Управление коробкой передач с помощью гидравлических систем

Клапан выбора диапазона

Система выбора диапазона работы коробки передач состоит из рычага выбора диапазона, клапана выбора диапазона и механизма, который соединяет эти два элемента (рис. 5-42). Клапан в каждом рабочем положении удерживается с помощью гребенки, поджимаемой пружинным фиксатором (рис. 5-43). Основная задача клапана выбора диапазона - распределение потока масла таким образом, чтобы масло подводилось только к тем клапанам переключения, которые используются для включения разрешенных на данном диапазоне передач. К клапанам переключения передач, включение которых запрещено на данном диапазоне, масло не подводится (рис. 5-44).

Принцип работы клапанов переключения

Клапаны переключения предназначены для управления каналами, по которым масло из основной магистрали подводится а гидроцилиндр или бустер (гидропривод) включаемого на данной передаче фрикционного элемента управления. Как правило, любая система управления АКПП, независимо от того, чисто гидравлическая она или электрогидравлическая, имеет в своем составе несколько клапанов переключения.

В АКПП с чисто гидравлической системой управления клапаны переключения являются, условно говоря, интеллектуальными, поскольку именно они определяют моменты переключения передач В АКПП с электронным блоком управления эти клапаны также используются, но их роль уже весьма пассивна, поскольку решение о переключении передач принимает компьютер, который посылает определенный сигнал на соленоид переключения, а тот в свою очередь преобразует его в давление масла, которое подводится к плунжеру соответствующего клапана переключения.

Поскольку принцип работы клапана переключения в случае электро-гидравлической системы управления достаточно прост, то рассмотрим более подробно, каким образом работают эти клапаны в АКПП с чисто гидравлической системой управления.

Повышающие переключения

Любой клапан переключения - это клапан золотникового типа, к которому подводится давление основной магистрали. Плунжер клапана переключения может занимать только два положения: либо крайнее правое (рис. 5-45,а), либо крайнее левое (рис. 5-45,б). В первом случае правый поясок плунжера перекрывает отверстие основной магистрали, и давление не поступает в гидропривод Фрикционного элемента управления АКПП. В случае перемещения плунжера в крайнее левое положение он открывает отверстие основной магистрали, соединяя ее тем самым с каналом подвода Давления в гидропривод.



Одно из двух упомянутых положений плунжера клапана переключения определяется тремя факторами: давлением скоростного регулятора, давлением клапана-дросселя и жесткостью пружины. На левый торец плунжера действует сила пружины, и к этому же торцу подводится давление клапана-дросселя (TV-давление). К правому же торцу плунжера подводится давление скоростного регулятора. При неподвижном автомобиле давление скоростного регулятора и TV-давление практически равны нулю, поэтому плунжер под действием пружины будет находиться в крайнем правом положении, разъединяя основную магистраль и канал подвода давления в гидропривод фрикционного элемента (рис. 5-45,а). После начала движения начинают формироваться давление скоростного'регулятора и TV-давление. Причем при неизменном положении педали управления дроссельной заслонкой давление клапана-дросселя будет оставаться постоянным, а давление скоростного регулятора по мере увеличения скорости движения автомобиля будет увеличиваться. При определенной скорости давление скоростного регулятора достигнет величины, при которой сила, создаваемая им на правый торец плунжера клапана переключения, станет больше суммы силы пружины и TV-давления, которые действуют на левый торец плунжера. В результате плунжер переместится из крайнего правого положения в крайнее левое положение и соединит канал подвода давления в гидропривод фрикционного элемента с основной магистралью. Таким образом, происходит повышающее переключение.



Работу системы управления АКПП необходимо согласовывать с режимом работы двигателя и внешними условиями движения автомобиля. Переключения в коробке передач должны происходить таким образом, чтобы передаточное отношение АКПП, момент сопротивления движению автомобиля и момент, развиваемый двигателем, имели бы оптимальное сочетание.

