Трансмиссия с бесступенчатым изменением передаточного отношения фирмы Honda

Общее устройство

В качестве примера рассмотрим устройство и принцип работы разработанной фирмой Honda трансмиссии с клиноременным вариатором. Она состоит из следующих основных элементов (рис. 10-14):

• масляного насоса;
• клиноременного вариатора;
• муфты начала движения;
• муфты переднего хода;
• муфты заднего хода;
• планетарного механизма.

Масляный насос

Обеспечение нормальной работы клиноременного вариатора требует давления, примерно в два раза превышающего то, которое обычно используется в трансмиссиях с АКПП. Это достигается установкой высокоэффективного масляного насоса шестеренчатого типа. Его отличительной особенностью является чугунный корпус. Значения коэффициентов расширения корпуса насоса и стальных шестерен весьма близки, что позволяет независимо от температуры масла обеспечить минимальный зазор между торцевыми поверхностями шестерен и корпусом. В результате достигаются минимальные утечки масла в самом насосе.

Отбор мощности на привод насоса осуществляется с ведущего вала трансмиссии с помощью цепной передачи (см. рис. 10-14).

Клиноременный вариатор

Клиноременный вариатор включает в себя два шкива и металлический ремень типа VDT. Как уже отмечалось, изменение положения ремня относительно шкива в радиальном положении позволяет осуществлять бесступенчатое регулирование передаточного отношения клиноременного вариатора.

Каждый шкив вариатора состоит из подвижного и неподвижного конуса (рис. 10-15). Необходимое нажимное усилие для создания силы трения между металлическим ремнем и конусами шкивов формируется нажимными пружинами.



Положение подвижных конусов относительно неподвижных определяется давлением в бустерах управления. Изменение давления в соответствующих бустерах ведущего и ведомого шкивов позволяет управлять положением подвижных конусов по отношению к неподвижным конусам и, следовательно, изменять передаточное отношение вариатора. Управление подвижными конусами осуществляется синхронно, т.е. насколько один из подвижных конусов отодвинулся от своего неподвижного конуса, настолько же второй подвижный конуе должен приблизиться к своему неподвижному конусу.

Бустер управления каждого подвижного конуса состоит из управляющей и компенсирующей полостей. В управляющую полость подается давление, с помощью которого, собственно, и осуществляется изменение положения подвижного конуса шкива. Компенсирующая полость необходима для уравновешивания дополнительного давления масла, возникающего в полости управления под действием центробежной силы. Поскольку обе полости постоянно заполнены маслом, вращаются с одной и той же угловой скоростью и имеют одинаковые радиальные размеры, то давление, возникающее под действием центробежных сил в полости управления, уравновешивается точно таким же давлением в компенсирующей полости.

Муфта начала движения

Для обеспечения возможности разрыва потока мощности между двигателем и ведущими колесами автомобиля в схеме трансмиссии предусмотрена блокировочная муфта, называемая муфтой начала движения (см. рис. 10-14).

Использование этой муфты в схеме трансмиссии позволяет обеспечить:

• остановку и стоянку автомобиля с работающим двигателем;
• движение автомобиля с «ползучей» скоростью, что при наличии АКПП осуществляется за счет гидротрансформатора (в настоящее время существует требование, в соответствии с которым автомобиль с АКПП должен оставаться неподвижным на подъеме в 4% при работающем на холостых оборотах двигателе);
• запуск двигателя при неподвижном автомобиле.

Муфта начала движения расположена на ведомом валу, и через нее мощность поступает на промежуточный вал трансмиссии. Такое ее расположение в схеме трансмиссии обусловлено двумя причинами:

• во время буксировки автомобиля муфта начала движения выключается и клиноременный вариатор остается неподвижным, что весьма важно, поскольку вращение вариатора, даже без нагрузки, в условиях отсутствия смазки может привести к его быстрой поломке;
• при резком торможении муфта начала движения переводится в режим скольжения, защищая тем самым вариатор от перегрузки.

При выключении муфты происходит разрыв потока мощности между ведущими колесами и двигателем.

