Экскурс в «автомат»

В современных автомобилях автоматики хоть отбавляй. Сиденья с памятью положения, фары и стеклоочистители, включающиеся по командам датчиков освещения и дождя, корректоры ксеноновых световых приборов, круиз-контроль, климат-контроль… Всего и не перечислишь, и все для блага едущих в машине. А одним из первых устройств, освободивших водителя от некоторых обязанностей, была автоматическая коробка передач.

Немало масла перелопатили «автоматы» с тех времен, но несмотря на постоянные усовершенствования, как и прежде, в их конструкции можно выделить два основных агрегата — гидротрансформатор и шестеренчатую передачу, работу которых обеспечивают периферийные узлы — масляный насос, фрикционные и ленточные тормоза, блок управления. Вот и посмотрим, как они устроены и действуют.

Два колеса и реактор

По расположению между двигателем и коробкой передач гидротрансформатор нередко сравнивают со сцеплением обычной трансмиссии. Однако функции этого агрегата гораздо шире. Гидротрансформатором он потому так и называется, что не просто передает крутящий момент от двигателя, но и определяет его величину в соответствии с условиями езды.

Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин — центробежного насоса и центростремительной турбины, между которыми размещен направляющий аппарат, называемый также реактором. Все это находится внутри герметичного корпуса, напоминающего формой, но, разумеется, не размерами, кольцо от детской пирамидки. Корпус вращается вместе с колесом насоса. Сам насос связан с коленчатым валом двигателя, а турбина — с входным валом коробки передач.

Между насосом и турбиной жесткая связь отсутствует. Их колеса лишь предельно сближены и имеют форму, обеспечивающую непрерывную циркуляцию рабочей жидкости. Передача энергии осуществляется ее потоком, отбрасываемым с лопаток насоса на лопасти турбины. Далее жидкость по межлопаточным каналам колеса турбины возвращается в насос. Но на этом пути жидкость сначала попадает в реактор, что и превращает «бублик» из банальной гидромуфты в трансформатор крутящего момента.

Чудесные способности

В реакторе происходит то, на чем основываются способности гидротрансформатора изменять крутящий момент, передаваемый от двигателя к коробке. Лопатки реактора спрофилированы таким образом, что каналы между ними сужаются. Скорость потока увеличивается, и жидкость, выбрасываемая из реактора на лопатки насосного колеса, как бы подгоняет и подталкивает его. Но насосное колесо быстрей коленчатого вала вращаться не может, и кинетическая энергия ускорившейся в реакторе жидкости передается не насосу, а дальше — турбине. Крутящий же момент на выходном валу гидротрансформатора изменяется на величину реактивного момента, воздействующего на лопатки направляющего аппарата, что, кстати, объясняет, почему его называют реактором.

Но это еще не все. Гидротрансформатор может изменять крутящий момент также и в зависимости от сопротивления, приложенного к валу турбины. Допустим, автомобиль, двигавшийся с постоянной скоростью по равнинному участку дороги, начинает подниматься в гору. Водитель не добавляет газ, и скорость машины естественно начинает снижаться. По трансмиссии турбина связана с ведущими колесами, и скорость ее вращения также уменьшается. А при этом уменьшаются и центробежные силы, противодействующие движению жидкости по кругу циркуляции.

Скорость циркуляции растет, крутящий момент на валу турбины опять же увеличивается. Так будет продолжаться до тех пор, пока между ним и моментом сопротивления вновь не наступит равновесие.

Не уверен – не обгоняй

Реактор работает во благо до определенного соотношения скоростей вращения насоса и турбины. По мере того, как турбинное колесо раскручивается все быстрей, изменяется направление потока, вытекающего из турбины. Лопатки реактора начинают препятствовать нормальной циркуляции. Такой режим нежелателен, поскольку резко падает КПД передачи. Приходит время выключить реактор. Для этого предназначена обгонная муфта, через которую реактор связан с корпусом. Изменившееся направление потока освобождает обгонную муфту, после чего реактор начинает свободно вращаться вместе с жидкостью и перестает воздействовать на поток. Вот теперь гидротрансформатор на самом деле становится гидромуфтой, гидравлическим сцеплением.

