Технологии блокировки гидротрансформатора и их влияние на топливную экономичность

Одним из недостатков любой гидропередачи является то, что на любом режиме движения автомобиля существует рассогласование частот вращения насосного и турбинного колес, так называемое скольжение гидропередачи. В лучшем случае минимальная величина скольжения может составлять 3-6%. Наличие скольжения приводит к снижению КПД гидропередачи, что сказывается в потере некоторой части мощности двигателя и ухудшении топливной экономичности автомобиля.

При движении автомобиля с постоянной скоростью наличие гидротрансформатора в трансмиссии не является столь необходимым, как это требуется на режимах разгона и торможения. Поэтому в 1978 г. фирма Chrysler на режимах движения автомобиля с постоянной скоростью впервые стала использовать блокировку гидротрансформатора. В дальнейшем практически все автомобилестроительные фирмы перешли на использование блокируемых гидротрансформаторов.

Блокировка гидротрансформатора улучшает топливную экономичность автомобиля приблизительно на 4-5%. Кроме того, использование режимов блокировки гидротрансформатора позволяет несколько снизить температуру масла, что благоприятно сказывается на его свойствах и сроке службы.

Фрикционная блокировочная муфта с пружинным демпфером

Для блокировки гидротрансформатора чаще всего используется блокировочная муфта, которая позволяет при ее включении жестко соединить между собой насосное и турбинное колесо. Это приводит к тому, что двигатель напрямую соединяется с ведущим валом коробки передач, и таким образом гидротрансформатор выключается из силового протока. Типичная конструкция гидротрансформатора с блокировочной муфтой показана на рис. 2-23.





Ступица поршня блокировочной муфты шлицами соединяется со ступицей турбинного колеса (рис. 2-24). Между поршнем муфты и ступицей расположены пружины, играющие роль демпфера крутильных колебаний (см. рис. 2-23). В процессе блокировки гидротрансформатора поршень совершает колебания относительно ступицы, деформируя пружины, которые поглощают энергию возбуждаемых двигателем крутильных колебаний. Крутящий момент двигателя при этом проходит через пружинный демпфер и попадает на ведущий вал АКПП.



Для улучшения характеристик блокировочной муфты к внутренней поверхности кожуха трансформатора или поршня диска приклеивается фрикционная накладка (рис. 2-23 и 2-25).





Блокировочные муфты всех гидротрансформаторов, используемых в трансмиссиях с АКПП, имеют примерно однотипные конструкции и схемы управления. На рис. 2-26 упрощенно показан один из наиболее распространенных вариантов системы управления блокировочной муфтой гидротрансформатора. Для обеспечения выключенного состояния блокировочной муфты масло из системы подпитки гидротрансформатора подается сначала в пространство между поршнем муфты и кожухом (рис. 2-26, а). Далее оно поступает в рабочую полость и затем уже попадает в систему охлаждения.



Для блокировки гидротрансформатора клапан управления переключает контур, и масло подается к поршню муфты с противоположной стороны (рис. 2-26, б). Под действием давления поршень перемещается и прижимается к кожуху. Масло, находящееся в пространстве между поршнем и кожухом гидротрансформатора, сливается при этом через вал турбины, что обеспечивает плавность включения муфты. Таким образом, турбинное колесо жестко соединяется с валом двигателя и гидротрансформатор становится заблокированным.

Фрикционная муфта, работающая совместно с вязкостной муфтой

В 1985 г. фирма GMC с целью устранения ударов при включении фрикционной блокировочной муфты гидротрансформатора использовала в трансмиссии 4Т60 вязкостную муфту. Практически устройство гидротрансформатора осталось таким же, как и было, но конструкция блокировочной фрикционной муфты была несколько изменена. Пружинный демпфер был заменен вязкостной муфтой (рис. 2-27).





Вязкостная муфта состоит из корпуса, ротора и кожуха (рис. 2-27). Ротор с помощью шлицов соединен с турбинным колесом гидротрансформатора. В роторе и корпусе имеется ряд канавок, которые заполнены силиконовым раствором. С внешней стороны к кожуху муфты прикреплена фрикционная накладка, т.е. кожух вязкостной муфты совместно с корпусом представляют собой поршень фрикционной муфты.

При включении фрикционной муфты мощность двигателя через фрикционную накладку подводится к корпусу вязкостной муфты и далее через силиконовый раствор и ротор попадает на вал турбинного колеса. Наличие силиконового раствора создает сопротивление относительному вращению корпуса и ротора вязкостной муфты, в результате чего их скорости начинают выравниваться, но некоторая разность угловых скоростей (скольжение) этих двух элементов все-таки всегда присутствует. Из-за наличия скольжения не происходит стопроцентной блокировки гидротрансформатора, но использование вязкостной муфты значительно повышает качество включения блокировочной муфты и позволяет устранить часто возникающую при этом вибрацию.

Блокировочная муфта центробежного типа

Блокировочная муфта центробежного типа представляет собой оригинальную конструкцию, которая не требует какого-либо управления. Муфта имеет ряд центробежных башмаков трения и специальных упругих пластин (рис. 2-28).





