Устройство и принцип действия гидротрансформатора
Устройство и принцип действия гидротрансформатора
Гидротрансформатор представляет собой гидравлический механизм, включаемый между двигателем и механической силовой передачей автомобиля и обеспечивающий автоматическое изменение передаваемого от двигателя крутящего момента в соответствии с изменениями нагрузки на ведомом валу.
В простейшем гидротрансформаторе имеются три рабочих колеса с лопатками: вращающиеся насосное и турбинное колеса и неподвижное колесо — реактор. Колеса обычно изготовляют путем точного литья из легких прочных сплавов; лопатки делают криволинейными. Изнутри лопатки колес закрыты круглыми стенками, образующими внутри колес малую кольцевую полость круглого сечения небольшого диаметра (тор). Рядом расположенные колеса с лопатками образуют кольцевую замкнутую по окружности полость, в которой циркулирует залитая в гидротрансформатор рабочая жидкость (специальное масло).
Насосное колесо соединено с корпусом (ротором) и через него с коленчатым валом двигателя. Турбинное колесо связано через ведомый вал с силовой передачей автомобиля. Реактор закреплен неподвижно на втулке, соединенной с картером. Ротор гидротрансформатора с расположенными в нем рабочими колесами установлен на подшипниках внутри закрытого картера.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Для того чтобы Масло постоянно заполняло рабочую полость колес, а также в целях охлаждения, масло при работе гидротрансформатора непрерывно нагнетается из масляного резервуара в рабочую полость колес шестеренчатым насосом и сливается обратно в резервуар.
При работе гидротрансформатора масло, нагнетаемое в рабочую полость колес, захватывается лопатками вращающегося насосного колеса, отбрасывается центробежной силой к наружной окру?кности, попадает на лопатки турбинного колеса 3 и вследствие создаваемого при этом напора приводит его в движение вместе с ведомым валом.
Далее масло поступает на лопатки неподвижно закрепленного колеса-реактора, изменяющего направление потока жидкости, и затем опять поступает в насосное колесо, непрерывно циркулируя по замкнутому кругу внутренней полости рабочих колес (как указано стрелками) и участвуя в общем вращении с колесами.
Наличие неподвижного колеса-реактора, лопатки которого расположены так, что они изменяют направление проходящего через него потока жидкости, способствует возникновению на лопатках реактора некоторого усилия, вызывающего появление реактивного момента, воздействующего через жидкость на лопатки турбинного колеса дополнительно к моменту, передаваемому на него от насосного колеса.
Таким образом, наличие реактора дает возможность получать на валу турбинного колеса крутящий момент, отличный от момента, передаваемого двигателем.
Чем медленнее вращается турбинное колесо по сравнению с насосным колесом (например, при возрастании приложенной к валу турбинного колеса внешней нагрузки), тем значительнее лопатки реактора изменяют направление проходящего через него потока жидкости и тем больший дополнительный момент передается от реактора турбинному колесу, вследствие чего увеличивается крутящий момент на его валу.
Рис. 1. Схемы и характеристики гидротрансформаторов: а — одноступенчатого; б — комплексного
Свойство гидротрансформаторов автоматически изменять (трансформировать) соотношение моментов на валах в зависимости от соотношения чисел оборотов на ведущем и ведомом валах (и, следовательно, от величины внешней нагрузки) является их основной особенностью. Таким образом, действие гидротрансформатора аналогично действию коробки передач с автоматическим изменением передаточных чисел.
Основными показателями, характеризующими свойства гидротрансформатора, являются: отношение моментов на ведомом и ведущем валах, оцениваемое коэффициентом трансформации; отношение чисел оборотов на ведомом и ведущем валах, оцениваемое передаточным отношением, и к. п. д. гидротрансформатора.
Изменение основных показателей гидротрансформатора в зависимости от числа оборотов ведомого вала или в зависимости от величины передаточного отношения i может быть представлено в виде графика, называемого внешней характеристикой гидротрансформатора.
