ГДТ (гидротрансформатор)

Устройство

Конструкция гидротрансформатора включает в себя всего несколько элементов:

• Насосное колесо;
• Турбинное колесо;
• Статор, он же – реактор;
• Корпус;
• Механизм блокировки;

Монтируется гидротрансформатор на маховике двигателя, но одна из составляющих его имеет жесткую связь с валом коробки передач.

Если провести аналогию этого типа передачи с обычным сцеплением фрикционного типа, то насосное колесо выполняет роль ведущего диска (жестко соединено с коленчатым валом мотора), а турбинное – ведомого (прикрепленного к валу КПП). Вот только физического контакта между этими колесами нет.

Примечательно, что даже расположение этих колес идентично фрикционному сцеплению – турбинное колесо располагается между маховиком и насосным колесом.

Все составные части гидротрансформатора заключены в герметичный корпус, заполненный специальной рабочей жидкостью — маслом ATF. За счет своей формы этот элемент трансмиссии получил народное название «бублик».

Суть работы гидротрансформатора очень проста. На колесах устройства имеются лопасти, которые перенаправляют жидкость в определенном направлении.

Вращаясь вместе с маховиком, насосное колесо создает поток жидкости и направляет его на лопасти турбины, тем самым и обеспечивается передача усилия.

Если бы конструкция включала только эти два колеса, то гидротрансформатор не отличался бы от гидромуфты, у которой вращающий момент на обеих составляющих практически одинаков.

Но в задачу гидротрансформатора входит не только передача усилия, а и его изменение.

Так, при старте необходимо обеспечить увеличение крутящего момента на ведомом колесе (при начале движения), а во время равномерного движения – исключить так называемое «проскальзывание».

Для выполнения этих функций в конструкции предусмотрены реактор и механизм блокировки.

Реактор представляет собой еще одно лопастное колесо, но значительно меньшего диаметра и располагается оно между турбиной и насосом, с последним реактор связан посредством обгонной муфты.

В задачу этого элемента входит увеличение скорости потока жидкости, что и приводит к повышению крутящего момента.

Работает реактор так: при возникновении большой разницы между основными колесами гидротрансформатора, обгонная муфта блокирует реактор, не давая ему вращаться (из-за этого еще одно название составляющей – статор).

При этом его лопасти, имеющие специальную форму, увеличивают скорость движения потока жидкости, попадающего на него после прохождения турбинного колеса, и направляют его снова на насос.

Таким образом реактор значительно повышает крутящий момент, необходимый для создания достаточного усилия при начале движения.

При равномерном движении гидротрансформатор блокируются, то есть в нем появляется жесткая связь, и делает это используемый в конструкции механизм блокировки.

Ранее в АКПП эта составляющая срабатывала только на повышенных скоростях движения. Сейчас же, используемые электронные системы управления коробкой блокируют гидротрансформатор практически на всех ступенях.

То есть, как только крутящий момент для определенной передачи подходит к требуемым параметрам, механизм срабатывает.

При смене ступени он отключается, чтобы обеспечить плавность переключения и снова включается. Тем самым исключается вероятность «проскальзывания» гидротрансформатора, что повышает его ресурс, снижает потери усилия и уменьшает потребление топлива.

Примечательно, что механизм блокировки, по сути, представляет собой фрикционное сцепление, и работает он по тому же принципу. То есть в конструкции имеется фрикционный диск, который закреплен на турбине.

В отключенном состоянии блокировочного механизма этот диск находится в отжатом состоянии. При включении же блокировки, фрикционы прижимаются к корпусу гидротрансформатора, тем самым и достигается жесткая передача крутящего момента от мотора на КПП.

