Автоматическая коробка в автомобиле должна решать множество задач. Вот некоторые задачи, стоящие перед автоматом:
- если машина находится на передаче D, трансмиссия автоматически выберет передачу исходя из скорости машины и положения дроссельной заслонки
- при мягком ускорении переключение передач происходит на более низких скоростях, чем при полностью открытой заслонке
- если утопить педаль газа в пол, автомат переключится на пониженную передачу
- если переключить селектор передач на одну передачу ниже, автомат переключается при условии приемлемой для данной передачи скорости. Если машина едет слишком быстро, она подождет, пока скорость не снизится и перейдет на передачу вниз
Вся процедура управления АКПП осуществляется посредством гидравлической системы, а на современных коробках, совместно с электронным модулем АКПП.
На рисунке показана гидравлическая система, где можно видеть поршни, которые приводят в действие тормозные ленты. Это можно назвать гидравлическими мозгами автомата, управляющими всеми функциями.
Кроме этого, видны каналы, которые направляют масло к разным компонентам трансмиссии. Каналы получаются литьем металла и выполнены очень практично. В противном случае, потребовалось бы множество шлангов, чтобы заменить их.
Сначала мы обсудим ключевые компоненты гидравлической системы, а затем посмотрим, как они работают вместе.
Шестерёнчатый насос
Итак, АКПП имеет шестеренчатый насос. Он обычно расположен в крышке трансмиссии и забирает масло из поддона АКПП для питания гидравлической системы. Масло также подаётся в радиатор охлаждения трансмиссии и гидротрансформатор. Внутренняя шестерня насоса соединена с входным валом АКПП, то есть скорость ее вращения равна скорости вращения коленчатого вала двигателя. Внешняя шестерня приводится в движение внутренней, вращающиеся шестерени переносят масло в пространстве между зубьями от входа к выходу, где зубья входят в зацепление и масло выдавливается в систему.
Масло, всасываемое насосом из поддона, проходит через сетчатый фильтр и подается под регулируемым давлением к различным компонентам коробки передач. Это давление называют давлением в системе или магистральным давлением.
Насос работает следующим образом. Трансмиссионная жидкость забирается из масляного картера, проходит через фильтр, который удаляет инородные частицы и грязь и попадает во впускной порт насоса. Жидкость входит во впускной порт насоса, потому что атмосферное давление давит на поверхность трансмиссионной жидкости. На уровне моря давление воздуха около 1,01 бара. Фактически давление воздуха не может толкать жидкость вверх через сетчатый фильтр в насос. Сначала насос должен создать низкое давление или разряжение во впускном порту. Только затем атмосферное давление может заставить жидкость идти в насос за счёт разности давлений. В насосе шестерёнчатого типа разряжение создаётся за счёт работы зубьев шестерён. Зубья находятся в плотном зацеплении, но при вращении в районе впускного порта они начинают разделяться. Это разделение создаёт низкое давление между зубьями шестерён и появляется разность давлений подающая жидкость в насос. Попав в насос жидкость переносится в пространстве между зубьями шестерён, которые несут её к выпускному порту. Когда зубья шестерён приближаются к выпускному порту зазор между зубьями начинает сужаться.
Жидкость не может просачиваться назад к впускному порту, потому что её путь блокирует серповидный элемент. Зазор продолжает сужаться и так до тех пор, пока зубья шестерён не начинают входить в зацепление. В этот момент жидкость сжимается между зубьями, и сжатие происходит до тех пор, пока жидкость не достигнет выпускного порта.
Регулировка давления
Насосы шестерёнчатого типа - это насосы без проскальзывания. Это означает, что насос должен выпустить всю жидкость, которая входит в него. Не имеется никакого другого канала для выхода жидкости, кроме выпускного порта. Такой насос продолжает подавать жидкость, даже если давление на выпускной стороне насоса слишком высоко. Фактически, если выпускной порт закупорен, насос будет продолжать работать до тех пор, пока, в конечном счёте не остановится, вследствие создания чрезвычайно высокого давления. Чтобы предотвратить остановку насоса необходимо предусмотреть некоторый способ для изменения маршрута потока жидкости, если давление становится слишком высоким. Для этого ставится клапан регулировки давления, который открываясь или закрываясь поддерживает давление в системе на безопасном уровне. Работа клапана регулировки давления определяется калиброванной пружиной, которая определяет давление открытия этого клапана.
Клапан регулировки давления имеет три стадии работы:
- Заполнение магистралей
- Питание гидротрансформатора
- Слив в масляный картер АКПП
Заполнение магистралей
Сразу же после запуска двигателя магистрали заполняются трансмиссионной жидкостью. На этой стадии имеется небольшое сопротивление течению жидкости в системе, поэтому давление не растёт. Пружина расположенная ниже клапана регулировки удерживает его в верхнем или закрытом положении.
На рисунке обозначены:
- В систему
- Клапан регулировки давления
- Пружина
- Насос
- Сетчатый фильтр
- Масляный картер АКПП
Питание гидротрансформатора
Когда в системе начинает расти давление, то под его воздействием клапан регулировки давления преодолевает усилие пружины и перемещается вниз по рисунку. При этом открывается канал контура гидротрансформатора. А так как давление в гидротрансформаторе постоянное, то для предотвращения роста давления необходим, какой то дополнительный канал для слива трансмиссионной жидкости.
На рисунке обозначены:
- К гидротрансформатору
- К системе
- Клапан регулировки давления
- Насос
- Сетчатый фильтр
- Масляный картер АКПП
Слив в масляный картер АКПП
Давление продолжает расти и давит на клапан регулировки давления, что заставляет его перемещается ниже, преодолевая давление пружины. Открывается другой канал, который соединяется с масляным картером, располагаемым в нижней части АКПП. Весь избыток масла возвращается в масляный картер, откуда оно снова попадает на впускной порт насоса. На этом этапе устанавливается нормальное рабочее давление или магистральное давление в системе при работающем двигателе.
На рисунке обозначены:
- Клапан регулировки давления
- Насос
- Сетчатый фильтр
- Масляный картер АКПП
В дальнейшем клапан регулировки давления работает подобно балансировочному клапану, поддерживая заданное, постоянное давление.
На этой стадии давление в главной системе управления регулируется за счёт уравновешивания силы давления и силы пружины клапана. Пружина управляет давлением, а клапан регулируется автоматически так, чтобы сила пружины действующая в направлении вверх, равнялась гидравлическому давлению действующему вниз.
Если давление падает, то пружина перемещает клапан вверх и он отсекает часть потока к масляному картеру и при необходимости к гадротрансформатору, чтобы сохранить отрегулированное давление. При увеличении давления всё происходит наоборот.
Давление в магистрали также может управляться электромагнитным клапаном посредством электроники.
Управление потоком трансмиссионной жидкости
В АКПП трансмиссионная жидкость проходит через различные каналы и подаётся к различным цилиндрам. Некоторые из них располагаются в картере коробки передач и в корпусе насоса, но больше всего каналов находится в главном устройстве управления потоком, называемым главным блоком клапанов управления или просто блоком клапанов. Поток жидкости через эти каналы управляется или одиночным клапаном или рядом клапанов работающих совместно.
