Принцип работы гидротрансформатора
20.05.2010
Краткий обзор гидротрансформатора
Крутящий момент, создаваемый двигателем, передается к автоматической коробке передач посредством гидротрансформатора. В этом разделе описывается, как элементы гидротрансформатора создают гидравлическую связь, увеличивают крутящий момент при низких значениях скорости и устанавливают прямую механическую связь с двигателем при высоких значениях скорости.
Гидротрансформатор обеспечивает гидравлическую связь между коленчатым валом двигателя и коробкой передач. Гибкая пластина крепится болтами к задней части коленчатого вала, а гидротрансформатор, в свою очередь, крепится болтами к гибкой пластине.
Трансмиссионная жидкость для автоматической коробки передач (ATF), находящаяся в гидротрансформаторе, передает вращательное движение коленчатого вала к первичному валу коробки передач. Гидротрансформатор вращается всегда, когда работает двигатель.
Простой гидротрансформатор имеет три основных элемента: лопастное колесо, статор (или направляющий аппарат) и турбину. Большинство современных гидротрансформаторов также имеют муфту, служащую для блокировки гидротрансформатора при соответствующих рабочих условиях автомобиля.
Трехэлементный гидротрансформатор
При работающем двигателе и гидротрансформаторе, не заполненном трансмиссионной жидкостью, первичный вал вращаться не будет. Однако, когда гидротрансформатор заполняется трансмиссионной жидкостью, вал будет не просто вращаться, он будет вращаться с силой, достаточной для приведения в движение внутренних элементов коробки передач, которые создают движущую силу автомобиля. Поэтому, трансмиссионная жидкость, находящаяся в гидротрансформаторе, обеспечивает связь между двигателем и коробкой передач.
В простом трехэлементном гидротрансформаторе нет никакой механической связи между секцией гидротрансформатора, приводимой в движение от двигателя, и первичным валом коробки передач. Двигатель с первичным валом связывает только трансмиссионная жидкость, находящаяся в гидротрансформаторе. В главах, данных на следующих страницах, описывается каждый элемент гидротрансформатора и объясняется, как обеспечивается гидравлическая связь.
Лопастное колесо
Если вы знакомы с конструкцией водяных насосов автомобиля, то уже знаете, что такое лопастное колесо. Лопастное колесо в водяном насосе - это ступица с лопастями, которая вращается на вале. Когда работает двигатель, вращающиеся лопасти лопастного колеса заставляют охлаждающую жидкость циркулировать по каналам охлаждающей жидкости и через радиатор.
Лопастное колесо гидротрансформатора работает аналогично. Вращающееся лопастное колесо за счет возникновения центробежной силы заставляет трансмиссионную жидкость циркулировать. Трансмиссионная жидкость вовлекается лопастями во вращательное движение, и по мере увеличения своей скорости уходит от центра лопастного колеса.
Т.к. жидкость стремится наружу, лопасти несут ее в направлении верхней кромки лопастного колеса. Когда скорость лопастного колеса увеличивается, трансмиссионная жидкость получает импульс движения, достаточный для того, чтобы уйти с краев лопастей и из лопастного колеса. Трансмиссионная жидкость выходит из лопастного колеса с силой, достаточной для приведения в движение первичного вала коробки передач, но при условии того, что сила правильно направлена.
Турбина
Турбина гидротрансформатора по конструкции аналогична лопастному колесу. Т.е. турбина - это ступица с лопастями (или лопатками). Такая конструкция нужна для того, чтобы турбина улавливала трансмиссионную жидкость, сбрасываемую лопастным колесом.
Когда рабочая жидкость сбрасывается с лопастного колеса, лопатки турбины подхватывают ее, заставляя течь к центру турбины. Эта сила вращает турбину до того момента, как жидкость пойдет обратно через центр турбины в направлении лопастного колеса.
Сила трансмиссионной жидкости, ударяющейся о лопатки турбины, зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Чем быстрее вращается коленчатый вал, тем большее количество силы передается жидкостью от лопастного колеса к турбине. Когда двигатель работает в режиме холостого хода, рабочая жидкость не имеет достаточно силы, чтобы вращать турбину, преодолевая удерживающее усилие тормозов. Жидкость просто циркулирует от лопастного колеса к турбине и обратно.
