Автоматические
трансмиссии на внедорожниках перестали
быть экзотикой. Однако отсутствие этих
сложных устройств на хорошо знакомых
отечественных автомобилях создало
определенный информационный вакуум
вокруг этих агрегатов. Мы постараемся
ответить на некоторые вопросы,
связанные с эксплуатацией
автоматических трансмиссий, но сначала
познакомимся с принципами их работы.
То, что автоматическое переключение
передач обеспечивает автомобилю
повышенную плавность хода и создает
водителю дополнительный комфорт, знают,
наверное, все.
Однако
применительно к внедорожникам следует
отметить некоторые дополнительные
нюансы. Наличие гидротрансформатора в
современной автоматической трансмиссии
существенно повышает проходимость
машины по песку, снегу и другим
непрочным грунтам. Он обеспечивает на
ведущих колесах устойчивую силу тяги и
очень малые скорости их вращения,
увеличивая тем самым сцепление колеса с
дорогой. На автомобиле с обычной
механической трансмиссией движение с
весьма малой скоростью, а также при
трогании с места происходит при
буксующем сцеплении и сопровождается
нередко рывками автомобиля, в
результате чего срезается грунт и
колесо, вращаясь, теряет сцепление с
землей и роет яму. Ничего подобного не
происходит на машине с «автоматом», при
правильном с ним обращении. Учитывая
сказанное, можно сделать вывод о том, что
применение автоматических трансмиссий
на внедорожниках крайне желательно.
Чем плох ДВС и как с ним бороться.
Прежде чем перейти к особенностям
устройства современных автоматических
трансмиссий, определим ту роль, которую
играет любая коробка передач на
автомобиле. Для придания автомобилю
требуемой динамики разгона, тяговых и
скоростных свойств нужно, чтобы
двигатель обеспечивал не только высокое
значение крутящего момента, но и рост
тяги с увеличением дорожного
сопротивления. Это необходимо для
поддержания непрерывности движения. Увы!
В отличие от парового и электромотора
двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
обладает иной, неблагоприятной
характеристикой крутящего момента,
кривая которого на графике выглядит
пологой линией с пиком в районе 2700 - 4000 об/мин.
Для преобразования характеристики
двигателя и приближения ее к нужному
виду конструкторы еще на заре
автомобилестроения перепробовали
огромное число механизмов, однако
наибольшее распространение получили
ставшие обычными механические коробки
передач. С их помощью крутящий момент
двигателя преобразуется в широком
диапазоне частоты вращения колес
автомобиля. Введение коробки передач
автоматически привело к появлению на
машинах механизма сцепления.
Адский труд водителя.
Казалось, вопрос исчерпан, однако за
решение задачи пришлось заплатить очень
высокую цену: управление автомобилем
усложнилось. Проведенные испытания
показали, что в условиях интенсивного
уличного движения в Москве водителю
легкового автомобиля на каждые 100 км
пройденного пути приходится 600 - 700 раз
нажимать на педаль сцепления и 400 - 600 раз
переключать передачи в коробке, т.е. в
среднем делать одно переключение через
каждые 30 - 40 с. Еще чаще приходится
переключать передачи, двигаясь на
внедорожнике по труднопроходимой
местности или водителю городского
автобуса с механической трансмиссией.
Последний за рабочую смену выключает
сцепление и переключает передачи 1500 - 2000
раз! Однако сложность управления
автомобилем, ведущая к повышенной
утомляемости водителя, еще не
единственный недостаток трансмиссии с «ручным»
переключением. Вторым серьезным
недостатком обычной шестеренчатой
коробки передач является то, что при
использовании такой коробки двигатель
далеко не всегда работает в наиболее
выгодных режимах, так как передаточные
числа приходится выбирать из имеющегося
ограниченного количества передач. В
результате этого не обеспечиваются
высокие тяговые качества и топливная
экономичность автомобиля. Сказанное
объясняет многолетние попытки
конструкторов начиная с начала века
разработать бесступенчатую
автоматическую трансмиссию, не
требующую механизма сцепления и
облегчающую работу.
Да здравствует ГМП!
Чего только ни придумывали конструкторы!
Пробовали выпускать машины с
фрикционными
передачами,
с размещением ведомого диска
перпендикулярно ведущему и
возможностью перемещения его вдоль оси.  Были
попытки сделать коробку с тороидными
дисками, связь между которыми
осуществляли ролики. В течение многих
лет на производстве находился
голландский малолитражный легковой
автомобиль компании DAF, у которого между
мотором и колесами находился
клиноременный вариатор с тянущими
ремнями. Впрочем, перечислить все
варианты просто невозможно. Наиболее
успешными оказались попытки создать
гидромеханическую передачу (ГМП),
которая и получила в итоге наибольшее
распространение. В настоящее время
гидромеханическими коробками оборудуют
98% выпускаемых в США легковых
автомобилей. Для Японии эта цифра равна
60%, для Германии - 30%. Основные ее
преимущества сводятся к следующему.
Гидромеханическая трансмиссия является
бесступенчатой, она изменяет крутящий
момент двигателя в зависимости от
сопротивления движению и скорости
автомобиля. Существенно упрощается и
облегчается управление машиной (из
комплекса органов управления
исключается педаль сцепления). Кнопками
или перемещением рычага водитель
включает лишь передачи заднего хода и
понижающую, используемую в особо
трудных дорожных условиях. Наличие
гидромеханической трансмиссии
исключает возможность непроизвольной
остановки двигателя. Вследствие
плавного разгона без перерыва в тяге и
демпфирующего действия главного
элемента узла - гидротрансформатора -
повышается комфортабельность
автомобиля, о лучшей проходимости
внедорожников мы уже говорили.
