Гідравлічні системи АКПП
1. ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ ГІДРАВЛІКИ
Гідравлічна система управління відіграє важливу роль у забезпеченні нормальної роботи автоматичної трансмісії. Без гідравлічної системи неможлива ні передача потужності, ні автоматичне керування трансмісією. Робоча рідина забезпечує мастило, перемикання передач, охолодження та з'єднання трансмісії з двигуном. За відсутності робочої рідини жодна з цих функцій не виконуватиметься. Тому перед детальним вивченням роботи фрикціонів та гальм автоматичної трансмісії необхідно викласти основні положення гідравліки.
Гідравлічний «важіль» (Закон Паскаля)
На початку 17 століття французький учений Паскаль відкрив закон гідравлічного важеля. Провівши лабораторні дослідження, він з'ясував, що сила та рух можуть передаватися за допомогою стиснутої рідини. Подальші дослідження Паскаля з використанням вантажів і поршнів різної площі показали, що гідравлічні системи можна використовувати як підсилювачі, а співвідношення між силами і переміщеннями в гідравлічній системі подібні до співвідношень сил і переміщень в механічній важільній системі.
Закон Паскаля говорить:
"Тиск на поверхні рідини, викликаний зовнішніми силами, передається рідиною однаково у всіх напрямках". У правому циліндрі (рис. 6-1) створюється тиск пропорційне площі поршня і прикладеному зусиллю. Якщо до поршня прикладено зусилля 100 кг, яке площа -10 см 2 , то створений тиск дорівнюватиме 100 кг/10 см 2 =10 кг/см 2 . Незалежно від форми та розмірів системи тиск рідини розподіляється рівномірно. Інакше кажучи, тиск рідини однаково переважають у всіх точках.
Звичайно, якщо рідина нестискати, то тиск створюватись не буде. До цього можуть призвести, наприклад, витоку через ущільнення поршня. Тому ущільнення поршня відіграє у забезпеченні нормальної роботи гідравлічної системи.
Необхідно відзначити, що, створивши тиск 10 кг/см 2 можна переміщати вантаж масою 100 кг, прикладаючи до іншого поршня (меншого діаметра) зусилля всього 10 кг. Наведений закон дуже важливий, оскільки він використовується при керуванні фрикційними муфтами та гальмами.
1.2. ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ ГІДРАВЛІЧНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ АКПП
Розглянемо тепер принципи роботи елементів, що входять до складу гідравлічної частини системи управління АКПП.
Розглянемо, яким чином відбувається формування, регулювання та зміна різних тисків, що використовуються в системі керування автоматичних коробок передач, призначення та принципи роботи інших клапанів, їх взаємодія при перемиканні передач. Крім того, буде показано, яким чином здійснюється керування якістю перемикання. Наприкінці розглянемо принципи роботи системи мастила, охолодження ATF та управління блокувальною муфтою гідротрансформатора.
Потік рідини в АКПП створюється насосом, розташованим у передній частині картера трансмісії між гідротрансформатором та коробкою передач. Зазвичай насос наводиться безпосередньо від двигуна через корпус гідротрансформатора і приводну втулку (рис.6-3). Основне завдання насоса - забезпечення незалежно від режиму роботи двигуна безперервним потоком ATF всіх систем, що обслуговуються.
Для управління коробкою передач ATF від насоса через систему клапанів підводиться до виконавчих елементів керування гальмами та муфтами блокування. Все це разом називається гідросистемою управління АКПП. До елементів гідросистеми відносятьсянасоси, гідроциліндри, бустери, поршні, жиклери, гідроакумулятори та клапани.
У процесі розвитку гідросистема зазнала значних змін, переважно з погляду виконуваних функций. Спочатку вона відповідала за всі процеси, що відбуваються в АКПП під час руху автомобіля. Вона формувала всі необхідні тиски, визначала моменти перемикання передач, відповідала за якість перемикання тощо. Однак, з моменту появи на автомобілях електронних блоків керування гідросистема втратила частину своїх функцій в управлінні АКПП. В даний час більшість керуючих функції АКПП передані електронному блоку управління, а гідросистема використовується тільки як виконавчий елемент.
Перед тим, як приступити до вивчення принципів роботи гідравлічної частини системи управління, познайомимося з основами роботи гідравлічних елементів, що найчастіше використовуються в ній.
Гідросистеми автоматичних коробок передач схожі, оскільки всі вони складаються з тих самих елементів. Навіть у найсучаснішій АКПП з електронним блоком управління використовується гідросистема, мало чим відрізняється за складом елементів від АКПП з суто гідравлічною системою управління.
