гидромеханическая трансмиссия что это такое простыми словами

Гидромеханический автомат

С появлением роботизированных коробок передач с двумя сцеплениями начало казаться, что дни гидромеханической АКПП сочтены — более простые, дешевые и эффективные «роботы» должны были вытеснить классический автомат. Но время шло, а автоматы никуда не исчезали – напротив, за последние годы они стали гораздо совершеннее.

Основа гидромеханического автомата (впрочем, слегка пошатнувшаяся в последнее время, о чем чуть ниже) – это гидротрансформатор. Аналогично сцеплению в механической трансмиссии роль гидротрансформатора – передача крутящего момента от двигателя к коробке передач с возможностью проскальзывания, дабы автомобиль мог плавно тронуться с места. Однако на этом сходство с фрикционным сцеплением заканчивается – внутри гидротрансформатор устроен совсем иначе.

Принцип его работы легко проиллюстрировать на следующем примере. Представим два вентилятора, установленные друг напротив друга. Если мы включаем один из них, то создаваемый им воздушный поток приводит в движения и второй вентилятор. Эта же идея реализована в гидротрансформаторе. В нем есть насосное колесо, вращаемое двигателем и создающее поток масла, и турбинное, связанное с валом коробки и воспринимающее давление потока. Разница с вентиляторами лишь в том, что насосное колесо осуществляет забор масла не с обратной стороны, а с передней центральной части, то есть является центробежным насосом. Отброшенное им вперед по внешнему контуру масло попадает на лопатки турбинного колеса, перенаправляется к центру и возвращается обратно. То есть циркуляция жидкости происходит фактически в замкнутом объеме между двух колес, что позволяет максимально их сблизить, уменьшив рассеяние потока и увеличив эффективность передачи крутящего момента.

Но самые интересные свойства гидротрансформатора связаны с наличием третьего колеса – реактора. Служит оно для воздействия на возвращающийся к насосному колесу поток и, соответственно, располагается в середине гидротрансформатора. Закреплено оно неподвижно, а потому попадающий на его лопатки поток создает направленную в обратную сторону силу реакции, которая дополнительно подкручивает турбинное колесо. Получается, что гидротрансформатор увеличивает крутящий момент на выходе! И чем больше разница в скорости вращения турбинного и насосного колеса, тем больше эта сила реакции потока, и тем значительнее увеличивается момент – в пределе он может умножаться в три раза. То, что нужно для уверенного старта с места, когда двигатель работает на оборотах холостого хода, а вал трансмиссии неподвижен.

Эти свойства гидротрансформатора – увеличивать крутящий момент и допускать долгое проскальзывание – вообще говоря, позволяют и вовсе обойтись без коробки передач. Например, BMW 750i 1986-го модельного года спокойно трогался с третьей передачи и на ней же достигал 250 км/ч! Но, конечно, такое под силу лишь избранным, да и то ценой ухудшения динамики и расхода топлива. Всем же остальным обойтись без механизма переключения трудновато.

В гидромеханическом автомате для изменения передаточного числа используются планетарные передачи. Это принципиально отличает его от механической трансмиссии с параллельными валами. В чем же преимущества такой конструкции? С планетарной передачей проще организовать автоматическую смену скоростей – для этого нужно лишь замыкать между собой отдельные её шестерни. Гораздо компактнее и сама передача – теоретически эта сборка из всего лишь пяти шестерен позволяет реализовать пять скоростей: 4 передних и 1 заднюю. И хотя на практике, вследствие конструктивных ограничений, приходится применять большее количество планетарный рядов, тем не менее, этот узел все равно остается очень небольшим.