Если водитель управляет автомобилем так, что разгон происходит с небольшим ускорением, то это водитель, предпочитающий спокойную езду, и для него важно обеспечить режим движения с минимальным расходом топлива. Для этого необходимо производить повышающие переключения на более низких скоростях, при оборотах двигателя, близких к минимальному расходу топлива, т.е. иными словами, переключения должны быть ранними. Кроме того, в этом случае следует обеспечить такое качество переключения передач, при котором езда на автомобиле была наиболее комфортной. Поэтому при малых углах открытия дроссельной заслонки за счет низкого давления клапана-дросселя повышающие переключения происходят на более низких скоростях движения по сравнению со случаем, когда Дроссельная заслонка открыта на большой угол.

Если же водитель старается максимально открыть дроссельную заслонку, стремясь получить максимальное ускорение автомобиля, то в этом случае речь об экономии топлива не идет, а для быстрого разгона необходимо использовать максимальную мощность двигателя. Для чего необходимы более поздние по скорости повышающие переключения, что обеспечивается более высоким значением TV-давления, которое формируется при больших углах открытия дроссельной заслонки.



Весьма важную роль в определении моментов переключении оказывает жесткость пружины и величина ее предварительной деформации. Чем больше жесткость и величина предварительной деформации пружины, тем позже будут происходить повышающие переключения, и наоборот, меньшие жесткость и предварительная деформация пружины приводят к более ранним повышающим переключениям.

Поскольку TV-давление и давление скоростного регулятора по разным клапанам переключения подводятся одинаковые, то единственный способ предотвратить одновременное включение всех фрикционных элементов управления - это установка на разные клапаны переключения пружин с различной жесткостью. Причем чем выше передача, тем большей жесткостью должна обладать пружина.

В качестве примера рассмотрим в упрощенном виде работа системы, управляющей переключением трехскоростной коробки передач. В этой системе использовано два клапана переключения: клапан переключения с первой передачи на вторую (1-2 и клапан переключения со второй на третью передачу (2-3).

Для включения первой передачи клапан переключения не требуется, поскольку первая передача включается непосредственно клапаном выбора диапазона. Давление от масляного на coca через регулятор давления подается к клапану выбора диапазона. Поток масла разделяется этим клапаном на четыре по тока. Один из них подводится к скоростному регулятору давления, второй - к клапану-дросселю, третий - к клапану переключения 1-2 и четвертый направляется непосредственно в гидропривод фрикционного элемента, включаемого на первой передаче (рис. 5-46).





При достижении определенной скорости давление скоростного регулятора становится таким, что сила, создаваемая им на правом торце плунжера клапана переключения 1-2, становится больше силы пружины и TV-давления, которые действуют на левый торец плунжера.

Плунжер клапана переключения 1-2 перемещается, соединяя при этом основную магистраль с каналом подвода давления в сервопривод включения второй передачи (рис. 5-47). Помимо этого давление основной магистрали подводится к клапану переключения 2-3, готовя его тем самым к следующему переключению. Кроме того, давление основной магистрали подается в канал подвода давления к клапану, ответственному за выключение первой передачи, что необходимо делать для предотвращения одновременного включения двух фрикционных элементов Управления АКПП.





За счет большей жесткости пружины, установленной в клапане переключения 2-3, плунжер этого клапана остается на этом этапе Управления АКПП неподвижным. Дальнейшее увеличение скорости автомобиля приводит к тому, что сила давления скоростного регулятора становится способной переместить и плунжер клапана переключения 2-3. В этом случае давление основной магистрали поступает в сервопривод включения третьей передачи и подается к клапану выключения второй передачи (рис. 5-48).



Дальнейшее движение автомобиля при неизменном положении педали управления дроссельной заслонкой и неизменных внешних условиях движения будет происходить на третьей передаче.

Однако следует отметить, что если не предпринять дополнительных мер, то состояние коробки передач при движении на второй или третьей передачах будет неустойчивым. Небольшое отклонение педали в сторону увеличения угла открытия дроссельной заслонки и в результате увеличения TV-давления в коробке произойдет понижающее переключение. К такому же эффекту приведет и небольшое уменьшение скорости движения автомобиля, вызванного, например, незначительным подъемом. В дальнейшем опять-таки из-за небольшого отпускания педали управления Дроссельной заслонкой или восстановления скорости движения автомобиля в АКПП вновь произойдет повышающее переключение. И этот процесс может многократно повториться. Такие колебательные переключения передач нежелательны, и необходимо защитить коробку передач от их воздействия.