Будь-яку гідравлічну систему управління АКПП спрощено можна представити у вигляді системи, що складається з резервуару (піддону), насоса, клапанів, з'єднувальних каналів (магістралей) та пристроїв, що перетворюють гідравлічну енергію на механічну (гідропривід) (рис.6-2).
1.2.1. РЕЗЕРВУАР ДЛЯATF
Для нормальної роботи гідросистеми необхідно, щоб у резервуарі постійно знаходився певний рівень ATF. Функцію резервуара в АКПП легкових автомобілів зазвичай виконує піддон або картер трансмісії.
Піддон черезтрубка щупа для вимірювання рівня ATF або сапун з'єднується з атмосферою. З'єднання з атмосферою потрібне для нормальної роботи насоса та манжетних ущільнень. Під час роботи насос створює у всмоктувальній магістралі розрядження, в результаті чого ATF з піддону під дією атмосферного тиску надходить через фільтр у всмоктувальну магістраль насоса.
Якщо роль резервуара ATF виконує піддон, то всередині нього розташовується постійний магніт (іноді він знаходиться всередині зливної пробки) для уловлювання залізних продуктів зношування.
Створення безперервного потоку рідини, а також тиску в гідросистемі АКПП здійснюється за допомогою насоса. Проте слід зазначити, що насос безпосередньо не формує тиску. Тиск виникає тільки у тому випадку, якщо в гідросистемі є опір потоку рідини. Спочатку ATF вільно заповнює систему керування АКПП. Тільки після повного заповнення гідросистеми через наявність тупикових каналів починає формуватися тиск.
Зазвичай насоси розташовують між гідротрансформатором і коробкою передач і приводять через корпус гідротрансформатора і приводну втулку (рис.6-3) безпосередньо від колінчастого валу двигуна. Таким чином, якщо двигун не працює, насос не може створювати тиск в гідросистемі управління АКПП.
В даний час у трансмісіях з автоматичними коробками передач використовуються насоси, що наведені нижче.
Принцип роботи насосів шестерні і трехоїдного типів дуже схожий. Ці насоси належать до насосів постійної продуктивності. За один оборот колінчастого валу двигуна вони поставляють у гідросистему постійний об'єм рідини, незалежно від режиму роботи двигуна та потреб гідросистеми. Тому, чим вища частота обертання двигуна,тим більше ATF за одиницю часу надходить у гідросистему управління АКПП, і навпаки, що нижча частота обертання двигуна, то менший обсяг ATF за одиницю часу потрапляє у гидросистему. Таким чином, режим роботи таких насосів ніяк не враховує потреб самої системи управління в кількості ATF, необхідної для управління перемикання, підживлення гідротрансформатора і т.п. В результаті в разі малої потреби ATF, велика частина подається насосом в гідросистему рідини, зливатиметься через регулятор тиску назад в піддон, що призводить до зайвих втрат потужності двигуна і зниження паливно-економічних показників автомобіля. Але при цьому насоси шестерні і трехоїдного типу мають досить просту конструкцію і надійні в експлуатації.
Лопатеві насоси дозволяють регулювати об'єм ATF, що подається насосом в гідросистему за один оберт двигуна, залежно від режиму роботи системи управління АКПП. Так, при запуску двигуна, коли необхідно заповнити трансмісійною рідиною всі канали та елементи гідросистеми, або під час перемикання передачі, коли відбувається заповнення рідиною гідроциліндра або бустера, система управління насосом забезпечує його максимальну продуктивність. При рівномірному ж русі без перемикання передач, коли ATF витрачається тільки на підживлення гідротрансформатора, мастило і компенсацію витоків, продуктивність насоса має мінімальну величину.
Насос шестерні типу
Шестерний насос складається з двох зубчастих коліс, встановлених в корпусі (рис.6-4). Існує два різновиди шестерних насосів: із зовнішнім і внутрішнім зачепленням зубчастих коліс. В автоматичних коробках передач використовується, як правило, шестерні насоси з внутрішнімзачепленням. Провідною шестернею є внутрішнє зубчасте колесо, яке, як зазначалося, наводиться безпосередньо від колінчастого валу двигуна. Робота насоса схожа на роботу зубчастої передачі із внутрішнім зачепленням. Але тільки на відміну від простої зубчастої передачі в насосі встановлюється дільник (рис.6-4), який за своєю формою дуже схожий на півмісяць. Призначення дільника - запобігти витоку рідини із зони нагнітання.
При виході зубів із зачеплення обсяг між зубами коліс збільшується, що призводить до появи в цьому місці зони розрядження, тому до цього місця підводиться магістраль, що всмоктує, насоса. Оскільки тиск у зоні розрядження менший за атмосферний, то ATF виштовхується з піддону у всмоктувальну магістраль насоса.