Что такое гидромеханическая коробка передач на автомобиле

Устройство и принцип работы гидромеханической коробки передач

Гидромеханическая коробка передач (ГМП) — это трансмиссия высокой проходимости с автоматическим управлением. ГМП поддерживает необходимую скорость автомобиля в разных режимах движения, упрощая процесс вождения. Подобные коробки используют в легковых автомобилях, грузовиках, автобусах, в тяжёлой технике мощностью до 1000 л. с. Гидромеханические коробки передач производят компании ZF, Borg Warner, Aisin, Mercedes-Benz, Voith, Honda, Allison, Caterpillar, Komatsu, БелАЗ и др.

Роль АКПП с гидромеханическим управлением

Чтобы мгновенно стартовать после нажатия педали газа, и защитить двигатель от перегрузки, в машине установлена трансмиссия. Она также способна изменять крутящий момент, ускоряя или замедляя автомобиль. Этот узел трансмиссии называется коробка переключения передач — КПП.

По типу переключения скоростей различают механические и автоматические КПП:

Гидромеханическое управление облегчает и упрощает работу водителя, снимая часть «обязанностей». Плавность и бесшумность АКПП повышает комфорт вождения при трогании и разгоне. Также ГМП защищает двигатель и коробку от динамических нагрузок, которые может создать водитель, постоянно «выжимая» газ.

Основные элементы гидромеханической коробки передач:

Функции гидротрансформатора

Гидромеханическая коробка передач работает за счёт движения жидкости, которую качает масляный насос. Главный «потребитель» масла — гидротрансформатор (ГДТ). ГДТ преобразует и передаёт крутящий момент от коленчатого вала в трансмиссию через работу жидкости.

Конструктивно ГДТ представляет собой набор лопастных колёс, «запертых» в герметичной камере в форме бублика:

Гидромеханическая коробка передач начинает работать с запуском двигателя: включается масляный насос и насосное колесо. На лопасти колеса попадает жидкость и раскручивается вокруг оси ГДТ. Под действием центробежной силы масло отбрасывается на лопасти турбины, проходит через реактор и возвращается к насосному колесу. Под давлением потока лопатки турбины начинают вращаться, передавая крутящий момент по валу в коробку передач.

Чем выше обороты двигателя, тем быстрее вращаются колёса ГДТ, а крутящий момент снижается. Без реактора «бублик» работал бы только в режиме гидромуфты, передавая вращение без трансформирования. В момент, когда скорости насоса и турбины выравниваются, реактор начинает свободно вращаться, усиливая давление жидкости, попадающей на лопасти насоса.

Большая часть энергии двигателя уходит на перемещение и нагрев масла в ГДТ. В результате снижается общий КПД, и растёт расход топлива. Для устранения этого недостатка в «бублик» устанавливают муфту блокировки с фрикционной накладкой. При включении муфты двигатель и трансмиссия жёстко сцепляются, и передача момента происходит без потерь.

Передаточное число гидротрансформатора достигает максимально 2,5 — 3, что не достаточно для устойчивой работы двигателя в разных режимах движения машины. Нет возможности включить задний ход, поскольку колёса ГДТ вращаются только в одном направлении. Для компенсации этих недостатков гидромеханическая коробка передач оснащена дополнительным узлом.

Конструкция гидромеханики

В ГМП применяют простые ступенчатые или планетарные механизмы с электронным управлением. Принцип работы гидромеханической коробки передач в обоих вариантах заключается в изменении скорости вращения выходного вала за счёт различных передаточных чисел зубчатых передач.

Как работает вальная кпп

Устройство гидромеханической коробки передач вального типа похоже на механическую КПП. Преобразование крутящего момента происходит ступенчато через включение и отключение зубчатых передач, расположенных на параллельных валах. Количество и размер шестерённых пар соответствует определённому передаточному числу.

Первичный, входной вал, получает крутящий момент от гидротрансформатора. Через пару постоянно сцепленных шестерней мощность передаётся на вторичный вал, а затем на колёса. Для получения прямой передачи, в конструкцию добавляют промежуточный вал, а первичный и вторичный валы располагают на одной оси.