За исключением двух клапанов, все клапаны управления в блоке клапанов работают автоматически, направляя трансмиссионную жидкость для выполнения определённых функций. Например, преключение передачи с первой на вторую, называемое переключением 1-2, это и есть отдельная функция. Когда происходит такое переключение передач, жидкость идёт через специальные каналы, каналы цилиндров и клапана. Это прохождение жидкости называется масляным контуром.
АКПП имеет отдельный масляный контур для каждой гидравлической функции. Фактически, клапан регулировки давления, описанный выше - это масляный контур, который управляет давлением насоса. Масляные контура показываются на гидравлической схеме АКПП, где изобажены пути прохождения трансмиссионной жидкости и клапана для реализации требуемой функции.
Чтобы продемонстрировать основные принципы управления потоком, мы исследуем гипотетический канал клапана. Этот канал связывается с потоком жидкости через клапан регулировки давления. Данный канал имеет клапан соединённый со штоком, которым обеспечивается его перемещение. По бокам клапана имеются два порта. Впускной порт для жидкости от регулятора давления и выпускной порт, соединённый с каналом идущим к цилиндру. Клапан посредством своей боковой поверхности, либо перекрывает эти два порта, либо соединяет их и тем самым обеспечивает, либо поступление жидкости к поршню в цилиндре, либо нет.
Контур регулировки потока - клапан закрыт
При работающем двигателе жидкость течёт из контура регулятора давления к каналу клапана и останавливается. Она не может проходить через канал, потому что клапан блокирует входной порт.
На рисунке обозначены:
- Клапан регулировки давления
- Канал клапана
- Клапан закрыт
- Поршень в верхней точке хода
- Цилиндр
- Выходной порт
- Шток
- Насос
Контур регулировки потока - клапан открыт
Если клапан открывается вручную, то жидкость идёт во впускной порт через канал и выходит из выпускного порта и далее по каналу попадает в цилиндр. Когда жидкость достигнет цилиндра, она давит на поверхность поршня, заставляя его перемещаться вдоль цилиндра. Таким образом, сила переданная насосом гидравлической жидкости, передаётся поршню.
На рисунке обозначены:
- Клапан регулировки давления
- Клапан открыт
- Жидкость под давлением в цилиндре
- Поршень
- Насос
Контур регулировки потока - жидкость отжимается назад пружиной
Данный масляный контур работоспособен, но он имеет один существенный недостаток - это отсутствие автоматического возврата в исходное положение. Когда давление сбрасывается, поршень автоматически не возвращается к своей верхней точке, т.е. к состоянию готовности для следующего хода поршня. Чтобы сделать переустановку поршня автоматической, с обратной стороны поршня устанавливается пружина. При закрытом клапане и остановленном потоке жидкости пружина должна отжимать поршень назад.
На рисунке обозначены:
- Клапан регулировки давления
- Клапан закрыт
- Выпускной порт
- Насос
Однако пружина не может перемещать поршень до тех пор, пока в контуре цилиндра находится жидкость под давлением. Пружина не может перемещать поршень, пока жидкость не будет иметь возможности сливаться из цилиндра.
Чтобы обеспечить слив жидкости, находящейся под давлением, контур должен быть доработан. Добавление выпускного канала, направленного к масляному картеру и смещение канала к цилиндру, позволяет уплотнять впускной порт и одновременно обеспечивать слив жидкости из цилиндра.
Теперь клапан в нижнем положении соединяет впускной порт с выпускным и перекрывает сливной канал, что предотвращает любую потерю давления. А в верхнем положении перекрывается впускной порт и соединяются выпускной порт с каналом слива, что обеспечивает выдавливание жидкости из цилиндра, под действием силы пружины на поршень, и её слив в масляный картер.
Золотниковый клапан
Золотниковый клапан имеет два или несколько поршней, объединённых общим штоком. В пространстве между поршнями возможно свободное протекание жидкости и этим обеспечивается соединение находящихся в их районе каналов, а боковые поверхности поршней перекрывают те каналы в районе которых они находятся.
На рисунке обозначены:
- Клапан регулировки давления
- Золотниковый клапан
- Уплотнительная поверхность
- К цилиндру
- К масляному картеру АКПП
- Насос
В показанном на рисунке положении золотникового клапана перекрыт сливной канал, а впускной и выпускной порты соединены посредством пространства между поршнями золотникового клапана.
На рисунке слева, золотниковый клапан закрывает впускной порт насоса и соединяет выпускной порт насоса с каналом слива. Это позволяет выходить жидкости, находящейся в цилиндре под давлением, в масляный картер АКПП.
На рисунке обозначены:
- Клапан регулировки давления
- Золотниковый клапан
- От цилиндра
- К масляному картеру АКПП
- Насос
Давление создаваемое насосом используется для перемещения следующих компонентов в гидравлической системе АКПП:
- Клапанов, преодолевая усилие пружины
- Перемещения клапанов
- Поршней в цилиндре
Все эти действия происходят в АКПП в целях управления потоком жидкости и сохранения давления в магистрали.
Главный блок клапанов управления
Главный блок клапанов управления или блок клапанов - это главный элемент управления потоком трансмиссионной жидкости в АКПП. Он имеет сложную систему каналов, называемых лабиринтными дорожками, а также несколько каналов, в которых располагаются золотниковые клапана. Каждый канал или клапан образуют масляный контур для выполнения какой-либо функции.
На рисунке обозначены:
- Блок клапанов
- Клапан регулировки давления
- Тарелка пружины
- Пружина
- Пружина
- Зажим
- Клапан увеличения давления в магистрали
- Заглушка
- Лабиринтные дорожки
Схемы гидравлических контуров
Используя гидравлические схемы можно проследить масляный контур и точно определить, какие клапана и каналы используются для выполнения какой-либо функции коробки передач.
Рассмотрим схему потока клапана с ручным управлением.
Этот клапан соединён через механические тяги и рычаги с рычагом выбора передач, расположенным в салоне автомобиля. Клапан с ручным управлением (золотниковый) перемещается в канале в зависимости от положения рычага выбора передач, например - "P", "R" или "D".
На рисунке обозначены:
- Клапан регулировки давления
- Клапан с ручным управлением
- Поршни золотникового клапана
- Проточка золотникового клапана
На различных передачах золотниковый клапан имеет
различные положения и изменяет направление потока жидкости к различным клапанам, муфтам и сервоблокам.
Когда водитель перемещает рычаг выбора передач в одно из положений движения, то активируется другой важный масляный контур, который называется контуром центробежного регулятора. Давление центробежного регулятора - это давление масла, которое зависит от скорости автомобиля.
Контур центробежного регулятора используется для синхронизации переключения передач в АКПП. Клапан центробежного регулятора получает магистральное давление идущее от клапана с ручным управлением и преобразует его в сигнал давления. Этот сигнал сообщает клапанам управления переключением передач, насколько быстро перемещается автомобиль. Клапаны управления переключением передач направляют поток жидкости, который переключает передачи, например с первой на вторую передачу или с третьей на вторую передачу.
На рисунке обозначены:
- Первичный груз
- Выпуск к масляному картеру АКПП
- Выход давления регулятора
- Вход давления от магистрали
- Внутренний золотниковый поршень
- Втулка
- Клапан регулятора
- Внешний золотниковый поршень
- Пружина клапана
- Вторичный груз
В большинстве случаев клапан центробежного регулятора устанавливается на вторичном вале, где он вращается вместе с валом. В переднеприводных автомобилях центробежный регулятор обычно приводится во вращение шестернями в главной передаче.
