Гидродинамический трансформатор ("Гидротрансформатор" или "ГДТ") - это герметично заваренный узел, передающий крутящий момент от двигателя - к автоматической трансмиссии при помощи двух вращающихся в масле турбин. Раньше этот узел носил название гидромуфта, потому что не трансформировал вращение в дополнительный момент, а лишь соединял как муфта (сцепление) двигатель с колесами.

Название "Гидротрансформатор" или Torque Converter произошло от того, что при разгоне происходит примерно 2-х кратное увеличение вращающего момента за счет такого-же кратного уменьшения скорости вращения. Чем выше скорость (и меньше ускорение) - тем меньше эта кратность.

Немного об истории Гидротрансформатора:

• Первая гидромуфта была изобретена в 1902 году и установлена в 1907-м на скоростном судне.
• В 1928 году фирма "Lysholm-Smith" первой применила гидромуфту для автобусов.
• В 1940 году гидромуфтами стали оснащаться первые легковые авто Oldsmobile.
• А с 1946-47 годов – гидромуфта стала использоваться серийно в производстве автомобилей (США).

Для чего нужен Гидротрансформатор в АКПП?

ГДТ позволяет отказаться от педали сцепления, обеспечивает плавность разгона и как дополнительная опция - увеличивает крутящий момент при разгоне, также позволяет двигателю работать во время остановки при включенной передаче. Это можно увидеть на примере двух вентиляторов (один из которых включен вращение передается от работающего вентилятора к не работающему. На этом примере наглядно виден основной принцип работы гидротрансформатора.

Гидротрансформатор осуществляет гидравлическое сцепление между двигателем и автоматической коробкой передач. В отличии от механического сцепления в МКПП, ГДТ передает крутящий момент от ведущего вала к ведомому не через механическое трение фрикционов, а посредством гидравлического давления масла. Как ветер вращает крылья мельницы. Наглядно о принципе работы ГДТ рассказывают многочисленные видео.

Когда скорости вращения входного и выходного валов сравняются (а это конструктивно наступает после 60-70 км/ч), включается механическая блокировка ГДТ, с помощью фрикционной накладки вращение масла останавливается, а валы двигателя и трансмиссии соединяются напрямую. Гидротрансформатор в этом режиме выключается и передает уже 100% вращения. Сравнимо с отжиманием сцепления после переключения скорости.

Фактически, пока ГДТ работает - он тратит кинетическую энергию двигателя на вращение масла и как следствие - на нагрев масла от трения. А в момент, когда он блокируется - истирается накладка и эта пыль вымывается маслом. Эти две побочных функции ГДТ и являются главными проблемами, которые влияют на жизнь автоматической трансмиссии.

КПД Гидротрансформаторов.

Средний КПД типичных 3-х и 4-х ступенчатых АКПП 20-го века при режиме "городской езды" составлял от 75 до 85%. ГДТ выключался на скорости ок. 60 км/час. В момент, когда включается блокировка - КПД агрегата сразу подтягивается к 100%. Пока нагрузку от двигателя к трансмиссии передает вращающееся масло - КПД этого узла составляет около 60-70%.

Чем быстрее включается блокировка - тем выше средний КПД автомата.

В последних конструкциях 5-ти и 6-ти ступенчатых АКПП с введением интеллектуальной электронной системы управления и линейных соленоидов средний кпд ГДТ удалось довести до рекордных 94-95%.

Оптимизация достигается за счет того, что муфта блокировки подключается так рано, как это возможно (иногда уже со 2-й скорости) и разблокируется как можно позднее при снижении скорости. Практически приближаясь к режиму работы педали сцепления на МКПП.

Регулируемое проскальзывание муфты

"Режим регулируемого проскальзывания" фрикциона блокировки - это режим, когда фрикцион (или несколько - по моде введенной Мерседесом) управляемый тонконастроенным линейным соленоидом и компьютером поджимается на такое расстояние к корпусу, что между ними остается тончайшая пленка масла, которая достаточна для проскальзывания и отвода температуры от трущейся поверхности, но заставляет корпус вращаться. Очень похоже на проскальзывание сцепления при агрессивном разгоне с МКПП или на регулируемое притормаживание колес.