Для расширения диапазона скоростей применяются многовальные конструкции с 4 и более валами. Работа коробки при этом усложняется, увеличиваются габариты и масса. Подобные ГМП встречаются на грузовиках-тягачах.

Зубчатыми передачами управляют фрикционные многодисковые муфты. Муфта становится тормозом, когда соединяется с корпусом ГМП. Для включения блокировки масляный насос подает гидравлическое давление на фрикционы. Благодаря фрикционам скорость переключается плавно, а использование гидропривода ускоряет торможение.

Гидромеханические коробки передач вального типа плохо справляются с растущей тягой от повышения грузоподъёмности транспорта, с ужесточением требований по топливной экономичности. Рост параметров значительно увеличивает массу и габариты конструкции. По этим причинам вальные КПП заменяют на планетарные передачи.

Как работает планетарная кпп

Инженеры предпочитают устанавливать в гидромеханическую КПП планетарный механизм вместо ступенчатой конструкции по следующим причинам:

Простая планетарная передача состоит из центральных шестерней: с внутренними зубьями — короны, с внешними зубьями — солнца. Между ними обкатываются зубчатые колёса сателлиты, оси которых закреплены на раме-водиле. В зависимости от конструкции водило соединено с выходным валом или коронной шестерней.

Устройство планетарной коробки определяет её принцип действия. Чтобы изменить крутящий момент гидротрансформатора, один из элементов планетарной передачи вращают, а другой элемент затормаживают. Третий элемент становится ведомым, а его скорость определяется числом зубьев всех шестерней.

Для получения прямой передачи водило и солнечную шестерню жёстко соединяют. Корона не может проворачиваться относительно закреплённой системы, поэтому механизм вращается как единый узел. Передаточное число в этом случае равно 1.

Чтобы получить задний ход, центральные шестерни вращают в одну сторону. Для этого останавливают сателлиты, блокируя водило.

В качестве тормозов планетарной коробки передач используют тормозные ленты или фрикционные диски. Блокировочные элементы работают в автоматическом режиме по сигналу электроники.

Электронная часть гидромеханической акпп

В гидромеханическом автомате отсутствует сцепление, поэтому каждая ступень коробки снабжена элементом переключения. Работу элементов контролирует электронный блок ЭБУ, связанный с блоком управления двигателем. Во время переключения передач автоматически регулируется частота вращения мотора, что помогает достичь оптимальных рабочих характеристик агрегата.

Система электронного управления гидромеханической коробки передач разбита на подсистемы:

Для автоматизации управления помимо ЭБУ в систему входят электроклапаны, датчики, усилители, регуляторы, корректирующие элементы и т.д. Электроклапаны — соленоиды, расположены в гидроблоке, и по сигналу ЭБУ открывают канал гидроплиты для прохода жидкости к фрикционам, гидротрансформатору и другим узлам.

В зависимости от положения селектора ЭБУ действует по программному алгоритму, заложенному в память:

«Умное» управление проводит самодиагностику для корректирования работы ГМП. Например, если масло в коробке грязное, то в системе падает давление. Для защиты узлов ЭБУ может блокировать переключение передач, перераспределять нагрузку между электроклапанами, запретить включение гидротрансформатора. Неисправности и сбои в коробке компьютер записывает в виде кодов.

Компьютер умеет адаптироваться, выбирая подходящий режим под стиль вождения, динамику разгона и манеру торможения. Адаптация снижает износ коробки за счёт снижения числа переключений. При этом повышается комфорт водителя и безопасность движения.

Сильные и слабые стороны гидромеханики

Гидромеханическая коробка передач привлекает водителей простым управлением, плавностью переключения, низкой ценой по сравнению с вариаторами или DSG. И это ещё не все достоинства.

Гидромеханическая коробка передач будет работать безотказно долгие годы при регулярном техобслуживании и соблюдении условий эксплуатации.

