АКПП - принцип работы

Коробка автомат состоит из нескольких агрегатов, в том числе – гидротрансформатора и механической планетарной коробки передач.

Устройство и принцип работы АКПП

Гидротрансформатор выполняет функции сцепления и автоматически меняет крутящий момент, исходя из нагрузки и частоты вращения колес. Он состоит из 2-х лопастных машин - центростремительной турбины и центробежного насоса, между которыми расположен направляющий аппарат-реактор. Турбина с насосом расположены максимально близко друг к другу, их колеса такой формы, которая может обеспечить непрерывную циркуляцию рабочей жидкости. Гидротрансформатор имеет минимальные габариты и характеризуется сниженными потерями энергии на перетекание рабочих жидкостей от насоса к турбине.

Турбина связана с валом коробки передач, а насосное колесо – с коленчатым валом мотора. То есть, в гидротрансформаторе отсутствует жесткая связь между всеми ведомыми и ведущими элементами, энергия от двигателя к трансмиссии передается при помощи потоков рабочей жидкости, отбрасываемых с лопаток насоса на лопасти турбины.

По этой схеме работает гидромуфта, передающая крутящий момент без трансформации его в величину. Для изменения момента используется реактор, введенный в гидротрансформатор. Он представляет собой колесо с лопатками, жестко прикрепленное к корпусу и до определенного времени не вращающееся. Реактор устанавливается по пути возврата масла от турбины к насосу. Межлопаточные каналы реактора постепенно сужаются,а сами лопатки имеют специфический профиль. Это позволяет постепенно увеличивать скорость, с которой жидкость течет по каналам направляющего аппарата, и отбрасывать жидкость из реактора в сторону насосного колеса, подталкивая его. Благодаря увеличению скорости циркуляции рабочей жидкости внутри гидротрансформатора, при неизменной работе двигателя увеличивается крутящий момент на выходном валу гидротрансформатора. Также при неизменном режиме насоса (двигателя) может бесступенчато и автоматически изменяться режим работы турбины в зависимости от приложенногок ее валу сопротивления.

Эти утверждения можно проиллюстрировать следующими примерами. Автомобилю, который движется по равнинному участку дороги, необходимо подняться в гору. Если забыть про педаль акселератора и посмотреть, как отреагирует на изменение условий гидротрансформатор, мы заметим, что из-за увеличения нагрузки на ведущие колеса авто начинает терять скорость. Как следствие – уменьшение частоты вращения турбины и противодействия движению рабочей жидкости внутри гидротрансформатора по кругу циркуляции. Скорость циркуляции возрастает, крутящий момент на валу колеса турбины увеличивается (аналогией является переход на низшую передачу авто с МКПП) до тех пор, пока не достигается равновесие между крутящим моментом на валу турбинного колеса и моментом сопротивления движению.

Принцип работы АКПП при трогании с места

Точно такой же принцип действия автоматической коробки при трогании с места. Однако в данном случае нажатие на педаль газа способствует увеличению оборотов коленвала, и, как следствие, насосного колеса. Также важно учесть, что и машина, и турбина изначально находились в неподвижном положении, но двигатель работал на холостом ходу при внутреннем проскальзывании в гидротрансформаторе (по аналогии с эффектом выжатой педали сцепления). Крутящий момент трансформируется в максимально возможное число раз до тех пор, пока не достигается максимальная скорость, и необходимость преобразования крутящего момента отпадает.

Таким образом, гидротрансформатор при помощи автоматической блокировки становится звеном, жестко связывающим ведущий и ведомый валы. Благодаря такой блокировке исключены внутренние потери, сокращается расход топлива, увеличивается КПД передачи. При замедлении авто повышается эффективность торможения двигателем. При этом реактор освобождается и начинает вращаться совместно с турбинным и насосным колесом.

Возникает вопрос: зачем тогда к гидротрансформатору присоединяют на время ремонта АКПП , если он может сам изменять величину крутящего момента, исходя из величины нагрузки на ведущие колеса. Однако оказывается, гидротрансформатор может изменять величину крутящего момента только на коэффициент, не больше 3,5. Такого изменения передаточного числа явно недостаточно для обеспечения эффективной работы трансмиссии. Кроме того, у водителя периодически возникает необходимость включения заднего хода или полного отъединения двигателя от ведущих колес.

Для реализации этих задач в коробках АКПП предусмотрены зубчатые сцепления, которые отличаются от обычных МКПП как минимум тем, что передачи в них могут переключаться при помощи приводимых гидравликой ленточных тормозов или многодисковых фрикционных муфт без разрыва потока мощности. Необходимая передача определяется скоростью авто и силой нажатия на педаль газа. Выбор передачи осуществляется гидравлическим и электронным блоком управления коробкой передач. Однако водитель может влиять на процесс смены передач при помощи кнопок и рычага, к примеру, выбрав зимний режим, спортивный или установив селектор в специальное положение, не позволяющее автоматике переключаться выше заданной передачи.

