С чего начинается АКПП? С точки зрения предыстории агрегата, реализация идеи АКП стала возможной с изобретением гидродинамического преобразователя крутящего момента (гидромуфты, гидротрансформатора (ГТ), а в народе – «бублика»).
Гидродинамический преобразователь крутящего момента выполняет в гидромеханической коробке передач (ГМП) функцию традиционного сцепления, а также автоматически изменяет крутящий момент в зависимости от нагрузки и частоты вращения колес автомобиля. Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин, которые свободно вращаются относительно друг друга, – центробежного «насосного» колеса, центростремительного «турбинного» и расположенного между ними неподвижного направляющего третьего лопаточного колеса, называемого «реактором». Все лопастные колеса имеют радиально расположенные лопатки. Сам ГТ на 85-90% заполнен специальной рабочей жидкостью.
«Насос» и «турбина» установлены предельно близко относительно друг друга, а их лопастные колеса имеют оптимальную форму, обеспечивающую непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости, а также уменьшение потерь энергии на перетекание жидкости от «насоса» к «турбине». Благодаря этому современный ГТ компактен и имеет минимальные габаритные размеры. Коленчатый вал двигателя через маховик жестко связан с «насосным» лопаточным колесом. А «турбинное» лопаточное колесо связано с ведомым валом. Тем самым в ГТ отсутствует жесткая связь между ведущими и ведомыми элементами, а передача энергии от двигателя к трансмиссии осуществляется потоками рабочей жидкости, которая отбрасывается с лопаток «насоса» на лопасти «турбины».
Таким образом, крутящий момент двигателя передается на «насосное» лопаточное колесо, которое направляет поток рабочей жидкости на «турбинное» колесо. Лопатки расположенного между ними «реактора» помогают вернуть поток жидкости обратно к «насосному» колесу. Для этого они имеют особый профиль, а межлопаточные каналы постепенно сужаются. По этой причине скорость, с которой рабочая жидкость течет по каналам направляющего аппарата, постепенно увеличивается, а сама жидкость с силой выбрасывается из реактора в сторону вращения «насосного» колеса, как бы подталкивая и подгоняя его и тем самым повышая эффективность его работы, а главное – преобразуя крутящий момент. При неизменном режиме работы «насоса» (а значит, и двигателя, ибо «насосное» колесо жестко связано с коленвалом) крутящий момент на выходном валу ГТ увеличивается.
Изменение крутящего момента на «турбине» от значения, равного величине момента на «насосе», до максимального значения происходит бесступенчато и, естественно, автоматически. При небольшом числе оборотов двигателя имеет место значительное отставание частоты вращения «турбины» от частоты вращения «насосного» колеса, или так называемое проскальзывание. (Именно благодаря этому эффекту становится возможной работа двигателя на холостом ходу под нагрузкой, то есть при включенной передаче можно удерживать машину педалью тормоза.) С увеличением частоты оборотов двигателя эффект проскальзывания уменьшается, что можно по аналогии сопоставить с включением сцепления на автомобиле с механической коробкой передач. Таким образом, внутри ГТ происходит бесступенчатое преобразование крутящего момента, благодаря чему достигается плавность хода автомобиля.
Крутящий момент через ГТ подается на входной («турбинный») вал диапазонной коробки, где преобразуется и подается уже на выходной вал коробки. Все это время насос работает с частотой вращения двигателя и создает рабочее давление в гидросистеме коробки (до 30 атм.).
Диапазонная коробка ГМП существенно отличается от обычных МКП тем, что передачи в ней переключаются без разрыва потока мощности с помощью приводимых гидравликой многодисковых фрикционных муфт и ленточных тормозов. За выбор передачи отвечают гидравлический и электронный блоки управления АКП.
Необходимая передача выбирается автоматически – ЭБУ посредством датчиков оценивает динамический фактор (скорость автомобиля и нагрузку на двигатель) и дает команду электрогидравлическим клапанам, управляющим фрикционными муфтами. Тем самым происходит преобразование электрического сигнала в гидравлический, а также регулирование давления в системе.
Современная ГМП легкового автомобиля состоит из основных модулей и нескольких обслуживающих систем:
1. Гидротрансформатор (ГТ). Бесступенчато передает крутящий момент от двигателя на второй модуль (диапазонная коробка).
2. Диапазонная коробка. (В общем-то, как таковая она и есть планетарная коробка передач.) В 99% конструкций в ней используются фрикционные управляющие устройства. Исключение – АКП Honda, в которых используется гидравлическая зубчатая муфта.
3. Гидравлическая распределительная система (в народе – «лабиринт», «муравейник»). Служит для распределения давления к исполнительным органам (гидроклапаны и т.д.) в гидросистеме АКП.
4. Насос. Как и в любой гидросистеме, источник высокого давления. Снабжает гидротрансформатор и гидравлический блок управления рабочей жидкостью и обеспечивает смазку коробки.
5. ЭБУ (ECM, ECU) – электронный блок управления АКП.
Кроме того, выделяют и ряд вспомогательных систем АКП:
– электропроводка;
– контрольные датчики;
– система охлаждения (так как ГТ из-за интенсивного «перелопачивания» и возникающего вязкостного трения может нагреть АКП до 300°С и выше);
– система смазки;
Сюда же можно отнести и рабочую жидкость, ошибочно называемую маслом. Она весьма сложна по составу, ее функция заключается не только в смазке механизма ГМП (содержит антипенные, теплоемкие присадки, ПАВ и др.). Правильное название этой субстанции – ATF (Automatic Transmission Fluid) – «жидкость для автоматических коробок передач».