Перспективы использования гидромеханической коробки передач

Гидромеханическая коробка передач постоянно совершенствуется:

Большую перспективу имеет гидромеханическая коробка передач с планетарным механизмом. Трансмиссия подходит для маломощных и сверхмощных двигателей за счёт добавления новых планетарных рядов и варьирования передаточными числами. Новые технические решения повышают экономичность автомобиля. Добавление ступеней устраняет «провалы» в переключении скоростей, достигая максимальной плавности.

Производители выпускают ГМП разных типоразмеров для мощности двигателя от 50 до 1500 кВт. С ростом грузоподъёмности спецтехники увеличивается КПД и тяговые характеристики трансмиссии.

Развитие интеллектуальных автоматизированных систем управления и диагностики направлено на повышение эффективности автомобиля и обеспечения безопасности водителя. Гидромеханическая коробка передач приспособлена к автоматизации, что открывает большие возможности для расширения функциональности механизмов и систем.

Заключение

Гидромеханическая трансмиссия в автомобилях используется с 1940-х годов, а переход на электронное управление начался в 1980-х. С тех пор АКПП стала более функциональной, плавной, надёжной. Удачная конструкция позволяет совершенствовать систему управления и повышать технические характеристики, а значит расширять сферу применения гидромеханических коробок передач.

Источник

Гидромеханическая коробка передач

Автомобильная трансмиссия пережила уже больше века эволюционного развития. В последние десятилетия гидромеханическая коробка передач, не требующая от шофера ручного переключения ступеней трансмиссии, стала весьма популярным вариантом компоновки автомобиля и все чаще устанавливается на транспортные средства различных ценовых сегментов.

Гидромеханическая коробка передач: принцип работы и устройство

Классическая конструкция автомобиля подразумевает наличие в нем двух обязательных блоков:

Такое описание подходит для знакомой автомобилистам уже много десятилетий механической коробки. Но со временем, по мере развития технологий, стали появляться другие вариации узла КПП, обеспечивающие человеку за рулем больший комфорт передвижения.

Трансмиссия – один из базовых узлов автомобиля. Благодаря ей обеспечивается передача крутящего момента с двигателя машины на колеса. В автомобильном деле много лет безраздельно господствовала механическая КПП, предусматривающая в своем конструктиве описанные выше блоки. Водитель должен был выполнить три последовательных операции:

Но ситуация изменилась, инженеры создали КПП, где педали сцепления нет. Процесс управления автомобилем для человека в таком случае значительно упрощается: ЭБУ осуществляет переход на нужную передачу сам. Управление производится селектором коробки, педалями тормоза и газа.

Трогаясь с места, водитель выжимает тормоз, перемещает селектор в положение D (Drive), отпускает тормоз, и начинает движение. На 1 передачу, 2 и далее АКПП переходит сама, в зависимости от скорости авто, положения педали газа, оборотов двигателя и других факторов, контроль которых осуществляется множеством датчиков.

Этот процесс обеспечивается применением нескольких технологий, гидромеханическая КПП среди которых – самая известная, «обкатанная» в производстве и надежная. В ней смена передач на фрикционах производится посредством циркуляции под давлением трансмиссионного масла по коробке.

Современная гидромеханическая трансмиссия – это сложное устройство, состоящее из следующих основных компонентов:

Последнее – не опечатка, в основе АКПП действительно лежит «механика», конструктивно дополненная блоками автоматического переключения с гидротрансформатором – отсюда и название узла. Типичная гидромеханическая КПП в разрезе:

История коробки-автомата началась в первой четверти 20 века: тогда концерн Ford начал внедрять первые образцы «гидромеханики» в свою продукцию. В СССР АКПП массового распространения среди конечного потребителя не получила, хотя, например, в конце 50-х годов завод ЛАЗ в сотрудничестве с НАМИ разработал и внедрил гидромеханическую трансмиссию в автобусы серии ЛАЗ-695Ж. Позднее ее использовали и в модели ЛиАЗ-677, было выпущено около 200 тыс. автобусов на АКПП.

Гидромеханика ЛАЗ в разрезе:

В современном же автомобилестроении «автомат» встречается очень часто, даже в бюджетных моделях машин.

