Гидротрансформатор подробно

Гидротрансформатор - усовершенствованная гидромуфта, механизм увеличения крутящего момента в 2-3 раза, часть гидромеханической трансмиссии. В настоящее время применяется повсеместно на легковых, грузовых автомобилях, автобусах, тракторах и другой транспортной и специальной технике. Обычно работает в паре с планетарной автоматической коробкой передач, но иногда устанавливается на автомобили с бесступенчатой вариаторной трансмиссией.

Устройство и принцип действия

Конструктивно гидротрансформатор идентичен гидромуфте с одним отличием - между насосным и турбинным колесами установлен статор (или роторное колесо). Назначение статора - направить движение жидкости на лопатки турбинного (ведомого) колеса гидротрансформатора и тем самым использовать кинетическую энергию относительного движения жидкости, которое в гидромуфте направлено от центра насосного (ведущего) колеса к его периферии. Гидротрансформатор по сравнению с гидромуфтой имеет более сложное устройство и больший КПД. В массовом производстве детали гидротрансформатора приходится обрабатывать с особой точностью. Но практическая ценность гидротрансформатора по сравнению с гидромуфтой несравнимо выше.

Ротор гидротрансформатора оснащен обгонной муфтой, которая блокирует его вращение при больших оборотах насосного колеса. Этот режим называется стоповым.
Сообщающееся с ведущим валом двигателя насосное колесо внутренними лопатками приводит в движение заполняющая картер гидротрансформатора жидкость. Жидкость совершает два типа движения - переносное, от лопаток насосного колеса к лопаткам турбинного колеса, и относительное, от центра насосного колеса к его периферии (за счет центробежных сил). На малых оборотах вала двигателя отбрасываемая лопатками насосного колеса жидкость попадает на внутреннюю поверхность статора, приводя его во вращение. Лопатки статора направляют жидкость на лопатки турбинного колеса. Благодаря этому используется кинетическая энергия как переносного, так и относительного движения, повышая КПД всего механизма. Часть кинетической энергии жидкости, которая не преобразуется в механическую энергию турбинным колесом, возвращается статором на лопатки насосного колеса. За счет этого достигается эффект трансформации, увеличения крутящего момента, который в стартовом режиме (при трогании автомобиля с места) может возрастать до трех раз. При увеличении оборотов обгонная муфта уменьшает частоту вращения статора, а затем блокирует его. Это происходит при частоте вращения коленчатого вала двигателя примерно в 3/4 от максимальной. Гидротрансформатор переходит в стоповый режим работы, при котором статор не принимает участия в перераспределении движения жидкости. В этом режиме гидротрансформатор работает, как обычная гидромуфта. Коэффициент трансформации крутящего момента равен единице - как при работе гидромуфты.

Гидротрансформатор обладает многими достоинствами, выполняя функции демпфера крутильных колебаний двигателя. Но из-за неизбежных потерь использование гидротрансформатора снижает экономичность автомобиля. Дело в том, что частота вращения насосного колеса всегда выше частоты вращения турбинного колеса. И если в моменты разгона автомобиля гидротрансформатор выполняет полезную работу по увеличению крутящего момента, то при равномерном движении его применение нецелесообразно.
Чтобы избежать повышенного расхода топлива, гидротрансформаторы оснащают автоматической блокировочной муфтой, которая механически жестко связывает насосное и турбинное колеса. Блокировка срабатывает при скорости движения автомобиля примерно в 70 км/ч. Блокировочная муфта расположена в ступице турбинного (ведущего колеса). В отключенном состоянии крутящий момент передается на турбинное колесо через демпфирующие пружины муфты. Во включенном состоянии поршень муфты прижимает нажимной диск к фрикционной накладке, происходит плавное выравнивание вращения ведущего и ведомого валов, а затем полная их блокировка - крутящий момент от двигателя передается на механизмы трансмиссии (коробку передач) напрямую.
Наличие механизма блокировки гидротрансформатора на автомобилях с АКП позволяет реализовать режим торможения двигателем и повышает экономичность. На тракторах с гидромеханической трансмиссией блокировка используется во время работы в стационарном режиме (как стационарного двигателя, электрогенератора и так далее) и для запуска двигателя буксировкой.
В автоматической трансмиссии крутящий момент полностью передается через гидротрансформатор на первой, второй передаче и на передаче заднего хода. На третьей передаче около 40% крутящего момента передается через гидротрансформатор и 60% (то есть после достижения автомобилем скорости в 70 км/ч) напрямую, с выключенным гидротрансформатором. На четвертой передаче гидротрансформатор в передаче крутящего момента не участвует.