количество силы передается жидкостью от лопастного колеса к турбине. Когда двигатель работает в режиме холостого хода, рабочая жидкость не имеет достаточно силы, чтобы вращать турбину, преодолевая удерживающее усилие тормозов. Жидкость просто циркулирует от лопастного колеса к турбине и обратно.

Трансмиссионная жидкость уходит от лопастного колесо в направлении по часовой стрелке, а возвращается к нему от турбины в направлении против часовой стрелки.

Статор (направляющий аппарат)

Статор (или направляющий аппарат) располагается между турбиной и лопастным колесом. Назначение статора гидротрансформатора — изменять направление потока трансмиссионной жидкости, когда она перемещается от центра турбины к центру лопастного колеса.

Жидкость течет от лопастного колеса к турбине в направлении по часовой стрелке. Однако, когда жидкость проходит через турбину, ее направление изменяется на противоположное — против часовой стрелки.

Если бы трансмиссионной жидкости было разрешено вернуться к лопастному колесу в направлении против часовой стрелки, это вызвало бы противодействие потока жидкости вращению лопастного колеса, тем самым уменьшая эффективность нагнетания лопастного колеса. Лопастное колесо должно было бы тратить часть крутящего момента, который оно получает от двигателя, на изменение направления потока жидкости.

Когда статор изменяет направление потока трансмиссионной жидкости, чтобы лопастное колесо вращалось в направлении по часовой стрелке, никакой крутящий момент не тратится впустую. Фактически жидкость с измененным направлением вращения помогает воздействовать на лопастное колесо, тем самым увеличивая крутящий момент.

Статор состоит из нескольких лопастей, подсоединенных к ступице, которая закреплена на муфте одностороннего действия.

Муфта в сборе имеет внутреннюю и наружную обоймы с двумя дорожками, разделенными подпружиненными роликами. Внутренняя обойма располагается на шлицевой опоре статора, которая проходит из коробки передач в гидротрансформатор. Т.к. внутренняя обойма имеет шлицевое соединение с опорой статора, она зафиксирована и не может вращаться.

Наружная обойма устанавливается над внутренней обоймой. Внутренняя и наружная обоймы разделяются подпружиненными роликами. Ролики располагаются в клиновых зазорах, образованных наклонными плоскостями, сделанными в наружной обойме. При наличии пружин ролики удерживаются напротив суженных концов клиновых зазоров.

Ролики, клиновые зазоры и дорожки позволяют наружной обойме вращаться только в одном направлении. Когда статор вращается по часовой стрелке, каждый ролик перемещается в расширенный конец клинового зазора, преодолевая усилие пружины, тем самым позволяя статору вращаться. Если статор вращается в противоположном направлении, пружина толкает каждый ролик внутрь клинового зазора, где он заклинивается между двумя дорожками. Когда ролики заклиниваются, статор стопорится относительно внутренней обоймы и не может вращаться.

Возврат потока трансмиссионной жидкости

Поток трансмиссионной жидкости, направленный против часовой стрелки, покидая турбину, перед достижением лопастного колеса проходит через лопасти статора. За счет кривизны лопастей статора направление потока жидкости полностью изменяется.

Изменение направления позволяет трансмиссионной жидкости входить в лопастное колесо и присоединяться к жидкости, текущей вдоль его лопастей. Первое преимущество статора заключается в том, крутящий момент двигателя не затрачивается впустую за счет способности статора изменять направление потока. Второе преимущество заключается в том, что жидкость входит в лопастное колесо в направлении, которое позволяет «помогать толкать» лопасти лопастного колеса.

Увеличение крутящего момента

Влияние статора приводит к тому, что трансмиссионная жидкость, входящая на лопастное колесо, уже находится в движении. Жидкость не должна разгоняться из неподвижного состояния. Она попадает на лопасти, где ускоряется. Ускорение прогоняет жидкость через лопастное колесо и отбрасывает ее к турбине со значительно увеличенной силой.