Клапан центробежного регулятора имеет три канала - один канал служит для подачи давления от магистрали, другой для выходного давления регулятора и третий для выпуска к масляному картеру АКПП.
Когда автомобиль останавливается, прохождение трансмиссионной жидкости к регулятору, блокируется. Когда автомобиль начинает двигаться, регулятор вращается и центробежная сила заставляет грузики перемещаться в направлении наружу. В зависимости от скорости вращения движение грузиков передаётся на клапан и обеспечивает его пропорциональное перемещение.
Более тяжёлый первичный груз работает на малых скоростях автомобиля. При этом давление на выходе регулятора быстро увеличивается до тех пор, пока первичный груз не упрётся в ограничитель. При высокой скорости автомобиля перемещается только вторичный груз. Величина перемещения золотника при этом меньше, поэтому давление регулятора возрастает медленнее. Использование двух грузов даёт возможность регулировать давление центробежным регулятором, почти в прямой зависимости от скорости автомобиля, будь она низкой или высокой.
На графике слева показана зависимость давления, создаваемого центробежным регулятором, от скорости автомобиля.
Имеется другой тип центробежного регулятора. Расположенный на ведомом валу, регулятор вращается с частотой этого вала. Функционируя, как комбинация центробежного и подпружиненного клапанов, регулятор преобразует магистральное давление в давление, меняющееся с изменением частоты вращения вала, т.е. скорости автомобиля.
На этом рисунке регулятор показан в положении, когда ведомый вал и автомобиль неподвижны. Выход магистрального давления закрыт, и центробежное давление равно нулю.
Для функционирования системы управления это давление должно непрерывно возрастать пропорционально скорости автомобиля. Поэтому регулятор сконструирован так, что может работать в двух режимах.
Первый режим определяет работу центробежного регулятора при движении автомобиля на малой скорости. В этом режиме автомобиль движется медленно и также медленно вращается ведомый вал с регулятором. При вращении регулятора его груз (1) и клапан (2) под действием центробежной силы сдвигаются от оси вращения, открывая клапан. Магистральное давление преобразуется в центробежное давление, поскольку масло течет по каналу (3). Клапан поддерживается в равновесии центробежным давлением.
При возрастании скорости автомобиля груз регулятора продолжает смещаться, пока не упирается в корпус (4). Начиная с этого момента центробежное давление регулируется центробежной силой, действующей на регулирующий клапан (2) и пружиной (5) за клапаном. Это начинается работа центробежного регулятора во втором режиме.
При этом центробежное давление будет обладать меньшей чувствительностью к изменению частоты вращения ведомого вала.
В АКПП с электронным управлением регулятор заменяется электромагнитным клапаном, управляемым модулем управления.
Ещё один важный контур - это контур дроссельной заслонки.
Чтобы правильно назначить момент переключения передач АКПП должна знать не только значение скорости автомобиля. Она должна знать и нагрузку на двигатель. Нагрузка на двигатель показывает, какая мощность требуется от двигателя для конкретных условий движения автомобиля. Например, автомобиль, поднимающийся на крутой холм при скорости
40 км/час, создаёт более серьёзную нагрузку для двигателя, чем тот же самый автомобиль, спускающийся с холма со скоростью 40 км/час. Кроме того, работающая система кондиционирования при полной эффективности, также может создавать большую нагрузку для двигателя.
Сигнал давления от центробежного регулятора можно использовать в качестве сигнального для всех переключений передач, но переключения передач всегда будут происходить при одной и той же скорости движения, и не будут изменяться в соответствии с нагрузкой на двигатель. Например, при быстром ускорении двигатель находится под большей нагрузкой и АКПП должна оставаться на первой передаче дольше, чтобы использовать преимущество дополнительной мощности за счёт более низкого передаточного числа. Если бы контур центробежного регулятора в одиночку управлял переключениями передач, АКПП переключилась бы на вторую передачу при заданной скорости движения, и ускорение бы резко снизилось. При совместной работе контуров дроссельной заслонки и центробежного регулятора АКПП производит переключение передач в соответствии с частотой вращения выходного вала и нагрузки на двигатель.
В АКПП контур дроссельной заслонки определяет нагрузку на двигатель, преобразовывает это значение в сигнал давления и направляет его к клапанам управления переключением передач. Для этого используется давление после дроссельной заслонки, которое служит для изменения магистрального давления. В режиме холостого хода давление за дроссельной заслонкой минимально (имеется разряжение) и соответственно, устанавливается минимальное магистральное давление для уменьшения ударов при переключении передач. При полностью открытой дроссельной заслонке, давление за ней максимально (нет разряжения) и имеется максимальное магистральное давление для сильного сжатия муфт и исключения их проскальзывания.
В большинстве АКПП используются два типа контуров дроссельной заслонки. Контур первого типа получает информацию о нагрузке на двигатель через вакуумный модулятор. Вакуум - это давление ниже атмосферного или давление разряжения, создаваемое работающим двигателем во впускном патрубке при движении поршней вниз на такте впуска. Вакуум уменьшается при приложении нагрузки к двигателю. Контур дроссельной заслонки второго типа определяет нагрузку двигателя посредством рычажной системы, подсоединённой к педали акселератора.
В АКПП с электронным управлением электромагнитные клапана регулируют магистральное давление по командам мадуля управления, который получает информацию о положении дроссельной заслонки, разряжении во впускном патрубке и массе поступающего воздуха в двигатель, от соответствующих датчиков.
Вакуумный модулятор
Если для определения нагрузки двигателя используется вакуум, то вакуумный модулятор устанавливается на блоке клапанов.
На рисунке обозначены:
- Корпус блока клапанов
- К вакууму, создаваемому двигателем
- Вакуумный модулятор
- Шток
Вакуумный модулятор содержит две камеры, разделённые подпружиненной диафрагмой. Шланг соединяет одну сторону диафрагмы с впускным коллектором двигателя. Другая сторона диафрагмы соединяется со штоком, который проходит в корпус блока клапанов. Когда изменяется нагрузка двигателя, изменяется и вакуум во впускном коллекторе, а диафрагма при этих изменениях перемещается в ту или иную сторону. Перемещение диафрагмы передаётся штоку, который перемещает клапан в контуре дроссельной заслонки. Этот клапан постоянно изменяет давление в контуре дроссельной заслонки, которое направляется, как рабочее давление, к клапанам управления переключением передач.
На рисунке обозначены:
- Рабочее давление
- Диафрагма
- Вакуум или разряжение
- К впускному коллектору
- Атмосферное давление
- Магистральное давление
- Слив
Механический контур дроссельной заслонки
В контуре дроссельной заслонки, управляемым механическими рычагами, кулачок дроссельной заслонки передаёт движение педали акселератора к контуру дроссельной заслонки. При нажатии на педаль акселератора кулачок поворачивается и через плунжер клапана контура дроссельной заслонки передает движение пружине. Пружина толкает золотник канала дроссельной заслонки вправо и он открывает канал магистрального давления. При этом появляется давление в выходном канале и появляется давление на правой стороне золотника, которое поступает туда через дроссель.