Для защиты АКПП от воздействия многократно повторяющихся повышающих и понижающих переключений в гидросистеме предусматривается гистерезис между скоростями, при которых происходят повышающие переключения, и скоростями, на которых в АКПП осуществляются понижающие переключения. Иными словами, понижающие переключения происходят на несколько меньших скоростях по сравнению со скоростями, на которых происходят повышающие переключения. Это достигается весьма простым приемом.

После того, как произошло повышающее переключение (1-2 или 2-3), в соответствующем клапане переключения (1-2 или 2-3) происходит блокировка канала подвода давления клапана-дросселя (рис. 5-49). В этом случае силе давления скоростного регулятора, действующей на торец плунжера клапана переключения, противодействует только усилие сжатой пружины. Такая отсечка TV-давления от клапана переключения действует как фиксатор для предотвращения включения пониженной передачи и устраняет возможность возникновения колебательного процесса при переключении передач.



Если во время движения водитель полностью отпустит педаль управления дроссельной заслонкой, то автомобиль начнет постепенно замедляться, что автоматически приведет и к снижению давления скоростного регулятора. В момент, когда сила этого давления на плунжер клапана переключения станет меньше силы пружины, плунжер начнет перемещаться в противоположное положение. При этом основная магистраль перекроется и в АКПП произойдет понижающее переключение.

Режим принудительного понижения передачи (kickdown)

Часто, особенно при обгоне впереди движущегося автомобиля, необходимо развить большое ускорение, которое возможно получить только лишь в случае подвода к колесам более высокого значения крутящего момента. Для этого желательно произвести переключение на пониженную передачу. В системах управления АКПП, как чисто гидравлических, так и с электронным блоком управления, такой режим работы предусмотрен. Для принудительного переключения на пониженную передачу водитель дол жен нажать до упора на педаль управления дроссельной заслон кой. При этом если речь идет о чисто гидравлической системе управления, то это вызывает повышение TV-давления до величины давления основной магистрали, и кроме того, в клапане-дросселе открывается дополнительный канал, позволяющий подвести TV-давление к торцу плунжера клапана переключения в обход ранее заблокированного канала. Под действием повышенного TV-давления плунжер клапана переключения перемещается в противоположное положение и в АКПП произойдет понижающее переключение. Клапан, с помощью которого осуществляется весь описанный выше процесс, называется клапаном принудительного понижения передачи. Конструктивно этот клапан может быть расположен в различных местах клапанной коробки, но, как правило, он располагается в том же отверстии, что и клапан-дроссель (рис. 5-50). В этом случае клапан принудительного понижения передачи является как бы частью клапана-дросселя. Плунжер клапана принудительного понижения передачи с помощью механического привода или троса соединен с приводом управления дроссельной заслонкой.



При обычной работе перемещение дроссельной заслонки через механический привод плунжера клапана принудительного понижения передачи и пружину передается плунжеру клапана-дросселя, который формирует TV-давление в зависимости от степени открытия дроссельной заслонки (см. рис. 5-50)

В случае, если водитель нажал педаль управления дроссельной заслонкой до упора, то плунжер клапана принудительного понижения передачи перемещает плунжер клапана-дросселя в крайнее левое положение и удерживает его в этом положении (рис. 5-51). В результате TV-давление становится равным давлению основной магистрали. Кроме того, своим пояском плунжер клапана принудительного понижения передачи открывает дополнительный канал, по которому TV-давление подводится под правый торец клапана переключения 1-2. В результате плунжер клапана переключения 1-2 перемещается в крайнее левое положение, и в АКПП выключается вторая передача включается первая.



В случае, если TV-давление в гидросистеме управлений АКПП формируется с помощью вакуумного модулятора, то 1 схеме предусмотрен специальный клапан принудительного понижения передачи, к которому подводится давление основной магистрали (рис. 5-52). Плунжер этого клапана механически соединен с приводом управления дроссельной заслонкой. При максимальном открытии дроссельной заслонки благодаря механической связи происходит перемещение плунжера клапана принудительного понижения передачи. При этом канал подвода давления основной магистрали соединяется с дополнительная каналом подвода давления к клапану переключения. В результате давление основной магистрали подводится к торцу плунжера клапана переключения со стороны установки пружины и совместно с этой пружиной перемещает плунжер в противоположное положение.