Трансмиссионная жидкость уходит от лопастного колесо в направлении по часовой стрелке, а возвращается к нему от турбины в направлении против часовой стрелки.
Статор (направляющий аппарат)
Статор (или направляющий аппарат) располагается между турбиной и лопастным колесом. Назначение статора гидротрансформатора - изменять направление потока трансмиссионной жидкости, когда она перемещается от центра турбины к центру лопастного колеса.
Жидкость течет от лопастного колеса к турбине в направлении по часовой стрелке. Однако, когда жидкость проходит через турбину, ее направление изменяется на противоположное - против часовой стрелки.
Если бы трансмиссионной жидкости было разрешено вернуться к лопастному колесу в направлении против часовой стрелки, это вызвало бы противодействие потока жидкости вращению лопастного колеса, тем самым уменьшая эффективность нагнетания лопастного колеса. Лопастное колесо должно было бы тратить часть крутящего момента, который оно получает от двигателя, на изменение направления потока жидкости.
Когда статор изменяет направление потока трансмиссионной жидкости, чтобы лопастное колесо вращалось в направлении по часовой стрелке, никакой крутящий момент не тратится впустую. Фактически жидкость с измененным направлением вращения помогает воздействовать на лопастное колесо, тем самым увеличивая крутящий момент.
Статор состоит из нескольких лопастей, подсоединенных к ступице, которая закреплена на муфте одностороннего действия.
Муфта в сборе имеет внутреннюю и наружную обоймы с двумя дорожками, разделенными подпружиненными роликами. Внутренняя обойма располагается на шлицевой опоре статора, которая проходит из коробки передач в гидротрансформатор. Т.к. внутренняя обойма имеет шлицевое соединение с опорой статора, она зафиксирована и не может вращаться.
Наружная обойма устанавливается над внутренней обоймой. Внутренняя и наружная обоймы разделяются подпружиненными роликами. Ролики располагаются в клиновых зазорах, образованных наклонными плоскостями, сделанными в наружной обойме. При наличии пружин ролики удерживаются напротив суженных концов клиновых зазоров.
Ролики, клиновые зазоры и дорожки позволяют наружной обойме вращаться только в одном направлении. Когда статор вращается по часовой стрелке, каждый ролик перемещается в расширенный конец клинового зазора, преодолевая усилие пружины, тем самым позволяя статору вращаться. Если статор вращается в противоположном направлении, пружина толкает каждый ролик внутрь клинового зазора, где он заклинивается между двумя дорожками. Когда ролики заклиниваются, статор стопорится относительно внутренней обоймы и не может вращаться.
Возврат потока трансмиссионной жидкости
Поток трансмиссионной жидкости, направленный против часовой стрелки, покидая турбину, перед достижением лопастного колеса проходит через лопасти статора. За счет кривизны лопастей статора направление потока жидкости полностью изменяется.
Изменение направления позволяет трансмиссионной жидкости входить в лопастное колесо и присоединяться к жидкости, текущей вдоль его лопастей. Первое преимущество статора заключается в том, крутящий момент двигателя не затрачивается впустую за счет способности статора изменять направление потока. Второе преимущество заключается в том, что жидкость входит в лопастное колесо в направлении, которое позволяет "помогать толкать" лопасти лопастного колеса.
Увеличение крутящего момента
Влияние статора приводит к тому, что трансмиссионная жидкость, входящая на лопастное колесо, уже находится в движении. Жидкость не должна разгоняться из неподвижного состояния. Она попадает на лопасти, где ускоряется. Ускорение прогоняет жидкость через лопастное колесо и отбрасывает ее к турбине со значительно увеличенной силой.
Благодаря этому эффективному управлению жидкостью, крутящий момент турбины становится больше, чем крутящий момент двигателя. Фактически крутящий момент увеличивается.
Увеличение крутящего момента статором возможно только в том случае, когда имеется большая разница в скорости между лопастным колесом и турбиной. Чем больше разница в скорости между этими двумя элементами, тем больше увеличение крутящего момента.
Увеличение крутящего момента
Муфта одностороннего действия статора играет важную роль в увеличении крутящего момента. Трансмиссионная жидкость, циркулирующая между лопастным колесом и турбиной, называется вихревым потоком. Этот поток существует только в том случае, когда имеется разница в частоте вращения между лопастным колесом и турбиной.
