Что такое гидротрансформатор?

Гидродинамический трансформатор ("Гидротрансформатор" или "ГДТ") - это герметично заваренный узел, передающий крутящий момент от двигателя - к автоматической трансмиссии при помощи двух вращающихся в масле турбин. Раньше этот узел носил название гидромуфта, потому что не трансформировал вращение в дополнительный момент, а лишь соединял как муфта (сцепление) двигатель с колесами.

Название "Гидротрансформатор" или Torque Converter произошло от того, что при разгоне происходит примерно 2-х кратное увеличение вращающего момента за счет такого-же кратного уменьшения скорости вращения. Чем выше скорость (и меньше ускорение) - тем меньше эта кратность.

Немного об истории Гидротрансформатора:

Первая гидромуфта была изобретена в 1902 году и установлена в 1907-м на скоростном судне.
В 1928 году фирма "Lysholm-Smith" первой применила гидромуфту для автобусов.
В 1940 году гидромуфтами стали оснащаться первые легковые авто Oldsmobile.
А с 1946-47 годов – гидромуфта стала использоваться серийно в производстве автомобилей (США).

Для чего нужен Гидротрансформатор в АКПП?

ГДТ позволяет отказаться от педали сцепления, обеспечивает плавность разгона и как дополнительная опция - увеличивает крутящий момент при разгоне, также позволяет двигателю работать во время остановки при включенной передаче. Это можно увидеть на примере двух вентиляторов (один из которых включен вращение передается от работающего вентилятора к не работающему. На этом примере наглядно виден основной принцип работы гидротрансформатора.

Гидротрансформатор осуществляет гидравлическое сцепление между двигателем и автоматической коробкой передач. В отличии от механического сцепления в МКПП, ГДТ передает крутящий момент от ведущего вала к ведомому не через механическое трение фрикционов, а посредством гидравлического давления масла. Как ветер вращает крылья мельницы. Наглядно о принципе работы ГДТ рассказывают многочисленные видео.

Когда скорости вращения входного и выходного валов сравняются (а это конструктивно наступает после 60-70 км/ч), включается механическая блокировка ГДТ, с помощью фрикционной накладки вращение масла останавливается, а валы двигателя и трансмиссии соединяются напрямую. Гидротрансформатор в этом режиме выключается и передает уже 100% вращения. Сравнимо с отжиманием сцепления после переключения скорости.

Фактически, пока ГДТ работает - он тратит кинетическую энергию двигателя на вращение масла и как следствие - на нагрев масла от трения. А в момент, когда он блокируется - истирается накладка и эта пыль вымывается маслом. Эти две побочных функции ГДТ и являются главными проблемами, которые влияют на жизнь автоматической трансмиссии.

КПД Гидротрансформаторов.

- Средний КПД типичных 3-х и 4-х ступенчатых АКПП 20-го века при режиме "городской езды" составлял от 75 до 85%. ГДТ выключался на скорости ок. 60 км/час. В момент, когда включается блокировка - КПД агрегата сразу подтягивается к 100%. Пока нагрузку от двигателя к трансмиссии передает вращающееся масло - КПД этого узла составляет около 60-70%.

Чем быстрее включается блокировка - тем выше средний КПД автомата.

В последних конструкциях 5-ти и 6-ти ступенчатых АКПП с введением интеллектуальной электронной системы управления и линейных соленоидов средний кпд ГДТ удалось довести до рекордных 94-95%.

Оптимизация достигается за счет того, что муфта блокировки подключается так рано, как это возможно (иногда уже со 2-й скорости) и разблокируется как можно позднее при снижении скорости. Практически приближаясь к режиму работы педали сцепления на МКПП.

Регулируемое проскальзывание муфты

"Режим регулируемого проскальзывания" фрикциона блокировки - это режим, когда фрикцион (или несколько - по моде введенной Мерседесом) управляемый тонконастроенным линейным соленоидом и компьютером поджимается на такое расстояние к корпусу, что между ними остается тончайшая пленка масла, которая достаточна для проскальзывания и отвода температуры от трущейся поверхности, но заставляет корпус вращаться. Очень похоже на проскальзывание сцепления при агрессивном разгоне с МКПП или на регулируемое притормаживание колес.

Таким образом фрикцион совместно с крыльчатками турбин раскручивает вал трансмиссии, что кроме увеличения КПД, приводит к дополнительному нагреву и загрязнению масла продуктами износа этого фрикциона.

