 |
| Назад | Главная |
|
Автоматические трансмиссии на внедорожниках
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 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. 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. (4х4Club 11.2000 г) ******************* ******************* ******************* |