Как он работает? В планетарной передаче есть три элемента: первый – центральная солнечная шестерня; второй — вращающиеся вокруг неё сателлиты – шестерни, чьи оси жестко связаны друг с другом; и третий — большое эпициклическое зубчатое колесо, обхватывающее сателлиты. Соответственно, процесс переключения здесь осуществляется установлением жесткой связи между двумя элементами из этой тройки или их блокировкой на корпус. Например, жесткое соединение солнечной шестерни и осей сателлитов дает прямую передачу – эпицикл уже не может проворовываться относительно них, и вся планетарная передача вращается как единое целое. Если же затормозить на корпус коробки оси сателлитов, то солнечная и эпициклическая шестерни начнут вращаться в разные сторону – получаем заднюю передач. И так далее.

Все эти торможения и блокировки осуществляются с помощью фрикционов и тормозных лент, а управляет ими сложная гидросистема, включающая в себя множество каналов, клапанов, гидроаккумуляторов и, конечно, насос, создающий давление масла. Эта гидравлика первоначально и реализовывала всю управляющую логику, причем опираясь всего на два параметра: нагрузку на двигатель и скорость автомобиля.

С распространением электроники в конце 80-ых годов автомат стал точнее оценивать условия движения. Например, он уже не будет нагружать слишком ранними переключениями еще непрогретый двигатель, а при смене передач учтет температуру собственного масла, то есть сделает поправку на его вязкость. Это особенно важно для обеспечения плавности переключения. Дело в том, что избежать провалов тяги позволяет так называемое перекрытие передач: включение следующей скорости, еще до выключения текущей передачи. Такой процесс требует точности: слишком малое перекрытие ведет к провалу тяги, а слишком большое – и вовсе резко затормозит автомобиль. Разумеется, электроника тут позволяет гораздо аккуратнее выдерживать необходимые моменты переключений. Увеличивает она и ресурс трансмиссии, корректируя работу в зависимости от степени износа. Но главное – она помогает улучшить экономичность.

Изначально гидромеханический автомат – далеко не самый эффективный способ передачи крутящего момента. Основные потери в нем связаны с гидротрансформатором – даже в установившемся режиме движения насосное и турбинное колесо проскальзывают относительно друг друга.Тратится энергия и на удерживание фрикционов и тормозных лент – масленый насос поддерживает давление в десятки атмосфер. В результате КПД автомата не превышает 85%, в то время как КПД механической коробки близок к 98%!

Чтобы улучшить этот показатель стали применять блокировку гидротрансформатора – на повышенной передаче, при достижении определенной скорости, встроенный фрикцион, похожий на обычное сцепление, жестко связывает турбинное и насосное колесо. Кстати, этот момент легко отследить по тахометру – обороты мотора слегка падают, будто включилась еще одна передача. В таком режиме КПД уже поднимается до 94%.

С развитием электронного управления блокировка гидротрансформатора стала производиться на всех передачах – фрикцион разжат лишь в момент старта и переключения скорости. При этом, правда, иногда страдает плавность переключений. Как показывает опыт наших замеров, многие современные автоматы уступают в этом плане старым моделям. Особенно это заметно на 6-ступенчатых моделях ZF – на их графике продольного ускорения отчетливо видно, как за одним провалом тяги в момент переключения следует второй рывок, вызванный уже блокировкой гидротрансформатора.

Некоторые пошли еще дальше. Инженеры Mercedes и вовсе отказались от гидротрансформатора – вместо него они стали применять сцепление. Правда, не сухое, как в механических трансмиссиях, а мокрое, выдерживающее более длительную пробуксовку. Замыкается оно в момент старта, и, соответственно, все переключения передач происходят при наличии жесткой связи коробки с двигателем. Это существенно поднимает требования к синхронизации процессов включения-выключения скоростей, но КПД возрастает до 97%, то есть сравнивается с показателями роботизированных механических коробок. Постоянное жесткое соединение с валом мотора означает и более линейные отклики на педаль газа, что востребовано в мощных спортивных моделях AMG.