Если раньше разгонял машину поток масла между крыльчатками турбин, а муфта блокировки только помогала, то в ГДТ 21-го века все чаще разгоняют машину фрикционы "проскальзывающие" с тончайшими зазорами, заполненными маслом, а турбины - только помогают. Идея, придуманная фирмой Мерседес, используется и в современных 7-ми и 8-ми ступенчатых АКПП.

То есть введено революционное изменение самого принципа работы фрикциона. Если фрикционы 20-го века работали в режиме Он-Офф (сцепление происходило как можно короче и с небольшим толчком, чтобы ускорить переключение передач), то новый принцип включения и новые фрикционы ГДТ привели к тому, что блокировка ГТД стала работать по принципу тормозных колодок колеса. То есть с тонкой регулировкой силы и времени сцепления.

Это привело к таким особенностям:

1. Материал нагруженной накладки фрикциона теперь стал не тот, что был у "лениво" работающих бумажных фрикционных накладок 4-х ступок, а - графитовые "хай-энерджи" составы, отличающиеся износо- и температуро-стойкостью и клейкостью. И эти суперстойкие и суперклейкие микрочастицы, оторвавшиеся от фрикциона путешествуют вместе с маслом и "набрызгом" ввариваются-вклеиваются во все неудобные места, начиная от деталей гидротрансформатора, кончая деталями и каналами гидроблока и соленоидов.

2. Полуистертый фрикцион все хуже держит контакт и все сильнее проскальзывает, еще сильнее нагревая корпус "бублика" и масло. А компьютер не понимает, что фрикцион стерт и продолжает заставлять его работать с длительном проскальзывании, что приводит к быстрому перегреву масла, а соответственно и трансмиссии.

Так на первом месте по колличеству ремонтов с большим отрывом стоят бублики 5HP19, которые почти всегда приходят в ремонт с изношенным до металла фрикционом и перегретым хабом привода маслонасоса. Этот участок конструкции приходится вырезать и вваривать новый. Довольно сложная и ответственная работа. (справа)

2А. Самое неприятное последствие от изнашивающегося фрикциона - это его остатки, то есть клеевой слой, с помощью которого накладка приклеивается к металлу. Именно частицы клея фрикциона наиболее вредны для гидроблока и клапанов-золотников.

3. Перегретое масло (свыше 140 градусов) за несколько суток работы убивает резину сальников и уплотнителей и остатки фрикциона. И хотя в новых 6-ти ступенчатых АКПП немецких и американских производителей вместо приклеиваемой на тело поршня фрикционной накладки стали использовать настоящие фрикционные диски с карбоном (см. выше), перегретый фрикцион также истирается и быстро загрязняет масло мельчайшими частицами фрикционного материала. Поэтому плановые замены фрикционов гидротрансформатора - стали обязательной регламентной работой на всех АКПП Мерседеса и коробок производства фирмы ZF.

Получается, что качество внутренних поверхностей ГДТ напрямую влияет на:

динамические характеристики разгона и потери мощности
на нагрев масла,
на загрязнение масла

и поэтому сейчас ремонт гидротрансформатора с резкой корпуса превратился в регламентную операцию, которую необходимо производить, чтобы заменить полустертый фрикцион и очистить все узлы и сочленения. Очистить этот нагар с помощью жидкостей практически невозможно. Очистка гидротрансформатора без вскрытия это - хобби.

Возрастные АКПП, пережившие период работы с горелым маслом, нуждаются в капремонте ГДТ как непременном условии продления ресурса трансмиссии.

Что изнашивается в гидротрансформаторах?

Проблемы ГДТ можно представить как пирамиду:

Самая распространенная причина, вызывающая необходимость ремонта гидротрансформаторов (низ пирамиды) - износ Фрикционной накладки Поршня блокировки ГДТ - тормоза.

При ремонте старую накладку удаляют, очищают место установки от остатков клея и наклеивают новую фрикционную накладку сцепления.

Без этой накладки или работе со "съеденным" фрикционом гидротрансформатор вполне может выполнять свои функции и мало кто замечает разницу в задержке блокировки, или ее нештатной работе, или перегреве масла.

Но если накладку вовремя не заменить, то отслоившиеся остатки фрикциона и клеевого состава попадают в масло и забивают каналы гидроплиты ("мозги"), приводя к цепной реакции масляного голодания - нагрева - износа - сгорания муфт, ступиц и втулок и т.д.