В целом, если рассмотреть функционирование гидротрансформатора, то существует три режима его работы:

• Трансформация (включается, когда требуется повышение крутящего момента для создания большего усилия. В этом режиме работает реактор, обеспечивая повышение скорости движения потока);
• Гидромуфта (в этом режиме реактор не задействован и вращающий момент на ведущем и ведомом колесе практически одинаков);
• Блокировка (турбина жестко связана с корпусом для уменьшения потерь на «проскальзывание»).

Используемая для управления работой гидротрансформатора электронная система обеспечивает очень быструю смену режима его работы, подстраивая функционирование этого элемента под возникающие условия.

Замена или ремонт

Ремонт трансформатора проходит в несколько этапов:

• срезание сварного шва и разборка устройства;
• очищение частей гидротрансформатора от грязи и масла специальным раствором (сольвентом);
• диагностика деталей (осмотр, дефектация различными методами);
• снятие изношенных частей, высверливание или срезание их крепления;
• прикрепление, приваривание или приклеивание новых запчастей;
• проверка герметичности блокировочного поршня, замена сальников и уплотнителей;
• сборка трансформатора, балансировка (выравнивание биения) на станке;
• сварка корпуса;
• проверка качества сварных швов, внутреннего зазора, функциональности блокировки;
• повторная балансировка гидротрансформатора;
• проверка исправности отремонтированного устройства.

При разрушении нескольких деталей, сильном износе трансформатора или сочетании этих факторов может быть рекомендована полная замена устройства. Стоимость замены может на порядок превышать среднюю цену ремонта. Восстановленные и бывшие в употреблении устройства могут стоить дешевле, но и ресурс их работы будет на 20-40% меньше, чем у новых.

Как отремонтировать гидротрансформатор АКПП своими руками

Ремонт ГДТ может провести любой автолюбитель самостоятельно. Основная особенность при проведении ремонтных работ заключается в том, что корпус гидротрансформатора необходимо срезать. После этого проводится замена уплотняющих колец и сальников, а также проводится оценка состояния остальных узлов и, при необходимости, их замена. В конце работ корпус заваривается, чтобы создать герметичность.

Стоит отметить, что ремонт гидротрансформатора совершенно нецелесообразен, так как ресурс ремонтного комплекта достаточно мал. Во всех случаях, лучше всего, менять узел целиком. Это избавит от лишнего «геморроя» при замене изношенных частей.

Признаки неисправности

Признаков серьезных неисправностей гидротрансформатора АКПП может быть несколько. Все они свидетельствуют о скорой поломке ГДТ и выходе из строя.

Признак. Слышен шум, напоминающий биение металлического предмета. При нагрузке он пропадает.

Проблема и решение. Износ подшипников, находящихся между турбиной и насосом. Чтобы удалить эти симптомы и устранить поломку, нужно разобрать гидротрансформатор и заменить подшипники.

Признак. Вибрация АКПП во время разгона выше 60 км/ч или движения автомобиля по ровной поверхности на большой скорости.

Проблема и решение. Загрязнения фильтрующего устройства. Потеря функциональных свойств смазывающего средства. Необходимо сделать полную замену ATF в АКПП и установить новый фильтр. Вполне возможно, что наступило масляное голодание. Необходимо проверить поддон АКПП на потеки.

Признак. Нет движения ни назад, ни вперед.

Проблема и решение. Оборвалось соединение турбины с валом АКПП. Для решения этой неисправности понадобится замена гидротрансформатора. В редких случаях можно обойтись просто заменой шлицевого соединения.

Признак. Автомобиль не может разогнаться и набрать необходимую скорость за короткое время.

Проблема и решение. Вышла из строя обгонная муфта. Необходимо разобрать гидротрансформатор и заменить ее.

Признак. Перегрев масла. АКПП дергается и пинается.

Проблема и решение. Например, при проблемах износа фрикционной накладки поршня блокировки гидротрансформаторного тормоза очень трудно заметить неправильную работу устройства. Из-за этого масло часто перегревается до 140 градусов Цельсия. Перегретая смазка вызывает уничтожает резину сальников ГДТ. Масло начинает течь.