Благодаря этому эффективному управлению жидкостью, крутящий момент турбины становится больше, чем крутящий момент двигателя. Фактически крутящий момент увеличивается.

Увеличение крутящего момента статором возможно только в том случае, когда имеется большая разница в скорости между лопастным колесом и турбиной. Чем больше разница в скорости между этими двумя элементами, тем больше увеличение крутящего момента.

Увеличение крутящего момента

Муфта одностороннего действия статора играет важную роль в увеличении крутящего момента. Трансмиссионная жидкость, циркулирующая между лопастным колесом и турбиной, называется вихревым потоком. Этот поток существует только в том случае, когда имеется разница в частоте вращения между лопастным колесом и турбиной.

Самая большая разница скорости между этими двумя элементами имеет место, когда автомобиль в первый раз разгоняется из неподвижного состояния. В этот момент лопастное колесо вращается, а турбина — нет. Вследствие наличия большой разницы в скорости вихревой поток и увеличение крутящего момента — максимальны. Вихревой поток, проходящий через лопасти статора, пытается вращать статор против часовой стрелки. Когда это происходит, ролики муфты уходят в клиновые зазоры и блокируют статор относительно его опоры.

Когда автомобиль ускоряется, турбина постепенно приобретает скорость относительно лопастного колеса. В конечном счете турбина ускоряется вплоть до того момента, когда трансмиссионная жидкость начинает течь в одном направлении (по часовой стрелке).

Т.к. центробежная сила уменьшает вихревой поток, увеличение крутящего момента также уменьшается. Наконец, когда скорость турбины достигает приблизительно 90 процентов от скорости лопастного колеса, гидротрансформатор достигает фазы «сцепления». В этой фазе гидротрансформатор просто передает крутящий момент от двигателя через «гидравлическую муфту» к первичному валу коробки передач.

Связь не обязательно имеет место при определенной скорости движения. Например, автомобиль может перемещаться при стабильной скорости с гидротрансформатором, связанным с коробкой передач. Если водитель резко ускоряет автомобиль, чтобы обогнать другой автомобиль, более быстрое вращение двигателя приводит к увеличению скорости лопастного колеса, заставляя его вращаться быстрее, чем турбина. При значительной разнице в скорости между лопастным колесом и турбиной снова происходит увеличение крутящего момента (и вихревого потока) вплоть до того момента, когда турбина не начинает вращаться со скоростью лопастного колеса.

Когда скорость турбины увеличивается, а вихревой поток уменьшается, вращательное усилие, действующее на статор, реверсируется. Ролики муфты уходят из клиновых зазоров, отпуская муфту и позволяя статору вращаться свободно (по часовой стрелке). Направление потока трансмиссионной жидкости, ударяющейся о лопасти статора, также изменяются. Вместо течения к передней части лопастей статора, жидкость ударяется о заднюю часть лопастей. Если бы муфта не отпускала статор, его лопасти генерировали бы турбулентность потока, что значительно уменьшило бы эффективность гидротрансформатора.

Гидравлическая и механическая связь

Т.к. гидротрансформатор не имеет прямой механической связи с двигателем, он теряет некоторый крутящий момент двигателя вследствие наличия проскальзывания трансмиссионной жидкости. Скорости и нагрузки, прикладываемые к жидкости, заставляют лопастное колесо и лопатки турбины в некоторой степени проскальзывать в жидкости.

Это проскальзывание вызывает определенную потерю эффективности, особенно при более высоких значениях скорости автомобиля. Коленчатый вал двигателя может вращаться быстрее, чем турбина или вторичный вал, таким образом топливо тратится впустую. Чтобы исключить эту потерю эффективности, многие гидротрансформаторы обеспечивают прямую механическую связь (называемую блокировкой гидротрансформатора) между двигателем и коробкой передач. В режиме блокировки турбина и лопастное колесо вращаются с одинаковой скоростью. Нет никакого проскальзывания жидкости, что помогает уменьшать выделение тепла.

Блокирующийся гидротрансформатор — это один из самых распространенных способов обеспечения механической связи.

