Пристрій і принцип роботи сучасного гідротрансформатора
Перший гідротрансформатор з'явився більше ста років тому. Зазнавши безліч модифікацій і доопрацювань, цей ефективний спосіб плавної передачі крутного моменту сьогодні застосовується в багатьох сферах машинобудування, і автомобільна промисловість не стала винятком. Керувати автомобілем стало набагато легше і комфортніше, так як тепер немає необхідності користуватися педаллю зчеплення. Пристрій і принцип роботи гідротрансформатора, як і все геніальне, дуже прості.
Історія появи
Вперше принцип передачі крутного моменту за допомогою рециркуляції рідини між двома лопатевими колесами без жорсткого зв'язку був запатентований німецьким інженером Германом Феттінгером в 1905 році. Пристрої, що працюють на основі даного принципу, отримали назву гидромуфта. У той час розвиток суднобудування вимагало від конструкторів знайти спосіб поступової передачі крутного моменту від парового двигуна до величезних судновим гвинтів, що знаходяться у воді. При жорсткій зв'язку вода гальмувала різкий хід лопатей при запуску, створюючи надмірну зворотний навантаження на двигун, вали та їхні сполуки.
Згодом модернізовані гідромуфти стали використовуватися на лондонських автобусах і перших дизельних локомотивах з метою забезпечити їх плавне рушання з місця. А ще пізніше гідромуфти полегшили життя і водіям автомобілів. Перший серійний автомобіль з гидротрансформатором, Oldsmobile Custom 8 Cruiser, зійшов з конвеєра заводу General Motors в 1939 році.
Пристрій і принцип роботи
Гідротрансформатор являє собою закриту камеру тороидальной форми, всередині якої впритул один до одного співвісно розміщені насосне, реакторне та турбінне лопатеві колеса. Внутрішній об'єм гідротрансформатора заповнений циркулюючої по колу, від одного колеса до іншого, рідиною для автоматичних трансмісій. Насосне колесо виконане в корпусі гідротрансформатора і жорстко пов'язане з колінчастим валом, тобто обертається з оборотами двигуна. Турбінне колесо жорстко пов'язано з первинним валом автоматичної коробки передач.
Між ними знаходиться реакторне колесо, або статор. Реактор встановлений на муфті вільного ходу, яка дозволяє йому обертатися тільки в одному напрямку. Лопаті реактора мають особливу геометрію, завдяки якій потік рідини, що повертається з турбінного колеса на насосне, змінює свій напрямок, тим самим збільшуючи крутний момент на насосному колесі. Цим відрізняються гідротрансформатор і гідромуфта. В останній реактор відсутній, і відповідно крутний момент не збільшується.
Принцип роботи гідротрансформатора заснований на передачі крутного моменту від двигуна до трансмісії за допомогою рециркулюючого потоку рідини, без жорсткого зв'язку.
Провідне насосне колесо, поєднане з обертовим колінчастим валом двигуна, створює потік рідини, який потрапляє на лопаті розташованого навпроти турбінного колеса. Під впливом рідини воно починає рухатися і передає крутний момент на первинний вал трансмісії.
З підвищенням обертів двигуна збільшується швидкість обертання насосного колеса, що призводить до наростання сили потоку рідини, що захоплюється за собою турбінне колесо. Крім того, рідина, повертаючись через лопаті реактора, отримує додаткове прискорення.
Потік рідини трансформується в залежності від швидкості обертання насосного колеса. У момент вирівнювання швидкостей турбінного і насосного коліс реактор перешкоджає вільній циркуляції рідини і починає обертатися завдяки встановленій муфті вільного ходу. Всі три колеса обертаються разом, і система починає працювати в режимі гідромуфти, не збільшуючи крутний момент. При збільшенні навантаження на вихідному валу швидкість турбінного колеса сповільнюється щодо насосного, реактор блокується і знову починає трансформувати потік рідини.
Переваги
- Плавність руху і троганья з місця.
- Зниження вібрацій і навантажень на трансмісію від нерівномірності роботи двигуна.
- Можливість збільшення крутного моменту двигуна.
- Відсутність необхідності обслуговування (заміни елементів і т.д.).
Недоліки
- Низький ККД (через відсутність гідравлічних втрат і жорсткого зв'язку з двигуном).
- Погана динаміка автомобіля, пов'язана з витратами потужності і часу на розкручування потоку рідини.
- Висока вартість.
режим блокування
Для того, щоб впоратися з основними недоліками гідротраснформатора (низький ККД і погана динаміка автомобіля), був розроблений механізм блокування. Принцип його роботи схожий з класичним зчепленням. Механізм складається з блокувальною плити, яка пов'язана з турбінним колесом (а отже, з первинним валом КПП) через пружини демпфера крутильних коливань. Плита на своїй поверхні має фрикційну накладку. За командою блоку управління трансмісією, плита притискається накладкою до внутрішньої поверхні корпусу гідротрансформатора за допомогою тиску рідини. Крутний момент починає передаватися безпосередньо від двигуна до коробки передач без участі рідини. Таким чином досягається зниження втрат і більш високий ККД. Блокування може бути включена на будь-якій передачі.
режим прослизання
Блокування гідротрансформатора може також бути неповною і працювати в так званому "режимі прослизання". Блокувальна плита не повністю притискається до робочої поверхні, тим самим забезпечується часткове прослизання фрикційної накладки. Крутний момент віддається одночасно через блокировочную плиту і циркулює рідина. Завдяки застосуванню даного режиму у автомобіля значно підвищуються динамічні якості, але при цьому зберігається плавність руху. Електроніка забезпечує включення муфти блокування якомога раніше при розгоні, а вимикання - максимально пізніше при зниженні швидкості.
Однак режим регульованого прослизання має істотний недолік, пов'язаний з стиранням поверхонь фрикційних, які до того ж піддаються сильним температурним впливам. Продукти зносу потрапляють в масло, погіршуючи його робочі властивості. Режим прослизання дозволяє зробити гідротрансформатор максимально ефективним, але при цьому істотно скорочує термін його служби.