Устройство муфты начала движения аналогично устройству блокировочных муфт, используемых в АКПП, однако эта муфта работает в более тяжелых условиях. Так, например, при движении автомобиля с «ползучей» скоростью или торможении муфта начала движения в течение длительного времени работает в режиме скольжения, который сопровождается выделением большого количества тепла. Поэтому в конструкции муфты предусмотрен ряд мероприятий, защищающих ее от перегрева. В муфте используются четыре диска с фрикционными накладками и пять дисков без накладок. Для стабилизации коэффициента трения и значительного повышения допустимой рабочей температуры поверхность дисков без накладок подвергнута азотированию. Кроме того, существенно улучшены условия смазки и охлаждения этой муфты, для чего максимальный объем масла, проходящего через диски муфты, увеличен до 8 л/мин. Такие конструкторские и технологические решения позволяют поддерживать постоянную температуру в зоне контакта дисков на режимах скольжения.

Планетарный ряд, муфта переднего хода и тормоз заднего хода

Ведущий шкив с помощью подшипников опирается на ведущий вал вариатора и соединяется с ним с помощью планетарного ряда. Планетарный ряд используется в схеме трансмиссии для организации передачи заднего хода и оборудован двумя фрикционными элементами управления: блокировочной муфтой и дисковым тормозом (рис. 10-16).



Планетарный ряд относится к первому классу планетарных рядов, т.е. его внутреннее передаточное отношение при остановленном водиле -велйчина положительная.

Блокировочная муфта, называемая муфтой переднего хода, позволяет жестко соединять малое центральное колесо и водило планетарного ряда.

С помощью дискового тормоза, который называется тормозом заднего хода, можно остановить большое центральное колесо планетарного ряда.

При включении муфты переднего хода планетарный ряд оказывается полностью заблокированным и его передаточное отношение равно единице. Такой режим работы планетарного ряда обеспечивает движение автомобиля вперед.

Для движения задним ходом водитель должен установить рычаг выбора диапазона в положение R. При этом муфта переднего хода выключается, а тормоз заднего хода включается. Если составить уравнение кинематической связи для данного планетарного ряда (см. рис. 10-16).





то при условии остановки большого центрального колеса (ω₁=0) передаточное отношение планетарного ряда



Таким образом, имея в виду, что . получим передаточное отношение планетарного ряда отрицательным, что соответствует движению автомобиля задним ходом.

Рассматриваемая трансмиссия с клиноременным вариатором фирмы Honda имеет три основных режима работы:

• остановки;
• движение передним ходом;
• движение задним ходом.

В режиме полной остановки все фрикционные элементы управления (муфта начала движения, муфта переднего хода и тормоз заднего хода) выключены, поэтому мощность от двигателя в трансмиссию не поступает.

При движении вперед включены муфты начала движения и движения вперед, а тормоз заднего хода выключен.



В режиме заднего хода включены муфта начала движения и тормоз заднего хода, при этом муфта переднего хода находится в выключенном состоянии.

Гидравлическая часть системы управления

Гидравлическая часть системы управления трансмиссией с клиноременным вариатором, по сравнению с трансмиссиями с АКПП, имеет значительно меньшее количество клапанов и контуров. В ее состав входят следующие клапаны и соленоиды:

• клапан выбора диапазона;
• соленоид управления муфтой начала движения;
• соленоид переключения;
• соленоид управления силой прижатия металлического ремня к конусам;
• соленоид разрешения включения тормоза заднего хода.

С помощью перечисленных элементов осуществляется управление муфтой начала движения, муфтой переднего хода, тормозом заднего хода, положением подвижных конусов ведущего и ведомого шкивов клиноременного вариатора и формируется усилие прижатия металлического ремня к конусам. Различные другие клапаны являются вспомогательными и используются для формирования требуемого давления в системе управления и обеспечения надежности ее работы.

Клапан выбора диапазона имеет шесть положений: Р, R, N, D, S, L. Этот клапан с помощью троса соединен с рычагом выбора диапазона, который расположен в салоне автомобиля.

Соленоид разрешения включения тормоза заднего хода - типичный соленоид переключения, имеющий два состояния: «Вкл.» и «Выкл.». Он запрещает включение заднего хода автомобиля, если его скорость превышает 10 км/ч.

Если водитель при движении вперед случайно переведет рычаг выбора диапазона из положения «D» в положение «R», то соленоид разрешения включения тормоза заднего хода будет блокировать доступ масла в бустер управления тормозом заднего хода до тех пор, пока скорость автомобиля снизится до 10 км/ч (рис. 10-17,а). При этом на соленоид поступит команда, и он откроет канал подвода масла в бустер управления тормозом заднего хода (рис. 10-17,б).