Про гидротрансформатор

Сердце рассматриваемого типа коробки – узел, называемый гидротрансформатором. Его устройство можно увидеть на схеме:

Узел расположен между механической частью КПП и двигателем, и выполняет функции сцепления. Применение гидротрансформатора позволяет, помимо удобства водителя, дать транспортному средству плавность трогания с места и остановки, и обеспечить движение без рывков. Это прямым образом влияет на долговечность двигателя, поскольку значительно снижаются неизбежные при эксплуатации авто на «механике» динамические нагрузки.

Конструктивно данный узел составлен из дисков с лопастями, соединенных друг с другом:

Интересно: весь дисковый блок объединен одним кожухом, на три четверти погруженным в трансмиссионное масло, представляющее собой основную рабочую среду АКПП.

Насосное колесо вращается синхронно с маховиком, на аналогичной скорости. Когда происходит вращение, трансмиссионное масло поступает на турбинное колесо, передавая последнему усилие вращения. Далее масло идет на колесо реактора, перемещающее жидкость обратно к исходному насосному колесу. Благодаря процессу циркуляции рабочего тела под напором происходит передача момента вращения на колеса.

Интересно: блок автоматически определяет требуемое передаточное число и передает на АКПП усилие, а коробка уже включает фрикционами нужную передачу.

Помимо легкового транспорта, гидротрансформаторы используются в тяжелой технике: некоторых моделях маневровых тепловозов и локомотивов, дизельных тракторов, тягачей, подъемных кранов. Подобным устройством приводились в движение гребные винты буксира «Маршал Блюхер». Оснащенные гидродинамической трансмиссией автомобили «Чайка», «Волга», «ЗИЛ» также снабжались гидротрансформаторами.

Существуют разновидности гидромеханической автоматической трансмиссии:

Как работает вальная КПП

Вальные «автоматы» довольно широко применяются в производстве автобусов, большегрузных ТС. Слово «вальная» относится к механической коробке в составе АКПП. «Механический» узел бывает в данном случае:

Для смены передач задействуются погруженные в специальное масло многодисковые муфты, а задний ход, первая ступень трансмиссии в некоторых случаях включаются зубчатой муфтой. Устройство таких АКПП позволяет переключать скорости фрикционами за счет работы коленвала, при этом не происходит потерь мощности и просадки момента вращения.

Классическая схема – двухвальная, с первичным (ведущим), вторичным (ведомым) валами, несущими шестеренки. В трехвальной схеме имеется также вал промежуточный, где расположена соединенная с главной передачей шестерня.

Вальные модели нашли ограниченное применение в легковых авто: в частности, ими оснащены многие автомобили Honda и ряд моделей концерна Mercedes. Использование подобных КПП связано с определенными техническими затруднениями: на задне приводных машинах к коробке передач применяется требование соосности, и вальная АКПП должна иметь на шестернях не менее двух зацеплений на передачу. А это снижает КПД.

Еще один недостаток – высокие дисковые потери, если число передач у транспортного средства больше трех. В вальной коробке в таком случае много выключенных сцеплений, что ведет к указанным потерям. Кроме того, валы достаточно велики по длине, что делает коробку габаритной и уменьшает свободное пространство в салоне, а также увеличивает шумность и снижает надежность. Частично это решено внедрением трехвальных коробок, с более короткими, жесткими и надежными валами.

Как работает планетарная КПП

Для гидромеханических трансмиссий производители стараются применять планетарный механизм:

В общем случае устройство и принцип работы гидромеханической коробки передач, созданной на базе планетарной системы можно описать так:

Водило, когда коронная шестеренка неподвижна, передает усилие на вал ведомый, когда она расторможена, то через сателлиты усилие идет на шестеренку номер 2. Сам вал остается недвижим. Непосредственно переключение происходит посредством ленточных механизмов и пакетов фрикционных муфт.