В некоторых трансмиссиях для принудительного включение пониженной передачи используется электропривод. Для этого под педалью устанавливается датчик, сигнал которого в случае нажатия на него поступает на соленоид принудительного понижения передачи (рис. 5-53). При наличии сигнала управление соленоид открывает дополнительный канал подвода максимального TV-давления к клапану переключения.

В случае использования в трансмиссии электронного Олой управления все решается несколько проще. Для определение режима принудительного понижения передачи может использоваться так же, как и в предыдущем случае, специальный датчик под педалью управления дроссельной заслонкой или сигнал датчика, определяющего полное открытие дроссельной заслонки. И в том и в другом случае их сигнал поступает в электронные блок управления АКПП, который и вырабатывает соответствующие команды на соленоиды переключения.

Жиклеры и гидроаккумуляторы

Второй основной задачей любой системы управления АКПП после определения моментов переключения передач, является задача обеспечения требуемого качества самих переключений. Иными словами, система управления АКПП должна так управлять переключениями, чтобы исключить слишком длительное скольжение фрикционных элементов, но при этом и не слишком быстро их включать, иначе пассажиры будут ощущать во время переключения передач толчки. Все эти моменты, связанные с качеством переключения передач, обуславливаются скорости изменения давления в гидроприводах фрикционных элементов управления АКПП. Если давление в гидроприводе нарастает слишком быстро, то во время переключения передачи будет ощущаться толчок. При слишком медленном нарастании давления фрикционные элементы будут слишком долго скользить, что отражается неоправданным увеличением оборотов двигателям кроме того, отрицательно сказывается на долговечности фрикционных элементов.

Поэтому в системе управления любой АКПП можно найти элементы, отвечающие за качество переключения передач. К таким элементам относятся жиклеры и гидроаккумуляторы, которые используются в настоящее время в каждой модели АКПП независимо от используемой на ней системы управления (чисто гидравлическая или с электрогидравлическая). Если управление АКПП осуществляется с помощью электронного блока управления, то за качество переключения дополнительно отвечает еще и сам блок управления, который во время переключения передачи соответствующим образом изменяет давление в основной магистрали. Кроме того, в некоторых моделях АКПП используются специальные соленоиды, назначение которых - обеспечение требуемого качества переключения передач.

Жиклеры

Жиклер - это резкое локальное уменьшение площади поперечного сечения канала (рис. 5-54). Жиклер создает дополнительное сопротивление для движения масла, что позволяет снизить, например, скорость заполнения маслом гидроцилиндра или бустера фрикционного элемента управления.



Из-за резкого изменения поперечного сечения канала масло не может свободно проходить через жиклер, и поэтому со стороны насоса создается повышенное давление, а за жиклером формируется более низкое давление. Если за жиклером нет тупика, т.е. масло может свободно двигаться дальше, то в канале возникает перепад давлений. Если же после жиклера имеется тупик в виде гидроцилиндра или бустера фрикционного элемента управления (рис. 5-55), то в соответствии с законом Паскаля давление по обе стороны жиклера по истечении некоторого времени постепенно станет одинаковым.



Жиклеры используются в гидросистемах управления АКПП для обеспечения плавного нарастания давления или управления расходом масла. Как правило, жиклеры устанавливаются перед гидроцилиндром или бустером фрикционных элементов управления АКПП, где они совместно с гидроаккумуляторами формируют требуемый закон нарастания давления. Поэтому при включении фрикционного элемента управления жиклеры играют весьма существенную роль. Однако для того, чтобы процесс переключения передачи проходил с высоким качеством (без заветных толчков автомобиля и повышенного скольжения во фрикционных элементах управления), необходимо быстро сбрасывать давление в гидроприводе выключаемого элемента управления. Наличие же в канале жиклера не позволяет это сделать, поэтому в схемах управления АКПП иногда к гидроприводу подводятся два канала (рис. 5-56).