В продолжение этой неисправности является полный износ накладки фрикциона. Ее клееная часть отрывается и путешествует по АКПП. Затем она оседает и приклеивается в неположенных местах вызывая засор. Засор мешает свободной циркуляции масла. Падает давление.

Поэтому и эксперты, и опытные механики на СТО просят автовладельцев проводить регулярное техническое обслуживание. При износе фрикциона – неисправность незаметна. Но в последствие она приводит к полной замене АКПП. Хотя на первоначальных этапах можно было обойтись только сменой накладки фрикциона.

К нечастым поломкам ГДТ относятся следующие проблемы:

• разрушение лопастей турбины и насосного колеса. Приводит к поломке ГДТ. Требуется его полная замена. Проблема определяется только после вскрытия;
• клин обгонной муфты;
• разблокировка обгонной муфты;
• перегрев с разрушением ступицы.

Читать

Типичные неполадки и ремонт АКПП f4a42

Перегрев трансмиссионной жидкости может вызывать быструю потерю функциональных свойств.

Признак. Запах горелой пластмассы, распространяющийся в салоне. Частая проблема на тойотах Камри 50.

Проблема и решение. Забитый радиатор является проблемой в этом случае. Рекомендуется снять и прочистить его. Заменить масло и фильтрующее устройство – обязательно.

Признак. Пинки, задержки во время переключения скоростей зимой.

Причина и решение. Этому может способствовать запуск на холодную. Чтобы избежать этих симптомов у автомата нужен прогрев АКПП зимой. При температуре ниже 0, автовладелец должен прогреть АКПП до рабочей температуры в 70 градусов по Цельсию и только потом начинать движение.

На автомобилях старого года выпуска выходит из строя сама кулиса. Она стопорится в одном положении. Здесь понадобится замена селектора и ручки переключения скоростей. Это можно сделать без снятия автоматической коробки.

Рекомендации по обслуживанию и эксплуатации ГДТ

Применение «бублика» в трансмиссии упрощает и облегчает управление автомобилем даже в тяжелых условиях. Однако, АКПП с гидротрансформатором при сравнении с МКПП проигрывает по параметрам:

• низкий КПД без применения блокировки;
• расход топлива на 10% выше;
• малый диапазон изменения крутящего момента «бублика» и необходимость установки планетарного редуктора;
• сложность конструкции и обслуживания;
• высокая стоимость.

Чтобы стать постоянным клиентом мастерской по ремонту гидротрансформатора АКПП, нужно соблюдать два правила:

• как можно чаще вжимать педали газа и тормоза в пол, чтобы быстрее истереть фрикцион муфты блокировки в абразивную пудру, загрязнить масло и ускорить износ автомата;
• никогда не менять жидкость, особенно, если она черная, горячая, а уровень выше или ниже нормы.

Если серьезно, то ГДТ выходит из строя медленно и незаметно для водителя. Явный сигнал неисправности — течь масла в месте соединения гидротрансформатора и двигателя. Другие признаки неполадки могут проявляться уже на стадии распространения «заболевания» по все АКПП. Поэтому, если автомобиль ведет себя странно: медленно разгоняется, увеличил расход топлива, при движении появляется вибрация — нужно отправить машину на проверку.

Перед самостоятельным осмотром коробки нужно изучить устройство и особенности конкретной модели АКПП. Чтобы добраться до гидротрансформатора, придется снимать всю коробку. Без распила и разборки отремонтировать «бублик» не получится. Промывка гидротрансформатора растворителями может повредить колесам и «разъесть» сальники.

После ремонта и сборки АКПП необходима балансировка гидротрансформатора. Не все сервисы проводят эту операцию, поскольку она трудоемка и проблематична. ГДТ работает на высоких оборотах — дисбаланс или нарушение соосности валов выведут из строя не только «бублик», но и всю АКПП.

