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».

Для получения давления, пропорционального скорости движения автомобиля, используются скоростные регуляторы давления, принцип работы которых аналогичен принципу работы центробежного регулятора. Привод скоростного регулятора давления осуществляется механическим путем и весьма схож с механическим приводом спидометра. Устанавливается скоростной регулятор, как правило, на выходном валу коробки передач, и он устроен таким образом, что с увеличением частоты вращения выходного вала АКПП, увеличивается и формируемое скоростным регулятором давление.

Давление клапана-дросселя и скоростного регулятора подводится к клапанам переключения передач. Соотношение этих давлений, действующих на торцы клапанов переключения, и определяет моменты переключения передач в АКПП с чисто гидравлической системой управления.

В современных трансмиссиях с электронными блоками управления необходимость формирования TV-давления и давления скоростного регулятора отпала. Теперь для определения положения дроссельной заслонки двигателя и скорости автомобиля используются соответствующие электрические датчики. Сигналы этих датчиков поступают в электронный блок управления, где на основе анализа их сигналов, а также сигналов ряда других датчиков, вырабатывается определенное решение и выдается сигнал на соответствующий соленоид.

Клапаны переключения

Клапаны переключения предназначены для управления переключением передач (рис.6-20).

В чисто гидравлических системах управления моменты переключения определяются соотношением TV-давления и давления скоростного регулятора. Поэтому к одному торцу клапана подводится давление клапана-дросселя, а к другому давление скоростного регулятора (рис.6-20). В зависимости от соотношения этих давлений клапан может занимать крайнее нижнее положение (передача выключена) или крайнее верхнее положение (передача включена). С помощью пружины, действующей на торец клапана со стороны подвода TV-давления, можно осуществлять корректировку моментов включения и выключения передачи. Кроме того, пружина при отсутствии в гидросистеме давления удерживает клапан переключения в положении, соответствующему выключению передачи.

Рассмотрим принцип работы клапана переключения несколько подробнее. В начальный момент суммарная сила упругости пружины и давления клапана-дросселя, действующая на правый торец клапана, больше силы давления скоростного регулятора, которая приложена к левому торцу клапана (рис.6-21а). Это обстоятельство определяет крайнее левое положение клапана. При этом клапан своим правым пояском перекрывает отверстие подвода давления основной магистрали и не позволяет, таким образом, жидкости пройти через клапан и попасть в гидропривод фрикционного элемента управления АКПП.

Как только сила давления скоростного регулятора, в результате роста скорости автомобиля, станет больше суммарной силы пружины и силы давления клапана-дросселя, так сразу же клапан переместится в крайнее правое положение (рис.6-21 б). При этом основная магистраль через клапан переключения соединяется с магистралью подвода давления в бустер фрикционного элемента управления, в результате чего начнется процесс переключения передачи.

КЛАПАННАЯ КОРОБКА

Большая часть клапанов системы управления АКПП расположено в клапанной коробке (рис.6-22). Корпус клапанной коробки чаще всего изготавливается из алюминиевого сплава. Клапанная коробка с помощью болтов крепится к картеру АКПП.

В корпусе клапанной коробки имеются многочисленные каналы весьма причудливой формы. В некоторых таких каналах устанавливаются одноходовые шариковые клапаны. Кроме того, на торцевых поверхностях имеются отверстия для установки в них деталей многочисленных клапанов. Большинство клапанных коробок состоит из двух или трех частей, которые стягиваются между собой болтами, а между ними устанавливают сепараторные (разделительные) пластины с прокладками. Часть каналов гидросистемы, а иногда и часть клапанов располагаются в картере АКПП. Сепараторные пластины имеют большое количество калиброванных отверстий (жиклёров), через которые осуществляется сообщение между различными частями клапанной коробки.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАГИСТРАЛИ

Насос всасывает ATF из поддона, который затем, пройдя регулятор давления, попадает в клапанную коробку. В клапанной коробке происходит распределение потока жидкости к соответствующим сервоприводам, с помощью которых и осуществляется управление фрикционными муфтами и тормозами. Кроме того, часть жидкости из регулятора давления подается в систему подпитки и управления блокировочной муфтой гидротрансформатора. После гидротрансформатора ATF попадает в систему охлаждения, затем используется в системе смазки АКПП и вновь попадает в поддон.

Для обеспечения нормальной циркуляции ATF в описанном контуре используются специальные каналы. В валах также имеются отверстия для подвода ATF в бустеры фрикционных элементов управления и к трущимся поверхностям для обеспечения их смазки.