Плюсы и минусы гидромеханики

Резюмируя сказанное, можно сделать вывод: гидромеханическая АКПП – это узел, состоящий из гидротрансформатора, модуля механической коробки передач (в большинстве случаев планетарной), оснащенной пакетом фрикционов, системы гидравлического управления и контролирующего электронного блока.

Из плюсов такой связки:

Но есть и очевидные недостатки. Один из них – относительно малый, по сравнению с механикой, КПД, что обусловлено наличием гидротрансформатора.

Важно: в процессе циркуляции рабочего тела часть эффективности теряется: по данным исследований, КПД механической коробки около 98%, аналогичный показатель у «автомата» находится в пределах 86-90%.

Кроме того, есть и другие минусы:

Но плюсы гидромеханического переключения передачи все же перевешивают его недостатки, особенно для начинающих водителей, не обладающих достаточным опытом. Кроме того, в городском ритме движения, с постоянными пробками, гидромеханическая АКПП экономит и силы, и нервы водителя, которому не приходится производить бесконечные манипуляции «сцепление-передача» и двигаться на 1 скорости с полувыжатым сцеплением.

Источник

Что такое гидромеханическая коробка передач и как она работает

Сцепление и коробка переключения передач – это традиционные узлы любого отечественного или зарубежного автомобиля. Трансмиссия является элементом, обеспечивающим поступление крутящего момента от силового агрегата к колесам. Если раньше большинство транспортных средств оснащались механической коробкой, то сегодня все больше автолюбителей отдают предпочтение гидромеханической АКПП. Отчасти это связано с тем, что управление машиной упрощается, поскольку педаль сцепление отсутствует, а переключение скоростей происходит автоматическим образом.

АКПП в разрезе

Назначение комбинированной трансмиссии легкового авто

Образ жизни современных водителей существенно меняется и сегодня все больше требований предъявляются к созданию оптимальных комфортных условий во время вождения. Стандартные узлы автомобилей терпят существенные изменения, среди ярких примеров можно выделить комбинирование механической и гидравлической КП. Если говорить о гидромеханической трансмиссии и что это такое, первым делом стоит понять, в чем ее предназначение. Главное отличие заключается в плавном изменении вращающего движения. Облегченное управление позволило отказаться от использования сцепления, поскольку комбинированная КП отвечает за все процессы. При АКПП можно говорить о следующих ситуациях, касающихся управления авто:

Использование АКПП на авто позволяет получить несколько неоспоримых преимущества. Помимо автоматизации переключения скоростей стоит отметить также повышение эксплуатационных характеристик силового агрегата и коробки и улучшение проходимости транспортного средства в условиях бездорожья.

Гидравлическая коробка автомат

Разновидности гидромеханики

Коробки автомат долгое время устанавливались исключительно на автомобили среднего класса и категории премиум. На сегодняшний день агрегат получил массовое использование и пользуется у автолюбителей все большей популярностью. АКПП способны значительно повысить комфорт во время вождения, но стоит учесть, что такие узлы отличаются по разновидностям, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Разобравшись в принципе работы гидромеханических коробках передачи, можно будет определиться с выбором, какой тип АКПП подходит конкретному водителю. Стоит упомянуть о следующих типах гидромеханических КП:

Роботизированные агрегаты и АКПП – это устройства, цель которых заключается в упрощении взаимодействия водителя с трансмиссией.

Функции гидротрансформатора

Гидравлический трансформатор, по сути, являет собой усовершенствованную гидромуфту. Обычная муфта выполняет задачу простого вращения, то в случае АКПП добавляется увеличение крутящего положения. Агрегат выполняет несколько основных функций, одной из которых является демпфирующее действие во время вращательного движения. При постоянной разнице скорости вращения возникают потери, поэтому происходит блокировка, в результате которой вращающий момент начинает передаваться через демпфирующие пружины. Блокировочная муфта выполняет еще одну полезную функцию, предотвращение повышения расхода топлива. Говоря о функциях гидромеханической трансмиссии автомобиля, стоит отметить и некоторые негативные факторы.