Как видно из внешней характеристики, при уменьшении числа оборотов ведомого вала щ и уменьшения передаточного отношения крутящий момент М2 значительно возрастает с соответственным возрастанием коэффициента трансформации К. При полной остановке ведомого вала из-за значительной перегрузки крутящий момент М2 на ведомом валу и соответственно коэффициент трансформации К достигают максимального значения. Такое протекание момента М2 обеспечивает машине, на которой установлен гидротрансформатор, возможность автоматически приспосабливаться к изменяющимся нагрузкам и преодолевать их, заменяя собой действие коробки передач.
В случае, если изменение нагрузки и крутящего момента М2 на ведомом валу оказывает влияние на величину крутящего момента двигателя Мх и число его оборотов пх и они при разных передаточных числах изменяются, то такой гидротрансформатор называется прозрачным в отличие от непрозрачного гидротрансформатора, у которого изменение внешней нагрузки не оказывает влияния на режим работы двигателя.
На легковых автомобилях применяют в основном прозрачные гидротрансформаторы, так как они при наличии карбюраторного двигателя обеспечивают лучшие тяговые и экономические качества автомобиля при разгоне и уменьшают шум при работе двигателя вследствие падения числа его оборотов при трогании автомобиля с места.
На грузовых автомобилях с дизелями применяют малопрозрачные гидротрансформаторы.
К. п. д. гидротрансформатора, как видно из характеристики, при различных режимах работы не остается постоянным и изменяется от нуля при полном торможении ведомого вала до некоторого максимального значения и снова падает до нуля при полной разгрузке ведомого вала.
Максимальное значение к. п. д. для существующих конструкций гидротрансформаторов колеблется в пределах 0,85—0,92.
Рассмотренный характер изменения к. п. д. гидротрансформатора ограничивает зону его действия с малыми потерями мощности и удовлетворительными значениями к. п. д.
Основным мероприятием, улучшающим протекание к.
п. д. гидротрансформатора и увеличивающим диапазон режима работы его при благоприятных значениях к. п. д., является сочетание в одном механизме свойств гидротрансформатора и гидромуфты. Такие гидротрансформаторы называются комплексными.
Особенностью конструкции комплексного гидротрансформатора (рис. 308, б) является то, что реактор в нем закреплен па неподвижной втулке 6 не жестко, а установлен на муфте свободного хода.
При числе оборотов ведомого вала, значительно меньшем числа оборотов ведущего вала, что соответствует повышенной нагрузке на ведомом валу, поток жидкости, выходящий из турбинного колеса, ударяется в лопатки реактора с тыльной (по отношению к направлению вращения) стороны. При этом, стремясь вращать колесо в обратную сторону от общего вращения, поток создаваемым усилием заклинивает реактор неподвижно на муфте свободного хода. При неподвижном реакторе вся система работает как гидротрансформатор, обеспечивая необходимую трансформацию крутящего момента и способствуя преодолению изменяющихся нагрузок.
При снижении нагрузки на ведомом валу и значительном повышении числа оборотов турбинного колеса направление потока жидкости, поступающего с лопаток турбины, изменяется, и жидкость ударяется в лицевую поверхность лопаток реактора, стремясь вращать его в сторону общего вращения. Тогда муфта свободного хода, расклиниваясь, освобождает.реактор, и он начинает свободно вращаться в общем направлении с насосным колесом. При этом, вследствие отсутствия неподвижных лопаток на пути потока жидкости, трансформация (изменение) момента прекращается, и вся система работает как гидромуфта.
В результате сочетания в одном механизме свойств гидротрансформатора и гидромуфты, вступающих в действие в зависимости от соотношения чисел оборотов ведущего и ведомого валов, характеристика комплексного гидротрансформатора представляет собой комбинацию характеристик гидротрансформатора и гидромуфты.
До соотношения чисел оборотов ведущего и ведомого валов, определяемого передаточным отношением, равным примерно 0,75—0,85, т.
