Муфта свободного хода гидротрансформатора акпп для чего нужна
«Бублик», убийца АКПП: что ломается в гидротрансформаторах и как их чинят
Гидротрансформатор, он же «бублик» (прозвище пошло от его формы), является непременным атрибутом любого «настоящего автомата». Не обходятся без него и мощные вариаторы, и даже в преселективную АКПП его поставили на некоторых моделях Honda (например на Acura TLX), чтобы обеспечить мягкость движения на малой скорости. И иногда он выходит из строя.
Казалось бы, это чисто гидравлический узел и ломаться там нечему, разве что протечь может… Но нет, современный гидротрансформатор много сложнее в устройстве, чем картинка в старом учебнике и скорее является узлом с ограниченным сроком службы, после чего должен пройти процедуру восстановления. Что же с ним происходит, что у него внутри и как это починить?
Как устроен «бублик»?
Основной задачей гидротрансформатора всегда было преобразование крутящего момента и оборотов: он работает как гидравлический редуктор, который умеет снижать обороты и повышать крутящий момент с коэффициентом трансформации до 2.4. Основана его работа на передаче энергии через поток жидкости — в данном случае трансмиссионного масла, которое мы все знаем как ATF (automatic transmission fluid).
Коленчатый вал мотора связан с насосным колесом, которое разгоняет жидкость и отправляет ее на турбинное колесо. Турбинное колесо в свою очередь связано с коробкой передач. Жидкость раскручивает турбинное колесо и отправляется обратно на насосное. Но перед этим она попадает на лопатки направляющего аппарата, выполненного в виде колеса-реактора, которые ускоряют поток жидкости и направляют его в сторону вращения.
Таким образом поток жидкости ускоряется до тех пор, пока скорости вращения насосного и турбинного колес не выравниваются, и тогда гидротрансформатор переходит в режим гидромуфты, при котором преобразования крутящего момента не происходит, а направляющий аппарат начинает свободно вращаться, не мешая току жидкости.
Чем больше разница скоростей вращения турбинного и насосного колес, тем больше ускоряется ток жидкости, но при этом она начинается нагреваться, а КПД гидротрансформатора падает — больше энергии уходит в нагрев. Когда же скорости вращения колес выравниваются, то в передаче момента через жидкость с большими потерями смысла нет.
Поэтому со временем в гидротрансформаторы стали внедрять элементы обычного фрикционного сцепления, основанного на трении. Называется это блокировкой гидротрансформатора. Суть блокировки — в соединении входного и выходного валов, чтобы передавать момент напрямую. Без нее старые машины с АКПП, как говорится, «не ехали».
На самых старых конструкциях блокировка срабатывала автоматически, за счет давления рабочей жидкости, но с появлением АКПП с электронным управлением функция стала управляться отдельным клапаном. Говорить же о способах реализации блокировки нужно в отдельной статье, потому что их великое множество. Но смысл один — соединять валы и временно исключать из цепочки передачи крутящего момента трансмиссионное масло.
А вскоре на фрикционы блокировки возложили задачи, сходные с задачами обычного сцепления механической КПП — при разгоне они немного смыкались, пробуксовывая и помогая передавать крутящий момент, а сама блокировка стала срабатывать очень рано, чтобы уменьшить потери в гидротрансформаторе. Собственно, современные гидромеханические «автоматы» уже нельзя назвать классическими — это уже некий гибрид.
И чем мощнее становились двигатели, тем сильнее нагревалась жидкость в ГТД, тем сложнее было обеспечить его охлаждение, и тем больше работы по передаче крутящего момента старались переложить на сцепление блокировки.
Что ломается в гидротрансформаторе?
Раз есть сцепление внутри «бублика», значит, оно изнашивается — вечных фрикционных пар не бывает. К тому же продукты их износа загрязняют внутренности ГТД, поток горячей жидкости с абразивом «выедает» металл лопаток и других внутренних частей. Также потихоньку стареют, выходят из строя от перегрева или просто разрушаются уплотнения-сальники, а иногда выходят из строя подшипники или даже ломаются лопасти турбинных колес.
Продукты износа фрикционной накладки попадают и в саму АКПП, ведь охлаждение ГТД идет прокачкой масла через насос коробки и общий теплообменник. А в гидроблоке АКПП (о нем нужно рассказывать отдельно) есть еще много разных мест, где грязь может что-то забить или жидкость может проточить лишние отверстия, повредить соленоидные клапаны, замкнуть проводники…
В общем, со временем ГТД становится основным источником «грязи» в АКПП, которая обязательно выведет ее из строя. У некоторых АКПП проблема осложняется тем, что материал накладок «приклеен» к основе, и по мере износа в жидкость начинают попадать клеющие вещества, ускоряя процессы загрязнения в разы.
Таким образом, поживший «бублик» нужно менять или ремонтировать, пока он не сломал всю коробку передач. К слову, старые АКПП, у которых блокировка срабатывала редко, только на высших передачах или ее не имелось вовсе, имеют заметно большие интервал замены масла и ресурс.
Наиболее печальный случай
К чему это приводит, можно увидеть на примере широко распространенной 5-ступенчатой АКПП Mercedes 722.6. Она ставилась на несколько десятков моделей Mercedes-Benz, Jaguar, Chrysler, Dodge, Jeep и SsangYong c 1996 года и ставится по сей день.
В этой коробке передач гидротрансформатор блокируется на всех передачах, и специальный клапан регулирует его прижатие. Даже при плавном разгоне включается частичная блокировка, а при резком блокировка включается почти сразу. Машина получается экономичной и динамичной.
Устройство и принцип работы гидротрансформатора АКПП
Гидротрансформатор АКПП (ГДТ) — элемент трансмиссии, расположенный между двигателем и механизмом переключения передач. Агрегат работает по закону гидромеханики, и является частью гидросистемы АКПП. Узел требует регулярного техобслуживания. Чтобы его починить, придется обращаться в сервис.
Устройство гидротрансформатора АКПП
Что такое гидротрансформатор в АКПП или «бублик», как его называют механики? ГДТ — это гидропривод, который связывает двигатель и автомат без жесткого соединения. Играет роль сцепления в аналогии с МКПП.
Гидроприводы бывают двух видов: гидромуфта и гидротрансформатор. Разница между ними заключается в возможности трансформатора преобразовывать крутящий момент. В то время как гидромуфта может только передавать. «Бублик» АКПП работает в обоих режимах с автоматическим переключением, поэтому его можно назвать гибридным агрегатом.
Для чего в АКПП нужен гидротрансформатор? Узел имеет несколько назначений:
Устройство гидротрансформатора АКПП основано на законах гидравлики. Механическая сила двигателя переходит в «бублик» и превращается в гидравлическую энергию за счет движения потока жидкости в полости ГДТ. Возникает давление и кинетическая энергия, которые заставляют вращаться вал трансмиссии. А от него крутящий момент переходит в планетарный механизм переключения передач.
В теории АКПП могла бы состоять только из гидротрансформатора. Но на больших скоростях его КПД сильно снижается. Передаточное отношение «бублика» ограничено. Он не может обеспечить движение задним ходом или достаточное количество передач. Поэтому в АКПП за гидротрансформатором устанавливают планетарный редуктор, который способен получить любое передаточное число в заданном диапазоне.
Одним из передовых разработчиков восьми скоростных коробок передач с гидротрансформатором является немецкая компания ZF. Высокотехнологичные трансмиссии этого производителя устанавливают в автомобилях Jeep, BMW, Volkswagen, Audi, Jaguar, Cadillac, Infinity.
Описание конструкции гидротрансформатора
Гидротрансформатор расположен в корпусе АКПП и соединен с масляным насосом через входной вал трансмиссии. С противоположной стороны «бублик» крепится к маховику двигателя через резьбовые бобышки.
Детали гидротрансформатора АКПП находятся в герметичном кожухе, где погружены в жидкость ATF. Из-за тороидальной формы корпуса гидротрансформатора его и прозвали «бубликом». Чтобы добраться до начинки, нужно аккуратно разрезать сварной шов по экватору кожуха.
В разрезе гидротрансформатор АКПП представляет собой набор лопастных колес и муфт, установленных на одной оси:
Насосное колесо приварено к крышке корпуса, который соединяется с коленчатым валом двигателя. Турбинное колесо конструктивно похоже на насосное и установлено напротив с небольшим зазором. Турбина жестко связана с входным валом трансмиссии.
Между насосом и турбиной стоит реактор. Он зафиксирован на муфте свободного хода, которая крепится на втулке входного вала. Муфта блокировки находится за турбиной.
На кинематической схеме изображено, как расположены основные части гидротрансформатора, и показана траектория движения потока жидкости. Конструктивно гидротрансформатор АКПП представляет собой устройство прямого хода, когда лопастные колеса заставляют жидкость циркулировать в таком порядке: насос — турбина — реактор — насос.
Гидротрансформаторы с обгонной муфтой называют комплексными.
Составные части гидротрансформатора
Основу насосного и турбинного колес гидротрансформатора составляет чаша, отлитая из легкого сплава. На внутренней и наружной поверхности чаши вырезаны пазы, между которыми расположены лопатки. Лопатки изготовлены штамповкой и соединены между собой торическим диском с помощью подгибных усиков. Дополнительно лопатки на чаше застопорены кольцом.
Кривизна чаши и сложная форма лопаток рассчитаны под требование увеличить эффективность циркуляции жидкости. Таким образом, конструкция колес обеспечивает необходимую скорость и направление движения масла.
Турбинное колесо опирается на вал посредством ступицы и подшипников скольжения или качения. Подшипник воспринимает радиальные и осевые нагрузки.
Ступица насоса обычно используется для привода масляного насоса, расположенного за гидротрансформатором. Привод срабатывает при заходе торцевых шлицев ступицы в соответствующие пазы ведущей шестерни насоса.
Реактор представляет собой 2 металлических кольца разных диаметров. Между кольцами приварены лопасти под заданным углом наклона. Окно лопатки реактора со стороны турбины шире, чем со стороны насоса. Это решение позволяет создавать необходимое давление жидкости.
Все рабочие механизмы размещенные в корпусе бублика
Реактор установлен на муфте свободного хода роликового типа. Муфта состоит из внешней и внутренней обоймы, между которыми находятся ролики и стопорные элементы. Внутренняя обойма зафиксирована на валу, а внешняя соединена с реактором. Когда ролики свободно перекатываются — обоймы вращаются независимо. При стопорении роликов пружинами обоймы сцепляются и могут двигаться только в направлении вала. Обгонная муфта обладает высокой нагрузочной способностью и износостойкостью
Для увеличения КПД и экономичности «бублика» в АКПП в конструкцию введена муфта блокировки. В ее состав входят: корпус, поршень с фрикционным диском и ступица. Корпус выполнен в виде диска с пазами, в которых установлены пружины. Они выполняют роль демпфера крутильных колебаний. Поршень представляет собой круглую металлическую плиту с приклеенным фрикционным диском со стороны корпуса ГДТ.
Принцип работы гидротрансформатора
Принцип работы гидротрансформатора АКПП основан на преобразовании и передаче крутящего момента от двигателя к трансмиссии через работу жидкости. Производитель подбирает ATF по вязкости, допуску на нагрузку двигателя, количеству присадок. Поэтому от рабочих свойств масла зависит качество работы «бублика» и всей АКПП.
С запуском двигателя начинает работать насосное колесо и масляный насос. В гидротрансформатор попадает масло АКПП. Под действием центробежной силы жидкость от насосного колеса захватывается из центральной оси и нагнетается лопастями к верхнему краю по часовой стрелке. Оттуда масло перебрасывается на верхние лопатки турбинного колеса. Давление «толкает» их, заставляя турбину вращаться.
Под действием центростремительной силы ATF от верхней границы турбины переходит к центру, усиливая вращение. Происходит трансформация крутящего момента. Чем выше частота оборотов коленчатого вала, тем сильнее раскручивается турбина.
Жидкость от лопаток турбины движется против часовой стрелки и возвращается к насосному колесу. При этом, давление масла противодействует движению насоса, затормаживая его. Прекращается усиление крутящего момента. С этого момента АКПП работает без гидротрансформатора: он перешел в режим гидромуфты.
Для предотвращения торможения между колесами установлен реактор. Его задача — перенаправить поток жидкости от турбины в направление движения насосного колеса. Кинетическая энергия масла турбины расходуется на увеличение частоты вращения насоса. Таким образом, реактор помогает двигателю вращать насос или гидротрансформатор в целом, усиливая крутящий момент.
Режимы работы
Изменение гидродинамической передачи в гидротрансформаторе обеспечивается установкой реактора на обгонную муфту. Это позволяет «бублику» автоматически переключаться в режим гидромуфта и гидротрансформатор.
Реактор свободно вращается, пока разница между скоростями насосного и турбинного колес не достигает предела. Тогда обоймы муфты стопорятся. Реактор блокируется.
Через лопасти реактора со стороны турбины проходит масла больше, чем выходит к насосу. Скорости колес выравниваются. Объем входного потока жидкости на реакторе совпадает с выходным, и муфта освобождает ректор. Так гидротрансформатор снова превращается в гидромуфту.
Проскальзывание гидротрансформатора
При большой разнице частот вращения насосного и турбинного колес происходит их пробуксовка. В ГДТ АКПП этот эффект называется проскальзыванием. Жидкость ускоряется и быстро нагревается.
20% гидравлической энергии переходит в тепловую. Излишки тепла выбрасываются в радиатор охлаждения, т.е. деньги за топливо буквально вылетают на воздух.
