Если вы знакомы с механическими коробками передач, вы знаете, что двигатель соединен с коробкой передач посредством сцепления. Без этой связи автомобиль не смог бы полностью остановиться, не заглушив двигатель. В автомобилях с автоматической коробкой передач нет муфты, которая отсоединяет коробку передач от двигателя. Вместо этого они используют устройство под названиемпреобразователь крутящего момента Это может показаться не таким уж большим, но внутри происходят очень интересные вещи.
Вращение коленчатого вала двигателя автомобиля создает крутящий момент (это энергия, которую вы создаете, крутя что-либо). Крутящий момент - это то, что позволяет вам разогнать ваш автомобиль. Чем больше крутящий момент выдает двигатель, тем быстрее едет автомобиль. Преобразователь крутящего момента позволяет двигателю автомобиля с автоматической коробкой передач продолжать работать, даже когда колеса останавливаются.
В этой статье мы узнаем, зачем автомобилям с автоматической коробкой передач нужен гидротрансформатор, как работает гидротрансформатор, а также некоторые его преимущества и недостатки. Автоматические коробки передач, о которых мы говорим, относятся к традиционному типу, который был популярен в автомобилях примерно с 1950-х годов. В более новых типах автоматических трансмиссий, таких как полумеханическая коробка передач и вариатор, используются другие методы передачи мощности и не используются преобразователи крутящего момента.
Основы гидротрансформатора
Гидротрансформатор - это разновидность гидромуфты, которая позволяет двигателю вращаться независимо от трансмиссии. Если двигатель вращается медленно, например, когда автомобиль стоит на холостом ходу перед светофором, величина крутящего момента, проходящего через гидротрансформатор, очень мала, поэтому для удержания автомобиля в неподвижном состоянии требуется лишь легкое нажатие на педаль тормоза.
Если бы вы нажали на педаль газа, когда машина стоит, вам пришлось бы сильнее нажимать на тормоз, чтобы машина не двигалась. Это связано с тем, что когда вы нажимаете на газ, двигатель ускоряется и перекачивает больше жидкости в гидротрансформатор, в результате чего на колеса передается больший крутящий момент.
Внутри гидротрансформатора
В очень прочном корпусе гидротрансформатора находятся четыре компонента:
- импеллер
- турбина
- статор
- трансмиссионная жидкость
Корпус гидротрансформатора крепится болтами к маховику двигателя, поэтому он вращается с любой скоростью, на которой работает двигатель. Ребра, из которых состоит насос гидротрансформатора, крепятся к корпусу, поэтому они также вращаются с той же скоростью, что и двигатель. На разрезе ниже показано, как все подключено внутри гидротрансформатора.
крыльчатка внутри гидротрансформатора представляет собой тип центробежного насоса. Когда он вращается, жидкость выбрасывается наружу, подобно тому, как цикл отжима стиральной машины выбрасывает воду и одежду наружу из бака для стирки. По мере того, как жидкость выбрасывается наружу, создается вакуум, втягивающий больше жидкости в центр.
Затем жидкость поступает в лопаткитурбины, которая соединена с трансмиссией. Турбина заставляет трансмиссию вращаться, передавая мощность через валы, дифференциалы и на ведущие колеса. Вы можете видеть на графике слева, что лопасти турбины изогнуты. Это означает, что жидкость, поступающая в турбину снаружи, должна изменить направление, прежде чем выйти из центра турбины. Именно это изменение направления заставляет турбину вращаться.
Чтобы изменить направление движущегося объекта, вы должны приложить силу к этому объекту - не имеет значения, является ли объект автомобилем или каплей жидкости. И все, что прикладывает силу, заставляющую объект поворачиваться, должно также ощущать эту силу, но в противоположном направлении. Итак, поскольку турбина заставляет жидкость менять направление, жидкость заставляет турбину вращаться.