Увеличивающееся давление на правой стороне золотника преодолевая усилие пружины, заставляет пружину сжиматься и перемещает золотник назад влево. При этом перемещении золотник закрывает порт магистрального давления и давление в выходним канале падает. Как только давление в выходном канале упадёт до определённой величины, пружина снова толкает золотник вправо, открывая порт магистрального давления и увеличивая давление в выпускном канале. Повторяя этот цикл, дроссельный клапан постоянно регулирует выходное давление перемещением золотника влево - вправо под воздействием давления масла и пружины.
На рисунке обозначены:
- Кулачок дроссельной заслонки
- Пружина
- Золотник
- Давление в магистрали
- Выходное давление
Сила пружины зависит от степени нажатия педали газа, то есть в нашем случае от угла поворота кулачка. Когда кулачок поворачивается на больший угол, пружина сжимается плунжером клапана сильнее, поэтому и сила её возрастает, соответственно потребуется большее давление в канале правой стороны золотника, чтобы преодолеть силу пружины и переместить золотник клапана влево. В результате, пружина создаёт баланс между педалью газа и давлением на выходе дроссельного клапана. Когда педаль акселератора отпускается, кулачок поворачивается в противоположном направлении, отпуская пружину. Золотник перемещается влево, закрывая порт магистрального давления, что уменьшает выходное давление.
Клапан переключения передач
В зависимости от условий вождения автомобиля АКПП выполняет те же самые операции, что и водитель при вождении автомобиля с обычной коробкой передач, то есть включает повышенную передачу при разгоне автомобиля, включает пониженную передачу при торможении автомобиля, преодолении им крутых подъёмов или при перевозке автомобилем больших грузов. В гидравлической системе АКПП механизмом, который непосредственно осуществляет переключение передач, является клапан переключения передач. В 3 - скоростной АКПП таких клапанов 2: переключения с 1 - ой на 2 - ю и переключения со 2 - ой на 3 - ю передачу. В 4 - скоростной АКП к упомянутым двум клапанам добавляется третий: переключения с 3 - й на 4 - ю передачу. Рассмотрим принцип действия клапана переключения передач.
Предположим, что дроссельная заслонка двигателя открыта на определённый угол и автомобиль движется на низкой передаче. При этой передаче суммарная составляющая силы пружины, силы от давления дроссельного клапана и силы от магистрального давления, которая прикладывается к золотнику клапана переключения передач с левой стороны, вынуждает его перемещаться вправо. При увеличении скорости автомобиля пропорционально увеличивается давление, создаваемое центробежным регулятором, которое, преодолевая суммарное воздействие указанных выше сил, вынуждает золотник перемещаться влево. При определённой величине давления от центробежного регулятора, золотник переместится влево настолько, что откроется канал, через который магистральное давление масла поступит к исполнительным механизмам (тормозам и фрикционам), включающим следующую повышенную передачу. Как только скорость автомобиля уменьшится, давление создаваемое центробежным регулятором, также уменьшится и золотник клапана под действием суммарной составляющей сил, снова переместится вправо, перекрывая канал для подачи масла на включение передачи. Повышенная передача выключится.
При торможении автомобиль переходит на пониженную передачу на скорости, которая примерно на 5 км/ч меньше скорости перехода от данной пониженной передачи на следующую повышенную. Это улучшает управляемость автомобилем и снижает расход топлива.
Клапан подстройки магистрального давления
Крутящий момент, передаваемый фрикционами трансмиссии при разгоне автомобиля, отличается от момента, передаваемого при движении с постоянной скоростью. Давление масла, необходимое для включения фрикционов при постоянной скорости автомобиля, меньше давления, необходимого для включения фрикционов при разгоне автомобиля.
Для создания необходимого давления в гидравлической системе используется клапан подстройки магистрального давления, который подстраивает магистральное давление до нужной величины. Когда давление, создаваемое центробежным регулятором и воздействующее на правую сторону золотника клапана подстройки давления, невелико, давление, создаваемое дроссельным клапаном плюс сила пружины, вынуждает золотник клапана подстройки перемещаться вправо. В результате, проход масла из канала с давлением от дроссельного клапана в канал регулировки перекрыт. С увеличением скорости автомобиля, увеличивается и давление от центробежного регулятора. Это давление преодолевает давление от дроссельного клапана и силу пружины и перемещает золотник клапана подстройки давления влево. Давление от дроссельного клапана поступает в канал регулировки и воздействуя на нижнюю часть клапана регулировки давления масла, уменьшает магистральное давление масла.
Как только скорость автомобиля и давление от центробежного регулятора уменьшаются, сила пружины и давление от дроссельного клапана преодолевают центробежное давление и золотник клапана подстройки давления масла снова перемещается вправо. Масло, создающее давление в канале регулировки дроссельного клапана, идёт на слив через секцию пружины. Итак, золотник клапана подстройки магистрального давления перемещается только тогда, когда давление центробежного регулятора больше давления дроссельного клапана.
Аккумулятор
Гидравлическим аккумулятором называется гидроемкость, предназначенная для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего использования этой энергии в гидроприводе.
Гидроаккумуляторы поддерживают на заданном уровне давление, компенсируют утечки, сглаживают пульсацию давления, создаваемую насосами, выполняют функцию демпфера, предохраняют систему от забросов давления.
В АКПП используются пружинно - поршневые гидравлические аккумуляторы.
Гидравлическим аккумулятором называется гидроемкость, предназначенная для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего использования этой энергии в гидроприводе.
Гидроаккумуляторы поддерживают на заданном уровне давление, компенсируют утечки, сглаживают пульсацию давления, создаваемую насосами, выполняют функцию демпфера, предохраняют систему от забросов давления.
В АКПП используются пружинно - поршневые гидравлические аккумуляторы.
Контур дискового сцепления или фрикциона
Входной крутящий момент передаётся с барабана на ведущие диски. Ведомые диски поддерживаются ступицей, которая передаёт выходной крутящий момент. Поршень приводится в действие давлением масла, поступающего от клапана с ручным управлением. Двигаясь под давлением масла вправо (по рисунку), поршень посредством конического диска плотно прижимает ведущие диски пакета к ведомым. Заставляя их вращаться как единое целое и осуществляя передачу крутящего момента от барабана к ступице. Как только давление масла падает, поршень под действием возвратной пружины перемещается влево, масло вытесняется через клапан с ручным управлением в картер АКПП, ведущие и ведомые диски разжимаются, крутящий момент через пакет больше не передаётся. Даже когда сцепление выключено, в барабане, который вращается с большой скоростью, масло, оставшееся между барабаном и ступицей, отбрасывается под действием центробежной силы к внутренней стенке барабана. Вследствие этого возникает остаточное давление масла, которое прикладывается к поршню, вынуждая его к перемещению и подвключению фрикционных дисков. Это приводит к преждевременному износу дисков и прочим неприятностям.
Для устранения подобного явления используется следующий метод.
Масло из полости между поршнем и барабаном вытекает наружу через маленькое отверстие или жиклёр. Воздух в эту полость поступает через секцию с шариковым клапаном, которая расположена ближе к оси вращения барабана. При таком способе при включении фрикциона всегда будет небольшая утечка масла. Но, поскольку масляный насос поддерживает постоянное давление масла в гидравлической системе, такая утечка не является проблемой.