Гидротрансформаторы 21 века

Что касается нового поколения ГДТ (например для 6-ти ступенчатых АКПП), работающих при температуре 120-130 градусов, где активно используется "режим проскальзывания" , то там возникла новая проблема: Фрикционная накладка уже не приклеивается к поршню , а сама стала сменяемым фрикционным диском (слева), потому что изнашивается теперь быстрее других расходников. Но кроме того, что она изнашивается, она еще загрязняет масло новым материалом - графитовой пылью.

Графитовый фрикцион - гораздо более термо- и износо-стоек и долговечен, чем бумажный, но обладает и совершенно другими абразивными свойствами и "прилипаемостью". А это катастрофически быстро изнашивает тонкие места гидроблока и соленоидов. Каждые 100-150 ткм этот фрикцион ГДТ на разных 6-ти (и выше) ступенчатых АКПП часто приходится менять (В основном - ZF и Mercedes). Чем сильнее надавлена педаль газа, тем больше "заслуга" фрикциона для разгона машины.

Новые гидротрансформаторы для мощных авто имеют два режима работы: Спокойный. Когда нагружена в основном старая добрая пара турбин, разгоняющая машину с помощью вихря масла, а фрикционы блокировки подключаются только для блокировки разовым быстрым замыканием.

И Агрессивный режим. Когда в дело вступают фрикционы, отодвигая в сторону турбины и истираясь тянут колеса за ревущим многолитровым двигателем. Представьте площадь этих "проскальзывающих" фрикционов ГДТ и силу тяги двигателя!

Материалы для этого инновационного графитового (или кевларового) фрикциона много раз модифицировались (щадя масло и гидроблок) и сейчас имеются несколько их типов: HTE, HTS, HTL, XTL. для разного момента, разных настроек компьютера для различных температурных режимов и т.д.

Более редкие проблемы:

поломки лопастей колес. (случается не так часто, но приводит к поломке ГДТ). Определяется только при вскрытии.
перегрев и разрушение ступицы ГДТ. Заметно при осмотре.
разблокировка обгонной муфты, (случается не часто, проверка)
полное заклинивание обгонной муфты; (случается не часто, проверка)
Замена изношенных подшипников. (случается не часто, но при их поломке разрушается сам ГДТ, проверка)
замена сгоревшего хаба, передающего вращение трансмиссии.

Какие работы производятся при разборке ГДТ ?

1. Чтобы выполнить разборку агрегата, требуется срез сборочного сварного шва, соединяющего половинки ГДТ на высокоточном токарном станке, и только после этого производится диагностика и замена деталей.

При разборке производятся все описанные выше дефектовки и замены, а также очистка всех деталей от налета грязи.

2. В сборку гидротрансформаторов входит высокоточная сварка корпуса , проверка на герметичность, радиальное и осевое биение.Зтем производится балансировка ГТД.

Для этих процессов уже недостаточно распространенного заводского токарного или сварочного оборудования. От качества и точности обработки зависит ресурс работы этого сложного узла АТ и все это требует организации специализированного цеха, поставки запчастей и расходников, большого опыта специалистов - системы отдельного бизнеса.

Отремонтированные нашими партнерами ГДТ имеют минимально возможный процент брака и как правило ходят еще до 70-80% своего первоначального ресурса. И почти всегда ремонт оказывается дешевле замены ГДТ, Хотя изредка ( в одном случае из 100) случается, что ГДТ дороже ремонтировать, чем заменить.

О необходимости своевременного ремонта ГДТ не стоит убеждать того, кто уже один раз "попал" на капремонт автомата.

Признаки выхода из строя ГДТ

Обычно это:

посторонние вибрации и звуки,
рывки при переключении передач, особенно в районе 60-70 км/ч - или двигатель перестает тянуть после набора скорости или до нее тянет необычно долго, протечки масла итд.

Практически невозможно без спецоборудования определить смерть фрикциона ГДТ, что чаще всего и является причиной выхода из строя гидроблока АКПП и как следствие и самой трансмиссии.

Чем мощнее автомобиль, тем короче средний срок службы ГДТ до капремонта.

В ремонт идут обычно гидротрансформаторы легковых автомашин. Но изредка встречаются в ремонте и гидротрансформаторы грузовиков большого диаметра (св 35 см)

Ниже - любопытная сравнительная статистика (2009-2012 год) по популярности гидротрансформаторов в ремонте: