Гидравлическая система управления

Большинство эксплуатационных режимов движения автомобиля не требуют от насоса максимальной производительности, поэтому логично на таких режимах уменьшать объём ATF, подаваемой насосом в гидросистему АКПП. Для этого, обычно, в пространство между корпусом насоса и подвижным кольцом подают управляющее давление (рис.6-7), таким образом, чтобы сила давления переместила подвижное кольцо в сторону уменьшения эксцентриситета. Уменьшение эксцентриситета между подвижным кольцом и ротором приводит к снижению производительности насоса и, следовательно, снижает потребную мощность на привод насоса. Насос будет иметь минимальную производительность, когда подвижное кольцо при повороте относительно шарнирной опоры займет крайнее правое положение. В случае снижения давления управления, подвижное кольцо под действием возвратной пружины начинает перемещаться в обратном направлении, увеличивая тем самым величину эксцентриситета и производительность насоса.

В процессе работы насоса всегда возникают утечки, поэтому ATF может скапливаться в полости образованной подвижным кольцом и правой частью корпуса насоса. Наличие в этой полости ATF может привести к возникновению давления, которое будет препятствовать перемещению подвижного кольца. Поэтому эту полость соединяют со сливной магистралью с тем, чтобы просочившаяся туда ATF сливалась в поддон и не мешала перемещению подвижного кольца.

Управление производительностью лопастного насоса осуществляет регулятор давления (рис.6-8), который в процессе движения автомобиля соответствующим образом формирует управляющее давление, корректируя при этом производительность насоса.

 

1.2.3. КЛАПАНЫ

Каждая АКПП имеет клапанную коробку, в которой расположены всевозможные клапаны, выполняющие в составе гидравлической части системы управления различные функции. Все многочисленные клапаны можно разделить по их функциональному назначению на две группы:

• клапаны, регулирующие давление;
• клапаны, управляющие потоками ATF.

В гидросистемах АКПП с электронным блоком управления активно используются электромагнитные клапаны (соленоиды), которые позволяют достаточно точно управлять фрикционными элементами управления, учитывая при этом разнообразные условия эксплуатации автомобиля. Кроме того, использование соленоидов значительно упрощает конструкцию клапанной коробки.

Принцип работы клапанов

Большинство клапанов, используемых в системах управления АКПП, представляют собой клапаны золотникового типа и несколько напоминают катушку (рис.6-9). Клапан имеет, как минимум, два пояска, с помощь которых образуется кольцевая канавка.

Клапан перемещается внутри отверстия втулки. При этом пояски перекрывают то или иное отверстие во втулке клапана. Давление, действующее на торцы клапана, совместно с пружиной определяют его положение относительно отверстий. В клапанных коробках АКПП можно найти множество вариантов исполнения клапанов золотникового типа. Некоторые, наиболее простые, имеют только одну кольцевую канавку и управляют только одним отверстием, в то время как другие клапаны могут иметь четыре и более кольцевых канавок и отверстий. Пружина чаще всего устанавливается только с одного торца клапана, и при отсутствии давления смещает клапан в одно из предельных положений.

Торцы поясков, образующих кольцевые канавки, не всегда имею одинаковый диаметр. Разные диаметры торцевых поверхностей поясков позволяют формировать силы, действующие на клапан, различной величины, поскольку согласно основному закону гидравлики сила давления, действующего на какую-либо поверхность прямо пропорциональна площади этой поверхности. С помощью поясков различного диаметра также можно осуществлять управление положением клапана относительно отверстий. При равном давлении клапан будет перемещаться в сторону действия той силы, которая формируется на большей площади (рис.6-10).

В клапанах часто используются пружины, обеспечивающие дополнительную силу, направление которой может совпадать или не совпадать с направлением суммарной силы давления жидкости на торцы клапана (рис.6-9). В большинстве случаев, с помощью пружин осуществляется согласование работы клапанов с характеристиками автомобиля, на котором используется данная трансмиссия. Это позволяет использовать одну и туже трансмиссию на различных автомобилях, отличающихся друг от друга как по массе, так и по мощности двигателя. Для каждого клапана подбирается пружина вполне определенной жёсткости и длины.