Как продлить жизнь гидромуфте автоматической КПП

Чтобы продлить срок эксплуатации гидромеханического трансформатора, нужно соблюдать следующие рекомендации:

• регулярно проверять цвет и прозрачность масла в АКПП и проводить замену ATF и фильтров не реже чем 1 раз на 40-60 тыс. км пробега;
• заливать жидкость, рекомендованную производителем автомобиля;
• менять уплотнители и сальники при каждом капитальном ремонте и переборе трансформатора, обязательно заменить все прокладки при пробеге более 150 тыс. км без ремонта;
• избегать резкого набора и сброса скорости, при агрессивной езде чаще менять расходники и масло;
• после запуска двигателя поочередно включить все передачи и режимы, удерживая тормоз и задержавшись на каждой по 2-3 секунды;
• избегать буксировки и в положении ведомой машины (при выключенном моторе), и в положении ведущей;
• при низких температурах прогревать машину не менее 10 минут на холостом ходу, в теплое время года — 2-3 минуты (трансмиссия и гидромуфта прогреваются отдельно, при включенном двигателе).

Срок службы АКПП с гидротрансформатором при своевременной замене масла и фильтров может составить более 300 тыс. км. При пробеге более 150 тыс. км в большинстве случаев требуется ремонт или замена основных деталей устройства — корпуса, муфт, турбины и др.

При неосторожной эксплуатации или наличии дефектов в конструкции капитальный ремонт может понадобиться существенно раньше

Режим блокировки

Устройство гидротрансформатора с блокировкой Для того, чтобы справиться с основными недостатками гидротраснформатора (низкий КПД и плохая динамика автомобиля), был разработан механизм блокировки. Принцип его работы схож с классическим сцеплением. Механизм состоит из блокировочной плиты, которая связана с турбинным колесом (а следовательно, с первичным валом КПП) через пружины демпфера крутильных колебаний. Плита на своей поверхности имеет фрикционную накладку. По команде блока управления трансмиссией, плита прижимается накладкой к внутренней поверхности корпуса гидротрансформатора при помощи давления жидкости. Крутящий момент начинает передаваться напрямую от двигателя к коробке передач без участия жидкости. Таким образом достигается снижение потерь и более высокий КПД. Блокировка может быть включена на любой передаче.

Режим проскальзывания

Блокировка гидротрансформатора может также быть неполной и работать в так называемом “режиме проскальзывания”. Блокировочная плита не полностью прижимается к рабочей поверхности, тем самым обеспечивается частичное проскальзывание фрикционной накладки. Крутящий момент предается одновременно через блокировочную плиту и циркулирующую жидкость. Благодаря применению данного режима у автомобиля значительно повышаются динамические качества, но при этом сохраняется плавность движения. Электроника обеспечивает включение муфты блокировки как можно раньше при разгоне, а выключение – максимально позже при понижении скорости.

Однако режим регулируемого проскальзывания имеет существенный недостаток, связанный с истиранием поверхностей фрикционов, которые к тому же подвергаются сильнейшим температурным воздействиям. Продукты износа попадают в масло, ухудшая его рабочие свойства. Режим проскальзывания позволяет сделать гидротрансформатор максимально эффективным, но при этом существенно сокращает срок его службы.

Признаки умирающего гидротрансформатора

Симптомы выхода из строя гидротрансформатора условно можно разделить на три группы — поведенческие, звуковые, дополнительные. Разберем их по порядку.