е. до того момента, когда ведомый вал вследствие приложенной к нему нагрузки вращается медленнее ведущего, механизм работает как гидротрансформатор с соответствующим законом протекания к. п. д. При повышении числа оборотов ведомого вала, когда необходимость в трансформации крутящего момента из-за падения нагрузки отпадает, механизм переходит на режим работы гидромуфты с соответствующим законом протекания к. п. д. и возрастанием его при полной разгрузке до значений 0,97—0,98.
Таким образом, у комплексного гидротрансформатора зона действия механизма с высокими значениями к. п. д. значительно расширяется, в результате чего повышается эффективность работы автомобиля, что и является основным преимуществом комплексного гидротрансформатора.
Для еще большего расширения зоны действия высоких значений к. п. д. и сохранения хороших трансформирующих свойств применяют комплексные гидротрансформаторы с двумя реакторами, выключаемыми из работы в определенной последовательности.
Гидротрансформатор с одним турбинным колесом называется одноступенчатым.
Максимальное значение коэффициента трансформации для большинства не сильно усложненных по конструкции (одноступенчатых) гидротрансформаторов не превышает обычно значений 2,0—3,5.
Для большего расширения диапазона передаточных чисел силовой передачи автомобиля гидротрансформатор устанавливают в сочетании с механической двух- или трехступенчатой коробкой передач, обычно планетарного типа и с автоматическим управлением. Это дает возможность также в зависимости от внешней нагрузки автомобиля путем своевременного переключения передач обеспечить работу гидротрансформатора в зоне наиболее благоприятных значений к. п. д., т. е. повысить эффективность работы автомобиля.
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
← Автоматическая коробка передач (АКПП) Законы гидравлики →
Что такое гидротрансформатор? | Как работает гидротрансформатор? | Детали гидротрансформатора
Важный момент
1
Что такое гидротрансформатор?
Преобразователи крутящего момента представляют собой типы гидравлических муфт, которые передают крутящий момент от первичного двигателя к вращающейся ведомой нагрузке, например, в двигателе внутреннего сгорания.
В автомобиле с автоматической коробкой передач преобразователь крутящего момента соединяет источник питания с нагрузкой.
Преобразователи крутящего момента представляют собой внутренний компонент двигателя в форме пончика, который напрямую соединен между двигателем и трансмиссией. Внутри гидротрансформатора есть два ряда изогнутых лопастей, каждая из которых обращена в противоположном направлении.
Обычно располагается между гибкой пластиной двигателя и трансмиссией. Эквивалентным местом в механической коробке передач было бы механическое сцепление. Преобразователь крутящего момента представляет собой устройство внутри корпуса автоматической коробки передач, установленное между двигателем и шестернями.
Преобразователи крутящего момента, представляющие собой усовершенствованную гидравлическую муфту, передают и преумножают крутящий момент двигателей, позволяя транспортным средствам полностью останавливаться, не касаясь трансмиссии и не перемещая ее. В более ранних автомобилях использовались гидротрансформаторы без блокировки, но в большинстве современных автомобилей используются гидротрансформаторы с блокировкой.
№1. Блокировка
Блокировка гидротрансформатора имеет встроенный механизм блокирующей муфты. Как только трансмиссии определяют определенную скорость или обороты двигателя, гидротрансформаторы будут использовать муфты для блокировки непрямых соединений между входным и выходным валами для повышения эффективности.
#2. Non-Lock-Up
До того, как была изобретена блокировочная муфта для максимального повышения эффективности, мы изначально допускали потерю энергии, возникающую при передаче мощности между двигателями и трансмиссией из-за проскальзывания. Без муфты для блокировки гидротрансформатора турбина все еще может крутиться около 90 процентов так же быстро, как импеллер, но они не достигают той же скорости. Таким образом, потери энергии.
Читайте также: Что такое автомобильный водяной насос? | Как работает водяной насос? | Каково назначение водяного насоса? | Что такое слезные отверстия водяного насоса?