Соленоид управления муфтой начала движения

Соленоид управления муфтой начала движения относится к соленоидам с широтно-импульсной модуляцией, и его назначение - регулировать давление в бустере управления муфты начала движения (рис. 10-18). Если требуется режим движения автомобиля с «ползучей» скоростью, то этот соленоид обеспечивает в бустере управления этой муфтой низкое давление, в результате чего муфта работает в режиме скольжения. При нормальном режиме движения соленоид формирует давление таким образом, чтобы обеспечить работу муфты без скольжения.

Соленоид управления силой прижатия металлического ремня к конусам (соленоид PL/PH)

Этот соленоид, также как и предыдущий, относится к соленоидам, работающим в режиме широтно-импульсной модуляции. Его назначение - обеспечение требуемого усилия прижатия металлического ремня к конусам ведущего и ведомого шкивов. В случае большой загруженности двигателя соленоид должен обеспечить силу прижатия ремня к конусам пропорциональную моменту, развиваемому двигателем. Это позволяет исключить проскальзывание ремня относительно шкивов.



В случае низкой загруженности двигателя степень прижатия ремня к конусам должна снизиться, что необходимо для увеличения долговечности клиноременного вариатора.

Как уже отмечалось, для нормальной работы клиноременного вариатора необходимо обеспечить синхронное перемещение подвижных конусов обоих шкивов. Причем перемещение этих конусов должно быть обратным, т.е. один должен удаляться от своего неподвижного конуса, а второй, наоборот, приближаться к своему неподвижному конусу. Для решения этой задачи в системе управления предусмотрены два регулятора давления: регулятор высокого давления (РН) и регулятор низкого давления (PL) (рис. 10-19) Работой обоих этих регуляторов управляет один соленоид PL/PH.

Регулятор высокого давления установлен сразу же после на coca, и принцип его работы похож на принцип работы регулятора давления в трансмиссиях с АКПП.

Формирование высокого давления происходит под влиянием трех сил, действующих на плунжер клапана РН (рис. 10-19). На правый торец воздействуют сила пружины и сила давления, которое регулируется соленоидом PL/PH, а на левый торец - сила PH-давления. Причем в случае отсутствия давления соленоида PL/PH давление клапана РН имеет минимальное значение, определяемое только жесткостью и величиной предварительное деформации пружины. При увеличении давления соленоида PL/PH происходит пропорциональное повышение РН-давления.



Таким образом, изменение давления, формируемого соленоидом PL/PH, происходит адекватное и, самое главное, синхронное изменение давлений РН и PL.

Соленоид переключения

Соленоид переключения управляет клапаном, который распределяет высокое (РН) и низкое (PL) давления между бустерами ведущего и ведомого шкивов. В соответствии с этим происходит и изменение передаточного отношения клиноременного вариатора.

Принцип работы клапана, которым управляет соленоид переключения, несколько схож с принципом работы регулятора давления. На правый торец плунжера этого клапана действует сила давления соленоида переключения, а на правый - сила пружины (рис. 10-20). Кроме того, по трем каналам к клапану подводятся два давления - РН и PL. В принципе, этот клапан играет роль смесителя этих двух давлений.



Если, например, давление соленоида переключения равно нулю, то плунжер клапана под действием пружины займет крайнее левое положение. При этом в бустере ведомого шкива установится давление, равное PH-давлению, а в бустере ведущего шкива - PL-давление. В результате ремень будет контактировать с ведомым шкивом на максимальном радиусе R2, а с ведущим шкивом -на минимальном R1, поэтому передаточное отношение вариатора



будет иметь максимальное значение.

Если же давление соленоида переключения станет максимальным, то плунжер клапана займет крайнее правое положение. Тогда в бустере ведомого шкива установится PL-давление, а в бустере ведущего шкива - РН-давление. Это приведет к тому, что ремень на ведомом шкиве займет самое нижнее положение, а на ведущем - самое верхнее. Передаточное отношение вариатора в этом случае станет меньше единицы, что соответствует повышающей передаче.

При некотором давлении соленоида переключения в бустеры ведущего и ведомого шкивов будут подаваться равные давления, что приведет к равенству радиусов контакта ремня со шкивами, и передаточное отношение вариатора в этом случае будет равно 1 (рис. 10-21).