Блокирующийся гидротрансформатор механически связывает турбину с крышкой гидротрансформатора при различных значениях рабочей скорости, в зависимости от модели автомобиля и условий движения. Крышка механически крепится болтами к двигателю. В режиме блокировки крышка гидротрансформатора приводит в движение турбину. Гидравлическая связь исключается, а двигатель и турбина механически блокируются вместе, напрямую приводя в движение первичный вал коробки передач.

Блокирующийся гидротрансформатор требует, чтобы муфта сцеплялась и расцеплялась, обеспечивая и убирая механическую связь между двигателем и крышкой гидротрансформатора. Два основных типа муфты гидротрансформатора — это центробежная муфта и гидравлически активизируемая муфта гидротрансформатора.

Центробежная муфта гидротрансформатора использовалась главным образом до 1990 года. На современных автомобилях используется преимущественно гидравлически активизируемая муфта.

Центробежная муфта

Центробежная муфта имеет шлицевое соединение с турбиной через муфту одностороннего действия. Когда скорость автомобиля увеличивается, гидравлически активизируемая турбина и блокирующая муфта, соединенная с ней посредством шлицевого соединения, вращаются с увеличивающейся скоростью. Центробежная сила, воздействующая на колодки муфты, увеличивается, когда муфта вращается все быстрее и быстрее.

Когда турбина и блокирующая муфта начинают вращаться достаточно быстро, центробежная сила заставляет колодки муфты расходиться наружу до тех пор, пока они не войдут в контакт с внутренней поверхностью крышки гидротрансформатора. Каждая колодка прижимается своей рабочей поверхностью к крышке и блокирует ее относительно турбины.

Когда скорость автомобиля падает, скорость турбины и центробежная сила уменьшаются. Возвратные пружины втягивают колодки муфты, крышка отпускается, и турбина снова приобретает «гидравлический привод».

Муфта одностороннего действия приводит в движение муфту в сборе. При сцепленной муфте водитель может слегка отпустить педаль акселератора, позволяя автомобилю двигаться по инерции. Это позволяет двигателю и первичному валу вращаться с различной частотой вращения.

Фрикционные колодки не могут отпускаться при движении накатом, потому что центробежная сила удерживает их прижатыми к крышке. Вместо этого муфта одностороннего действия в сборе с демпфером отпускается таким образом, что первичный вал может вращаться с частотой, большей чем частота вращения коленчатого вала двигателя. Когда водитель разгоняет автомобиль, муфта одностороннего действия в сборе с демпфером снова блокирует турбину.

Муфта одностороннего действия в сборе с демпфером обеспечивает плавную работу гидротрансформатора. Пружины демпфера также способствуют обеспечению плавности работы. Эти пружины поглощают вибрации двигателя и демпфирует действие колодок, когда они прижимаются к крышке гидротрансформатора.

Когда при ускорении потребность в крутящем моменте превышает удерживающую способность фрикционных колодок, имеет место некоторое проскальзывание. Оно уменьшает крутильные колебания/ вибрации при более высокой нагрузке двигателя.

Гидравлически активизируемая муфта гидротрансформатора

Другой способ соединения двигателя и коробки передач напрямую заключается в использовании муфты гидротрансформатора (ТСС) с торсионными демпфирующими пружинами, присоединенными к ступице. Ступица в сборе имеет шлицевое соединение с первичным валом или турбиной в сборе.

Гидравлическая муфта отпущена

Сигналы от модуля управления управляют активизацией и отпусканием муфты гидротрансформатора. Модуль управления активизирует и отпускает гидравлическую муфту, включая или выключая электромагнит муфты гидротрансформатора. Электромагнит — это такой электрический переключатель, который имеет проволочную катушку. Когда через катушку пропускается электрический ток, катушка намагничивается. Электромагнитное поле перемещает якорь, который открывает и закрывает гидравлический канал.

Гидравлическое давление прикладывается к зоне между крышкой гидротрансформатора и пластиной поршня муфты. Гидравлическое давление обеспечивается питающим контуром гидротрансформатора, расположенным в блоке клапанов.