Как работает гидротрансформатор?
Немного сложно понять, как жидкость может давать энергию для движения объекта, например, транспортного средства.
Насос помогает добиться контроля крутящего момента, который работает за счет циркуляции жидкости вокруг преобразователей крутящего момента, что определяется вращением коленчатых валов.
Турбины расположены в корпусе и вращаются при контакте перекачиваемой жидкости с лопатками турбины. Таким образом, можно измерить крутящий момент, передаваемый на коробку передач через входной вал. Корпус гидротрансформатора крепится к маховику и вращается в корпусе турбины с той же скоростью, что и коленчатый вал.
Крыльчатка или центробежный насос эффективно нагнетает трансмиссионную жидкость в ребра турбины, которая, в свою очередь, вращает или передает крутящий момент на трансмиссию. Статор — это барьер, который заставляет жидкость возвращаться к турбине, а не к насосу, повышая эффективность системы.
Когда транспортное средство работает на холостом ходу, скорость, с которой трансмиссионное масло подается в турбину, низкая, что означает, что двигатель получает очень небольшой крутящий момент через трансмиссию.
Поскольку коленчатый вал вращается быстрее, а маховик вращается с большей скоростью, жидкость движется быстрее от насоса к турбинам, заставляя турбину вращаться быстрее, позволяя передавать больше крутящего момента через трансмиссию.
Важно отметить, что внутреннее устройство гидротрансформатора до сих пор остается загадкой. Основы механики можно понять, но сложные расчеты и инженерные решения, лежащие в ее основе, лучше всего понять тот, кто хорошо разбирается в гидромеханике.
Читайте также: Что такое ремень ГРМ? | Безопасность ремня ГРМ | Сколько стоит ремень ГРМ? | Могу ли я самостоятельно заменить ремень ГРМ?
Детали гидротрансформатора:
#1. Крыльчатка или насос
Крыльчатки соединены с корпусом и валом двигателя. Имеет изогнутые и угловатые лопасти. Он вращается со скоростью двигателя и имеет жидкость для автоматической коробки передач. Когда он вращается вместе с двигателями, центробежная сила выталкивает жидкость наружу.
Лопасти рабочих колес сконструированы таким образом, что направляют жидкость к лопаткам турбины. Он действует как центробежный насос, который всасывает жидкость из АКПП и подает ее на турбину.
#2. Статор:
Статоррасположен между рабочим колесом и турбиной. Основная функция статоров — направлять жидкость, возвращающуюся из турбины, так, чтобы жидкость поступала на рабочие колеса по направлению их вращения. Когда жидкость поступает в направлении рабочего колеса, она увеличивает крутящий момент.
Таким образом, изменение направления жидкости статора способствует увеличению крутящего момента и позволяет ей двигаться в направлении вращения рабочего колеса. Статоры изменяют направление жидкости примерно на 90 градусов. Статор смонтирован с односторонними муфтами, которые позволяют ему вращаться в одном направлении и останавливают его вращение в других направлениях.
Турбины подключаются к системе трансмиссии транспортных средств. А статор помещается между крыльчаткой и турбиной.
#3. Турбина
Турбина соединяется с входными валами автоматической коробки передач. Он присутствует со стороны двигателя. Он также имеет изогнутые и угловые лезвия. Лопасти турбин сконструированы таким образом, что могут полностью менять направление потока жидкости, падающей на их лопасти.
Именно изменение направления движения жидкости заставляет лопасти двигаться в направлении рабочих колес. Когда турбина вращается, входной вал трансмиссии также вращается и заставляет транспортное средство двигаться. За турбиной также находится блокировочная муфта.
Блокировочные муфты срабатывают, когда гидротрансформатор достигает точки соединения. Устраняет потери из-за блокировки и повышает эффективность преобразователя.
Читайте также: Что такое солнечный нагреватель для бассейна? | Как работает солнечный нагреватель для бассейна? | Работа солнечного нагревателя бассейна | Выбор солнечного нагревателя для бассейна
Принцип работы гидротрансформатора:
Чтобы понять принцип работы гидротрансформатора, возьмем два вентилятора.
