Как устроена коробка-автомат с гидротрансформатором

Только без паники. Это только звучит страшно. Сейчас мы все объясним. Но сначала давайте определимся с понятиями. Знаете, многие люди ошибочно называют автоматическую коробку передач двумя агрегатами, соединенными вместе: самой коробкой передач и гидротрансформатором.

Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин — пропеллерного насоса и центростремительной турбины. Между ними — направляющий аппарат, то есть реактор. Колесо насоса жестко соединено с коленчатым валом двигателя, а колесо турбины — с валом коробки передач. Реактор, в зависимости от режима работы, может свободно вращаться или быть заблокирован с помощью обгонной муфты.

Передача крутящего момента от двигателя к коробке передач осуществляется потоками рабочей жидкости (масла), которая выбрасывается лопастями насосного колеса на лопасти турбины. Между колесом насоса и турбиной предусмотрены минимальные зазоры, а их лопасти имеют особую форму, которая образует непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости. Таким образом, между двигателем и трансмиссией нет жесткой связи. Это гарантирует слаженную работу двигателя и остановку автомобиля с включенной передачей, а также способствует плавной передаче тягового усилия.

Гидравлическая муфта может просто передавать крутящий момент без изменения его значения. Для изменения крутящего момента в конструкцию гидротрансформатора введен реактор. Это то же самое колесо с лопастями, но оно в соединении с корпусом (кожухом) коробки передач, не вращается (обратите внимание, до определенного момента). Лопасти реактора расположены на пути, по которому масло возвращается из турбины в насос, и они имеют особый профиль. Когда реактор неподвижен (режим гидротрансформатора), он увеличивает расход рабочей жидкости, циркулирующей между колесами. Чем выше скорость движения жидкости, тем выше ее кинетическая энергия и тем большее воздействие она оказывает на колесо турбины. Благодаря этому эффекту удается увеличить крутящий момент, который развивается на валу турбинного колеса.

Представьте, что передача уже включена, а мы стоим на месте и нажимаем на педаль тормоза! Что мы видим тогда? Турбинное колесо неподвижно, а крутящий момент на нем в полтора-два раза выше (в зависимости от конструкции), чем тот, что развивает двигатель при этих оборотах. Кстати, с увеличением частоты вращения двигателя возрастает крутящий момент на выходном валу гидротрансформатора. Вы просто отпускаете педаль тормоза, и машина трогается. Ускорение будет продолжаться до тех пор, пока крутящий момент на колесах не будет равным крутящему моменту сопротивления дороге.

Когда колесо турбины приближается к скорости вращения колеса насоса, колесо реактора освобождается и начинает вращаться вместе с двумя “партнерами”. В этом случае говорят о переходе в режим гидравлического сцепления. Таким образом, происходит снижение потерь и повышение эффективности гидротрансформатора.

А поскольку в ряде случаев нет необходимости преобразовывать крутящий момент и скорость, гидротрансформатор может быть полностью заблокирован в определенные моменты с помощью фрикционной муфты. Этот режим помогает довести КПД трансмиссии почти до единицы, проскальзывание между лопастными колесами в этом случае по определению невозможно.

Но представьте себе следующую ситуацию. Вы едете по прямой и вдруг начинаете ползти в гору. Скорость автомобиля падает, а нагрузка на ведущие колеса увеличивается. Гидротрансформатор немедленно отреагирует на это изменение. Как только скорость вращения турбины уменьшится, колесо реактора автоматически замедлится, а скорость циркуляции рабочей жидкости наоборот — увеличится, что автоматически приведет к росту крутящего момента, который будет передаваться на вал от колеса турбины. В некоторых случаях увеличенного крутящего момента достаточно, чтобы подняться в гору без переключения на более низкую передачу.

В силу того, что гидротрансформатор не способен преобразовывать скорость вращения и передаваемый крутящий момент в широком диапазоне, к нему подключают многоскоростную коробку передач, которая, кроме того, способна обеспечивать обратное вращение (другими словами, реверсивный ход). Те коробки, которые работают в паре с гидротрансформаторами, обычно включают в себя несколько планетарных передач и имеют много общего со знакомыми нам ручными коробками передач.