Таким сцеплениям, увы, свойственно проскальзывание ведомого элемента относительно ведущего. Износом это не грозит, так как связаны они только потоком жидкости, но на КПД передачи сказывается существенно. Когда скорость вращения турбинного колеса почти сравнялась с оборотами насосного колеса, есть смысл жестко соединить эти детали друг с другом. Для этого предусмотрена блокировка, представляющая собой обычное фрикционное сцепление. В нем даже предусмотрен такой же, как в ведомом диске обычного сцепления, гаситель крутильных колебаний. При срабатывании блокировки турбинное колесо фиксируется с корпусом гидротрансформатора. Теперь это практически монолитная конструкция, будто гидротрансформатора нет вовсе. Крутящий момент от двигателя прямиком передается коробке передач.

Почему «планетарка»

Шестеренчатая коробка нужна «автомату», потому что гидротрансформатор не в силах изменить крутящий момент более чем в 3 раза. А для эффективной работы трансмиссии во всех возможных режимах движения автомобиля этого недостаточно. К тому же иногда возникает надобность ехать задним ходом, а также отключать двигатель от ведущих колес.

Но почему вместо передач, осуществляемых периодически вводимыми в зацепление шестернями, как это делается в обычных коробках, в «автоматах» применяются планетарные ряды? Отчасти из-за компактности, но главное — по причине невозможности реализовать в «автомате» схему переключения, используемую в обычных коробках.
Гидротрансформатор не способен в момент переключения передачи кратковременно разъединять и соединять вновь двигатель с коробкой, что необходимо для зацепления соответствующих пар шестерен. Но «планетарке» этого не требуется — шестерни находятся в постоянном зацеплении, что и делает такую конструкцию незаменимой для использования в автоматической трансмиссии.

Вспоминаем астрономию

Стандартный планетарный ряд состоит из двух пар зубчатых зацеплений — наружного и внутреннего. Шестерню, находящуюся в центре и связанную с гидротрансформатором, именуют солнечной. Сама же передача своим названием обязана сателлитам — небольшим одинаковым шестерням, вращающимся вокруг солнечного колеса, подобно планетам. Сателлиты нанизаны на оси, которые закреплены в детали, называемой водилом. Вал водила вращается со скоростью, с которой сателлиты обегают вокруг «солнца». Сателлиты — шестерни промежуточные, и находятся в зацеплении не только с «солнцем», но и еще одной шестерней. Ее название — коронная или эпицикл. Коронную шестерню можно рассматривать как корпус, внутри которого находятся остальные детали планетарной передачи. Передаточное отношение «планетарки», а также направление вращения ведомого вала, что необходимо для реализации передачи заднего хода, изменяется путем торможения тех или иных ее элементов в различных комбинациях.

Вообще говоря, планетарная передача имеется в любом автомобиле, независимо от того, оснащен он коробкой передач с ручным управлением или автоматической. Дифференциал — это тоже планетарная передача, только шестерни в ней конические, а не цилиндрические, как в «автомате». Дифференциал вступает в действие при движении автомобиля в повороте, когда одна из его шестерен притормаживается вследствие того, что внутреннее по отношению к центру поворота колесо автомобиля начинает катиться медленней, чем наружное колесо. А чем затормаживаются шестерни «автомата»?

Дави на тормоз

Для этого предназначены ленточные тормоза и пакеты фрикционов, представляющие собой наборы колец, превращающиеся в тормоза, будучи сжатыми исполнительным гидравлическим механизмом. Ленточный тормоз также приводится в действие гидравликой. Лента, как правило, фиксирует планетарный ряд относительно корпуса коробки, а фрикционы блокируют его элементы между собой.

И упомянутая выше блокировка гидротрансформатора тоже подчиняется гидравлике. За создание давления в гидравлических сервоприводах отвечает масляный насос шестеренного или лопастного типа, расположенный внутри коробки. А распределяет жидкость по рабочим магистралям коробки система клапанов.

Вместо вердикта

Простота устройства — это не про «автомат» сказано. Только подобрались к вопросу, чем же коробка «думает», когда самостоятельно выбирает нужную передачу, а газетный формат требует сделать паузу. Об этом, а также эксплуатационных проблемах автоматических коробок расскажем в следующем номере «АБw».

Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора

Газета «АВТОБИЗНЕС»

Метки: АКПП гидротрансформатор

Похожие

Яндекс.Метрика