Один вентилятор подключен к источникам питания, а другой не подключен к источнику питания. Когда начинает работать первый вентилятор, подключенный к источникам питания, воздух от него направляется ко второму вентилятору, который находится в стационарном состоянии.
Воздух, выходящий из первого вентилятора, попадает на лопасти второго вентилятора, который тоже начинает вращаться почти с той же скоростью, что и первый вентилятор. Когда второй вентилятор выключен, он не останавливает первый. Первый вентилятор продолжает вращаться. По такому же принципу работают гидротрансформаторы.
При этом крыльчатка или насосы действуют как первый вентилятор, соединенный с двигателем, а турбина действует как второй вентилятор, соединенный с системой трансмиссии. Когда двигатель работает, он раскручивает крыльчатку, и за счет центробежной силы масло внутри узла гидротрансформатора направляется в сторону турбины.
Когда он ударяется о лопасти турбины, турбина начинает вращаться. Это вращает систему трансмиссии и приводит в движение колеса автомобиля.
Когда двигатель останавливается, турбина также перестает вращаться, но крыльчатка, прикрепленная к двигателю, продолжает работать и не глушит двигатель.
Работает в три этапа
#1. Stall
Во время остановки транспортного средства двигатель подает мощность на крыльчатку, но турбина не может вращаться. Это происходит, когда транспортное средство стоит на месте, а водитель нажимает на педаль тормоза, чтобы предотвратить его движение вперед.
В этом состоянии происходит максимальное увеличение крутящего момента. Водитель убирает ногу с педали тормоза и нажимает на педаль акселератора, крыльчатка начинает разгоняться, и это приводит в действие турбину.
В таких случаях скорость насоса и турбины сильно различаются. Скорость крыльчатки намного выше, чем скорость турбины.
#2. Ускорение
Во время ускорения скорость турбины продолжает увеличиваться, но тем не менее существует большая разница между скоростью вращения крыльчатки и турбины.
По мере увеличения скорости турбины множитель крутящего момента уменьшается. Крутящий момент, достигаемый в состоянии остановки, меньше, чем множитель во время ускорения транспортного средства.
#3. Муфта
Это состояние, когда турбина достигает примерно 90 % частоты вращения рабочего колеса, и эта точка называется точкой сцепления. Множитель крутящего момента заедает и становится равным нулю, а гидротрансформатор ведет себя как простая гидромуфта. В точках соединения срабатывает блокировочная муфта и блокирует турбину на рабочем колесе преобразователя.
Поддерживает турбину и рабочее колесо с одинаковой скоростью. Блокировочные муфты срабатывают только при достижении точек сцепления. При соединении статор также начинает вращаться в направлении вращения рабочего колеса и турбины.
Также прочтите: Что такое автомобилестроение? | Внедрение автомобильной техники | Чем занимаются автомобильные инженеры?
Типы гидротрансформаторов:
№1.
Одноступенчатые преобразователи крутящего моментаПрелесть одноступенчатых преобразователей заключается в их строгой и надежной простоте. Каждый преобразователь в основном состоит из трех элементов: турбины, статора и рабочих колес. Одноступенчатый преобразователь поставляется в двух типах корпусов – стационарном и вращающемся.
В зависимости от модели одноступенчатые преобразователи крутящего момента имеют различные возможности: одноступенчатые преобразователи Simplex с приводом от отбора мощности идеально подходят для применения с коробками передач с переключением под нагрузкой и гидравлическими насосами с приводом.
Преобразователи с высоким коэффициентом крутящего момента в прочном корпусе обладают исключительными возможностями подъема и опускания. Гидравлические преобразователи четвертого типа специально разработаны для нефтегазовой промышленности.
#2. Трехфазные преобразователи крутящего момента
В трехступенчатых преобразователях крутящего момента используются три кольца лопаток турбины, а также два набора реакторов или лопаток статора.