Поведенческие симптомы выхода из строя гидротрансформатора АКПП

Существует ряд типовых признаков в поведении машины, явно указывающих на то, что гидротрансформатор неисправен. Так, к ним относится:

• Небольшая пробуксовка сцепления автомобиля при старте. Особенно хорошо это чувствуется в автомобилях, которые трогаются со второй скорости (предусмотрено автопроизводителем). Так, при старте с места машина короткое время (около двух секунд) не реагирует на педаль акселератора, и очень слабо разгоняется. Однако по прошествии этого короткого времени все симптомы пропадают и автомобиль двигается в обычном режиме.
• Вибрация в городском режиме езды. Зачастую при скорости движения около 60 км/ч ± 20 км/ч.
• Вибрация автомобиля при нагрузке. В частности, при езде в гору, буксировке тяжелого прицепа или просто при перевозке тяжелого груза. В таких режимах на коробку передач, и в том числе на гидротрансформатор, оказывается значительная нагрузка.
• Рывки автомобиля с АКПП при равномерном движении или при торможении двигателем. Зачастую рывки сопровождаются ситуациями, когда двигатель попросту глохнет в движении и/или при переключении передач. Зачастую подобные симптомы указывают на то, что вышла из строя электроника, управляющая гидротрансформатором. В таких аварийных случаях автоматика может попросту заблокировать «бублик».

Поломки гидротрансформатора по своим признакам очень похожи с поломками других элементов автоматической трансмиссии. Поэтому необходимо выполнять дополнительную диагностику.

Звуковые симптомы

Симптомы выхода из строя гидротрансформатора АКПП можно определить и на слух. Выражается это в следующих признаках:

• Шум гидротрансформатора при переключении скоростей. После того как двигатель набирает обороты, и соответственно, увеличивается скорость, указанный шум пропадает.
• В более редких случаях вой гидротрансформатора будет слышен при движении машины на указанной скорости около 60 км/ч. Зачастую указанный вой сопровождается вибрацией.

Шум исходит из коробки-автомата, поэтому водителю на слух порой сложно определить, что гудит именно гидротрансформатор. Поэтому при появлении посторонних шумов, исходящих из системы трансмиссии желательно выполнить дополнительную диагностику, поскольку посторонние шумы всегда указывают на какие-либо, даже незначительные, неисправности.

Дополнительные признаки

Существует и ряд дополнительных признаков, указывающих на то, что гидротрансформатор умирает. Среди них:

• Неприятный горелый запах, исходящий из коробки передач. Он явно указывает на то, что системы трансмиссии перегревается, в ней недостаточно смазки и ее элементы, в частности, гидротрансформатор работает в критическом режиме. Зачастую при этом «бублик» частично выходит из строя. Это очень опасный признак и диагностику необходимо выполнить как можно быстрее.
• Обороты двигателя не подымаются выше определенного значения. Например, выше 2000 оборотов в минуту. Эта мера предусматривается управляющей электроникой принудительно в качестве защиты узла.
• Машина перестает ехать. Это самый худший случай, указывающий на то, что гидротрансформатор или его управляющая электроника полностью умерла. В данном случае необходимо выполнить дополнительную диагностику, поскольку причиной данной поломки может быть и другие неисправности.

При возникновении одного или нескольких признаков частичного выхода гидротрансформатора из строя необходимо как можно быстрее диагностировать поломку. И если ремонт «бублика» обойдется в более-менее приемлемую сумму, то использование неисправного гидротрансформатора может привести к поломке более дорогостоящих элементов трансмиссии вплоть до всей АКПП.

Устройство ГДТ и блокировка гидротрансформатора

Итак, «бублик» АКПП (название в обиходе пошло от формы данного устройства) представляет собой гидравлический узел. Казалось бы, сломаться в нем особо нечему, однако это мнение ошибочно. Прежде всего, эпоха «неубиваемых» двигателей и КПП с большим ресурсом давно закончилась.

Также гидротрансформатор на современных АКПП, в отличие от легендарных агрегатов 90-х годов, имеет более сложную конструкцию. Более того, все чаще и чаще специалисты относят данный элемент к «расходникам» с ограниченным сроком службы (не более 100-150 тыс. км). После этого ГДТ нуждается в ремонте или замене (подобно сцеплению на роботах или МКПП).