Гидродинамический преобразователь крутящего момента выполняет в гидромеханической коробке передач (ГМП) функцию традиционного сцепления, а также автоматически изменяет крутящий момент в зависимости от нагрузки и частоты вращения колес автомобиля. Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин, которые свободно вращаются относительно друг друга, – центробежного «насосного» колеса, центростремительного «турбинного» и расположенного между ними неподвижного направляющего третьего лопаточного колеса, называемого «реактором». Все лопастные колеса имеют радиально расположенные лопатки. Сам ГТ на 85-90% заполнен специальной рабочей жидкостью.
«Насос» и «турбина» установлены предельно близко относительно друг друга, а их лопастные колеса имеют оптимальную форму, обеспечивающую непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости, а также уменьшение потерь энергии на перетекание жидкости от «насоса» к «турбине». Благодаря этому современный ГТ компактен и имеет минимальные габаритные размеры. Коленчатый вал двигателя через маховик жестко связан с «насосным» лопаточным колесом. А «турбинное» лопаточное колесо связано с ведомым валом. Тем самым в ГТ отсутствует жесткая связь между ведущими и ведомыми элементами, а передача энергии от двигателя к трансмиссии осуществляется потоками рабочей жидкости, которая отбрасывается с лопаток «насоса» на лопасти «турбины».
Таким образом, крутящий момент двигателя передается на «насосное» лопаточное колесо, которое направляет поток рабочей жидкости на «турбинное» колесо. Лопатки расположенного между ними «реактора» помогают вернуть поток жидкости обратно к «насосному» колесу. Для этого они имеют особый профиль, а межлопаточные каналы постепенно сужаются. По этой причине скорость, с которой рабочая жидкость течет по каналам направляющего аппарата, постепенно увеличивается, а сама жидкость с силой выбрасывается из реактора в сторону вращения «насосного» колеса, как бы подталкивая и подгоняя его и тем самым повышая эффективность его работы, а главное – преобразуя крутящий момент. При неизменном режиме работы «насоса» (а значит, и двигателя, ибо «насосное» колесо жестко связано с коленвалом) крутящий момент на выходном валу ГТ увеличивается.
Изменение крутящего момента на «турбине» от значения, равного величине момента на «насосе», до максимального значения происходит бесступенчато и, естественно, автоматически. При небольшом числе оборотов двигателя имеет место значительное отставание частоты вращения «турбины» от частоты вращения «насосного» колеса, или так называемое проскальзывание. (Именно благодаря этому эффекту становится возможной работа двигателя на холостом ходу под нагрузкой, то есть при включенной передаче можно удерживать машину педалью тормоза.) С увеличением частоты оборотов двигателя эффект проскальзывания уменьшается, что можно по аналогии сопоставить с включением сцепления на автомобиле с механической коробкой передач. Таким образом, внутри ГТ происходит бесступенчатое преобразование крутящего момента, благодаря чему достигается плавность хода автомобиля.
Крутящий момент через ГТ подается на входной («турбинный») вал диапазонной коробки, где преобразуется и подается уже на выходной вал коробки. Все это время насос работает с частотой вращения двигателя и создает рабочее давление в гидросистеме коробки (до 30 атм.).
Диапазонная коробка ГМП существенно отличается от обычных МКП тем, что передачи в ней переключаются без разрыва потока мощности с помощью приводимых гидравликой многодисковых фрикционных муфт и ленточных тормозов. За выбор передачи отвечают гидравлический и электронный блоки управления АКП.
Необходимая передача выбирается автоматически – ЭБУ посредством датчиков оценивает динамический фактор (скорость автомобиля и нагрузку на двигатель) и дает команду электрогидравлическим клапанам, управляющим фрикционными муфтами. Тем самым происходит преобразование электрического сигнала в гидравлический, а также регулирование давления в системе.
Современная ГМП легкового автомобиля состоит из основных модулей и нескольких обслуживающих систем:
1. Гидротрансформатор (ГТ). Бесступенчато передает крутящий момент от двигателя на второй модуль (диапазонная коробка).
2. Диапазонная коробка. (В общем-то, как таковая она и есть планетарная коробка передач.) В 99% конструкций в ней используются фрикционные управляющие устройства. Исключение – АКП Honda, в которых используется гидравлическая зубчатая муфта.
3. Гидравлическая распределительная система (в народе – «лабиринт», «муравейник»). Служит для распределения давления к исполнительным органам (гидроклапаны и т.д.) в гидросистеме АКП.
4. Насос. Как и в любой гидросистеме, источник высокого давления. Снабжает гидротрансформатор и гидравлический блок управления рабочей жидкостью и обеспечивает смазку коробки.
5. ЭБУ (ECM, ECU) – электронный блок управления АКП.
Кроме того, выделяют и ряд вспомогательных систем АКП:
– электропроводка;
– контрольные датчики;
– система охлаждения (так как ГТ из-за интенсивного «перелопачивания» и возникающего вязкостного трения может нагреть АКП до 300°С и выше);
– система смазки;
Сюда же можно отнести и рабочую жидкость, ошибочно называемую маслом. Она весьма сложна по составу, ее функция заключается не только в смазке механизма ГМП (содержит антипенные, теплоемкие присадки, ПАВ и др.). Правильное название этой субстанции – ATF (Automatic Transmission Fluid) – «жидкость для автоматических коробок передач».
Типичная конструкция автоматической коробки передач.
Эта сложная система каналов и есть гидравлическая распределительная система, или «лабиринт» (АКП A4LD автомобиля Ford Explorer)
Гидроблок АКП ZF 5HP-24 (автомобили BMW и Jaguar). Слева - управляющие электрогидравлические клапаны.
Сергей Крук