Чтобы повысить экономичность «бублика» в АКПП, инженеры установили муфту блокировки. Она устраняет проскальзывание ГДТ и обеспечивает режимы работы:
КПД гидротрансформатора при включении блокировки достигает 90%. Чтобы увеличить показатель до 97%, для управления муфтой в схему включили клапан с электронным управлением. В некоторых моделях АКПП блокировка включается уже на 2 передаче.
Блокировка гидротрансформатора АКПП
Муфта является гидроуправляемой и работает по сигналу золотниковых клапанов, которые приводятся в действие давлением жидкости. Трансмиссионное масло поступает в полость между кожухом «бублика» и поршневой плитой, а затем в полость турбины. Фрикционный диск не касается крышки ГДТ. Крышка работает со свободным скольжением. Когда давление в полостях равны, муфта отключена.
По сигналу из гидроблока клапан переключает контур движения масла. Давление жидкости передается к поршню со стороны турбины. В камере между поршнем и крышкой «бублика» стравливается давление. Жидкость сливается через канал. Давление со стороны турбины заставляет поршень сместиться в сторону кожуха. Муфта плавно включается.
Поршневая плита вибрирует относительно ступицы, пружины на крышке блокировочной муфты деформируются. Пружинный демпфер поглощает колебания, передавая их на вал гидротрансформатора. Трение между фрикционом и кожухом растет. В результате гидротрансформатор АКПП блокируется. Между валом двигателя и турбиной установлена жесткая связь.
При жесткой сцепке двигатель и коробка подвержены ударным нагрузкам, поскольку жидкость «бублика» не гасит удары и вибрации. Из-за высоких скоростей быстро истирается фрикцион, загрязняя масло абразивом. В результате ресурс АКПП снижается.
Управление ГДТ
Современные гидротрансформаторы АКПП находятся под управлением электронного модуля (ТСМ). Он собирает и анализирует информацию с датчиков давления, скорости вращения вала трансмиссии и других. Затем формирует импульсы, которые передаются на соленоиды в гидроблоке. Оттуда запускается алгоритм управления датчиками и клапанами.
Про масло АКПП
Рабочее тело гидротрансформатора сильно нагревается. Для охлаждения масло покидает полость «бублика» и проходит в сливной клапан. Оттуда жидкость под давлением попадает в распределительный клапан. Если датчики регистрируют повышение температуры, масло отправляется в радиатор АКПП. Охлажденная жидкость переходит в масляный насос через регулятор давления.
Эффективность ГДТ
Работу гидротрансформатора в АКПП оценивают по:
Трансформация Кт зависит от диаметра «бублика», плотности масла АКПП и крутящих моментов на колесах. Максимальное значение Кт=2,5—3,0 достигается, когда турбина неподвижна. Чем выше передаточное отношение, тем ниже коэффициент трансформации. В режиме гидромуфты крутящие моменты на валах колес равны, поэтому трансформации не происходит Кт=1.
КПД гидротрансформатора зависит от соотношения мощностей, подаваемых к турбине и насосу. Показатель может достигать 97% в режиме гидромуфты, когда передаточное отношение оптимально — 0,7—0,8. В среднем КПД составляет 70—80%.
Коэффициент прозрачности П определяет, насколько ГДТ нагружает двигатель в момент изменения режима работы турбины. Для определения прозрачности нужно соотнести моменты насосного колеса при остановленной турбине и при трансформации Кт=1.
При П=1 гидротрансформатор непрозрачен. Крутящий момент турбины не влияет на работу двигателя, который находится в постоянном нагрузочном режиме. У прозрачного ГДТ П>1. Изменение нагрузки на турбинном колесе отражается на мощности двигателя. Прозрачность позволяет использовать тяговые характеристики мотора для улучшения динамики автомобиля.
Признаки неисправности
О проблемах в гидротрансформаторе сигнализирует быстрое потемнение масла после замены. Автомобиль может расходовать больше топлива и дергаться при спокойном движении. Другие признаки можно распознать по ощущениям, слуху и запаху.
| Симптом | Причина |
| Громкий металлический стук, скрежет при переключении передач | Разрушились лопасти колес |
| Легкий металлический звук, шуршание при переключении передач | Вышли из строя опорные подшипники |
| Вибрации, толчки при переключении скоростей, движение «по терке» | Проскальзывание гидротрансформатора из-за износа фрикционного слоя на муфте блокировки |
Обнаружение симптомов не всегда указывает на проблему в гидротрансформаторе, поскольку причина может скрываться и в других частях коробки. Диагностика гидротрансформатора поможет определить причину и характер поломки в АКПП.