Контур ленточного тормоза
Как мы помним, тормозная лента служит для временной блокировки элементов планетарного ряда на корпус АКПП.
Один конец тормозной ленты крепится неподвижно на корпусе АКПП посредством анкерной стяжки, другой - к штоку поршня сервопривода. Когда масло подаётся в полость включения сервопривода через канал активации, поршень сервопривода, передвигаясь под давлением масла (по рисунку влево), зажимает тормозную ленту, осуществляя тем самым блокировку элемента планетарного ряда. При подаче масла в полость отключения сервопривода, через канал отпускания, давление масла в обеих полостях выравнивается, поршень сервопривода под действием возвратной пружины возвращается в исходное положение (вправо), тормозная лента высвобождается.
На рисунке обозначены:
- Шток поршня
- Возвратная пружина
- Канал отпускания
- Канал усиления
- Канал активации
- Крышка
- Поршень
- Корпус сервоблока
- Тормозная лента
- Анкерная стяжка
Когда сервоблок должен обеспечить очень плотное обжатие ленточного тормоза, гидравлическая система открывает дополнительный канал на стороне активизации поршня.
Эта дополнительная сила или давление усиления, удерживает барабан при более высоком крутящем моменте, присутствующем на более низких передачах.
Чтобы быстро отпустить ленточный тормоз, гидравлическое давление и пружина работают вместе. Клапан переключения передач в блоке клапанов перемещается, чтобы открыть порт отпускания. Через этот порт давление жидкости толкает поршень в сторону отпускания, помогая пружине.
Автоматическая коробка в автомобиле должна решать множество задач. Вот некоторые задачи, стоящие перед автоматом:
Вся процедура управления АКПП осуществляется посредством гидравлической системы, а на современных коробках, совместно с электронным модулем АКПП.
На рисунке показана гидравлическая система, где можно видеть поршни, которые приводят в действие тормозные ленты. Это можно назвать гидравлическими мозгами автомата, управляющими всеми функциями.
Кроме этого, видны каналы, которые направляют масло к разным компонентам трансмиссии. Каналы получаются литьем металла и выполнены очень практично. В противном случае, потребовалось бы множество шлангов, чтобы заменить их.
Сначала мы обсудим ключевые компоненты гидравлической системы, а затем посмотрим, как они работают вместе.
Шестерёнчатый насос
Итак, АКПП имеет шестеренчатый насос. Он обычно расположен в крышке трансмиссии и забирает масло из поддона АКПП для питания гидравлической системы. Масло также подаётся в радиатор охлаждения трансмиссии и гидротрансформатор. Внутренняя шестерня насоса соединена с входным валом АКПП, то есть скорость ее вращения равна скорости вращения коленчатого вала двигателя. Внешняя шестерня приводится в движение внутренней, вращающиеся шестерени переносят масло в пространстве между зубьями от входа к выходу, где зубья входят в зацепление и масло выдавливается в систему.
Масло, всасываемое насосом из поддона, проходит через сетчатый фильтр и подается под регулируемым давлением к различным компонентам коробки передач. Это давление называют давлением в системе или магистральным давлением.
Насос работает следующим образом. Трансмиссионная жидкость забирается из масляного картера, проходит через фильтр, который удаляет инородные частицы и грязь и попадает во впускной порт насоса. Жидкость входит во впускной порт насоса, потому что атмосферное давление давит на поверхность трансмиссионной жидкости. На уровне моря давление воздуха около 1,01 бара. Фактически давление воздуха не может толкать жидкость вверх через сетчатый фильтр в насос. Сначала насос должен создать низкое давление или разряжение во впускном порту. Только затем атмосферное давление может заставить жидкость идти в насос за счёт разности давлений. В насосе шестерёнчатого типа разряжение создаётся за счёт работы зубьев шестерён. Зубья находятся в плотном зацеплении, но при вращении в районе впускного порта они начинают разделяться. Это разделение создаёт низкое давление между зубьями шестерён и появляется разность давлений подающая жидкость в насос. Попав в насос жидкость переносится в пространстве между зубьями шестерён, которые несут её к выпускному порту. Когда зубья шестерён приближаются к выпускному порту зазор между зубьями начинает сужаться.
Жидкость не может просачиваться назад к впускному порту, потому что её путь блокирует серповидный элемент. Зазор продолжает сужаться и так до тех пор, пока зубья шестерён не начинают входить в зацепление. В этот момент жидкость сжимается между зубьями, и сжатие происходит до тех пор, пока жидкость не достигнет выпускного порта.
Регулировка давления
Насосы шестерёнчатого типа - это насосы без проскальзывания. Это означает, что насос должен выпустить всю жидкость, которая входит в него. Не имеется никакого другого канала для выхода жидкости, кроме выпускного порта. Такой насос продолжает подавать жидкость, даже если давление на выпускной стороне насоса слишком высоко. Фактически, если выпускной порт закупорен, насос будет продолжать работать до тех пор, пока, в конечном счёте не остановится, вследствие создания чрезвычайно высокого давления. Чтобы предотвратить остановку насоса необходимо предусмотреть некоторый способ для изменения маршрута потока жидкости, если давление становится слишком высоким. Для этого ставится клапан регулировки давления, который открываясь или закрываясь поддерживает давление в системе на безопасном уровне. Работа клапана регулировки давления определяется калиброванной пружиной, которая определяет давление открытия этого клапана.
Клапан регулировки давления имеет три стадии работы:
Заполнение магистралей
Сразу же после запуска двигателя магистрали заполняются трансмиссионной жидкостью. На этой стадии имеется небольшое сопротивление течению жидкости в системе, поэтому давление не растёт. Пружина расположенная ниже клапана регулировки удерживает его в верхнем или закрытом положении.
На рисунке обозначены:
Питание гидротрансформатора
Когда в системе начинает расти давление, то под его воздействием клапан регулировки давления преодолевает усилие пружины и перемещается вниз по рисунку. При этом открывается канал контура гидротрансформатора. А так как давление в гидротрансформаторе постоянное, то для предотвращения роста давления необходим, какой то дополнительный канал для слива трансмиссионной жидкости.
На рисунке обозначены:
Слив в масляный картер АКПП
Давление продолжает расти и давит на клапан регулировки давления, что заставляет его перемещается ниже, преодолевая давление пружины. Открывается другой канал, который соединяется с масляным картером, располагаемым в нижней части АКПП. Весь избыток масла возвращается в масляный картер, откуда оно снова попадает на впускной порт насоса. На этом этапе устанавливается нормальное рабочее давление или магистральное давление в системе при работающем двигателе.
На рисунке обозначены:
В дальнейшем клапан регулировки давления работает подобно балансировочному клапану, поддерживая заданное, постоянное давление.
На этой стадии давление в главной системе управления регулируется за счёт уравновешивания силы давления и силы пружины клапана. Пружина управляет давлением, а клапан регулируется автоматически так, чтобы сила пружины действующая в направлении вверх, равнялась гидравлическому давлению действующему вниз.
Если давление падает, то пружина перемещает клапан вверх и он отсекает часть потока к масляному картеру и при необходимости к гадротрансформатору, чтобы сохранить отрегулированное давление. При увеличении давления всё происходит наоборот.
Давление в магистрали также может управляться электромагнитным клапаном посредством электроники.