Помимо рассмотренного нами гидротрансформатора и планетарного механизма, в состав АКПП входит масляный насос, который снабжает и гидротрансформатор, и гидравлический блок управления маслом и обеспечивает смазку АКПП, а также радиатор, предназначенный для охлаждения рабочих жидкостей.

Общее устройство и принцип действия гидротрансформатора

Гидротрансформатор (ГТ) (torqueconverter) является приспособлением, служащим для передачи крутящего момента от двигателя к элементам АКП. Он состоит из следующих элементов:

• Насос или насосное колесо
• Плита блокировки
• Реактор
• Обгонная муфта

Чтобы проиллюстрировать принцип действия гидротрансформатора, передающего крутящий момент, используем пример с 2-мя вентиляторами. К примеру, один вентилятор (он же – насос) – включим в сеть, чтобы он создавал поток воздуха. Тогда второй (он же – турбина) – выключен, но его лопасти, воспринимая потоки воздуха, создаваемые первым вентилятором (насосом), вращаются. Скорость второго вентилятора (турбины) меньше, чем у первого (насоса), – она как бы проскальзывает. Отметим, что в нашем примере в качестве вентилятора, подключенного к сети, выступает крыльчатка насосного колеса.

В качестве выключенного вентилятора выступает колесо турбины, соединенное при помощи шлицы с валом коробки. Крыльчатка насоса вращается и создает поток масла, который в свою очередь заставляет вращаться колесо турбины. Гидротрансформатор в этом случае выступает в роли обычной гидромуфты, передавая крутящий момент посредством масла от двигателя на вал АКПП, при этом не увеличивая его. Даже при увеличении оборотов двигателя передаваемый крутящий момент не увеличивается.

Теперь вновь возвратимся к вентиляторам, взятым нами для примера. Поток воздуха, создаваемый включенным вентилятором, рассеивается. Однако если его направить вновь к работающему вентилятору, тот, в свою очередь, начнет крутиться быстрее, создавая еще более мощный поток. Это явление называется преобразованием (увеличением) крутящего момента.

В гидротрансформаторе в данный процесс, помимо турбины и насоса, включается еще и реактор. Он изменяет направление потока жидкости при помощи статора, отправляющего поток масла обратно на крыльчатку насосного колеса. В итоге крыльчатка ускоряется, крутящий момент увеличивается. Отметим, что чем меньше скорость вращения турбинного колеса гидротрансформатора относительно скорости вращения насосного колеса, тем более остаточной энергии несет масло, возвращающееся посредством статора в насос, и, соответственно, тем больше момент, создаваемый в гидротрансформаторе.

На левом рисунке реактор гидротрансформатора удерживается обгонной муфтой; На правом рисунке статор гидротрансформатора вращается свободно.

Турбина всегда вращается с меньшей скоростью, чем насос. Соотношение скоростей вращения турбины и насоса максимальное при нахождении авто в неподвижном состоянии: с увеличением скорости оно уменьшается. Реактор соединен с гидротрансформатором при помощи обгонной муфты, которая вращается только в одном направлении, поэтому благодаря специфической форме лопаток турбины и реактора потоки рабочей жидкости отправляются на обратную сторону лопаток реактора (рис. 4). В результате реактор заклинивается и становится неподвижным, а на вход насоса передается максимальное количество остаточной энергии рабочей жидкости. Благодаря такому режиму работы гидротрансформатора обеспечивается максимальная передача им крутящего момента. К слову, при старте с места гидротрансформатор увеличивает крутящий момент троекратно.

При разгоне машины проскальзывание турбины относительно насоса сокращается и наступает период, когда поток рабочей жидкости начинает вращать колесо реактора в сторону свободного хода обгонной муфты. После этого гидротрансформатор прекращает увеличивать крутящий момент и входит в режим работы обычной гидромуфты. В данном режиме КПД гидротрансформатора не превышает 85%, в результате в нем начинает выделяться излишнее тепло, и в итоге повышается расход топлива.

Для того чтобы устранить этот недостаток, необходимо использовать блокировочную плиту, которая механическим способом связана с турбиной, но при этом может свободно перемещаться влево и вправо. С целью ее смещения влево поток рабочей жидкости, питающий гидротрансформатор, подается между плитой и корпусом гидротрансформатора, обеспечивая,таким образом,их механическую развязку: в таком положении плита никак не влияет на работу гидротрансформатора.

После того, как машина достигает высокой скорости, и по специальной команде от электронного устройства управления коробкой передач, поток рабочей жидкости изменяется таким образом, чтобы он мог прижать плиту вправо к корпусу гидротрансформатора. Кроме того, с целью увеличения силы сцепления наносится фрикционный слой на внутреннюю сторону корпуса. Таким образом, осуществляется механическая блокировка насоса и турбины при помощи блокировочной плиты. Мотор жестко связывается с входным валом автоматической коробки передач, а гидротрансформатор перестает выполнять свои функции. Само собой разумеется, что при малейшем торможении машины блокировка сразу же отключается.
При необходимости ремонта и диагностики всех типов АКПП, Вы можете обратиться к нам в автосервис