Результатом этих конструкций является увеличение крутящего момента — фактически в пять раз превышающего выходной крутящий момент двигателей, когда двигатели заглохли.
В зависимости от конкретной конструкции трехфазные преобразователи рассчитаны на диапазоны двигателя, включая 335 л.с. при 2400 об/мин, 420 л.с. при 2200 об/мин и 580 л.с. при 2200 об/мин. Трехступенчатый преобразователь также поставляется как со стационарным, так и с вращающимся корпусом.
Также прочтите: что такое стопорные кольца? | Что такое стопорное кольцо и где они используются? | Типы стопорных колец | Преимущества стопорных колец
Стоимость замены гидротрансформатора:
Дополнительные симптомы указывают на то, что гидротрансформатор работает неправильно. Ремонт может стоить дороже, чем их замена. Поэтому необходимо обратиться к механику/технику. Если вы планируете выполнять работу самостоятельно, ориентировочная стоимость ремонта составляет от 150 до 500 долларов.
Ремонтные мастерские берут от 600 до 1000 долларов за замену гидротрансформатора.
Гидротрансформатор сам по себе относительно недорог (от 150 до 350 долларов США в зависимости от автомобиля), но его работа занимает от 5 до 10 часов, поскольку для замены гидротрансформатора необходимо снимать коробку передач. Кроме того, жидкость должна быть промыта / заменена, что может быть включено или не включено в цену, которую вам даст магазин.
Также прочтите: Батарея дистанционного управления без ключа разряжена | Когда замена батареи брелока замена? | Как заменить батарею пульта без ключа
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Как работают гидротрансформаторы
Корпус гидротрансформатора крепится болтами к маховику двигателя, поэтому он вращается при любой скорости вращения двигателя. Ребра, из которых состоит насос гидротрансформатора, крепятся к корпусу, поэтому они также вращаются с той же скоростью, что и двигатель.
Как работает преобразователь крутящего момента
Преобразователь крутящего момента представляет собой тип гидравлической муфты, которая передает крутящий момент от первичного двигателя, такого как двигатель внутреннего сгорания, к вращающейся ведомой нагрузке. В автомобиле с автоматической коробкой передач преобразователь крутящего момента соединяет источник питания с нагрузкой.
Детали гидротрансформатора
Гидротрансформаторы состоят из пяти основных компонентов: крыльчатки, турбины, статора, муфты и жидкости. Статор — это то, что делает преобразователь крутящего момента преобразователем крутящего момента; без статора это просто гидромуфта.
Гидротрансформаторы Work
Корпус гидротрансформатора соединяется с маховиком, вращающимся с той же скоростью, что и коленчатый вал, внутри кожуха турбины. Рабочее колесо или центробежный насос эффективно нагнетает трансмиссионную жидкость в ребра турбины, которая, в свою очередь, вращает или передает крутящий момент на трансмиссию.
Детали гидротрансформатора
Гидротрансформаторы состоят из пяти основных компонентов: крыльчатки, турбины, статора, муфты и жидкости. Статор — это то, что делает преобразователь крутящего момента преобразователем крутящего момента; без статора это просто гидромуфта. Рабочее колесо представляет собой деталь с наклонными лопастями, которая чем-то напоминает вентилятор.
Автомобильный преобразователь крутящего момента
Преобразователь крутящего момента передает крутящий момент от двигателя на вращающуюся ведомую нагрузку. В автомобиле с автоматической коробкой передач преобразователь крутящего момента соединяет источник питания с нагрузкой. Преобразователи крутящего момента состоят из пяти основных компонентов: крыльчатки, турбины, статора, сцепления и жидкости.
Сколько стоит замена гидротрансформатора
Сам гидротрансформатор относительно недорог (от 150 до 350 долл. США, в зависимости от автомобиля), но требует 5-10 часов работы, поскольку для его замены необходимо снять коробку передач.