В механической коробке передач шестерни постоянно сцеплены, а ведомые при этом свободно вращаются на вторичном валу. Переключаясь на любую передачу, мы механически блокируем соответствующую передачу на ведомом валу. Автоматическая коробка передач функционирует по аналогичному принципу. Но планетарные редукторы обладают любопытными особенностями. Они включают в себя несколько элементов: водило шестерни, шестерни, солнечные и кольцевые шестерни. 

Передача включается следующим образом: сцепление задействуется посредством гидравлического толкателя, который, в свою очередь, приводится в движение давлением рабочей жидкости, используемой в гидротрансформаторе. Это давление создается специальным насосом и распределяется между соответствующими зубчатыми муфтами под жестким контролем электроники с помощью системы электромагнитных клапанов в соответствии с алгоритмом коробки.

Существенное различие между автоматом и обычными механическими коробками передач в том, что передачи в первых переключаются почти без задержек в подаче крутящего момента. Одна включилась, другая тут же отключилась. Сильных рывков при этом почти не происходит, так как они гасятся вышеназванным гидротрансформатором. Современные коробки передач со спортивной настройкой не в силах работать плавно. Рывки во время их работы вызваны более стремительной сменой передач: такое расположение позволяет сэкономить определенное количество времени при разгоне, но вынужденно приводит и к мгновенному износу сцеплений. Это также не лучшим образом влияет на трансмиссии и шасси в целом.

В автоматических коробках передач первого поколения системы управления были полностью гидравлическими. Позже гидравлику сохранили в качестве исполнительной части системы управления. С ее помощью можно реализовать различные алгоритмы работы коробки — жесткий разгон, спортивный, экономичный, зимний режимы…

В спортивном режиме, к примеру, тяга двигателя задействована на сто процентов. Включение каждой последующей передачи происходит на частотах коленчатого вала, при которых развивается максимальный крутящий момент. При дальнейшем ускорении частота вращения коленчатого вала доходит до максимальных значений, при которых двигатель развивает максимальную мощность. 

На большинстве современных автомобилей с коробкой-автомат активируются определенные алгоритмы управления в зависимости от стиля вождения. Электроника выстраивает работу тандема двигатель-трансмиссия. Компьютер, анализируя данные с многочисленных датчиков, принимает решение переключать передачи в определенные моменты, в зависимости от требуемого характера переключений. Если манера вождения размеренная и плавная, контроллер вносит соответствующие поправки, при которых двигатель не работает в мощных режимах, что положительно сказывается на расходе топлива. Как только водитель “занервничает” и начнет чаще и резче нажимать на педаль газа, искусственный интеллект сразу поймет, что ускоряться нужно быстрее, и силовой агрегат сразу же переключится в спортивный режим. В противном случае задействуется стандартный режим.

Сейчас становится все больше автомобилей, в которых наряду с автоматическим предусмотрен и полуавтоматический режим управления. Здесь водитель отдает команды на переключение передач, а система управления обеспечивает переключение. Но не думайте, что электроника даст вам много пространства для маневра. В этом режиме скорость переключения с одной передачи на другую часто увеличивается, но многие производители сохраняют время переключения таким же, как и в автоматическом режиме, заботясь о сроке службы силового агрегата. Автопроизводители дают этим системам разные имена — Autostick, Steptronic, Tiptronic.

Кстати, в последнее время некоторые автоматические коробки передач можно усовершенствовать путем перепрограммирования блоков управления двигателем и коробки передач. Ради скорости разгона изменяют моменты переключения передач в программе управления автоматической коробкой передач и значительно сокращают время переключения.

Электроника становится заметно более интеллектуальной. Компьютеры умеют анализировать степень износа трения и генерировать соответствующее давление, необходимое для включения каждой муфты сцепления. Если регистрировать давление, можно предсказать степень износа фрикционных дисков, а следовательно, и коробки передач в целом. Блок управления постоянно контролирует исправность системы, фиксируя коды неисправностей тех элементов, в которых произошли сбои в ходе эксплуатации.