Последняя же тенденция, которую уже нельзя не заметить – это рост числа передач. В середине прошлого десятилетия, когда появились 7-скоростные «роботы» с двумя сцеплениями, гидромеханический автомат явно отставал – 6-ступенчатые модели только начинали появляться. Но затем быстро последовали семи-, восьми скоростные, на подходе уже и 10-скоростные коробки. Разумеется, столь сложные агрегаты уже не отличаются надежностью и ресурсом – детали приходится сильно уменьшать в размерах, но зато по экономичности и разгонной динамике они обыгрывают механическую трансмиссию. Уступая последним в КПД, многоскоростные автоматы позволяют точнее удерживать мотор в оптимальном диапазоне оборотов, что и определяет, в конечном счете, динамические свойства автомобиля.

Многоступенчатость позволяет без ущерба для плавности ускорить и процесс смены передач, ведь перепад оборотов двигателя становится меньше. Впрочем, и раньше у автоматов не было проблем с быстродействием: например, 4-скоростная коробка ZF, устанавливаемая на BMW конца 80-ых годов, перещелкивала передачи за 0,3 с – среди протестированных нами автомобилей подобным быстродействием обладал только «робот» Porsche 911! Обычные же преселективные трансмиссии работают примерно в два раза медленнее.

Таким образом, у современного автомата практически нет слабых мест. Сохранив свои главные качества – плавность переключений и способность долгое время работать в режиме пробуксовки при движении на малых скоростях, он стал гораздо эффективнее и интеллектуальнее. Правда, пока все эти достижения доступны лишь на дорогих автомобилях – сложные, многоступенчатые автоматы, разумеется, и стоят немало, а потому сегмент недорогих моделей все-таки постепенно переходит на роботизированные коробки – в условиях борьбы за экономичность старые 4-, 5-скоростные автоматы уступают позиции. Но это лишь локальное поражение – в будущем гидромеханических коробок сомневаться не приходится.

Источник

Устройство и принцип работы гидромеханической коробки передач

Гидромеханическая коробка передач (ГМП) — это трансмиссия высокой проходимости с автоматическим управлением. ГМП поддерживает необходимую скорость автомобиля в разных режимах движения, упрощая процесс вождения. Подобные коробки используют в легковых автомобилях, грузовиках, автобусах, в тяжёлой технике мощностью до 1000 л. с. Гидромеханические коробки передач производят компании ZF, Borg Warner, Aisin, Mercedes-Benz, Voith, Honda, Allison, Caterpillar, Komatsu, БелАЗ и др.

Роль АКПП с гидромеханическим управлением

Чтобы мгновенно стартовать после нажатия педали газа, и защитить двигатель от перегрузки, в машине установлена трансмиссия. Она также способна изменять крутящий момент, ускоряя или замедляя автомобиль. Этот узел трансмиссии называется коробка переключения передач — КПП.

По типу переключения скоростей различают механические и автоматические КПП:

Гидромеханическое управление облегчает и упрощает работу водителя, снимая часть «обязанностей». Плавность и бесшумность АКПП повышает комфорт вождения при трогании и разгоне. Также ГМП защищает двигатель и коробку от динамических нагрузок, которые может создать водитель, постоянно «выжимая» газ.

Основные элементы гидромеханической коробки передач:

Функции гидротрансформатора

Гидромеханическая коробка передач работает за счёт движения жидкости, которую качает масляный насос. Главный «потребитель» масла — гидротрансформатор (ГДТ). ГДТ преобразует и передаёт крутящий момент от коленчатого вала в трансмиссию через работу жидкости.

Конструктивно ГДТ представляет собой набор лопастных колёс, «запертых» в герметичной камере в форме бублика:

Гидромеханическая коробка передач начинает работать с запуском двигателя: включается масляный насос и насосное колесо. На лопасти колеса попадает жидкость и раскручивается вокруг оси ГДТ. Под действием центробежной силы масло отбрасывается на лопасти турбины, проходит через реактор и возвращается к насосному колесу. Под давлением потока лопатки турбины начинают вращаться, передавая крутящий момент по валу в коробку передач.