Самая большая разница скорости между этими двумя элементами имеет место, когда автомобиль в первый раз разгоняется из неподвижного состояния. В этот момент лопастное колесо вращается, а турбина - нет. Вследствие наличия большой разницы в скорости вихревой поток и увеличение крутящего момента - максимальны. Вихревой поток, проходящий через лопасти статора, пытается вращать статор против часовой стрелки. Когда это происходит, ролики муфты уходят в клиновые зазоры и блокируют статор относительно его опоры.
Когда автомобиль ускоряется, турбина постепенно приобретает скорость относительно лопастного колеса. В конечном счете турбина ускоряется вплоть до того момента, когда трансмиссионная жидкость начинает течь в одном направлении (по часовой стрелке).
Т.к. центробежная сила уменьшает вихревой поток, увеличение крутящего момента также уменьшается. Наконец, когда скорость турбины достигает приблизительно 90 процентов от скорости лопастного колеса, гидротрансформатор достигает фазы "сцепления". В этой фазе гидротрансформатор просто передает крутящий момент от двигателя через "гидравлическую муфту" к первичному валу коробки передач.
Связь не обязательно имеет место при определенной скорости движения. Например, автомобиль может перемещаться при стабильной скорости с гидротрансформатором, связанным с коробкой передач. Если водитель резко ускоряет автомобиль, чтобы обогнать другой автомобиль, более быстрое вращение двигателя приводит к увеличению скорости лопастного колеса, заставляя его вращаться быстрее, чем турбина. При значительной разнице в скорости между лопастным колесом и турбиной снова происходит увеличение крутящего момента (и вихревого потока) вплоть до того момента, когда турбина не начинает вращаться со скоростью лопастного колеса.
Когда скорость турбины увеличивается, а вихревой поток уменьшается, вращательное усилие, действующее на статор, реверсируется. Ролики муфты уходят из клиновых зазоров, отпуская муфту и позволяя статору вращаться свободно (по часовой стрелке). Направление потока трансмиссионной жидкости, ударяющейся о лопасти статора, также изменяются. Вместо течения к передней части лопастей статора, жидкость ударяется о заднюю часть лопастей. Если бы муфта не отпускала статор, его лопасти генерировали бы турбулентность потока, что значительно уменьшило бы эффективность гидротрансформатора.
Гидравлическая и механическая связь
Т.к. гидротрансформатор не имеет прямой механической связи с двигателем, он теряет некоторый крутящий момент двигателя вследствие наличия проскальзывания трансмиссионной жидкости. Скорости и нагрузки, прикладываемые к жидкости, заставляют лопастное колесо и лопатки турбины в некоторой степени проскальзывать в жидкости.
Это проскальзывание вызывает определенную потерю эффективности, особенно при более высоких значениях скорости автомобиля. Коленчатый вал двигателя может вращаться быстрее, чем турбина или вторичный вал, таким образом топливо тратится впустую. Чтобы исключить эту потерю эффективности, многие гидротрансформаторы обеспечивают прямую механическую связь (называемую блокировкой гидротрансформатора) между двигателем и коробкой передач. В режиме блокировки турбина и лопастное колесо вращаются с одинаковой скоростью. Нет никакого проскальзывания жидкости, что помогает уменьшать выделение тепла.
Блокирующийся гидротрансформатор - это один из самых распространенных способов обеспечения механической связи.
Блокирующийся гидротрансформатор механически связывает турбину с крышкой гидротрансформатора при различных значениях рабочей скорости, в зависимости от модели автомобиля и условий движения. Крышка механически крепится болтами к двигателю. В режиме блокировки крышка гидротрансформатора приводит в движение турбину. Гидравлическая связь исключается, а двигатель и турбина механически блокируются вместе, напрямую приводя в движение первичный вал коробки передач.
Блокирующийся гидротрансформатор требует, чтобы муфта сцеплялась и расцеплялась, обеспечивая и убирая механическую связь между двигателем и крышкой гидротрансформатора. Два основных типа муфты гидротрансформатора - это центробежная муфта и гидравлически активизируемая муфта гидротрансформатора.
Центробежная муфта гидротрансформатора использовалась главным образом до 1990 года. На современных автомобилях используется преимущественно гидравлически активизируемая муфта.