В случае форс-мажора блок управления начинает работать по программе обхода. Обычно в коробке передач в аварийном режиме запрещены все переключения, и какая-то одна передача включена, как правило, вторая или третья. В этом случае не рекомендуется управлять автомобилем, но программа поможет вам добраться до ремонтной мастерской своим ходом.

Все типы коробок передач способны порадовать автовладельцев своим сервисом при пробеге более 200 тысяч километров. Но есть одно но — безаварийная работа возможна при правильном техническом обслуживании и регулярном квалифицированном осмотре.

Режимы автоматической коробки передач

П- парковка. В этом режиме все передачи отключены, выходной вал коробки передач и линия передачи, соединенная с ведущими колесами, блокируются механизмом блокировки коробки. При работающем двигателе ограничитель частоты вращения коленчатого вала срабатывает намного раньше, чем при ускорении. Эта “защита от дурака” не позволяет лишний раз нагружать двигатель и напрасно перекачивать трансмиссионную жидкость.

Р – реверс.

N – нейтральный. В этом режиме двигатель и ведущие колеса не соединены. Автомобиль может катиться, его также можно буксировать, не поднимая ведущую ось.

Режим D или Drive позволяет двигаться. В этом режиме передачи переключаются автоматически.

Режим S, Sport, PWR, Power или Shift  — самый динамичный и энергозатратный. Во время разгона двигатель переводится в режим максимальной мощности. Скорость переключения передач (в зависимости от конструкции и программы) может быть увеличена. Двигатель в этом случае всегда продуктивен, как правило, работает на скоростях, которые не ниже тех, при которых развивается максимальный крутящий момент. 

Kick-down — это режим, в котором понижающая передача осуществляется для интенсивного ускорения, например, при обгоне. Резкий подъем происходит из-за того, что двигатель выведен на максимальную мощность, а также из-за большего передаточного числа редуктора. Для того чтобы трансмиссия перешла в этот режим, необходимо правильно нажать на педаль газа. В трансмиссиях старшего поколения для срабатывания кик-дауна нужно было выжимать педаль газа, пока не раздастся характерный щелчок.

При работе в режиме овердрайва или O/D передача овердрайва будет включаться чаще, что приведет к снижению скорости двигателя. Овердрайв обеспечивает эффективное вождение, но его активация может привести к значительным потерям в динамике.

Режим Norm (Норма) реализует наиболее сбалансированный режим вождения. Повышающие передачи, как правило, происходят при достижении средней частоты вращения двигателя и на скоростях чуть выше средней.

Если вы установите переключатель на “1” (L, низкий), “2” или “3”, ваша коробка передач не будет переключаться выше выбранной передачи. Такие режимы незаменимы в тяжелых дорожных условиях, например, при движении по горным дорогам, буксировке прицепа или другого автомобиля. В этом случае двигатель может работать в диапазоне средних и высоких нагрузок без переключения передач.

Зима, Снег (W, Snow) — чтобы предотвратить скольжение ведущих колес, автомобиль в этом режиме трогается с места на второй передаче. Во избежание ненужного проскальзывания передачи можно переключать более плавно и на более низких скоростях. В то же время ускорение может быть не слишком динамичным.Знаки “+” и ”-“ указывают не положение полюса, а возможность ручного переключения передач. Разные производители позволяют “смешивать” передачи по-разному: с помощью переключателя автоматической коробки передач, кнопок на рулевом колесе или подрулевых переключателей, установленных на рулевом колесе. В этом режиме электроника не позволит вам переключаться на те передачи, которые, по ее мнению, неподходящи в данный момент. При работе со знаками “сложение” и “вычитание” скорость переключения передач не будет выше, чем заданная программой в спортивном режиме. Преимуществом ручного режима является возможность принимать упреждающие меры.

Оригинальная статья на сайте ДРАЙВ: https://www.drive.ru/technic/4efb330d00f11713001e3660.html