Когда электромагнит муфты гидротрансформатора не активизирован модулем управления, клапан остается открытым. Давление в магистрали проходит через электромагнитный клапан. Трансмиссионная жидкость проходит через переднюю камеру гидротрансформатора, между ТСС и крышкой гидротрансформатора.

Гидравлическая муфта активизирована

Муфта гидротрансформатора включается только тогда, когда модуль управления возбуждает электромагнитный клапан муфты гидротрансформатора. Электромагнитный клапан закрывает сливной канал, позволяя обеспечить в контуре рост давления в магистрали. Трансмиссионная жидкость направляется к задней камере, и сливается из передней камеры.

Гидравлическая сила толкает поршень ТСС к крышке гидротрансформатора. Эта связь напрямую передает крутящий момент двигателя через демпфер в сборе к первичному валу коробки передач. Т.к. лопастное колесо и турбина вращаются с одинаковой скоростью, увеличения крутящего момента не происходит, и гидротрансформатор находится в режиме блокировки.

автозапчасти в москве

Гидротрансформатор — Энциклопедия журнала «За рулем»

Схема гидротрансформатора:
1 — блокировочная муфта;
2 — турбинное колесо;
3 — насосное колесо;
4 — реакторное колесо;
5 — механизм свободного хода

Гидротрансформатор был изобретен немецким профессором Феттингером в 1905 г. Прежде чем найти применение на автомобилях, гидротрансформатор использовался на судах и тепловозах.
Простейший гидротрансформатор, выполнен в виде камеры тороидальной формы и включает в себя три лопастных колеса: насосное, вал которого соединен с коленчатым валом двигателя; турбинное, соединенное с трансмиссией, и реактор, установленный в корпусе гидротрансформатора.
Гидротрансформатор заполняется специальной жидкостью. Каждое колесо имеет наружный и внутренний торцы, между которыми располагаются профилированные лопасти, образующие каналы для протока жидкости. Все колеса гидротрансформатора максимально приближены друг к другу, а вытеканию жидкости препятствует специальное уплотнение.
При вращении коленчатого вала двигателя вращается насосное колесо, которое перемещает жидкость, находящуюся между его лопастями. Жидкость не только вращается относительно оси гидротрансформатора, но и за счет воздействия на нее центробежных сил перемещается вдоль лопастей насосного колеса по направлению от входа к выходу, что сопровождается увеличением кинетической энергии потока. На выходе из насосного колеса поток жидкости попадает на турбинное колесо, оказывая силовое воздействие на его лопасти. Затем поток попадает в реактор, пройдя который, возвращается к входу в насосное колесо. Таким образом, жидкость постоянно перемещается по замкнутому кругу циркуляции, образованному проточными частями всех трех лопастных колес, и находится с ними в силовом взаимодействии. При этом насос передает энергию двигателя потоку, а тот, в свою очередь, — турбине.
Если бы между насосным и турбинным колесами отсутствовал реактор, то такая конструкция (гидромуфта) осуществляла бы перенос энергии от двигателя к трансмиссии гидравлическим способом, без возможности изменения крутящего момента. Расположенный между колесами гидротрансформатора неподвижный реактор, имеет лопасти специального профиля, которые изменяют направление потока жидкости, выходящей из турбинного колеса и направляют его под определенным углом на лопасти насосного колеса. Это позволяет значительно увеличить передаваемый от двигателя в трансмиссию крутящий момент.
Любой гидротрансформатор характеризуется определенным КПД, передаточным отношением, которое показывает соотношение угловых скоростей его колес, и коэффициентом трансформации, показывающим, во сколько раз увеличивается значение крутящего момента. Максимальный коэффициент трансформации зависит от конструкции гидротрансформатора и может составлять до 2,4 (при неподвижном турбинном колесе). При увеличении частоты вращения вала двигателя увеличивается угловая скорость насосного и турбинного колес, а увеличение крутящего момента в гидротрансформаторе плавно уменьшается. Когда угловая скорость турбинного колеса приближается к угловой скорости насосного, поток жидкости, поступающей на лопасти реактора, изменяет свое направление на противоположное.
Для того чтобы реактор на этом режиме не создавал помех потоку жидкости, его устанавливают на муфте свободного хода, и он начинает свободно вращаться (гидротрансформатор переходит на режим гидромуфты), что позволяет, в свою очередь, снизить потери. Такие гидротрансформаторы называют комплексными.
КПД гидротрансформатора определяет экономичность его работы. Максимальное значение КПД гидротрансформатора может быть от 0,85 до 0,97, но обычно находится в диапазоне от 0,7 до 0,8. В комплексном гидротрансформаторе на режиме гидромуфты можно получить максимальное значение КПД — 0,97.
Изменение режимов работы гидротрансформатора происходит автоматически. Если увеличивать нагрузку на выходе из гидротрансформатора, то происходит уменьшение угловой скорости турбины, что приводит к увеличению коэффициента трансформации.