Таким образом фрикцион совместно с крыльчатками турбин раскручивает вал трансмиссии, что кроме увеличения КПД, приводит к дополнительному нагреву и загрязнению масла продуктами износа этого фрикциона.

Если раньше разгонял машину поток масла между крыльчатками турбин, а муфта блокировки только помогала, то в ГДТ 21-го века все чаще разгоняют машину фрикционы "проскальзывающие" с тончайшими зазорами, заполненными маслом, а турбины - только помогают. Идея, придуманная фирмой Мерседес, используется и в современных 7-ми и 8-ми ступенчатых АКПП.

То есть введено революционное изменение самого принципа работы фрикциона. Если фрикционы 20-го века работали в режиме Он-Офф (сцепление происходило как можно короче и с небольшим толчком, чтобы ускорить переключение передач), то новый принцип включения и новые фрикционы ГДТ привели к тому, что блокировка ГТД стала работать по принципу тормозных колодок колеса. То есть с тонкой регулировкой силы и времени сцепления.

Это привело к таким особенностям:

1. Материал нагруженной накладки фрикциона теперь стал не тот, что был у "лениво" работающих бумажных фрикционных накладок 4-х ступок, а - графитовые "хай-энерджи" составы, отличающиеся износо- и температуро-стойкостью и клейкостью. И эти суперстойкие и суперклейкие микрочастицы, оторвавшиеся от фрикциона путешествуют вместе с маслом и "набрызгом" ввариваются-вклеиваются во все неудобные места, начиная от деталей гидротрансформатора, кончая деталями и каналами гидроблока и соленоидов.

2. Полуистертый фрикцион все хуже держит контакт и все сильнее проскальзывает, еще сильнее нагревая корпус "бублика" и масло. А компьютер не понимает, что фрикцион стерт и продолжает заставлять его работать с длительном проскальзывании, что приводит к быстрому перегреву масла, а соответственно и трансмиссии.

Так на первом месте по колличеству ремонтов с большим отрывом стоят бублики 5HP19, которые почти всегда приходят в ремонт с изношенным до металла фрикционом и перегретым хабом привода маслонасоса. Этот участок конструкции приходится вырезать и вваривать новый. Довольно сложная и ответственная работа. (справа)

2А. Самое неприятное последствие от изнашивающегося фрикциона - это его остатки, то есть клеевой слой, с помощью которого накладка приклеивается к металлу. Именно частицы клея фрикциона наиболее вредны для гидроблока и клапанов-золотников.

3. Перегретое масло (свыше 140 градусов) за несколько суток работы убивает резину сальников и уплотнителей и остатки фрикциона. И хотя в новых 6-ти ступенчатых АКПП немецких и американских производителей вместо приклеиваемой на тело поршня фрикционной накладки стали использовать настоящие фрикционные диски с карбоном (см. выше), перегретый фрикцион также истирается и быстро загрязняет масло мельчайшими частицами фрикционного материала. Поэтому плановые замены фрикционов гидротрансформатора - стали обязательной регламентной работой на всех АКПП Мерседеса и коробок производства фирмы ZF.

Получается, что качество внутренних поверхностей ГДТ напрямую влияет на:

• динамические характеристики разгона и потери мощности
• на нагрев масла,
• на загрязнение масла

и поэтому сейчас ремонт гидротрансформатора с резкой корпуса превратился в регламентную операцию, которую необходимо производить, чтобы заменить полустертый фрикцион и очистить все узлы и сочленения. Очистить этот нагар с помощью жидкостей практически невозможно. Очистка гидротрансформатора без вскрытия это - хобби.

Возрастные АКПП, пережившие период работы с горелым маслом, нуждаются в капремонте ГДТ как непременном условии продления ресурса трансмиссии.