Чем выше обороты двигателя, тем быстрее вращаются колёса ГДТ, а крутящий момент снижается. Без реактора «бублик» работал бы только в режиме гидромуфты, передавая вращение без трансформирования. В момент, когда скорости насоса и турбины выравниваются, реактор начинает свободно вращаться, усиливая давление жидкости, попадающей на лопасти насоса.

Большая часть энергии двигателя уходит на перемещение и нагрев масла в ГДТ. В результате снижается общий КПД, и растёт расход топлива. Для устранения этого недостатка в «бублик» устанавливают муфту блокировки с фрикционной накладкой. При включении муфты двигатель и трансмиссия жёстко сцепляются, и передача момента происходит без потерь.

Передаточное число гидротрансформатора достигает максимально 2,5 — 3, что не достаточно для устойчивой работы двигателя в разных режимах движения машины. Нет возможности включить задний ход, поскольку колёса ГДТ вращаются только в одном направлении. Для компенсации этих недостатков гидромеханическая коробка передач оснащена дополнительным узлом.

Конструкция гидромеханики

В ГМП применяют простые ступенчатые или планетарные механизмы с электронным управлением. Принцип работы гидромеханической коробки передач в обоих вариантах заключается в изменении скорости вращения выходного вала за счёт различных передаточных чисел зубчатых передач.

Как работает вальная кпп

Устройство гидромеханической коробки передач вального типа похоже на механическую КПП. Преобразование крутящего момента происходит ступенчато через включение и отключение зубчатых передач, расположенных на параллельных валах. Количество и размер шестерённых пар соответствует определённому передаточному числу.

Первичный, входной вал, получает крутящий момент от гидротрансформатора. Через пару постоянно сцепленных шестерней мощность передаётся на вторичный вал, а затем на колёса. Для получения прямой передачи, в конструкцию добавляют промежуточный вал, а первичный и вторичный валы располагают на одной оси.

Для расширения диапазона скоростей применяются многовальные конструкции с 4 и более валами. Работа коробки при этом усложняется, увеличиваются габариты и масса. Подобные ГМП встречаются на грузовиках-тягачах.

Зубчатыми передачами управляют фрикционные многодисковые муфты. Муфта становится тормозом, когда соединяется с корпусом ГМП. Для включения блокировки масляный насос подает гидравлическое давление на фрикционы. Благодаря фрикционам скорость переключается плавно, а использование гидропривода ускоряет торможение.

Гидромеханические коробки передач вального типа плохо справляются с растущей тягой от повышения грузоподъёмности транспорта, с ужесточением требований по топливной экономичности. Рост параметров значительно увеличивает массу и габариты конструкции. По этим причинам вальные КПП заменяют на планетарные передачи.

Как работает планетарная кпп

Инженеры предпочитают устанавливать в гидромеханическую КПП планетарный механизм вместо ступенчатой конструкции по следующим причинам:

Простая планетарная передача состоит из центральных шестерней: с внутренними зубьями — короны, с внешними зубьями — солнца. Между ними обкатываются зубчатые колёса сателлиты, оси которых закреплены на раме-водиле. В зависимости от конструкции водило соединено с выходным валом или коронной шестерней.

Устройство планетарной коробки определяет её принцип действия. Чтобы изменить крутящий момент гидротрансформатора, один из элементов планетарной передачи вращают, а другой элемент затормаживают. Третий элемент становится ведомым, а его скорость определяется числом зубьев всех шестерней.

Для получения прямой передачи водило и солнечную шестерню жёстко соединяют. Корона не может проворачиваться относительно закреплённой системы, поэтому механизм вращается как единый узел. Передаточное число в этом случае равно 1.

Чтобы получить задний ход, центральные шестерни вращают в одну сторону. Для этого останавливают сателлиты, блокируя водило.

В качестве тормозов планетарной коробки передач используют тормозные ленты или фрикционные диски. Блокировочные элементы работают в автоматическом режиме по сигналу электроники.