Детали гидротрансформатора:
1 — насосное колесо;
2 — турбинное колесо;
3 — крышки муфты свободного хода;
4 — часть корпуса гидротрансформатора;
5 — остатки рабочей жидкости с продуктами механического износа деталей;
6 — колесо реактора;
7 — муфта свободного хода реактора;
8 — упорная шайба турбинного колеса;
9 — упорный подшипник реактора;
10 — поршень блокировки гидротрансформатора

К сожалению, гидротрансформатор имеет малый диапазон передаточных чисел, не обеспечивает движения задним ходом, не разобщает двигатель от трансмиссии (необходима сложная система опорожнения проточных частей от рабочей жидкости). Поэтому за гидротрансформатором устанавливают специальную коробку передач, которая компенсирует указанные недостатки. Такая гидромеханическая передача является бесступенчатой и позволяет получить любое передаточное число в заданном диапазоне.
В гидромеханических передачах в основном применяются механические планетарные коробки передач, которые легко поддаются автоматизации, но иногда используют и обычные ступенчатые коробки передач с автоматическим управлением.
Первые американские ГМП легковых автомобилей имели двухступенчатую передачу, причем низшая передача включалась вручную. Однако впоследствии одной автоматической передачи оказалось явно недостаточно и появились ГМП с двумя и тремя автоматическими передачами. Для повышения топливной экономичности, гидротрансформаторы стали делать блокирующимися — после разгона на высшей передаче насосное и турбинное колеса жестко соединялись фрикционной муфтой. Затем в конце 1980-х гг. блокировку гидротрансформатора стали применять на всех передачах, кроме первой.

Современная четырехступенчатая ГМП автомобиля классической компоновки

Принцип работы гидротрансформатора — Лада мастер

Конструкцией любой гидромеханической автоматической коробкой передач предусмотрено наличие гидротрансформатора. Без него сама по себе АКПП теряет всякий смысл и недооценивать роль этого устройства в современных трансмиссионных система совершенно недопустимо. Сегодня мы ближе познакомимся с конструкцией и принципом его работы, а также разберёмся в некоторых неполадках.

Содержание:

1. При чем тут гидромуфта
2. Как устроен гидротрансформатор
3. Роль реактора в гидротрансформаторе
4. Признаки неисправности гидротрансформатора

При чем тут гидромуфта

Есть такое нехитрое устройство, которое называется гидромеханическая муфта. Если разобраться в её конструкции и понять как она работает, с любым гидротрансформатором проблем не возникнет. Так вот, гидравлическая муфта служит для передачи вращения от одного агрегата на другой. В принципе, для этого же можно использовать и обычный жёсткий вал, но когда стоит задача передать крутящий момент плавно и без жёсткой связи, без гидромуфты не обойтись.

