ГТД на автомобиль¶
ГТД (гидротрансформатор) — механизм в трансмиссии автомобиля, обеспечивающий плавное изменение передаточного отношения между двигателем и коробкой передач за счёт переноса крутящего момента через поток рабочей жидкости. ГТД является основным элементом автоматических коробок передач (АКПП) и вариаторов, позволяет трогаться с места без ручного сцепления, гасить колебания и динамически менять передаточное число в зависимости от нагрузки.
¶Устройство
Гидротрансформатор состоит из трёх основных элементов:
- Насосное колесо (насос) — жёстко соединено с коленчатым валом двигателя и вращается синхронно с ним. Лопатки насоса закачивают рабочую жидкость (масло ATF) наружу под действием центробежной силы.
- Турбинное колесо (турбина) — связано с первичным валом коробки передач и принимает энергию потока масла, направленного с насоса. Между турбиной и насосом нет механической связи — передача момента происходит только через жидкость.
- Реактор (статор) — направляющая лопаточная система, установленная между насосом и турбиной. Реактор перенаправляет поток масла, возвращающегося с турбины на насос, изменяя его направление так, чтобы момент на выходе превышал момент на входе. Именно наличие реактора отличает гидротрансформатор от простого гидромуфты.
Все элементы заключены в герметичный корпус, заполненный рабочей жидкостью. Дополнительно в современных ГТД устанавливаются блокировочный фрикцион (многодисковая муфта), гаситель крутильных колебаний и управляющая гидросистема с соленоидами.
¶Принцип работы
При вращении насосного колеса масло под действием центробежной силы отбрасывается к периферии и попадает на лопатки турбины, приводя её во вращение. Отдав энергию, поток направляется через реактор обратно к насосу. Реактор изменяет направление потока так, что тот помогает насосу, увеличивая давление и крутящий момент на турбине.
Различают три режима работы:
- Режим трансформации — при трогании с места и разгоне турбина вращается медленнее насоса, момент на выходе гидротрансформатора выше момента двигателя (коэффициент трансформации достигает 2–2,5).
- Режим гидромуфты — после выхода на рабочий режим скорость турбины приближается к скорости насоса, коэффициент трансформации стремится к единице, момент не увеличивается.
- Режим блокировки — блокировочный фрикцион соединяет турбину с корпусом гидротрансформатора, исключая проскальзывание и потери на трение жидкости. Блокировка включается электроникой на скоростях выше 40–60 км/ч для повышения экономичности.
¶КПД и потери
Основной недостаток гидротрансформатора — относительно низкий КПД в режиме трансформации. Проскальзывание между насосом и турбиной приводит к выделению тепла, поэтому масло в ГТД необходимо охлаждать. Для этого в контур АКПП встраивается масляный радиатор. Потери на проскальзывание составляют до 10–15 % мощности двигателя при трогании, что компенсируется удобством эксплуатации и плавностью хода.
¶Применение
ГТД применяется в:
- АКПП легковых автомобилей — наиболее массовое применение. Современные АКПП имеют 6–10 ступеней и интегрированный гидротрансформатор с электронным управлением блокировкой.
- Вариаторах (CVT) — гидротрансформатор выступает сцеплением и обеспечивает плавный старт.
- Коробках-роботах с двойным сцеплением (DCT) — в некоторых конструкциях ГТД используется вместо сцепления.
- Тяжёлой технике — тракторах, карьерных самосвалах, бульдозерах, где требуется передача огромного момента без рывков.
- Железнодорожной технике — тепловозах, транспортёрах.
- Судовых и промышленных установках — гидротрансформаторы больших размеров применяются в коробках отбора мощности, лебёдках, буровых установках.
В России гидротрансформаторы для автомобильной техники производятся на Калужском турбинном заводе (КТЗ), входящем в холдинг «Силовые машины», а также поставляются импортными компаниями. Отечественные АКПП с ГТД устанавливаются на автомобили «Лада» (модели с автоматической трансмиссией) и коммерческий транспорт.
¶Обслуживание и ресурс
Гидротрансформатор относится к относительно надёжным узлам: ресурс современных ГТД сопоставим с ресурсом самой АКПП и составляет 200–300 тыс. км. Основные признаки неисправности — вибрация на скорости, рывки при переключении, перегрев масла, посторонний шум. Для продления срока службы рекомендуется своевременная замена масла ATF и фильтра в АКПП, а также использование автомобиля без перегрузок и агрессивного старта.
¶Отличие от гидромуфты
Часто гидротрансформатор и гидромуфту путают, однако это разные устройства. Гидромуфта (без реактора) только передаёт момент, но не изменяет его. Гидротрансформатор с реактором способен увеличивать крутящий момент на выходе, что необходимо для уверенного старта с места и работы под нагрузкой. В современных АКПП гидромуфта как отдельный элемент не применяется — её функцию выполняет гидротрансформатор с блокировкой.
Источники:
- Руководство по эксплуатации автоматических коробок передач ведущих автопроизводителей (Toyota, ZF, Aisin)
- Каталог продукции Калужского турбинного завода
- Автомобильные энциклопедии и учебные пособия по трансмиссии автомобилей