для замены гидротрансформатора.
Общие сведения о преобразователях крутящего момента — журнал о штангах и нестандартных размерах
| How-To
Понимание гидротрансформаторов
Если бы голосовали за самый непонятый автомобильный компонент, мы готовы поспорить, что автоматическая коробка передач заняла бы довольно высокое место, а сам гидротрансформатор, возможно, еще выше. Итак, это что-то вроде сцепления для автомата, но как оно работает? И что конкретно означают скорость сваливания и блокировка? Как выбрать идеальный гидротрансформатор для вашего проекта или стиля вождения?
Возможно, нам следует начать с основ работы преобразователя. По сути, это модифицированная гидромуфта, которая, подобно сцеплению, позволяет отделить трансмиссию от двигателя, поэтому последний может работать, когда автомобиль неподвижен, но позволяет передавать мощность, когда автомобиль находится в движении.
Однако, в отличие от обычной гидромуфты, преобразователь крутящего момента увеличивает крутящий момент, когда существует разница между входной и выходной скоростью, подобно редуктору.
Гидротрансформатор состоит из трех основных внутренних компонентов: насоса, турбины и статора, а также трансмиссионной жидкости. Корпус преобразователя крепится болтами к маховику двигателя, а к корпусу крепятся ребра насоса. Это центробежный насос, выбрасывающий жидкость наружу при вращении. Это создает вакуум, который втягивает больше жидкости в центр. Затем жидкость поступает в турбину, которая соединена с трансмиссией через выходной вал, поэтому трансмиссия начинает движение автомобиля, когда турбина начинает вращаться.
Когда жидкость выходит из турбины, она движется в направлении, противоположном движению двигателя и насоса. Функция статора, расположенного в центре гидротрансформатора, заключается в перенаправлении жидкости перед ее повторным попаданием в насос.
Статор установлен на неподвижном валу, но имеет внутреннюю обгонную муфту, так как при определенных рабочих скоростях требуется свободный ход.
Гидротрансформатор работает в три этапа: остановка, ускорение и сцепление. Срыв – это когда коробка передач включена, но тормоза не дают машине двигаться. При остановке гидротрансформатор может обеспечить максимальное увеличение крутящего момента, называемое коэффициентом останова, если применяется достаточная входная мощность.
На этапе разгона автомобиль движется, но существует относительно большая разница между скоростью вращения насоса и турбины, при которой гидротрансформатор увеличивает крутящий момент меньше, чем можно было бы достичь в условиях остановки.
Муфта возникает, когда скорость вращения турбины достигает примерно 90 % скорости насоса. Умножения крутящего момента больше нет, и именно на этом этапе срабатывает блокировочная муфта. Блокировочные гидротрансформаторы имеют внутреннюю блокировочную муфту, которая блокирует две половины гидротрансформатора вместе, устраняя любое проскальзывание, когда двигатель и трансмиссия не могут физически работают с одинаковой скоростью.
Это, в свою очередь, устраняет любую потерю мощности и, таким образом, повышает эффективность использования топлива на целых 65 процентов.
Что касается скорости сваливания, Грег Дукато из Phoenix Transmission Products объяснил, что «преобразователь крутящего момента похож на сцепление. Представьте, что когда сцепление полностью отпущено, вы получаете всю мощность от двигателя. Это скорость сваливания. Скорость сваливания не означает, что вам нужно раскрутить двигатель до 2500 об/мин, чтобы автомобиль тронулся». В данном случае это означает, что 2500 об/мин — это предел, при котором преобразователь будет сдерживать обороты двигателя, если мощность трансмиссии запрещена. Запрещая дальнейшее усиление, увеличение оборотов двигателя «останавливается». Скорость, при которой происходит остановка с данным преобразователем, является функцией пикового крутящего момента двигателя.
Вы можете приблизительно проверить скорость сваливания преобразователя, переведя автомобиль в режим Drive, сильно нажав на тормоз и полностью выжав газ на пару секунд.