Устроена она довольно просто: есть ведущий и ведомый вал, на которых установлены крыльчатки, не связанные между собой и способные вращаться независимо друг от друга. Обе крыльчатки помещены в единый корпус, который заполнен трансмиссионной жидкостью. Лопасти обеих крыльчаток расположены на небольшом расстоянии друг от друга, поэтому при вращении ведущего вала энергия вращения неминуемо передаётся на ведомую, жёстко связанную с ведомым валом. За счёт того, что трансмиссионная жидкость имеет определённую вязкость, крутящий момент передаётся плавно, без рывков и без особых потерь. Собственно, гидротрансформатор это и есть гидромуфта, только с более сложной конструкцией и более широкими возможностями.

Как устроен гидротрансформатор

Мы выяснили, что гидромуфта состоит из трёх основных элементов:

1. Ведущая турбина.
2. Ведомая турбина.
3. Корпус с трансмиссионной жидкостью.

Конструкция гидротрансформатора отличается в общих чертах только наличием ещё одного элемента — реактора. Он представляет собой ещё одно колесо с лопастями, которое в принципе управляет работой гидротрансформатора.

Принцип работы гидротрансформатора тоже прост. Реактор свободно вращается на ведущем валу и до поры до времени образует одно целое с ведущей турбиной. Но только до тех пор, пока ведущее и ведомое лопастные колеса вращаются с разновеликими скоростями. Применительно к двигателю и к АКПП, гидротрансформатор выполняет роль сцепления в этом случае. Как только угловые скорости ведущего и ведомого колес выравниваются, реактор растормаживается и весь гидротрансформатор работает точно так же, как и гидромуфта.

Роль реактора в гидротрансформаторе

Конструктивно реактор устроен так, что его лопасти имеют точно заданный профиль и угол наклона. Благодаря этому и центробежной силе, скорость выбрасываемой трансмиссионной жидкости из лопастей реактора постоянно возрастает с увеличением скорости вращения коленчатого вала. Поэтому жидкость постоянно воздействует на лопасти ведущего колеса, стараясь его подтолкнуть. Это сделано вот для чего:

1. При увеличении скорости циркуляции трансмиссионной жидкости при стабильном режиме работы трансформатора, а точнее, стабильных оборотах коленвала, энергия внутри устройства накапливается, крутящий момент, естественно, увеличивается и передаётся на ведомый вал, на коробку передач.
2. Независимо от того, какое усилие прикладывают ведущие колеса для движения и преодоления препятствий, крутящий момент в гидротрансформаторе (режим его работы) изменяется бесступенчато и плавно.

Практически это выглядит так — автомобиль движется по ровной дороге, не меняя оборотов двигателя, но стоит ему начать преодолевать подъём, как усилие на ведущих колёсах изменится, автомобиль теряет скорость, следовательно, скорость вращения жидкости внутри трансформатора возрастает, автоматически и бесступенчато увеличивая усилие на ведущих колёсах. Примерно так вела бы себя обычная механическая коробка передач, но меняя передаточные отношения шестерён.

Признаки неисправности гидротрансформатора

Современные автоматические коробки с ног до головы окружены управляющей электроникой, а тот трансформатор, который мы только что рассмотрели, применялся ещё в 50-х годах прошлого века. Тем не менее общие проблемы старых и новых АКПП остаются:

1. Механический шум во время переключения передач говорит об износе опорных подшипников.
2. Вибрация на скоростях около 80 км/ч говорят о засорённой рабочей жидкости, которая срывает блокировку гидротрансформатора.
3. Срыв шлица на турбинном колесе.
4. Появившийся внезапно специфический запах говорит о перегреве АКПП и о возможном плавлении полимерных элементов.
5. Течи сальника гидротрансформатора.
6. При контроле уровня трансмиссионной жидкости иногда можно обнаружить на щупе металлическую пудру. Это говорит об износе торцевой шайбы, который стал следствием некорректной работы гидротрансформатора.

Кроме этих неисправностей, могут возникнуть проблемы с управляющей электроникой, двигатель может принудительно глохнуть при переключении передач или передачи могут переключаться не соответствуя режиму движения.

Ремонт гидротрансформатора проводится только а условиях специальной мастерской и квалифицированными специалистами, поскольку при восстановлении или замене деталей устройства могут возникнуть непредвиденные сложности. Берегите свои автоматы, удачных и увлекательных всем путешествий!