Центробежная муфта
Центробежная муфта имеет шлицевое соединение с турбиной через муфту одностороннего действия. Когда скорость автомобиля увеличивается, гидравлически активизируемая турбина и блокирующая муфта, соединенная с ней посредством шлицевого соединения, вращаются с увеличивающейся скоростью. Центробежная сила, воздействующая на колодки муфты, увеличивается, когда муфта вращается все быстрее и быстрее.
Когда турбина и блокирующая муфта начинают вращаться достаточно быстро, центробежная сила заставляет колодки муфты расходиться наружу до тех пор, пока они не войдут в контакт с внутренней поверхностью крышки гидротрансформатора. Каждая колодка прижимается своей рабочей поверхностью к крышке и блокирует ее относительно турбины.
Когда скорость автомобиля падает, скорость турбины и центробежная сила уменьшаются. Возвратные пружины втягивают колодки муфты, крышка отпускается, и турбина снова приобретает "гидравлический привод".
Муфта одностороннего действия приводит в движение муфту в сборе. При сцепленной муфте водитель может слегка отпустить педаль акселератора, позволяя автомобилю двигаться по инерции. Это позволяет двигателю и первичному валу вращаться с различной частотой вращения.
Фрикционные колодки не могут отпускаться при движении накатом, потому что центробежная сила удерживает их прижатыми к крышке. Вместо этого муфта одностороннего действия в сборе с демпфером отпускается таким образом, что первичный вал может вращаться с частотой, большей чем частота вращения коленчатого вала двигателя. Когда водитель разгоняет автомобиль, муфта одностороннего действия в сборе с демпфером снова блокирует турбину.
Муфта одностороннего действия в сборе с демпфером обеспечивает плавную работу гидротрансформатора. Пружины демпфера также способствуют обеспечению плавности работы. Эти пружины поглощают вибрации двигателя и демпфирует действие колодок, когда они прижимаются к крышке гидротрансформатора.
Когда при ускорении потребность в крутящем моменте превышает удерживающую способность фрикционных колодок, имеет место некоторое проскальзывание. Оно уменьшает крутильные колебания/ вибрации при более высокой нагрузке двигателя.
Гидравлически активизируемая муфта гидротрансформатора
Другой способ соединения двигателя и коробки передач напрямую заключается в использовании муфты гидротрансформатора (ТСС) с торсионными демпфирующими пружинами, присоединенными к ступице. Ступица в сборе имеет шлицевое соединение с первичным валом или турбиной в сборе.
Гидравлическая муфта отпущена
Сигналы от модуля управления управляют активизацией и отпусканием муфты гидротрансформатора. Модуль управления активизирует и отпускает гидравлическую муфту, включая или выключая электромагнит муфты гидротрансформатора. Электромагнит - это такой электрический переключатель, который имеет проволочную катушку. Когда через катушку пропускается электрический ток, катушка намагничивается. Электромагнитное поле перемещает якорь, который открывает и закрывает гидравлический канал.
Гидравлическое давление прикладывается к зоне между крышкой гидротрансформатора и пластиной поршня муфты. Гидравлическое давление обеспечивается питающим контуром гидротрансформатора, расположенным в блоке клапанов.
Когда электромагнит муфты гидротрансформатора не активизирован модулем управления, клапан остается открытым. Давление в магистрали проходит через электромагнитный клапан. Трансмиссионная жидкость проходит через переднюю камеру гидротрансформатора, между ТСС и крышкой гидротрансформатора.
Гидравлическая муфта активизирована
Муфта гидротрансформатора включается только тогда, когда модуль управления возбуждает электромагнитный клапан муфты гидротрансформатора. Электромагнитный клапан закрывает сливной канал, позволяя обеспечить в контуре рост давления в магистрали. Трансмиссионная жидкость направляется к задней камере, и сливается из передней камеры.
Гидравлическая сила толкает поршень ТСС к крышке гидротрансформатора. Эта связь напрямую передает крутящий момент двигателя через демпфер в сборе к первичному валу коробки передач. Т.к. лопастное колесо и турбина вращаются с одинаковой скоростью, увеличения крутящего момента не происходит, и гидротрансформатор находится в режиме блокировки.
автозапчасти в москве
Комментарии
Пока нет комментариев