Большинство пружин, используемых в одной и той же клапанной коробке, не взаимозаменяемы и, поэтому их использование в других клапанах не допустимо.

Клапаны, регулирующие давление

Клапаны, регулирующие давление, предназначены для формирования в гидросистеме давления, пропорционального тому или иному параметру состояния автомобиля (скорости автомобиля, углу открытия дроссельной заслонки и др.), или для поддержания давления в переделах заданной величины. В автоматических коробках передач используется два типа таких клапанов: регуляторы давления и предохранительные клапаны.

Принцип действия регулятора давления

Регулятор давления представляет собой комбинацию клапана золотникового типа и пружины. Подбирая соответствующим образом характеристики пружины можно задавать величину давления, формируемого данным клапаном. Если регулятор давления установлен в магистрали сразу же после насоса, то, как уже отмечалось выше, формируемое им давление называется давлением основной магистрали или рабочим давлением.

Принцип работы регулятора давления достаточно прост. На один торец клапана действует пружина, а к другому подводится давление (рис.6-11).

В начальный момент клапан под действием пружины находится в крайнем левом положении. В таком положении он открывает входное отверстие и перекрывает своим левым пояском выходное отверстие. При поступлении в клапан жидкости, в кольцевой канавке и в левой полости клапана начинает формироваться давление, которое создает на левом торце клапана силу, пропорциональную величине формируемого давления и площади торца клапана. Как только, сила давления достигнет величины, способной деформировать пружину, клапан начнет перемещаться вправо, открывая при этом выходное отверстие и перекрывая входное отверстие. В результате ATF устремится в выходное отверстие и давление в клапане начнет уменьшаться. Сила давления на левый торец клапана уменьшается, и клапан под действием пружины начнет перемещаться влево. Выходное отверстие перекрывается, а входное вновь откроется. Давление в клапане опять возрастет, и процесс повторится вновь. Результатом такой работы клапана будет определенное устойчивое давление в выходной магистрали. Величина этого давления определяется, прежде всего, жёсткостью пружины. Чем жестче пружина, тем выше давление в выходной магистрали.

В некоторых регуляторах давления к клапану со стороны пружины подводится дополнительно давление, например, пропорциональное углу открытия дроссельной заслонки, что позволяет получать на выходе давление основной магистрали, зависящее уже и от режима работы двигателя. Бывают и более сложные схемы регулирования давления в основной магистрали.

Электромагнитные клапаны (соленоиды) регулирования давления

В системах управления с электронным блоком управления для регулирования давления в основной магистрали используются PWM-соленоиды или по-другому Duty Control-соленоиды (рис.6-12).

Для управления такими соленоидами электронный блок непрерывно посылает сигналы определённой частоты. Управление заключается в изменении времени включенного состояния соленоида по отношению ко времени выключенного состояния при неизменной частоте сигнала, в зависимости угла открытия дроссельной заслонки, скорости автомобиля и других параметров. При этом клапан соленоида постоянно находится в циклическом режиме «Вкл»-«Выкл». Такой способ регулирования давления позволяет весьма точно формировать давление в системе управления в зависимости от параметров движения автомобиля.

Предохранительный клапан

Назначение предохранительного клапана заключается в предохранении магистрали, в которой он установлен, от чрезмерно высокого давления. В случае, когда давление превысит определенную величину, сила давления, действующая на клапан, сжимает его пружину, и клапан открывается, соединяя при этом магистраль со сливом в поддон (рис.6-13). Давление в магистрали и, следовательно, сила давления быстро уменьшаются, и пружина вновь закроет клапан.

Отсутствие предохранительного клапана может приводить к нежелательным последствиям, как, например, разрушение уплотнений, появлению утечек и т.п. Поэтому в гидроситеме управления АКПП, как правило, используется несколько предохранительных клапанов.

Предохранительные клапаны бывают двух типов: тарельчатые (рис.6-13) и шариковые (рис.6-14).

Клапаны, управляющие потоками жидкости

Клапаны, управляющие потоками жидкости или клапаны переключения, направляют ATF из одного канала в другой. Эти клапаны открывают или закрывают проходы в соответствующие магистрали. В автоматических коробках передач используется несколько типов клапанов переключения.