Жидкость выходит из турбины в центре, двигаясь в другом направлении, чем при входе. Жидкость выходит из турбины, двигаясь в направлении, противоположном направлению вращения насоса (и двигателя). Если жидкость попадет в насос, это замедлит работу двигателя, что приведет к потере мощности. Вот почему гидротрансформатор имеетстатор
Мы более подробно рассмотрим статор в следующем разделе.
Статор
Статор находится в самом центре гидротрансформатора. Его работа заключается в перенаправлении жидкости, возвращающейся из турбины, до того, как она снова попадет в насос. Это значительно повышает эффективность гидротрансформатора.
Статор имеет очень агрессивную конструкцию лопастей, которая почти полностью меняет направление потока жидкости. Обгонная муфта (внутри статора) соединяет статор с неподвижным валом в трансмиссии (направление, в котором муфта позволяет статору вращаться, показано на рисунке выше). Из-за такого расположения статор не может вращаться вместе с жидкостью - он может вращаться только в противоположном направлении, заставляя жидкость менять направление при ударе о лопасти статора.
Что-то немного хитрое происходит, когда машина начинает двигаться. На шоссейной скорости и крыльчатка, и турбина крутятся почти с одинаковой скоростью (насос всегда крутится чуть быстрее). В этот момент жидкость возвращается из турбины, попадая в насос, уже двигаясь в том же направлении, что и насос, поэтому статор не нужен.
Несмотря на то, что турбина меняет направление потока жидкости и выбрасывает ее обратно, жидкость все равно движется в том направлении, в котором вращается турбина, потому что турбина вращается быстрее в одном направлении, чем жидкость прокачали в другом направлении. Если вы стоите в задней части пикапа, движущегося со скоростью 60 миль в час (96 км/ч), и бросаете мяч из задней части этого пикапа на скорости 40 миль в час (64 км/ч), мяч все равно будет лететь вперед со скоростью 20 миль в час (32 км/ч). км/ч). Это похоже на то, что происходит в турбине: жидкость выбрасывается обратно в одном направлении, но не так быстро, как должна была начаться в другом направлении.
При таких скоростях жидкость ударяется о заднюю сторону лопастей статора, заставляя статор свободно вращаться на обгонной муфте, поэтому он не препятствует прохождению через него жидкости.
Преимущества и недостатки гидротрансформаторов
В дополнение к очень важной функции, позволяющей вашему автомобилю полностью остановиться без остановки двигателя, гидротрансформатор фактически дает вашему автомобилю больший крутящий момент, когда вы ускоряетесь после остановки. Современные гидротрансформаторы позволяют увеличить крутящий момент двигателя в два-три раза. Этот эффект возникает только тогда, когда двигатель вращается намного быстрее, чем трансмиссия.
В некоторых автомобилях с высокой производительностью устанавливается так называемый преобразователь крутящего момента с высокой степенью опрокидывания. По сравнению с обычным уличным преобразователем этот компонент будет передавать мощность на колеса с гораздо более высокими оборотами в минуту (обороты в минуту). Это означает, что мультипликативный эффект крутящего момента гидротрансформатора возникает, когда двигатель приближается к своей пиковой мощности, что позволяет ему сильно ускоряться с места. Однако этот эффект нежелателен при повседневном движении.
При более высоких скоростях трансмиссия вращается примерно на 90 процентов от частоты вращения двигателя. В идеале, однако, трансмиссия должна двигаться точно с той же скоростью, что и двигатель, потому что эта разница в скорости тратит впустую мощность и приводит к тому, что узел теряет тепло. Это одна из причин, по которой автомобили с автоматической коробкой передач иногда расходуют меньше бензина, чем автомобили с механической коробкой передач.
Чтобы противодействовать этому эффекту, некоторые автомобили имеют гидротрансформатор с муфтой блокировки. Когда две половины гидротрансформатора набирают скорость, эта муфта блокирует их вместе, обеспечивая вращение двигателя и коробки передач с одинаковой скоростью и сводя к минимуму потери мощности. Во многих современных автоматических коробках также добавлено до 10 передач переднего хода, чтобы оптимизировать подачу мощности и соответствовать эффективности старых моделей с механической коробкой передач.