Электронная часть гидромеханической акпп

В гидромеханическом автомате отсутствует сцепление, поэтому каждая ступень коробки снабжена элементом переключения. Работу элементов контролирует электронный блок ЭБУ, связанный с блоком управления двигателем. Во время переключения передач автоматически регулируется частота вращения мотора, что помогает достичь оптимальных рабочих характеристик агрегата.

Система электронного управления гидромеханической коробки передач разбита на подсистемы:

Для автоматизации управления помимо ЭБУ в систему входят электроклапаны, датчики, усилители, регуляторы, корректирующие элементы и т.д. Электроклапаны — соленоиды, расположены в гидроблоке, и по сигналу ЭБУ открывают канал гидроплиты для прохода жидкости к фрикционам, гидротрансформатору и другим узлам.

В зависимости от положения селектора ЭБУ действует по программному алгоритму, заложенному в память:

«Умное» управление проводит самодиагностику для корректирования работы ГМП. Например, если масло в коробке грязное, то в системе падает давление. Для защиты узлов ЭБУ может блокировать переключение передач, перераспределять нагрузку между электроклапанами, запретить включение гидротрансформатора. Неисправности и сбои в коробке компьютер записывает в виде кодов.

Компьютер умеет адаптироваться, выбирая подходящий режим под стиль вождения, динамику разгона и манеру торможения. Адаптация снижает износ коробки за счёт снижения числа переключений. При этом повышается комфорт водителя и безопасность движения.

Сильные и слабые стороны гидромеханики

Гидромеханическая коробка передач привлекает водителей простым управлением, плавностью переключения, низкой ценой по сравнению с вариаторами или DSG. И это ещё не все достоинства.

Гидромеханическая коробка передач будет работать безотказно долгие годы при регулярном техобслуживании и соблюдении условий эксплуатации.

Перспективы использования гидромеханической коробки передач

Гидромеханическая коробка передач постоянно совершенствуется:

Большую перспективу имеет гидромеханическая коробка передач с планетарным механизмом. Трансмиссия подходит для маломощных и сверхмощных двигателей за счёт добавления новых планетарных рядов и варьирования передаточными числами. Новые технические решения повышают экономичность автомобиля. Добавление ступеней устраняет «провалы» в переключении скоростей, достигая максимальной плавности.

Производители выпускают ГМП разных типоразмеров для мощности двигателя от 50 до 1500 кВт. С ростом грузоподъёмности спецтехники увеличивается КПД и тяговые характеристики трансмиссии.

Развитие интеллектуальных автоматизированных систем управления и диагностики направлено на повышение эффективности автомобиля и обеспечения безопасности водителя. Гидромеханическая коробка передач приспособлена к автоматизации, что открывает большие возможности для расширения функциональности механизмов и систем.

Заключение

Гидромеханическая трансмиссия в автомобилях используется с 1940-х годов, а переход на электронное управление начался в 1980-х. С тех пор АКПП стала более функциональной, плавной, надёжной. Удачная конструкция позволяет совершенствовать систему управления и повышать технические характеристики, а значит расширять сферу применения гидромеханических коробок передач.

Источник

Что такое трансмиссия автомобиля

Чтобы ответить на вопрос, что такое трансмиссия автомобиля, надо знать, что трансмиссия передает усилие от мотора на колеса и в ее состав входит КПП.

Что такое трансмиссия автомобиля простыми словами

Если говорить простым и доступным языком, то трансмиссия в своем составе имеет детали и агрегаты, передающие усилие от двигателя на ведущие колеса.

Основные функции указанной системы:

В зависимости от марки авто, трансмиссия может быть:

Назначение трансмиссии

Все агрегаты, которые входят в состав данной системы, обеспечивают передачу вращения от силового агрегата на колеса, а также с их помощью изменяется скорость передвижения и направление, распределяется усилие между колесами.

Для того чтобы уменьшить нагрузку на оси, большегрузные автомобили оснащаются дополнительной осью, что позволяет снизить давление на дорожное полотно и уменьшить его износ.