Что изнашивается в гидротрансформаторах?

Проблемы ГДТ можно представить как пирамиду:

Самая распространенная причина, вызывающая необходимость ремонта гидротрансформаторов (низ пирамиды) - износ Фрикционной накладки Поршня блокировки ГДТ - тормоза.

При ремонте старую накладку удаляют, очищают место установки от остатков клея и наклеивают новую фрикционную накладку сцепления.

Без этой накладки или работе со "съеденным" фрикционом гидротрансформатор вполне может выполнять свои функции и мало кто замечает разницу в задержке блокировки, или ее нештатной работе, или перегреве масла.

Но если накладку вовремя не заменить, то отслоившиеся остатки фрикциона и клеевого состава попадают в масло и забивают каналы гидроплиты ("мозги"), приводя к цепной реакции масляного голодания - нагрева - износа - сгорания муфт, ступиц и втулок и т.д.

Гидротрансформаторы 21 века

Что касается нового поколения ГДТ (например для 6-ти ступенчатых АКПП), работающих при температуре 120-130 градусов, где активно используется "режим проскальзывания" , то там возникла новая проблема: Фрикционная накладка уже не приклеивается к поршню, а сама стала сменяемым фрикционным диском (слева), потому что изнашивается теперь быстрее других расходников. Но кроме того, что она изнашивается, она еще загрязняет масло новым материалом - графитовой пылью.

Графитовый фрикцион - гораздо более термо- и износо-стоек и долговечен, чем бумажный, но обладает и совершенно другими абразивными свойствами и "прилипаемостью". А это катастрофически быстро изнашивает тонкие места гидроблока и соленоидов. Каждые 100-150 ткм этот фрикцион ГДТ на разных 6-ти (и выше) ступенчатых АКПП часто приходится менять (В основном - ZF и Mercedes). Чем сильнее надавлена педаль газа, тем больше "заслуга" фрикциона для разгона машины.

Новые гидротрансформаторы для мощных авто имеют два режима работы: Спокойный. Когда нагружена в основном старая добрая пара турбин, разгоняющая машину с помощью вихря масла, а фрикционы блокировки подключаются только для блокировки разовым быстрым замыканием.

И Агрессивный режим. Когда в дело вступают фрикционы, отодвигая в сторону турбины и истираясь тянут колеса за ревущим многолитровым двигателем. Представьте площадь этих "проскальзывающих" фрикционов ГДТ и силу тяги двигателя!

Материалы для этого инновационного графитового (или кевларового) фрикциона много раз модифицировались (щадя масло и гидроблок) и сейчас имеются несколько их типов: HTE, HTS, HTL, XTL. для разного момента, разных настроек компьютера для различных температурных режимов и т.д.

Более редкие проблемы:

• поломки лопастей колес. (случается не так часто, но приводит к поломке ГДТ). Определяется только при вскрытии.
• перегрев и разрушение ступицы ГДТ. Заметно при осмотре.
• разблокировка обгонной муфты, (случается не часто, проверка)
• полное заклинивание обгонной муфты; (случается не часто, проверка)
• Замена изношенных подшипников. (случается не часто, но при их поломке разрушается сам ГДТ, проверка)
• замена сгоревшего хаба, передающего вращение трансмиссии.

Какие работы производятся при разборке ГДТ?

1. Чтобы выполнить разборку агрегата, требуется срез сборочного сварного шва, соединяющего половинки ГДТ на высокоточном токарном станке, и только после этого производится диагностика и замена деталей.

При разборке производятся все описанные выше дефектовки и замены, а также очистка всех деталей от налета грязи.

2. В сборку гидротрансформаторов входит высокоточная сварка корпуса, проверка на герметичность, радиальное и осевое биение.Зтем производится балансировка ГТД.

Для этих процессов уже недостаточно распространенного заводского токарного или сварочного оборудования. От качества и точности обработки зависит ресурс работы этого сложного узла АТ и все это требует организации специализированного цеха, поставки запчастей и расходников, большого опыта специалистов - системы отдельного бизнеса.