Одноходовые клапаны

Эти клапаны управляют потоком жидкости в одной магистрали (рис.6-15). Одноходовой клапан очень похож на предохранительный клапан, за исключением того, что при открытии клапана ATF попадает не в поддон, а в какую-то магистраль. Пока, давление не достигнет определенной величины, пружина подпирает шарик и не позволяет, таким образом, жидкости перемещаться по магистрали, где установлен этот клапан. При определенном давлении, которое также определяется жёсткостью пружины, клапан открывается и ATF попадает в магистраль (рис.6-15а). Движение жидкости через клапан будет происходить до тех пор, пока давление не станет меньше заданной пружиной величины. Движение жидкости в обратном направлении через одноходовой клапан невозможно.

Второй тип одноходового клапана - клапан, в котором сила пружина заменена силой тяжести. Принцип работы такого клапана точно такой же, как и одноходового клапана с пружиной, но только сила пружины заменена силой тяжести самого шарика.

Двухходовые клапаны

Двухходовой клапан управляет потоками жидкости одновременно в двух магистралях, направляя поток ATF в выходную магистраль либо из левой входной магистрали, либо из правой входной магистрали (рис.6-16).

При поступлении жидкости из правой входной магистрали шарик перекатывается и садится в левое седло клапана, перекрывая тем самым доступ жидкости в левую входную магистраль (рис.6-16а). ATF из правой входной магистрали через клапан направляется в выходную магистраль. В случае, если жидкость подводится к клапану через левую входную магистраль, шарик перекрывает правую входную магистраль (рис.6-16б), обеспечивая тем самым доступ ATF из левой входной магистрали в выходную магистраль.

Шарики клапанов, управляющих потоками жидкости обычно изготавливаются из стали, но в некоторых АКПП используются шарики, изготовленные из резины, нейлона или композитного материала. Стальные шарики обладают большей износостойкостью, но вызывают больший износ седла клапана. Шарики, изготовленные из других материалов, меньше изнашивают седла клапана, но больше изнашиваются сами.

Клапан выбора режима (Manual Valve)

Клапан выбора режима (рис.6-17), является одним из основных управляющих элементов в гидравлической системе АКПП.

Этот клапан имеет механическую связь с рычагом селектора режимов, установленного в салоне автомобиля. Перемещение селектора через механическую связь передается клапану выбора режима, каждое положение которого фиксируется с помощью специального механизма - гребёнки, поджимаемой пружинным фиксатором (рис.6-18).

Основная задача клапана выбора режима распределить поток ATF таким образом, чтобы жидкость подводилась только к тем клапанам переключения, которые используются для включения разрешенных в данном режиме передач. К клапанам переключения передач, включение которых запрещено в выбранном режиме, ATF не подводится (рис.6-19).

Клапаны, формирующие вспомогательные давления

Основными параметрами состояния автомобиля, по соотношению которых в АКПП определяются моменты переключения передач, являются скорость движения автомобиля и загруженность двигателя, определяемая углом открытия дроссельной заслонки и оборотами коленчатого вала. В чисто гидравлических системах управления для определения этих двух параметров формируются соответствующие давления, для чего используется давление основной магистрали, которое подводится к соответствующему клапану, на выходе из которого, в зависимости от назначения клапана, формируется либо давление пропорциональное скорости движения автомобиля, либо давление пропорциональное степени открытия дроссельной заслонки.

Для получения давления, зависящего от загруженности двигателя, используется клапан-дроссель, который, чаще всего располагается в клапанной коробке. Управление этим клапаном на различных моделях АКПП осуществляется двумя различными способами. В соответствии с первым способом используется механическая связь между дроссельной заслонкой двигателя и клапаном-дросселем. В качестве механической связи может использовать либо трос, либо система тяг и рычагов. Во втором способе для управления клапаном-дросселем используется вакуумный модулятор. Модулятор с помощью трубки соединен с задроссельным пространством впускного коллектора двигателя. Степень разряжения во впускном коллекторе и является задающим параметром для получения давления, пропорционального степени загруженности двигателя. Чем выше загрузка двигателя, тем выше давление, которое формирует клапан-дроссель. Часто давление клапана-дросселя называю TV-давлением, что происходит от английского словосочетания «Throttle Valve pressure».