Колесная формула авто включает в себя две цифры, при этом первая указывает общее количество всех колес, а вторая — количеством тех, которые являются ведущими.

В полноприводных автомобилях дополнительным элементом трансмиссии является раздаточная коробка.

Полноприводные авто предназначенные для езды по бездорожью и в городских условиях будут иметь отличия в устройстве.

Полный привод может включаться вручную, в этом случае должна обязательно быть раздаточная коробка.

При автоматическом подключении, используется фрикционная муфта, имеющая электроуправление.

Полный привод может быть и постоянным, такое решение позволяет не только увеличить проходимость авто, но и характеристики его разгона, так как тяга распределяется более равномерно, что снижает вероятность пробуксовки, а также улучшается управляемость автомобилем.

Обратите внимание, что в КПП никогда не делают целые передаточные числа. Это связано с тем, что при целом передаточном числе, во время вращения шестерен, одна пара зубьев будет постоянно совпадать, что приводит к ее преждевременному износу, именно поэтому, при разработке КПП не делают целые передаточные числа.

Из чего состоит трансмиссия

Современные производители, чаще всего используют механическую и автоматическую трансмиссии.

Авто могут быть задне-, передне- и полноприводными, все зависит от того, на какие колеса передается усилие от двигателя.

В зависимости от типа используемого привода, будет отличаться и состав элементов трансмиссии.

Рассмотрим, из чего состоит трансмиссия заднеприводных авто, она включает такие элементы:

В переднеприводных автомобилях такие составляющие данной системы как дифференциал и главная передача, размещены в коробке передач.

У них есть ШРУСы, которые передают вращение на колеса. Обычно есть четыре шарнира, два из них внешние и два внутренние, между собой они соединены приводными валами.

У авто имеющих полный привод, может постоянно работать передняя или задняя ось, а другая подключается по мере необходимости.

Теперь вы знаете, что такое трансмиссия автомобиля простыми словами и не будете ее путать с коробкой передач, как это делают неопытные автолюбители.

Гидромеханическая трансмиссия – это комбинированная система

В данном случае, указанная система автомобиля имеет механическую и гидравлическую составляющие.

Во время работы гидромеханической трансмиссии, происходит плавное и ступенчатое изменение крутящего момента и передаточного числа без участия водителя, которому остается только регулировать подачу топлива при помощи педали «газа».

Гидромеханическая трансмиссия состоит из следующих элементов:

Именно он позволяет авто плавно передвигаться. Так как нет рывков, то и нет динамических нагрузок, что значительно увеличивает срок службы не только всех элементов трансмиссии, но и двигателя.

Водителю не надо постоянно переключаться, поэтому вождение автомобиля становится более комфортным, и он меньше устает.

Такая конструкция позволяет эффективнее преодолевать заснеженные участки дороги и песок, за счет наличия устойчивой тяги и невысокой скорости вращения колес, увеличивается их сцепление с дорожным полотном.

Устройство гидротрансформатора достаточно простое, в нем есть насосное колесо, которое обеспечивает связь указанного агрегата с мотором, турбинное – связывает его с первичным валом и реакторное, которое обеспечивает усиление крутящего момента.

Турбины на 75% находятся в масле. Сначала крутящий момент от двигателя передается на насосное колесо, после чего к турбинному колесу начинает подаваться масло. За счет этого оно раскручивается, и вращение подается на вал КПП.

Крутящий момент изменяется автоматически, в зависимости от нагрузки, он передается в КПП и за счет фрикционных устройств происходит переключение передач.

Работа гидротрансформатора происходит вместе с планетарной КПП. Чаще всего производители гидромеханическую КПП снабжают именно планетарным механизмом.

Основные плюсы автоматической коробки передач:

Главным ее недостатком является сложность конструкции, большой вес и более высокая стоимость, а также сложность ремонта.

Вывод

Теперь вы знаете устройство и назначение трансмиссии, а также то, чем отличаются указанные системы у передне-, задне- и полноприводных автомобилей.

Источник