Отремонтированные нашими партнерами ГДТ имеют минимально возможный процент брака и как правило ходят еще до 70-80% своего первоначального ресурса. И почти всегда ремонт оказывается дешевле замены ГДТ, Хотя изредка (в одном случае из 100) случается, что ГДТ дороже ремонтировать, чем заменить.

О необходимости своевременного ремонта ГДТ не стоит убеждать того, кто уже один раз "попал" на капремонт автомата.

Признаки выхода из строя ГДТ

Обычно это:

• посторонние вибрации и звуки,
• рывки при переключении передач, особенно в районе 60-70 км/ч - или двигатель перестает тянуть после набора скорости или до нее тянет необычно долго, протечки масла итд.

Практически невозможно без спецоборудования определить смерть фрикциона ГДТ, что чаще всего и является причиной выхода из строя гидроблока АКПП и как следствие и самой трансмиссии.

Чем мощнее автомобиль, тем короче средний срок службы ГДТ до капремонта.

В ремонт идут обычно гидротрансформаторы легковых автомашин. Но изредка встречаются в ремонте и гидротрансформаторы грузовиков большого диаметра (св 35 см)

Ниже - любопытная сравнительная статистика (2009-2012 год) по популярности гидротрансформаторов в ремонте.

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

Как устроен «бублик»?

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

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

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

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

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

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

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

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

Что ломается в гидротрансформаторе?

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

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

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

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

Наиболее печальный случай

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

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

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

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

Ремонт гидротрансформаторов

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

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

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

А как узнать, что гидротрансформатор вышел из строя?

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

Как сделать так, чтобы гидротрансформатор подольше не ломался?

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

Устройство и принцип действия гидротрансформатора

К атегория:

Шасси автомобиля

Устройство и принцип действия гидротрансформатора

Гидротрансформатор представляет собой гидравлический механизм, включаемый между двигателем и механической силовой передачей автомобиля и обеспечивающий автоматическое изменение передаваемого от двигателя крутящего момента в соответствии с изменениями нагрузки на ведомом валу.

В простейшем гидротрансформаторе имеются три рабочих колеса с лопатками: вращающиеся насосное и турбинное колеса и неподвижное колесо - реактор. Колеса обычно изготовляют путем точного литья из легких прочных сплавов; лопатки делают криволинейными. Изнутри лопатки колес закрыты круглыми стенками, образующими внутри колес малую кольцевую полость круглого сечения небольшого диаметра (тор). Рядом расположенные колеса с лопатками образуют кольцевую замкнутую по окружности полость, в которой циркулирует залитая в гидротрансформатор рабочая жидкость (специальное масло).

Насосное колесо соединено с корпусом (ротором) и через него с коленчатым валом двигателя. Турбинное колесо связано через ведомый вал с силовой передачей автомобиля. Реактор закреплен неподвижно на втулке, соединенной с картером. Ротор гидротрансформатора с расположенными в нем рабочими колесами установлен на подшипниках внутри закрытого картера.

Для того чтобы Масло постоянно заполняло рабочую полость колес, а также в целях охлаждения, масло при работе гидротрансформатора непрерывно нагнетается из масляного резервуара в рабочую полость колес шестеренчатым насосом и сливается обратно в резервуар.

При работе гидротрансформатора масло, нагнетаемое в рабочую полость колес, захватывается лопатками вращающегося насосного колеса, отбрасывается центробежной силой к наружной окру?кности, попадает на лопатки турбинного колеса 3 и вследствие создаваемого при этом напора приводит его в движение вместе с ведомым валом. Далее масло поступает на лопатки неподвижно закрепленного колеса-реактора, изменяющего направление потока жидкости, и затем опять поступает в насосное колесо, непрерывно циркулируя по замкнутому кругу внутренней полости рабочих колес (как указано стрелками) и участвуя в общем вращении с колесами.