Демпфирующее действие
гидротрансформаторов увеличивает срок
службы деталей трансмиссии, так как
гасит крутильные колебания и поглощает
энергию ударов, которые иногда
действуют на нее со стороны дороги. Опыт
показал, что двигатели, работающие с
гидромеханическими трансмиссиями,
более долговечны и в ряде случаев при
эксплуатации в городе или на
внедорожной трассе расходуют меньше
топлива по сравнению с моторами,
сблокированными с механическими
коробками. В настоящее время, несмотря
на разнообразие конструкций
автоматических трансмиссий,
установилась общая схема, свойственная
большинству ГМП. По этой схеме агрегат
представляет собой комплекс трех
основных частей: гидротрансформатора,
планетарной коробки передач и системы
управления. Рассмотрим принцип действия
каждой из них по отдельности.
 |
 |
| Гидромуфта |
Гидротрансформатор |
Ай
да Феттингер, ай да молодец!
Гидротрансформатор или гидравлический
преобразователь крутящего момента по
своей конструкции является дальнейшим
развитием гидромуфты, появившейся
впервые в судостроении в начале века. И
поскольку он сложнее гидромуфты и к тому
же работает на некоторых режимах точно
так же, как и она, начнем рассказ именно с
гидромуфты. Перенесемся в далекий 1907 год,
в Германию. Тогда там, на верфи «Вулкан»
в Гамбурге, работал талантливый инженер
Г. Феттингер, пытавшийся связать паровую
турбину с ведущим винтом корабля.
Турбина имела очень высокие обороты, а
винт должен был вращаться значительно
медленнее. Быстроходные косозубые
шестеренчатые редукторы в то время еще
не выпускались, и инженеру пришла в
голову мысль, что для этой цели может
быть применена гидравлическая
понижающая передача. Такая передача
должна была состоять из центробежного
насоса, приводящего жидкость в движение,
и турбины, соединенной с насосом.
Феттингер разработал способ упрощения
устройства, поместив насос и турбину в
один картер, и получил при этом
компактный агрегат, не имеющий потерь,
неизбежных при соединении насоса с
турбиной с помощью труб. Так появилась
на свет гидромуфта. В нашей стране она
впервые была установлена на автомобиле
ГАЗ-12 «ЗИМ». У машины была механическая
коробка передач, и гидромуфта позволяла
трогаться с места без включения
сцепления. Однако, чтобы переключать
передачи в коробке, последовательно с
гидромуфтой закрепляли обычное
сцепление. Насосное колесо гидромуфты
было связано с коленчатым валом
двигателя, ведомая часть - турбинное
колесо - с коробкой передач. Оба колеса
помещались в корпус, заполненный на 4/5
своего объема турбинным маслом. При
вращении насосное колесо вызывало
движение жидкости в замкнутом объеме
гидромуфты. Энергия, которую жидкость
получила от насосного колеса,
передавалась турбинному. Передача
энергии, а следовательно, и крутящего
момента была возможна лишь в том случае,
когда турбинное колесо вращалось с
меньшей скоростью, чем насосное.
Увеличивать передаваемый крутящий
момент гидромуфта не могла. Из-за
проскальзывания между турбинным и
насосным колесами ее КПД был 97 - 98%.
Гидромуфта в трансмиссии автомобиля
улучшала плавность трогания с места.
Отсоединение двигателя от коробки
передач происходило автоматически, и
мотор не глох.
Даешь крутящий момент!
Тем же Г. Феттингером впоследствии был
разработан гидротрансформатор, в
отличие от гидромуфты увеличивающий
крутящий момент на турбинном колесе по
сравнению с подводимым к насосному. Он
содержал не два, а три лопастных колеса.
Насосное колесо также соединялось с
коленвалом двигателя, турбинное - с
трансмиссией, третье колесо, названное
реактором, было закреплено в картере.
Работает гидротрансформатор следующим
образом. Жидкость при вращении
насосного колеса разгоняется и попадает
на неподвижное лопастное колесо -
реактор. В реакторе направление
движения жидкости и ее скорость
меняются. За счет увеличения скорости и
изменения направления движения
жидкости в реакторе момент на турбинном
колесе может быть значительно больше,
чем на насосном, при этом турбинное
колесо вращается медленнее насосного.
При увеличении сопротивления со стороны
турбинного колеса скорость его вращения
уменьшается, а крутящий момент
возрастает. Так как увеличить крутящий
момент гидротрансформатора более чем в
3,5 раза не удается, вместе с ним
применяют редукторы, как правило
планетарные. В гидротрансформаторе КПД
не является постоянной величиной, так же
как и степень увеличения крутящего
момента. Она максимальна в начале
разгона автомобиля, когда скорость его
близка к нулю, и снижается до единицы,
когда моменты на насосном и турбинном
колесах станут равны и
гидротрансформатор не сможет больше
увеличивать крутящий момент. Во
избежание возможного уменьшения
момента при дальнейшем разгоне он на
этой скорости автоматически
блокируется и работает просто как
маховик. Или на этой скорости у него
отключается реактор (снабженный в этом
случае механизмом свободного хода) и
гидротрансформатор превращается в
гидромуфту, передающую момент без
изменения. Какого типа механические
редукторы устанавливают в ГМП, мы
рассмотрим в следующей статье.
Вячеслав Мамедов
11 2000 4х4Club
|
