Гидротрансформатор: принцип работы, устройство и особенности
Гидротрансформатор – удивительное изобретение инженерной мысли, позволившее автопроизводителям сделать управление автомобилем значительно более комфортным и приятным. Давайте разберемся в устройстве этого механизма, принципах его работы и особенностях применения в автоматических трансмиссиях.
История создания гидротрансформатора
Впервые идея использования циркулирующей жидкости для плавной передачи крутящего момента была запатентована немецким инженером Германом Феттингером в 1905 году. Изобретение получило название "гидромуфта" и стало активно применяться в судостроении, локомотивостроении и производстве автобусов.
А вот на легковых автомобилях гидравлические муфты впервые появились только в 1930-х годах. Первопроходцем здесь стала американская компания General Motors, выпустившая в 1939 году модель Oldsmobile с автоматической коробкой передач, оснащенной гидротрансформатором.
Основные компоненты гидротрансформатора
Любой гидротрансформатор состоит из нескольких ключевых компонентов:
- Насосное колесо – жестко соединяется с коленчатым валом двигателя и передает вращение;
- Турбинное колесо – жестко соединено с первичным валом коробки передач;
- Реакторное колесо – изменяет направление потока жидкости;
- Корпус – герметичный кожух, в котором размещаются все колеса;
- Рабочая жидкость, циркулирующая между колесами.
Все перечисленные компоненты выполняют строго определенные функции и обеспечивают работу гидротрансформатора как единого механизма.
Принцип работы гидротрансформатора принцип работы
Принцип работы гидротрансформатора основан на использовании энергии потока циркулирующей жидкости для плавной и бесступенчатой передачи крутящего момента между ведущим и ведомым валами.
При вращении насосного колеса, жестко связанного с коленчатым валом двигателя, создается интенсивный поток рабочей жидкости. Этот поток устремляется на лопасти турбинного колеса, заставляя его вращаться.
Далее поток поступает в реакторное колесо, где происходит его разворот. Возвращаясь обратно в насосное колесо, ускоренный поток создает дополнительный крутящий момент.
Таким образом, движущая сила передается от двигателя к трансмиссии при помощи кинетической энергии циркулирующей в замкнутом контуре жидкости, без использования жестких механических связей.
По мере разгона автомобиля скорость вращения турбинного колеса выравнивается с насосным. В этот момент гидротрансформатор переходит в режим гидромуфты с минимальным проскальзыванием колес и фиксированным коэффициентом трансформации.
КПД и коэффициент трансформации
Основные технические характеристики гидротрансформатора – это коэффициент полезного действия и коэффициент трансформации.
| Параметр | Обозначение | Значение |
| Коэффициент трансформации | K | 2,0...2,5 |
| КПД | ή | 0,7...0,9 |
Из таблицы видно, что КПД гидротрансформатора существенно ниже, чем у механической передачи. Это связано с потерями на внутреннее трение жидкости.
Зато коэффициент трансформации позволяет на начальном этапе увеличить крутящий момент в 2-2,5 раза за счет динамического напора потока.
Достоинства гидротрансформаторов
Несмотря на более низкий КПД по сравнению с механической передачей, гидротрансформаторы имеют целый ряд преимуществ:
- Обеспечивают плавность хода автомобиля за счет отсутствия жесткой связи между двигателем и трансмиссией;
- Позволяют осуществлять пуск двигателя с включенной передачей и стоящим автомобилем;
- Являются надежной защитой от перегрузок для хрупких деталей коробки передач;
- Автоматически изменяют передаточное число в зависимости от нагрузки на ведущих колесах.
Благодаря этим качествам управление автомобилем становится значительно проще и комфортнее по сравнению с механической коробкой передач.
Недостатки гидротрансформаторов
Основные недостатки гидротрансформаторов вытекают из его конструктивных особенностей:
- Более низкий КПД, особенно на высоких оборотах, по сравнению с механической передачей;
- Потери мощности и динамики автомобиля из-за буксования в гидротрансформаторе.
Для решения этих проблем был разработан специальный механизм блокировки, фактически объединяющий гидротрансформатор и классическое сцепление в одном устройстве.
Режим блокировки гидротрансформатора
Для повышения КПД на высоких оборотах в конструкцию гидротрансформатора интегрирован механизм блокировки, позволяющий жестко соединить насосное и турбинное колеса.
Блокировка осуществляется с помощью фрикционной муфты, управляемой гидравлическим приводом под давлением трансмиссионной жидкости. По команде блока управления муфта включается и блокирует вращение турбинного колеса относительно насосного.
В режиме полной блокировки вся мощность передается напрямую, без проскальзывания в жидкости. Это повышает динамику и топливную эффективность автомобиля на скоростном режиме.
Режим управляемого пробуксовывания
Помимо полной блокировки, современные гидротрансформаторы могут работать в режиме частичного проскальзывания фрикционов муфты.
В этом случае происходит комбинированная передача крутящего момента: одновременно через механическую связь и за счет динамического напора циркулирующей жидкости.
Такой режим позволяет сохранить плавность хода на разгоне и добиться лучшей динамики по сравнению с чисто гидродинамической передачей.
Требования к рабочей жидкости
Рабочая жидкость играет ключевую роль в работе гидротрансформатора, обеспечивая передачу крутящего момента от насосного колеса к турбинному.
Основные требования к трансмиссионным жидкостям для гидротрансформатора:
- Низкая вязкость для эффективной циркуляции в замкнутом контуре;
- Высокие смазочные свойства;
- Стабильность характеристик в широком диапазоне температур и давлений.
Применение жидкостей ненадлежащего качества приводит к преждевременному износу и выходу гидротрансформатора из строя.
Диагностика гидротрансформатора
Основные неисправности гидротрансформатора:
- Износ элементов муфты блокировки;
- Утечки рабочей жидкости;
- Повреждение подшипников насосного, турбинного или реакторного колеса.
Признаки неисправностей гидротрансформатора
Наиболее характерные признаки неполадок гидротрансформатора:
- Толчки и вибрация при трогании и разгоне;
- Повышенный шум при работе двигателя на холостом ходу;
- Проскальзывание при включении блокировки;
- Утечка масла через уплотнения.
Подобные симптомы свидетельствуют об износе или повреждении внутренних компонентов гидротрансформатора и требуют диагностики в специализированном сервисе.
Методы диагностики гидротрансформатора
Для выявления неисправностей гидротрансформатора применяют следующие методы:
- Внешний осмотр на наличие подтеков масла;
- Проверка вибрации корпуса при работающем двигателе;
- Измерение давления и расхода жидкости;
- Оценка эффективности блокировки тестером-сканером.
По результатам диагностики определяется наличие дефектов, степень износа и дальнейшая работоспособность гидротрансформатора.
Ремонт гидротрансформатора
При значительном износе или поломке производится ремонт гидротрансформатора с заменой вышедших из строя деталей.
Типовой объем работ по ремонту:
- Полная разборка механизма;
- Замена изношенных подшипников и уплотнений;
- Притирка контактных поверхностей блокировочной муфты;
- Сборка гидротрансформатора и испытания.
Качественно выполненный ремонт полностью восстанавливает работоспособность и ресурс устройства.