Скорость сваливания будет максимальной скоростью вращения, отображаемой на тахометре. Конечно, шины могут пробуксовывать, так как двигатель, скорее всего, преодолеет способность тормозной системы сдерживать их. Этот метод называется скоростью сваливания при торможении, которая ниже, чем истинная скорость сваливания, но она достаточно приблизит вас, хотя и не рекомендуется.
Чтобы определить, какая скорость сваливания подходит для вашего проекта, необходимо принять во внимание ряд факторов, таких как пиковый крутящий момент двигателя, форма кривой крутящего момента двигателя, вес автомобиля, передаточное отношение задней части и характеристики кулачка. Вес и сопротивление имеют большое значение для скорости сваливания. По словам Грега, «преобразователь скорости 2500 об/мин в T-образном ковше, вероятно, глохнет около 1800 об/мин, но поместите тот же преобразователь в пикап, и он увеличится примерно до 2800 об/мин». Имея так много переменных, вооружитесь как можно большей информацией о своем автомобиле, прежде чем обращаться к специалисту по гидротрансформаторам или трансмиссиям.
Максимальное увеличение крутящего момента зависит от размера и геометрии лопастей в турбине и статоре и создается только тогда, когда преобразователь находится в фазе остановки или близок к ней. Типичные коэффициенты увеличения крутящего момента при опрокидывании находятся в диапазоне от 1,8:1 до 2,5:1. Всегда будет компромисс между максимальным увеличением крутящего момента и эффективностью. Преобразователи с высоким коэффициентом опрокидывания обычно относительно неэффективны ниже скорости муфты, тогда как преобразователи с низким коэффициентом опрокидывания, как правило, обеспечивают менее возможное увеличение крутящего момента.
Хотя увеличение крутящего момента увеличивает крутящий момент на выходном валу турбины, оно также увеличивает проскальзывание внутри гидротрансформатора, повышая температуру жидкости и снижая общий КПД. Вот почему внутренние детали и характеристики преобразователя должны соответствовать спецификациям предполагаемого автомобиля.
Следует отметить, что преобразователи с более низкой остановкой ограничивают внутреннее тепловыделение, что является самым большим убийцей любой трансмиссии.
Тем не менее, нагрев — не единственная причина выхода из строя, и внезапные приложения мощности в мощных транспортных средствах могут привести к поломке муфты статора, деформации или поломке турбины или лопастей насоса. Длительные чрезмерные нагрузки, очень высокие обороты или резкие пуски могут деформировать или раздуть корпус, а в крайних случаях даже привести к его разрыву.
Один из аспектов преобразователей, о котором мы пока не говорили, — это размеры. Зак Фарах из Gear Star Performance Transmissions объяснил, почему одни преобразователи больше других и как два преобразователя разного размера могут иметь одинаковую скорость сваливания. «Два преобразователя разного размера могут иметь одинаковую скорость сваливания, но их эффективность будет сильно различаться», — сказал он.
«Преобразовательный насос будет иметь более высокую эффективность, когда его лопасти расположены под положительным углом к ним, так как это подает больше жидкости к турбине. Чем больше жидкости вы подаете в турбину, тем сильнее она давит на нее и тем больше крутящий момент доставлено на передачу.
«Для преобразования 12-дюймового преобразователя, который обычно глохнет при 1600 об/мин, в 2600 об/мин, лопасти насоса могут быть отогнуты назад под отрицательным углом, чтобы подавать меньше жидкости в турбину. Это означает, что насос будет иметь крутить больше оборотов, чтобы заставить турбину работать с тем же количеством жидкости, и эффективность несколько снизится.
«9-дюймовый преобразователь глохнет выше, потому что он генерирует меньше жидкости из-за своего меньшего размера. Для достижения такой же гидравлической силы, как у более крупного 12-дюймового преобразователя, требуется больше остановок. 9-дюймовый более эффективен в приложениях с высоким стойлом, так как лопасти насоса сохраняют положительный шаг.