Управление потоком трансмиссионной жидкости
В АКПП трансмиссионная жидкость проходит через различные каналы и подаётся к различным цилиндрам. Некоторые из них располагаются в картере коробки передач и в корпусе насоса, но больше всего каналов находится в главном устройстве управления потоком, называемым главным блоком клапанов управления или просто блоком клапанов. Поток жидкости через эти каналы управляется или одиночным клапаном или рядом клапанов работающих совместно.
За исключением двух клапанов, все клапаны управления в блоке клапанов работают автоматически, направляя трансмиссионную жидкость для выполнения определённых функций. Например, преключение передачи с первой на вторую, называемое переключением 1-2, это и есть отдельная функция. Когда происходит такое переключение передач, жидкость идёт через специальные каналы, каналы цилиндров и клапана. Это прохождение жидкости называется масляным контуром.
АКПП имеет отдельный масляный контур для каждой гидравлической функции. Фактически, клапан регулировки давления, описанный выше - это масляный контур, который управляет давлением насоса. Масляные контура показываются на гидравлической схеме АКПП, где изобажены пути прохождения трансмиссионной жидкости и клапана для реализации требуемой функции.
Чтобы продемонстрировать основные принципы управления потоком, мы исследуем гипотетический канал клапана. Этот канал связывается с потоком жидкости через клапан регулировки давления. Данный канал имеет клапан соединённый со штоком, которым обеспечивается его перемещение. По бокам клапана имеются два порта. Впускной порт для жидкости от регулятора давления и выпускной порт, соединённый с каналом идущим к цилиндру. Клапан посредством своей боковой поверхности, либо перекрывает эти два порта, либо соединяет их и тем самым обеспечивает, либо поступление жидкости к поршню в цилиндре, либо нет.
Контур регулировки потока - клапан закрыт
При работающем двигателе жидкость течёт из контура регулятора давления к каналу клапана и останавливается. Она не может проходить через канал, потому что клапан блокирует входной порт.
На рисунке обозначены:
Контур регулировки потока - клапан открыт
Если клапан открывается вручную, то жидкость идёт во впускной порт через канал и выходит из выпускного порта и далее по каналу попадает в цилиндр. Когда жидкость достигнет цилиндра, она давит на поверхность поршня, заставляя его перемещаться вдоль цилиндра. Таким образом, сила переданная насосом гидравлической жидкости, передаётся поршню.
На рисунке обозначены:
Контур регулировки потока - жидкость отжимается назад пружиной
Данный масляный контур работоспособен, но он имеет один существенный недостаток - это отсутствие автоматического возврата в исходное положение. Когда давление сбрасывается, поршень автоматически не возвращается к своей верхней точке, т.е. к состоянию готовности для следующего хода поршня. Чтобы сделать переустановку поршня автоматической, с обратной стороны поршня устанавливается пружина. При закрытом клапане и остановленном потоке жидкости пружина должна отжимать поршень назад.
На рисунке обозначены:
Однако пружина не может перемещать поршень до тех пор, пока в контуре цилиндра находится жидкость под давлением. Пружина не может перемещать поршень, пока жидкость не будет иметь возможности сливаться из цилиндра.
Чтобы обеспечить слив жидкости, находящейся под давлением, контур должен быть доработан. Добавление выпускного канала, направленного к масляному картеру и смещение канала к цилиндру, позволяет уплотнять впускной порт и одновременно обеспечивать слив жидкости из цилиндра.
Теперь клапан в нижнем положении соединяет впускной порт с выпускным и перекрывает сливной канал, что предотвращает любую потерю давления. А в верхнем положении перекрывается впускной порт и соединяются выпускной порт с каналом слива, что обеспечивает выдавливание жидкости из цилиндра, под действием силы пружины на поршень, и её слив в масляный картер.
Золотниковый клапан
Золотниковый клапан имеет два или несколько поршней, объединённых общим штоком. В пространстве между поршнями возможно свободное протекание жидкости и этим обеспечивается соединение находящихся в их районе каналов, а боковые поверхности поршней перекрывают те каналы в районе которых они находятся.
На рисунке обозначены:
В показанном на рисунке положении золотникового клапана перекрыт сливной канал, а впускной и выпускной порты соединены посредством пространства между поршнями золотникового клапана.
На рисунке слева, золотниковый клапан закрывает впускной порт насоса и соединяет выпускной порт насоса с каналом слива. Это позволяет выходить жидкости, находящейся в цилиндре под давлением, в масляный картер АКПП.
На рисунке обозначены:
Давление создаваемое насосом используется для перемещения следующих компонентов в гидравлической системе АКПП:
Все эти действия происходят в АКПП в целях управления потоком жидкости и сохранения давления в магистрали.
Главный блок клапанов управления
Главный блок клапанов управления или блок клапанов - это главный элемент управления потоком трансмиссионной жидкости в АКПП. Он имеет сложную систему каналов, называемых лабиринтными дорожками, а также несколько каналов, в которых располагаются золотниковые клапана. Каждый канал или клапан образуют масляный контур для выполнения какой-либо функции.
На рисунке обозначены:
Схемы гидравлических контуров
Используя гидравлические схемы можно проследить масляный контур и точно определить, какие клапана и каналы используются для выполнения какой-либо функции коробки передач.
Рассмотрим схему потока клапана с ручным управлением.
Этот клапан соединён через механические тяги и рычаги с рычагом выбора передач, расположенным в салоне автомобиля. Клапан с ручным управлением (золотниковый) перемещается в канале в зависимости от положения рычага выбора передач, например - "P", "R" или "D".
На рисунке обозначены:
На различных передачах золотниковый клапан имеет
различные положения и изменяет направление потока жидкости к различным клапанам, муфтам и сервоблокам.
Когда водитель перемещает рычаг выбора передач в одно из положений движения, то активируется другой важный масляный контур, который называется контуром центробежного регулятора. Давление центробежного регулятора - это давление масла, которое зависит от скорости автомобиля.
Контур центробежного регулятора используется для синхронизации переключения передач в АКПП. Клапан центробежного регулятора получает магистральное давление идущее от клапана с ручным управлением и преобразует его в сигнал давления. Этот сигнал сообщает клапанам управления переключением передач, насколько быстро перемещается автомобиль. Клапаны управления переключением передач направляют поток жидкости, который переключает передачи, например с первой на вторую передачу или с третьей на вторую передачу.
На рисунке обозначены:
В большинстве случаев клапан центробежного регулятора устанавливается на вторичном вале, где он вращается вместе с валом. В переднеприводных автомобилях центробежный регулятор обычно приводится во вращение шестернями в главной передаче.
Клапан центробежного регулятора имеет три канала - один канал служит для подачи давления от магистрали, другой для выходного давления регулятора и третий для выпуска к масляному картеру АКПП.
Когда автомобиль останавливается, прохождение трансмиссионной жидкости к регулятору, блокируется. Когда автомобиль начинает двигаться, регулятор вращается и центробежная сила заставляет грузики перемещаться в направлении наружу. В зависимости от скорости вращения движение грузиков передаётся на клапан и обеспечивает его пропорциональное перемещение.