Кроме того, очевидно, что любому промежуточному давлению соленоида переключения должны соответствовать некоторые промежуточные положения ремня относительно ведущего и ведомого шкивов и соответствующие передаточные отношения клиноременного вариатора.

Аварийный режим работы трансмиссии

В случае возникновения неисправности в электрической части системы управления гидравлическая часть системы управления переводит клиноременный вариатор в аварийный режим работы. При этом происходит следующее:

• соленоид переключения переходит в режим, когда формируемое им давление станет равным нулю, что приведет, в соответствии с вышесказанным, к установлению в клиноременном вариаторе максимального передаточного отношения;
• соленоид PL/PH сформирует давление, обеспечивающее максимальное усилие прижатия ремня к конусам шкивов;
• соленоид разрешения включения тормоза заднего хода перейдет в режим, при котором включение передачи заднего хода будет возможно на любой скорости движения автомобиля;
• соленоид управления муфтой начала движения блокирует подвод давления в бустер этой муфты;
• РН-давление от соленоида переключения подводится к правому торцу плунжера клапана включения муфты начала движения, и под действием силы этого давления плунжер занимает крайнее левое положение. При этом перекрывается канал подвода давления от соленоида управления муфтой начала давления в бустер этой муфты и открывается канал подвода давления к трубке Пито и через регулятор давления Пито в бустер муфты начала движения (рис. 10-22).

Давление, формируемое регулятором Пито, определяется давлением в трубке Пито: чем выше давление в трубке, тем выше давление регулятора Пито, и наоборот. При малых оборотах двигателя давление в трубке Пито мало, поэтому в бустер муфты начала давления подводится небольшое давление, и она работает в режиме скольжения. При высоких оборотах двигателя давление в трубке Пито увеличивается, что приводит к соответствующему увеличению давления в бустере муфты начала движения, и, как результат этого, она начинает работать без скольжения.

Так в аварийном режиме обеспечивается движение автомобиля с «ползучей» скоростью без участия электронного блока управления.

Электрическая часть системы управления

Для управления трансмиссией с клиноременным вариатором фирмы Honda используется электронный блок, который получает информацию от различных датчиков и блока управления двигателем. Используя эту информацию, электронный блок осуществляет управление четырьмя соленоидами.

Для формирования требуемого передаточного отношения вариатора блок управления с помощью соленоида переключения определяет взаимное положение конусов ведущего и ведомого конусов. Текущее значение передаточного отношения определяется с помощью трех датчиков, измеряющих частоту вращения ведущего шкива, ведомого шкива и промежуточного вала (рис. 10-23).



Электронный блок в соответствии со скоростью движения автомобиля, степенью открытия дроссельной заслонки формирует требуемое значение передаточного отношения, изменяя его так, чтобы двигатель работал на оптимальном режиме. Например, при полностью открытой дроссельной заслонке обороты двигателя будут поддерживаться такими, чтобы автомобиль мог разогнаться с максимальным ускорением. В то же время при движении по магистрали с небольшим открытием дроссельной заслонки электронный блок переведет двигатель на режим работы, при котором были бы обеспечены минимальный расход топлива и низкий уровень шума работающего двигателя.

Кроме того, блок управления при формировании передаточного отношения вариатора учитывает еще и положение, в котором находится рычаг выбора диапазона. В трансмиссии с фрикционным вариатором, в отличие от трансмиссии с АКПП, с помощью рычага выбора диапазона (хотя в рассматриваемом случае его так называть не совсем правомерно) задается не диапазон изменения передаточного отношения трансмиссии, а режим работы двигателя. Например, при скорости движения автомобиля 80 км/ч, открытии дроссельной заслонки на 50% и установке рычага выбора диапазона в положение «L» - обороты двигателя будут приблизительно 3000 в мин. При тех же условиях, но при установке рычага в положение «S», обороты будут поддерживаться приблизительно на уровне 2500 об/мин. И наконец, если рычаг установить в положение «О», то при неизменных остальных условиях обороты двигателя будут равны 2000 об/мин.

Для управления силой прижатия металлического ремня к конусам ведущего и ведомого шкивов блок управления использует информацию о степени загруженности двигателя, о величине которой судится по степени открытия дроссельной заслонки. При высокой загрузке двигателя, например при движении на подъеме, PL/PH-давление имеет высокое значение, при более легких условиях движения оно снижается и т.п.