Наличие неподвижного колеса-реактора, лопатки которого расположены так, что они изменяют направление проходящего через него потока жидкости, способствует возникновению на лопатках реактора некоторого усилия, вызывающего появление реактивного момента, воздействующего через жидкость на лопатки турбинного колеса дополнительно к моменту, передаваемому на него от насосного колеса.

Таким образом, наличие реактора дает возможность получать на валу турбинного колеса крутящий момент, отличный от момента, передаваемого двигателем.

Чем медленнее вращается турбинное колесо по сравнению с насосным колесом (например, при возрастании приложенной к валу турбинного колеса внешней нагрузки), тем значительнее лопатки реактора изменяют направление проходящего через него потока жидкости и тем больший дополнительный момент передается от реактора турбинному колесу, вследствие чего увеличивается крутящий момент на его валу.

Рис. 1. Схемы и характеристики гидротрансформаторов: а - одноступенчатого; б - комплексного

Свойство гидротрансформаторов автоматически изменять (трансформировать) соотношение моментов на валах в зависимости от соотношения чисел оборотов на ведущем и ведомом валах (и, следовательно, от величины внешней нагрузки) является их основной особенностью. Таким образом, действие гидротрансформатора аналогично действию коробки передач с автоматическим изменением передаточных чисел.

Основными показателями, характеризующими свойства гидротрансформатора, являются: отношение моментов на ведомом и ведущем валах, оцениваемое коэффициентом трансформации; отношение чисел оборотов на ведомом и ведущем валах, оцениваемое передаточным отношением, и к. п. д. гидротрансформатора.

Изменение основных показателей гидротрансформатора в зависимости от числа оборотов ведомого вала или в зависимости от величины передаточного отношения i может быть представлено в виде графика, называемого внешней характеристикой гидротрансформатора.

Как видно из внешней характеристики, при уменьшении числа оборотов ведомого вала щ и уменьшения передаточного отношения крутящий момент М2 значительно возрастает с соответственным возрастанием коэффициента трансформации К. При полной остановке ведомого вала из-за значительной перегрузки крутящий момент М2 на ведомом валу и соответственно коэффициент трансформации К достигают максимального значения. Такое протекание момента М2 обеспечивает машине, на которой установлен гидротрансформатор, возможность автоматически приспосабливаться к изменяющимся нагрузкам и преодолевать их, заменяя собой действие коробки передач.

В случае, если изменение нагрузки и крутящего момента М2 на ведомом валу оказывает влияние на величину крутящего момента двигателя Мх и число его оборотов пх и они при разных передаточных числах изменяются, то такой гидротрансформатор называется прозрачным в отличие от непрозрачного гидротрансформатора, у которого изменение внешней нагрузки не оказывает влияния на режим работы двигателя.

На легковых автомобилях применяют в основном прозрачные гидротрансформаторы, так как они при наличии карбюраторного двигателя обеспечивают лучшие тяговые и экономические качества автомобиля при разгоне и уменьшают шум при работе двигателя вследствие падения числа его оборотов при трогании автомобиля с места.

На грузовых автомобилях с дизелями применяют малопрозрачные гидротрансформаторы.

К. п. д. гидротрансформатора, как видно из характеристики, при различных режимах работы не остается постоянным и изменяется от нуля при полном торможении ведомого вала до некоторого максимального значения и снова падает до нуля при полной разгрузке ведомого вала.

Максимальное значение к. п. д. для существующих конструкций гидротрансформаторов колеблется в пределах 0,85-0,92.

Рассмотренный характер изменения к. п. д. гидротрансформатора ограничивает зону его действия с малыми потерями мощности и удовлетворительными значениями к. п. д.

Основным мероприятием, улучшающим протекание к. п. д. гидротрансформатора и увеличивающим диапазон режима работы его при благоприятных значениях к. п. д., является сочетание в одном механизме свойств гидротрансформатора и гидромуфты. Такие гидротрансформаторы называются комплексными.