Более тяжёлый первичный груз работает на малых скоростях автомобиля. При этом давление на выходе регулятора быстро увеличивается до тех пор, пока первичный груз не упрётся в ограничитель. При высокой скорости автомобиля перемещается только вторичный груз. Величина перемещения золотника при этом меньше, поэтому давление регулятора возрастает медленнее. Использование двух грузов даёт возможность регулировать давление центробежным регулятором, почти в прямой зависимости от скорости автомобиля, будь она низкой или высокой.
На графике слева показана зависимость давления, создаваемого центробежным регулятором, от скорости автомобиля.
Имеется другой тип центробежного регулятора. Расположенный на ведомом валу, регулятор вращается с частотой этого вала. Функционируя, как комбинация центробежного и подпружиненного клапанов, регулятор преобразует магистральное давление в давление, меняющееся с изменением частоты вращения вала, т.е. скорости автомобиля.
На этом рисунке регулятор показан в положении, когда ведомый вал и автомобиль неподвижны. Выход магистрального давления закрыт, и центробежное давление равно нулю.
Для функционирования системы управления это давление должно непрерывно возрастать пропорционально скорости автомобиля. Поэтому регулятор сконструирован так, что может работать в двух режимах.
Первый режим определяет работу центробежного регулятора при движении автомобиля на малой скорости. В этом режиме автомобиль движется медленно и также медленно вращается ведомый вал с регулятором. При вращении регулятора его груз (1) и клапан (2) под действием центробежной силы сдвигаются от оси вращения, открывая клапан. Магистральное давление преобразуется в центробежное давление, поскольку масло течет по каналу (3). Клапан поддерживается в равновесии центробежным давлением.
При возрастании скорости автомобиля груз регулятора продолжает смещаться, пока не упирается в корпус (4). Начиная с этого момента центробежное давление регулируется центробежной силой, действующей на регулирующий клапан (2) и пружиной (5) за клапаном. Это начинается работа центробежного регулятора во втором режиме.
При этом центробежное давление будет обладать меньшей чувствительностью к изменению частоты вращения ведомого вала.
В АКПП с электронным управлением регулятор заменяется электромагнитным клапаном, управляемым модулем управления.
Ещё один важный контур - это контур дроссельной заслонки.
Чтобы правильно назначить момент переключения передач АКПП должна знать не только значение скорости автомобиля. Она должна знать и нагрузку на двигатель. Нагрузка на двигатель показывает, какая мощность требуется от двигателя для конкретных условий движения автомобиля. Например, автомобиль, поднимающийся на крутой холм при скорости
40 км/час, создаёт более серьёзную нагрузку для двигателя, чем тот же самый автомобиль, спускающийся с холма со скоростью 40 км/час. Кроме того, работающая система кондиционирования при полной эффективности, также может создавать большую нагрузку для двигателя.
Сигнал давления от центробежного регулятора можно использовать в качестве сигнального для всех переключений передач, но переключения передач всегда будут происходить при одной и той же скорости движения, и не будут изменяться в соответствии с нагрузкой на двигатель. Например, при быстром ускорении двигатель находится под большей нагрузкой и АКПП должна оставаться на первой передаче дольше, чтобы использовать преимущество дополнительной мощности за счёт более низкого передаточного числа. Если бы контур центробежного регулятора в одиночку управлял переключениями передач, АКПП переключилась бы на вторую передачу при заданной скорости движения, и ускорение бы резко снизилось. При совместной работе контуров дроссельной заслонки и центробежного регулятора АКПП производит переключение передач в соответствии с частотой вращения выходного вала и нагрузки на двигатель.
В АКПП контур дроссельной заслонки определяет нагрузку на двигатель, преобразовывает это значение в сигнал давления и направляет его к клапанам управления переключением передач. Для этого используется давление после дроссельной заслонки, которое служит для изменения магистрального давления. В режиме холостого хода давление за дроссельной заслонкой минимально (имеется разряжение) и соответственно, устанавливается минимальное магистральное давление для уменьшения ударов при переключении передач. При полностью открытой дроссельной заслонке, давление за ней максимально (нет разряжения) и имеется максимальное магистральное давление для сильного сжатия муфт и исключения их проскальзывания.
В большинстве АКПП используются два типа контуров дроссельной заслонки. Контур первого типа получает информацию о нагрузке на двигатель через вакуумный модулятор. Вакуум - это давление ниже атмосферного или давление разряжения, создаваемое работающим двигателем во впускном патрубке при движении поршней вниз на такте впуска. Вакуум уменьшается при приложении нагрузки к двигателю. Контур дроссельной заслонки второго типа определяет нагрузку двигателя посредством рычажной системы, подсоединённой к педали акселератора.
В АКПП с электронным управлением электромагнитные клапана регулируют магистральное давление по командам мадуля управления, который получает информацию о положении дроссельной заслонки, разряжении во впускном патрубке и массе поступающего воздуха в двигатель, от соответствующих датчиков.
Вакуумный модулятор
Если для определения нагрузки двигателя используется вакуум, то вакуумный модулятор устанавливается на блоке клапанов.
На рисунке обозначены:
Вакуумный модулятор содержит две камеры, разделённые подпружиненной диафрагмой. Шланг соединяет одну сторону диафрагмы с впускным коллектором двигателя. Другая сторона диафрагмы соединяется со штоком, который проходит в корпус блока клапанов. Когда изменяется нагрузка двигателя, изменяется и вакуум во впускном коллекторе, а диафрагма при этих изменениях перемещается в ту или иную сторону. Перемещение диафрагмы передаётся штоку, который перемещает клапан в контуре дроссельной заслонки. Этот клапан постоянно изменяет давление в контуре дроссельной заслонки, которое направляется, как рабочее давление, к клапанам управления переключением передач.
На рисунке обозначены:
Механический контур дроссельной заслонки
В контуре дроссельной заслонки, управляемым механическими рычагами, кулачок дроссельной заслонки передаёт движение педали акселератора к контуру дроссельной заслонки. При нажатии на педаль акселератора кулачок поворачивается и через плунжер клапана контура дроссельной заслонки передает движение пружине. Пружина толкает золотник канала дроссельной заслонки вправо и он открывает канал магистрального давления. При этом появляется давление в выходном канале и появляется давление на правой стороне золотника, которое поступает туда через дроссель.
Увеличивающееся давление на правой стороне золотника преодолевая усилие пружины, заставляет пружину сжиматься и перемещает золотник назад влево. При этом перемещении золотник закрывает порт магистрального давления и давление в выходним канале падает. Как только давление в выходном канале упадёт до определённой величины, пружина снова толкает золотник вправо, открывая порт магистрального давления и увеличивая давление в выпускном канале. Повторяя этот цикл, дроссельный клапан постоянно регулирует выходное давление перемещением золотника влево - вправо под воздействием давления масла и пружины.
На рисунке обозначены:
Сила пружины зависит от степени нажатия педали газа, то есть в нашем случае от угла поворота кулачка. Когда кулачок поворачивается на больший угол, пружина сжимается плунжером клапана сильнее, поэтому и сила её возрастает, соответственно потребуется большее давление в канале правой стороны золотника, чтобы преодолеть силу пружины и переместить золотник клапана влево. В результате, пружина создаёт баланс между педалью газа и давлением на выходе дроссельного клапана. Когда педаль акселератора отпускается, кулачок поворачивается в противоположном направлении, отпуская пружину. Золотник перемещается влево, закрывая порт магистрального давления, что уменьшает выходное давление.