Муфта вращается вместе с турбиной, и поэтому башмаки трения под действием центробежной силы деформируют упругие пластины, прижимая их к кожуху гидротрансформатора, и при определенных оборотах блокируют его. Коленчатый вал двигателя в этом случае жестко соединяется с ведущим валом коробки передач. При уменьшении угловой скорости турбинного колеса давление центробежных башмаков на кожух гидротрансформатора ослабевает, и блокировочная муфта начинает проскальзывать.

Использование суммирующего планетарного ряда

Суммирующий планетарный ряд для блокировки гидротрансформатора был впервые использован фирмой Ford в переднеприводной трансмиссии ATX, которая имеет в своем составе трехскоростную АКПП. В данной конструкции используется свойство планетарных рядов суммировать на одном из звеньев мощность, подводимую к его двум другим звеньям.

Устройство гидротрансформатора с суммирующим планетарным рядом (рис. 2-29) напоминает устройство гидротрансформатора с фрикционной блокировочной муфтой. Кожух крепится с помощью болтов к фланцу коленчатого вала двигателя. К его внутренней части приклепан демпфер, служащий для поглощения возбуждаемых двигателем крутильных колебаний. Планетарный ряд, встроенный в гидротрансформатор, предназначен для суммирования двух потоков мощности, один из которых поступает непосредственно с двигателя, а второй предварительно проходит через гидротрансформатор.





Большое центральное колесо (БЦК) суммирующего планетарного ряда с помощью шлицов соединяется с демпфером крутильных колебаний, и поэтому его угловая скорость всегда равна частоте вращения вала двигателя.

Малое центральное колесо (МЦК) этого ряда также является ведущим звеном, и через него мощность из гидротрансформатора поступает в планетарный ряд (рис. 2-30).



Суммирование мощности осуществляется на водиле этого планетарного ряда, которое с помощью шлицов соединяется с промежуточным валом коробки передач.

На первой передаче обгонная муфта в АКПП работает в активном режиме, а муфта второй передачи выключена, поэтому мощность двигателя полностью проходит через гидротрансформатор и, минуя суммирующий ряд, поступает через обгонную муфту АКПП на одно из двух малых центральных колес планетарного механизма коробки передач. .



При включении муфты второй передачи обгонная муфта переходит в неэффективный режим работы, а фрикционная муфта прямой передачи остается в выключенном состоянии. В результате 62% мощности двигателя проходит через гидротрансформатор и попадает на МЦК суммирующего планетарного ряда, а 38% поступает на БЦК этого ряда через демпфер с коленчатого вала двигателя. Суммирование потоков мощности происходит в планетарном ряду гидротрансформатора, и затем вся мощность поступает в коробку передач через промежуточный вал (см. рис. 2-30).

На третьей передаче включены фрикционные муфты второй и прямой передач. Планетарная коробка передач заблокирована, и ее передаточное отношение равно 1. При этом суммирующий планетарный ряд гидротрансформатора также практически заблокирован. Общее передаточное отношение гидротрансформатора и коробки передач равно 1. При этом 93% мощности двигателя поступает на БЦК суммирующего планетарного ряда и 7% через гидротрансформатор на МЦК этого ряда. Скольжение в гидротрансформаторе на этом режиме имеет минимальное значение, что улучшает топливную экономичность транспортного средства.

На передаче заднего хода в АКПП муфта второй передачи выключена, и вся мощность двигателя проходит через гидротрансформатор.

Другие способы блокировки гидротрансформатора

В некоторых трансмиссйях управление блокировкой гидротрансформатора осуществляется непосредственно с помощью фрикционных элементов управления коробки передач. Так например, в трансмиссии AOD фирмы Ford имеется вспомогательный вал, который через демпфер соединен с коленчатым валом двигателя (рис. 2-31).





В этой трансмиссии используется обычный гидротрансформатор с тремя элементами, но без блокировочной муфты. АКПП имеет два ведущих вала, позволяющих обеспечить гидравлическую и механическую связь АКПП с двигателем. Ступица турбинного колеса с помощью шлицов соединяется с полым валом, который соединен с внешним барабаном муфты переднего хода АКПП. Второй вал через шлицы соединяется непосредственно с демпфером крутильных колебаний, который является частью кожуха гидротрансформатора. Этот вал обеспечивает механическую связь коленчатого вала двигателя с муфтой прямой передачи АКПП.

На первой и второй передачах муфта прямой передачи АКПП выключена, а муфта переднего хода включена, поэтому все 100% мощности двигателя поступают в АКПП через гидротрансформатор.

На третьей передаче включены фрикционные муфты прямой передачи и переднего хода, в результате чего 40% мощности двигателя проходят через гидротрансформатор и 60% поступают напрямую в АКПП.

Наконец, на четвертой (повышающей) передаче муфта переднего хода выключена, а муфта прямой передачи остается включенной, в результате все 100% мощности двигателя передаются через демпфер напрямую в коробку передач.