Важно! При блокировке нередко наблюдается повышенное давление на важные компоненты мотора и трансмиссии. Фрикционные компоненты могут изнашиваться быстрей, а в масло могут попадать частицы, образовавшиеся в результате трения. В результате ходовые характеристики могут ухудшиться, а смена передачи перестанет быть плавной. Автовладельцам необходимо беречь коробку во время разгона или торможения.

Устройство гидротрансформатора

О том, что представляет устройство гидромеханической передачи, можно понять, изучив ее конструкцию. Главным узлами являются гидротрансформатор, механическая КП и механизмы управления. Гидротрансформатор – это главный компонент, а выполняет он практически ту же функцию, что и сцепление. Изучив конструкцию данной детали, можно заметить, что она состоит из трех колес, имеющих специальную форму. Первое колесо – насосное, его назначение выполнять связь между гидравлическим узлом и силовым агрегатом. Второе кольцо – турбинное, оно образует связь с первичным валом коробки. Третье колесо – реакторное, его функция состоит в усилении крутящего момента. Все три компонента закрыты посредством специального корпуса, внутренний объем которого на три четверти заполнен смазочным материалом. От двигателя крутящий момент поступает на насосную часть, затем посредством вращательных движений направляет на турбинное колесо смазочный материал, в результате чего усилие передается на первичный вал. По мере нагрузки гидротрансформатор в автоматическом режиме будет менять момент силы, который в свою очередь, передаваясь к механическим узлам, будет переключаться посредством фрикционных компонентов. Напор жидкости, проходящий от напорного диска к турбине, регулируется также в автоматическом режиме.

Устройство гидротрансформатора

Планетарная коробка передач

В автомате обычно используется планетарная коробка. Несмотря на ее простое устройство, крутящий момент регулируется нужным образом и направляется к солнечной шестерне. С планетарным механизмом сцеплены шестерни-сателлиты свободного вращения, на которых предусмотрено специальное водило для связи с валом. Крутящий момент будет передаваться через водило в случае нахождения шестерни в заторможенном режиме, а если шестерня будет расторможено, то сателлиты начнут отправлять крутящий момент на нее. О том, как работает гидромеханическая коробка передач можно понять, изучив ее конструкцию. Планетарная КП является одной из разновидностей комбинированной системы. Название узла связано с тем, что сателлиты вращаются вокруг центральной шестерни подобно планетам солнечной системы. Применение данных компонентов в автомате обусловлено простотой модификации передаточного отношения. Для этого достаточно притормозить одну из деталей узла или соединить несколько элементов посредством фрикционной муфты.

Электронная часть гидромеханической АКПП

Современные автоматические коробки оснащаются электронным управлением, что позволяет выдерживать заданные моменты с более высокой точностью. Если в более старых устройствах речь шла о значении в 6-8%, то КП с электронным управлением выдерживают точность в 1%. Появились новые возможности, исходя из скорости и нагрузки на мотор, компьютер может определить массу транспортного средства и ввести необходимые поправки. Главными компонентами электронной системы управления являются рычаг управления и электронный блок. В данную систему также входят и определенные подсистемы, такие как:

Плюсы и минусы гидромеханики

Автомобили, оснащенные АКПП, обеспечивают более безопасное и комфортное вождение, поскольку предоставляют возможность сконцентрироваться на дороге, не отвлекаясь на лишние действия. Особое преимущество получают начинающие водители, которым трудно использовать механику.

Важно! Если в автошколе ученик проходит обучение на авто с АКПП, он не сможет управлять транспортным средством с механической КП, так как в водительском удостоверении будет соответствующая пометка.

К преимуществам автоматизированной коробки можно отнести следующее:

У коробки-автомат имеются и свои недостатки, главный из которых – это дороговизна обслуживания. Стоит отметить и высокие требования к условиям эксплуатации. Еще одним минусом является отсутствие возможности завести авто с «толкача», при севшем аккумуляторе.

Гидромеханика – это выбор тех автовладельцев, которые не стеснены в финансовых средствах и не готовы пожертвовать своим комфортом. При грамотном управлении и уходе машина с «автоматом» более надежна и безопасна в управлении.

Источник