Клапан переключения передач
В зависимости от условий вождения автомобиля АКПП выполняет те же самые операции, что и водитель при вождении автомобиля с обычной коробкой передач, то есть включает повышенную передачу при разгоне автомобиля, включает пониженную передачу при торможении автомобиля, преодолении им крутых подъёмов или при перевозке автомобилем больших грузов. В гидравлической системе АКПП механизмом, который непосредственно осуществляет переключение передач, является клапан переключения передач. В 3 - скоростной АКПП таких клапанов 2: переключения с 1 - ой на 2 - ю и переключения со 2 - ой на 3 - ю передачу. В 4 - скоростной АКП к упомянутым двум клапанам добавляется третий: переключения с 3 - й на 4 - ю передачу. Рассмотрим принцип действия клапана переключения передач.
Предположим, что дроссельная заслонка двигателя открыта на определённый угол и автомобиль движется на низкой передаче. При этой передаче суммарная составляющая силы пружины, силы от давления дроссельного клапана и силы от магистрального давления, которая прикладывается к золотнику клапана переключения передач с левой стороны, вынуждает его перемещаться вправо. При увеличении скорости автомобиля пропорционально увеличивается давление, создаваемое центробежным регулятором, которое, преодолевая суммарное воздействие указанных выше сил, вынуждает золотник перемещаться влево. При определённой величине давления от центробежного регулятора, золотник переместится влево настолько, что откроется канал, через который магистральное давление масла поступит к исполнительным механизмам (тормозам и фрикционам), включающим следующую повышенную передачу. Как только скорость автомобиля уменьшится, давление создаваемое центробежным регулятором, также уменьшится и золотник клапана под действием суммарной составляющей сил, снова переместится вправо, перекрывая канал для подачи масла на включение передачи. Повышенная передача выключится.
При торможении автомобиль переходит на пониженную передачу на скорости, которая примерно на 5 км/ч меньше скорости перехода от данной пониженной передачи на следующую повышенную. Это улучшает управляемость автомобилем и снижает расход топлива.
Клапан подстройки магистрального давления
Крутящий момент, передаваемый фрикционами трансмиссии при разгоне автомобиля, отличается от момента, передаваемого при движении с постоянной скоростью. Давление масла, необходимое для включения фрикционов при постоянной скорости автомобиля, меньше давления, необходимого для включения фрикционов при разгоне автомобиля.
Для создания необходимого давления в гидравлической системе используется клапан подстройки магистрального давления, который подстраивает магистральное давление до нужной величины. Когда давление, создаваемое центробежным регулятором и воздействующее на правую сторону золотника клапана подстройки давления, невелико, давление, создаваемое дроссельным клапаном плюс сила пружины, вынуждает золотник клапана подстройки перемещаться вправо. В результате, проход масла из канала с давлением от дроссельного клапана в канал регулировки перекрыт. С увеличением скорости автомобиля, увеличивается и давление от центробежного регулятора. Это давление преодолевает давление от дроссельного клапана и силу пружины и перемещает золотник клапана подстройки давления влево. Давление от дроссельного клапана поступает в канал регулировки и воздействуя на нижнюю часть клапана регулировки давления масла, уменьшает магистральное давление масла.
Как только скорость автомобиля и давление от центробежного регулятора уменьшаются, сила пружины и давление от дроссельного клапана преодолевают центробежное давление и золотник клапана подстройки давления масла снова перемещается вправо. Масло, создающее давление в канале регулировки дроссельного клапана, идёт на слив через секцию пружины. Итак, золотник клапана подстройки магистрального давления перемещается только тогда, когда давление центробежного регулятора больше давления дроссельного клапана.
Аккумулятор
Гидравлическим аккумулятором называется гидроемкость, предназначенная для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего использования этой энергии в гидроприводе.
Гидроаккумуляторы поддерживают на заданном уровне давление, компенсируют утечки, сглаживают пульсацию давления, создаваемую насосами, выполняют функцию демпфера, предохраняют систему от забросов давления.
В АКПП используются пружинно - поршневые гидравлические аккумуляторы.
Гидравлическим аккумулятором называется гидроемкость, предназначенная для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего использования этой энергии в гидроприводе.
Гидроаккумуляторы поддерживают на заданном уровне давление, компенсируют утечки, сглаживают пульсацию давления, создаваемую насосами, выполняют функцию демпфера, предохраняют систему от забросов давления.
В АКПП используются пружинно - поршневые гидравлические аккумуляторы.
Контур дискового сцепления или фрикциона
Входной крутящий момент передаётся с барабана на ведущие диски. Ведомые диски поддерживаются ступицей, которая передаёт выходной крутящий момент. Поршень приводится в действие давлением масла, поступающего от клапана с ручным управлением. Двигаясь под давлением масла вправо (по рисунку), поршень посредством конического диска плотно прижимает ведущие диски пакета к ведомым. Заставляя их вращаться как единое целое и осуществляя передачу крутящего момента от барабана к ступице. Как только давление масла падает, поршень под действием возвратной пружины перемещается влево, масло вытесняется через клапан с ручным управлением в картер АКПП, ведущие и ведомые диски разжимаются, крутящий момент через пакет больше не передаётся. Даже когда сцепление выключено, в барабане, который вращается с большой скоростью, масло, оставшееся между барабаном и ступицей, отбрасывается под действием центробежной силы к внутренней стенке барабана. Вследствие этого возникает остаточное давление масла, которое прикладывается к поршню, вынуждая его к перемещению и подвключению фрикционных дисков. Это приводит к преждевременному износу дисков и прочим неприятностям.
Для устранения подобного явления используется следующий метод.
Масло из полости между поршнем и барабаном вытекает наружу через маленькое отверстие или жиклёр. Воздух в эту полость поступает через секцию с шариковым клапаном, которая расположена ближе к оси вращения барабана. При таком способе при включении фрикциона всегда будет небольшая утечка масла. Но, поскольку масляный насос поддерживает постоянное давление масла в гидравлической системе, такая утечка не является проблемой.
Контур ленточного тормоза
Как мы помним, тормозная лента служит для временной блокировки элементов планетарного ряда на корпус АКПП.
Один конец тормозной ленты крепится неподвижно на корпусе АКПП посредством анкерной стяжки, другой - к штоку поршня сервопривода. Когда масло подаётся в полость включения сервопривода через канал активации, поршень сервопривода, передвигаясь под давлением масла (по рисунку влево), зажимает тормозную ленту, осуществляя тем самым блокировку элемента планетарного ряда. При подаче масла в полость отключения сервопривода, через канал отпускания, давление масла в обеих полостях выравнивается, поршень сервопривода под действием возвратной пружины возвращается в исходное положение (вправо), тормозная лента высвобождается.
На рисунке обозначены:
Когда сервоблок должен обеспечить очень плотное обжатие ленточного тормоза, гидравлическая система открывает дополнительный канал на стороне активизации поршня.
Эта дополнительная сила или давление усиления, удерживает барабан при более высоком крутящем моменте, присутствующем на более низких передачах.
Чтобы быстро отпустить ленточный тормоз, гидравлическое давление и пружина работают вместе. Клапан переключения передач в блоке клапанов перемещается, чтобы открыть порт отпускания. Через этот порт давление жидкости толкает поршень в сторону отпускания, помогая пружине.