В одном канале устанавливается жиклер, а во втором - шариковый клапан одностороннего действия. Во время включения фрикционного элемента давление масла, подводимого из основной магистрали, прижимает шарик к седлу клапана (рис. 5-56,а). В результате масло попадает в гидропривод только через жиклер, и формирование давления происходит по заданному закону. В случае выключения фрикционного элемента гидропривод соединяется со сливной магистралью, поэтому давление отжимает шарик клапана одностороннего действия (рис. 5-56,б), и масло вытекает по двум каналам, что значительно увеличивает скорость опорожнения гидроцилиндра.

Жиклеры, как правило, располагаются в распределительной пластине клапанной коробки и представляют собой отверстия определенного диаметра.

Гндроаккумуляторы

Гидроаккумулятор представляет собой обычный цилиндр с подпружиненным поршнем, который устанавливается параллельно гидроцилиндру или бустеру фрикционного элемента управления АКПП, и его задачей является снижение скорости нарастания давления в гидроприводе. В настоящее время используются два типа аккумуляторов: обычные и управляемые клапаном.

В случае использования обычного гидроаккумулятора (рис. 5-57), процесс включения любого фрикционного элемента можно разделить на четыре этапа (рис. 5-58):

• этап заполнения цилиндра или бустера;
• этап перемещения поршня;
• этап неуправляемого включения фрикционного элемента;
• этап управляемого включения фрикционного, элемента.

После того как плунжер клапана переключения переместится и соединит основную магистраль с каналом подвода давления в гидропривод фрикционного элемента управления АКПП, масло начинает заполнять цилиндр или бустер (этап заполнения). По окончании этого этапа поршень гидропривода под действием давления начинает перемещаться, выбирая при этом зазор во фрикционном элементе (этап перемещения поршня). При соприкосновении поршня с пакетом фрикционных дисков поршень останавливается и начинает сжимать пакет фрикционных дисков. Причем поскольку перемещение поршня прекратилось, то давление в гидроцилиндре или бустере практически мгновенно изменяется до некоторой величины, которая определяется жесткостью и величиной предварительной деформации пружины гидроаккумулятора.

Следует отметить, что жесткость и предварительная деформация пружины подбираются таким образом, чтобы на первых трех этапах работы поршень гидроаккумулятора оставался неподвижным. После того как давление в гидроприводе и, следовательно, в гидроаккумуляторе достигнет величины, при которой сила давления на поршне гидроаккумулятора будет способна преодолеть силу пружины, начнется заключительный, управляемый этап управляемого включения фрикционного элемента. Перемещение поршня гидроаккумулятора приводит к снижению интенсивности нарастания давления в гидроприводе, и в результате происходит плавное включение фрикционного элемента. В момент остановки поршня гидроаккумулятора давление в гидроцилиндре или бустере должно стать равным давлению основной магистрали. На этом процесс включения фрикционного элемента заканчивается.

Нетрудно показать, что чем меньше жесткость или предварительная деформация пружины гидроаккумулятора, тем меньше скачок давления на третьем этапе включения фрикционного элемента управления и тем более растянут этап управляемого скольжения фрикционного элемента (см. рис. 5-58). И наоборот, увеличение жесткости или величины предварительной деформации пружины приводит к большему скачку давления в гидроприводе и уменьшению времени скольжения фрикционного элемента.

Следует отметить, что изменение жесткости пружины в ту или иную сторону от номинальной величины приведет к ухудшению качества включения фрикционного элемента. Уменьшение жесткости или величины предварительной деформации пружины вызовет чрезмерное длительное скольжение фрикционного элемента, и, как следствие этого, быстрый износ фрикционных накладок. При увеличении этих двух параметров включение фрикционного элемента должно происходить ударно, что будет ощущаться пассажирами автомобиля в форме неприятных толчков.