В противном случае «бублик» потянет за собой всю коробку, то есть нуждаться в ремонте будет не только сцепление в виде ГДТ, но и  сама АКПП. Давайте разбираться. Чтобы было понятно, начнем с устройства «бублика» АКПП.

Главная задача гидротрансформатора — преобразование крутящего момента. Фактически, ГДТ работает как гидравлический редуктор, имеющий возможность снизить обороты и повысить крутящий момент, причем коэффициент трансформации доходит до 2.4.

Идем далее. Если в обычном сцеплении момент передается через диски, которые «смыкаются» между собой, в ГДТ энергия передается через трансмиссионное масло ATF, которое заливается в автоматическую коробку передач. Если просто, внутри ГДТ установлены два колеса – насосное и турбинное.

Коленвал двигателя связан с насосным колесом. Это колесо направляет потоки жидкости на турбинное колесо, которое, в свою очередь, связано с валом коробки передач. Подаваемое насоcным колесом масло ATF крутит турбинное колесо, после чего возвращается обратно на насосное колесо.

При этом перед возвратом жидкость также попадает на лопатки специального направляющего аппарата, который выполнен в виде реакторного колеса. Колесо-реактор разгоняет поток жидкости, направляя его в сторону вращения.

В результате поток жидкости ускоряется до того момента, пока скорость вращения насосного колеса не будет равна скорости вращения турбинного колеса. Как только скорости уравняются, «бублик» перейдет в режим гидромуфты. В таком режиме не осуществляется преобразования крутящего момента, реакторное колесо вращается свободно, никак не влияя на поток жидкости.

Также, чем большей окажется разница скоростей вращения турбинного и насосного колеса, тем сильнее будет разгоняться поток жидкости. Также во время разгона неизбежно происходит нагрев масла ATF. Естественно, КПД гидротрансформатора будет снижаться, так как часть полезной энергии расходуется на нагрев.

Если же скорость вращения насосного и турбинного колеса выравнивается, передавать крутящий момент через масло, причем с потерями, нерационально. Именно по этой причине в гидротрансформаторы стали интегрировать элементы простого фрикционного сцепления (действие основывается на трении).

Данное решение называется блокировкой гидротрансформатора. Блокировка «бублика» позволяет напрямую соединить входной и выходной вал, чтобы передать крутящий момент напрямую, то есть без потерь. При этом старые АКПП имели такой ГДТ, где блокировка гидротрансформатора срабатывала в автоматическом режиме.

Срабатывание происходило благодаря давлению давления жидкости АТФ. При этом блокировался на таких АКПП гидротрансформатор зачастую на высоких скоростях, позволяя эффективно поддерживать автомобилю ранее набранную скорость и одновременно экономить горючее. 

Однако в дальнейшем в устройстве АКПП стало больше электроники, за блокировку гидротрансформатора стал отвечать отдельный клапан с электронным управлением. Способов реализации самой блокировки много, однако основная задача — соединить валы и передать момент, минуя масло.

Позже конструкторы пошли еще дальше, стремясь приблизить ГДТ по своей производительности к обычному сцеплению. В результате при разгоне автомобиля уже происходит частичная блокировка ГДТ (принудительная блокировка гидротрансформатора АКП), когда фрикционные накладки немного смыкаются, чтобы эффективно передать момент. Далее блокировка «бублика» срабатывает как можно раньше для уменьшения потерь в гидротрансформаторе.

Получается, сегодня ГДТ является гибридной конструкцией, которая сочетает в себе как гидравлику, так и элементы обычного механического сцепления. Если учесть, что современные моторы высокопроизводительные, неизбежно увеличивается крутящий момент и нагрев жидкости в ГДТ.

Также высоки требования к экономичности автомобилей, то есть любые потери нужно сводить к минимуму. По этой причине максимум нагрузки для передачи момента от ДВС на КПП переложено на блокировку гидротрансформатора.