Автоматические сцепления

Гидротрансформатор (турботрансформатор) или конвертор крутящего момента (англ. Torque converter) — устройство, служащее для передачи крутящего момента от двигателя автомобиля к коробке передач и позволяющее автоматически и бесступенчато изменять крутящий момент и частоту вращения, передаваемые коробке передач. Чаще всего используется с АКПП или вариаторами. Используется в гидродинамических трансмиссиях автомобилей семейства БелАЗ, автобусах ЛАЗ-695Ж и ЛиАЗ-677. на тракторах ДТ-175С и Т-330. Кроме того, гидротрансформаторы использовались в трансмиссиях некоторых типов экскаваторов с канатным приводом рабочих органов.

Состоит из насосного колеса, статора (реактора), турбинного колеса и механизма блокировки. Все детали собраны в общем корпусе, расположенном на маховике двигателя автомобиля. Гидротрансформатор наполнен маслом, которое активно перемешивается при его работе.

Насосное колесо жёстко связано с корпусом гидротрансформатора, при вращении вала двигателя оно создает внутри гидротрансформатора поток масла, который вращает колесо статора (реактора) и турбину.

Конструктивным отличием гидротрансформатора от гидромуфты является наличие реактора.

Статор (реактор) связан с насосным колесом через обгонную муфту. При значительной разнице оборотов насоса и турбины, статор (реактор) автоматически блокируется и передает на насосное колесо больший объём жидкости. Благодаря статору (реактору) происходит увеличение крутящего момента до трёх раз [1] при старте с места.

Турбина жёстко связана с валом АКПП.

Благодаря тому, что передача крутящего момента внутри гидротрансформатора происходит без жесткой кинематической связи, исключаются ударные нагрузки на трансмиссию и автомобиль приобретает большую плавность хода. Негативным эффектом гидротрансформатора является «проскальзывание» турбинного колеса по отношению к насосному — это приводит к повышеному выделению тепла (в некоторых режимах гидротрансформатор может выделять больше тепла, чем сам двигатель) и увеличению расхода топлива.

Моменты вращения на насосном и турбинном колёсах в подавляющем большинстве режимов не равны друг другу, в отличие от гидромуфты, у которой моменты вращения всегда можно считать равными.

Для повышения топливной экономичности, в конструкцию современных гидротрансформаторов вводится механизм блокировки, позволяющий жёстко связать насос и турбину. Блокировка включается автоматически при достижении достаточной скорости (как правило, более 70 км/ч). Благодаря механизму блокировки при движении по шоссе расход топлива автомобилей, оснащённых АКПП не превышает аналогичного для моделей с МКПП. На тракторах блокировка гидротрансформатора используется для запуска двигателя трактора «с толкача», либо когда трактор работает в стационарном режиме.

Модель гидротрансформатора в разрезе

Гидравлическая муфта (гидромуфта, турбомуфта) — вид гидродинамической передачи, в которой, в отличие от механической муфты, отсутствует жёсткая кинематическая связь между входным и выходным валом, и, в отличие от гидротрансформатора, отсутствует реактор.

Гидравлическая муфта

Колесо, соединённое с ведущим валом, называется насосным колесом, а колесо, соединённое с ведомым валом, называется турбинным колесом.

В отличие от гидротрансформатора, моменты на насосном и турбинном колёсах всегда практически одинаковы.

Фактически насосное колесо представляет собой лопастной насос, турбинное — лопастной гидравлический двигатель. Оба эти колеса находятся в одном герметичном корпусе и максимально сближены друг с другом (но не соприкасаются), и жидкость при вращении насосного колеса попадает непосредственно на турбинное колесо, сообщая последнему вращающий момент.

Коэффициентом трансформации гидромуфты называют отношение угловой скорости ведомого вала к угловой скорости ведущего вала:

Также можно утверждать, что коэффициент трансформации равен отношению частоты вращения ведомого вала к частоте вращения ведущего вала.

Учитывая равенство моментов на ведущем и ведомом валах, можно записать, что КПД гидромуфты равен коэффициенту трансформации:

Гидромуфты применяются в коробках передач автомобилей, некоторых тракторов, в авиации и других областях техники.

Перед механическими муфтами, гидромуфты имеют те преимущества, что ограничивают максимальный передаваемый момент, и таким образом, предохраняют приводной двигатель от перегрузок (что особенно важно при пуске двигателя), а также сглаживают пульсации момента.

Однако КПД гидравлической муфты ниже, чем КПД механической.

Гидромеханическая коробка передач

Основным узлом является гидротрансформатор, передающий крутящий момент двигателя к колесам. Причем не «жестко», как в случае с ручной коробкой, а посредством ведущего и ведомого турбинных колес, соприкасаемых только через специальную жидкость с высокой вязкостью. Гидротрансформатор выполняет функции как сцепления, так и датчика переключения передач.

А теперь отметим очевидные преимущества автоматической гидромеханической коробки передач по сравнению с обычной механической:

§ Г МП существенно облегчает управление автомобилем особенно, при поездках на дальние расстояния, что способствует также снижению утомляемости водителя и повышению безопасности движения:

§ ГМП улучшает комфортабельность движения: плавное трогание с места и плавный разгон вам гарантированы;

§ автомобиль с ГМП способен быстрее остановиться, чем имеющий обычное трехпедальное управление (при экстренном торможении водитель должен лишь нажать на педаль тормоза);

§ ГМП повышает проходимость автомобиля по песку, снегу и другим непрочным грунтам; гидротрансформатор обеспечивает устойчивую тягу на очень низких скоростях движения и исключает явление «среза» грунта при пробуксовке;

§ двигатель и агрегаты трансмиссии автомобиля с ГМП более долговечны, так как отсутствие рывков в моменты переключения передач понижают нагрузки на эти узлы;

§ в условиях городского движения автомобиль с ГМП может быть экономичнее машины с механической коробкой передач;

§ из-за сокращения количества переключений передач в ГМП и более стабильной работы двигателя токсичность автомобиля с гидромеханической коробкой меньше.

минусы

Основные неудобства ГМП - задемпфированная гидротрансформатором передача крутящего момента, что проявляется в некоторой «вялости» автомобиля при резких маневрах. Кроме того, автомобилю с ГМП присуща более низкая эффективность торможения двигателем, а иногда и неоптимальный алгоритм переключения передач.