Таким образом, качество включения фрикционного элемента определяется тем, насколько правильно подобраны жесткость и величина предварительной деформации пружины гидроаккумулятора. Однако такое устройство гидроаккумулятора не позволяет изменять время включения фрикционного элемента в зависимости оттого, с какой интенсивностью водитель нажимает на педаль управления дроссельной заслонкой. Как уже отмечалось выше, если водитель спокойный и не нажимает до упора на педаль управления дроссельной заслонкой, то гидросистема должна обеспечивать мягкие, практически незаметные переключения. Если же водитель предпочитает разгон с большим ускорением, то основная задача системы управления в этом случае - обеспечить быстрые по времени переключения, принося в жертву этому качество переключения. И все это должен обеспечивать один и тот же гидроаккумулятор. Для решения этой задачи в автоматических коробках передач используется весьма простой прием. К поршню гидроаккумулятора со стороны расположения пружины подводится давление, называемое давлением подпора (рис. 5-59).



Как правило, в качестве давления подпора используется TV-давление или давление, формируемое специальным клапаном пропорционально TV-давлению. Для малых углов открытия дроссельной заслонки характерно малое давление клапана-дросселя, и поэтому включение фрикционных элементов будет происходить мягко. Чем больше угол открытия дроссельной заслонки, тем больше TV-давление и давление подпора и тем жестче будет происходить переключение передач.

Для эффективной работы гидроаккумулятора его раоочии объем должен быть соизмерим с объемом гидропривода включаемого элемента управления, поэтому все вышеописанные гидроаккумуляторы имеют достаточно большие размеры. Для устранения этого недостатка во многих АКПП используют гидроаккумуляторы, работающие совместно с клапаном (рис. 5-60). Система состоит из гидроаккумулятора и параллельно установленного ему клапана, работающего в режиме регулирования давления. Работу этой системы во время включения фрикционного элемента можно разделить на четыре этапа:

Этап А. Это исходное состояние системы в момент, когда клапан переключения передачи еще не переместился. Под нижний торец поршня аккумулятора подается давление основной магистрали, под действием которого поршень занимает крайнее верхнее положение, сжимая при этом пружины гидроаккумулятора (рис. 5-60,а).

Этап В. После перемещения клапана переключения давление основной магистрали через регулирующий клапан и соответствующий канал поступает в гидропривод включаемого фрикционного элемента. Через жиклер масло из этого же канала подводится в полость гидроаккумулятора и к верхнему торцу плунжера регулирующего клапана (рис. 5-60,б). Кроме того, в плунжере регулирующего клапана выполнены радиальное и осевое сверления, по которым масло поступает под нижний торец этого плунжера. И наконец, часть масла поступает в кольцевую канавку, образованную верхним и нижним поясками поршня гидроаккумулятора.

Этап С. Это основной этап, в процессе которого происходит Формирование по определенному закону давления в гидроприводе фрикционного элемента управления АКПП. Этот процесс происходит под влиянием двух факторов: перемещения вниз поршня гидроаккумулятора и работы регулирующего клапана. Перемещение поршня гидроаккумулятора дает такой же эффект, как и в случае использования простого гидроаккумулятора. Рассмотрим более подробно работу регулирующего клапана. Как уже было отмечено, к обоим торцам плунжера этого клапана подводится давление основной магистрали. Но к верхнему торну масло попадает через жиклер. Благодаря этому давление, действующее на верхний торец плунжера регулирующего клапана, будет меньше давления, которое действует на нижний торец этого плунжера. В результате плунжер под действием силы, создаваемой давлением основной магистрали на нижнем торце, поднимется и перекроет основную магистраль. Параллельно с этим процессом будет происходить перемещение поршня гидроаккумулятора вниз (рис. 5-60,в), что вызовет быстрое снижение давления в канале подвода давления в сервопривод фрикционного элемента. Результатом этого станет такое же уменьшение давления под нижним торцом плунжера регулирующего клапана. В некоторый момент суммарная сила пружины и давления под верхним торцом плунжера регулирующего клапана превысит силу давления под нижним торцом плунжера, и он вновь переместится вниз, открывая при этом основную магистраль. В дальнейшем весь процесс повторится вновь.

Этап D. Плунжер гидроаккумулятора достигает крайнего нижнего положения и останавливается (рис. 5-60,г). На этом процесс регулирования давления заканчивается, и давление в гидроцилиндре или бустере фрикционного элемента становится равным давлению основной магистрали.