Мастер автосервиса проводит проверку по такому алгоритму:
Предварительный диагноз можно поставить и самостоятельно. Для этого нужно изучить мануалы, устройство и особенности своей АКПП.
Что в гидротрансформаторах ломается чаще всего
Муфта блокировки
Неисправности в гидротрансформаторе чаще всего возникают из-за проскальзывания или трения муфты блокировки. Фрикционный диск истирается, отслойки материала и клей попадают в масло. В результате жидкость АКПП загрязняется и перегревается. Повышается износ втулок и подшипников.
Неоднородное истирание фрикциона в ГДТ АКПП становится причиной появления вибраций при блокировке муфты. Сальники, подшипники, втулки бьются, что ведет к ускорению износа «бублика». Страдает и масляный насос, что ведет к масляному голоданию всей коробки.
Уплотнители
Другим «слабым местом» гидротрансформатора являются сальники и уплотнители. Детали изготавливают из тефлона или пластика. Они способны пройти 200 000 км. Но из-за агрессивного вождения или неудачной конструкции АКПП, уплотнители начинают протекать, быстрее стареют. Когда сальники истончаются, от них отрываются крупные фрагменты, которые засоряют масло.
Обгонная муфта
В редких случаях бывает неисправна обгонная муфта. Ролики изнашиваются, начинают проскальзывать или заклинивать. В результате муфта не может блокировать реактор. ГДТ не перейдет в режим гидромуфты. Из-за чрезмерной нагрузки обойму муфты может провернуть, а металлические продукты износа попадут в масло.
Как влияет на АКПП
«Заболевания» гидротрансформатора отражаются на других узлах КПП, выводят их из строя. «Бублик» — главный «загрязнитель» и «нагреватель» АКПП. Масло разносит по коробке фрикционную и металлическую грязь. Забивает шлаками каналы гидроблока, соленоиды, клапаны, датчики. В результате переключение передач происходит с задержкой, растет расход топлива, истираются детали автомата. Поэтому при появлении посторонних звуков, вибраций в автоматической коробке, нужно сразу проверять состояние гидротрансформатора в АКПП. Это поможет его спасти с минимальными расходами.
Ремонт ГДТ
В ремонт гидротрансформатора АКПП в сервисном центре входит:
От качества и точности выполненных работ зависит дальнейший срок службы гидротрансформатора. Для ремонта нужны специализированные инструменты, станки, стенды, знания особенностей конкретной АКПП. В случае неполадок нужно обращаться в узконаправленный сервис, который «набил руку» на ремонте определенной модели.
Агрегат не всегда можно починить. Для особо редких экземпляров сложно найти замену. В этому случае принимают решение о восстановлении деталей ГДТ.
Средняя цена за ремонт «бублика» АКПП составляет 5000 р. Замена — от 50 000 р. Цены зависят от модели агрегата и сложности поломки.
Рекомендации по обслуживанию и эксплуатации ГДТ
Применение «бублика» в трансмиссии упрощает и облегчает управление автомобилем даже в тяжелых условиях. Однако, АКПП с гидротрансформатором при сравнении с МКПП проигрывает по параметрам:
Чтобы стать постоянным клиентом мастерской по ремонту гидротрансформатора АКПП, нужно соблюдать два правила:
Если серьезно, то ГДТ выходит из строя медленно и незаметно для водителя. Явный сигнал неисправности — течь масла в месте соединения гидротрансформатора и двигателя. Другие признаки неполадки могут проявляться уже на стадии распространения «заболевания» по все АКПП. Поэтому, если автомобиль ведет себя странно: медленно разгоняется, увеличил расход топлива, при движении появляется вибрация — нужно отправить машину на проверку.
Перед самостоятельным осмотром коробки нужно изучить устройство и особенности конкретной модели АКПП. Чтобы добраться до гидротрансформатора, придется снимать всю коробку. Без распила и разборки отремонтировать «бублик» не получится. Промывка гидротрансформатора растворителями может повредить колесам и «разъесть» сальники.
После ремонта и сборки АКПП необходима балансировка гидротрансформатора. Не все сервисы проводят эту операцию, поскольку она трудоемка и проблематична. ГДТ работает на высоких оборотах — дисбаланс или нарушение соосности валов выведут из строя не только «бублик», но и всю АКПП.
Срок службы современного гидротрансформатора АКПП составляет 150 — 200 000 км. Ресурс сократится до 100 000, если менять масло. Фрикционы истираются к 120 — 150 000 км и тоже требуют замены. После 200 000 км «бублику» с регулируемым проскальзыванием прописан плановый капремонт.