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, его устройство и принцип работы

Одним из важных и непонятных для простых водителей механизмов АКПП является гидротрансформатор акпп. Когда-то, основываясь на его внешних визуальных признаках, с легкой руки, а точнее языка мастеров гидротрансформатор получил название бублик акпп. Действительное сходство с большим бубликом не позволяет усомниться в важности роли, которую выполняет гидротрансформатор акпп.

Гидротрансформатор акпп в разрезе

 

На самом деле трансформатор является усовершенствованной гидромуфтой. Если простая гидромуфта выполняет простейшую задачу по передаче вращения, то бублик акпп еще и увеличивает вращающий момент в 2 – раза. Поэтому и называется по научному – гидротрансформатор.

 

Устанавливается трансформатор, как и положено по логике вещей между двигателем, который производит вращающий момент, на трансмиссию, которая преобразует вращающий момент двигателя во вращение ведущих колес в конечном итоге. В данном материале мы не будем вдаваться в подробности, где и каким образом устанавливается гидротрансформатор АКПП. Эти моменты мы рассмотрим в следующих материалах. Здесь мы рассмотрим общие

Бублик акпп в разрезанной коробке

принципы.

 

Если посмотреть на бублик в разрезе, то видна сложность его устройства. По краям располагаются насосные и турбинные колеса, а между ними встроен так называемый реактор. В функции реактора входит направление движения трансмиссионной жидкости, а вращающий момент передается вращением жидкости, на лопатки ведомого колеса, которым является турбинное колесо. Для увеличения коэффициента передачи момента конструкция турбинного колеса имеет сложный профиль, позволяющий распределять энергию трансмиссионной жидкости от центра к периферии. За счет такого распределения увеличивается КПД. Следует отметить, что производство всех составляющих деталей требует особой точности. В разделе ремонт гидротрансформатора остановимся на моменте точности.

Бублик акпп устройство

 

Переднее насосное колесо, которое жестко соединено с валом двигателя захватывает трансмиссионную жидкость и начинает ее продавливать через реактор на лопатки турбинного колеса. Реактор в своем составе имеет обгонную муфту, которая при больших оборотах как бы выводит из работы реактор, блокируя его вращение. Получается аналог прямой передачи. Кинематика движения жидкости в описанном процессе достаточно сложная, поэтому мы рассмотрим ее только в случае необходимости.

 

Гидротрансформатор выполняет также демпфирующие функции при передаче крутящего момента. Однако возникающие потери эффективности при практически постоянной разнице в скорости вращения ведущего и ведомого колес привели к необходимости встроить в ступицу турбинного колеса автоматическую блокировочную муфту. При достижении автомобилем скорости около70 км, происходит блокировка, и теперь

Гидротрансформатор акпп в разрезе

вращающий момент передается через демпфирующие пружины (на рисунке эти пружины хорошо видны). Получается, что блокировочная муфта выполняет полезную работу по предотвращению повышения расхода топлива. В момент выравнивания частоты вращения колес в действие вступает нажимной диск, соединенный с поршнем муфты, который прижимается к фрикционной накладке. Странно, но в некоторых форумах можно набрести на высказывания знатоков о том, что в бублике нет фрикционов, однако откуда тогда берутся абразивные крошки, которые разносятся по всей системе трансмиссионной жидкостью (помимо крошек, которые образуются дальше в самой коробке).  Мы еще будем говорить о принципах ремонта гидротрансформаторов, почему их надо ремонтировать, в каких случаях и где. Это все важные вопросы, впрямую влияющие на качество работы акпп и длительность ее безремонтного пробега.

 

Если у вас появились вопросы, то позвоните прямо сейчас и задайте их

Виктору Павловичу                          +7 928 11 800 22

или Андрею                           +7 928 11 800 33

Если вам необходим ремонт, то лучше созвониться и ехать по адресу:

г. Ростов-на-Дону, ул. В.Черевичкина, 106/2

Удачи вам всем и безремонтной езды!