Особенностью конструкции комплексного гидротрансформатора (рис. 308, б) является то, что реактор в нем закреплен па неподвижной втулке 6 не жестко, а установлен на муфте свободного хода.

При числе оборотов ведомого вала, значительно меньшем числа оборотов ведущего вала, что соответствует повышенной нагрузке на ведомом валу, поток жидкости, выходящий из турбинного колеса, ударяется в лопатки реактора с тыльной (по отношению к направлению вращения) стороны. При этом, стремясь вращать колесо в обратную сторону от общего вращения, поток создаваемым усилием заклинивает реактор неподвижно на муфте свободного хода. При неподвижном реакторе вся система работает как гидротрансформатор, обеспечивая необходимую трансформацию крутящего момента и способствуя преодолению изменяющихся нагрузок.

При снижении нагрузки на ведомом валу и значительном повышении числа оборотов турбинного колеса направление потока жидкости, поступающего с лопаток турбины, изменяется, и жидкость ударяется в лицевую поверхность лопаток реактора, стремясь вращать его в сторону общего вращения. Тогда муфта свободного хода, расклиниваясь, освобождает.реактор, и он начинает свободно вращаться в общем направлении с насосным колесом. При этом, вследствие отсутствия неподвижных лопаток на пути потока жидкости, трансформация (изменение) момента прекращается, и вся система работает как гидромуфта.

В результате сочетания в одном механизме свойств гидротрансформатора и гидромуфты, вступающих в действие в зависимости от соотношения чисел оборотов ведущего и ведомого валов, характеристика комплексного гидротрансформатора представляет собой комбинацию характеристик гидротрансформатора и гидромуфты.

До соотношения чисел оборотов ведущего и ведомого валов, определяемого передаточным отношением, равным примерно 0,75-0,85, т. е. до того момента, когда ведомый вал вследствие приложенной к нему нагрузки вращается медленнее ведущего, механизм работает как гидротрансформатор с соответствующим законом протекания к. п. д. При повышении числа оборотов ведомого вала, когда необходимость в трансформации крутящего момента из-за падения нагрузки отпадает, механизм переходит на режим работы гидромуфты с соответствующим законом протекания к. п. д. и возрастанием его при полной разгрузке до значений 0,97-0,98.

Таким образом, у комплексного гидротрансформатора зона действия механизма с высокими значениями к. п. д. значительно расширяется, в результате чего повышается эффективность работы автомобиля, что и является основным преимуществом комплексного гидротрансформатора.

Для еще большего расширения зоны действия высоких значений к. п. д. и сохранения хороших трансформирующих свойств применяют комплексные гидротрансформаторы с двумя реакторами, выключаемыми из работы в определенной последовательности.

Гидротрансформатор с одним турбинным колесом называется одноступенчатым. Применяются также гидротрансформаторы, у которых установлены два турбинных колеса со своими реакторами, что повышает трансформирующие свойства гидротрансформатора, называемого в этом случае двухступенчатым.

Максимальное значение коэффициента трансформации для большинства не сильно усложненных по конструкции (одноступенчатых) гидротрансформаторов не превышает обычно значений 2,0-3,5.

Для большего расширения диапазона передаточных чисел силовой передачи автомобиля гидротрансформатор устанавливают в сочетании с механической двух- или трехступенчатой коробкой передач, обычно планетарного типа и с автоматическим управлением. Это дает возможность также в зависимости от внешней нагрузки автомобиля путем своевременного переключения передач обеспечить работу гидротрансформатора в зоне наиболее благоприятных значений к. п. д., т. е. повысить эффективность работы автомобиля.

К атегория: - Шасси автомобиля

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

Назначение

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

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

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

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

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

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

Структура

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

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

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

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

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

Схема функционирования

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

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

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

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

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

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

Резюме

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

Изучаем детальное устройство

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

Основная типовая конструкция

Устройство гидротрансформатора АКПП следующее:

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

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

Особенности функционирования

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

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

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

Оптимизация работы

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

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

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

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

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

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