ГИДРОЦИЛИНДР

Гидроцилиндр - это исполнительный механизм системы управления АКПП. Эти механизмы преобразовывают давление трансмиссионной жидкости в механическую работу, обеспечивая тем самым, включение и выключение фрикционных элементов управления.

Давление жидкости создает силу на поверхности поршня гидроцилиндра, которая вызывает перемещение поршня (рис.6-24). Величина этой силы пропорциональна площади поршня и давлению, действующего на поршень.

Термин гидроцилиндр, как правило, относится к механизму, который используется для включения ленточного тормоза (рис.6-25а). Если же речь идет о включении дискового тормоза или блокировочной муфты, то используется термин «бустер» (рис.6-25б), который представляет собой кольцевое пространство, куда подается ATF.

ЖИКЛЁРЫ И ГИДРОАККУМУЛЯТОРЫ

Второй основной задачей любой системы управления АКПП, после определения моментов переключения передач, является задача обеспечение требуемого качества самих переключений. Иными словами система управления АКПП должна так управлять переключениями, чтобы исключить слишком длительное скольжение фрикционных элементов, но при этом и не слишком быстро их включать, иначе, пассажиры будут ощущать во время переключения передач толчки. Все эти моменты, связанные с качеством переключения передач, обуславливаются скоростью изменения давления в гидроприводах фрикционных элементов управления АКПП. Если давление в гидроприводе нарастает слишком быстро, то во время переключения передачи будет ощущаться толчок. При слишком медленном нарастании давления фрикционные элементы будут слишком долго скользить, что отражается неоправданным увеличением оборотов двигателя, и, кроме того, отрицательно сказывается на долговечности фрикционных элементов.

Поэтому в системе управления любой АКПП можно найти элементы, отвечающие за качество переключения передач. К таким элементам относятся жиклёры и гидроаккумуляторы, которые используются в настоящее время в каждой модели АКПП, независимо от используемой на ней типа системы управления (чисто гидравлическая или электрогидравлическая). Если управление АКПП осуществляется с помощью электронного блока управления, то за качество переключения дополнительно отвечает еще и сам блок управления, который во время переключения передачи соответствующим образом изменяет давление в основной магистрали. Кроме того, в некоторых моделях АКПП используются специальные соленоиды, назначение которых - обеспечение требуемого качества переключения передач.

Жиклёры

Жиклёр - это резкое локальное уменьшение площади поперечного сечения канала (рис.6-26). Жиклёр создает дополнительное сопротивление для движения жидкости, что позволяет, например, снизить скорость заполнения жидкостью гидроцилиндра или бустера фрикционного элемента управления.

Из-за резкого изменения поперечного сечения канала жидкость не может свободно проходить через жиклёр, и поэтому со стороны насоса создается повышенное давления, а за жиклёром формируется более низкое давление. Если за жиклёром нет тупика, т.е. жидкость может свободно двигаться дальше, то в канале возникает перепад давлений. Если же после жиклёра имеется тупик в виде гидроцилиндра или бустера фрикционного элемента управления (рис.6-27), то давление по обе стороны жиклёра по истечении некоторого времени постепенно станет одинаковым.

Жиклёры используются в гидросистемах управления АКПП для обеспечения плавного нарастания давления или управления расходом жидкости. Как правило, жиклёры устанавливаются перед гидроцилиндром или бустером фрикционных элементов управления АКПП, где они совместно с гидроаккумуляторами формируют требуемый закон нарастания давления. Поэтому при включении фрикционного элемента управления жиклёры играют весьма существенную роль. Однако, для того, чтобы процесс переключения передачи проходил с высоким качеством (без заметных толчков автомобиля и повышенного скольжения во фрикционных элементах управления), необходимо быстро сбрасывать давление в гидроприводе выключаемого элемента управления. Наличие же в канале жиклёра не позволяет это сделать, поэтому в схемах управления АКПП иногда к гидроприводу подводятся два канала (рис.6-28).

В одном канале устанавливается жиклёр, а во втором шариковый клапан одностороннего действия. Во время включения фрикционного элемента давление жидкости, подводимой из основной магистрали, прижимает шарик к седлу клапана (рис.6-28а). В результате жидкость попадает в гидропривод только через жиклёр, и формирование давления происходит по заданному закону. В случае выключения фрикционного элемента гидропривод соединяется со сливной магистралью, поэтому давление отжимает шарик клапана одностороннего действия (рис.6-28б), и жидкость вытекает по двум каналам, что значительно увеличивает скорость его опорожнения.

Жиклёры, как правило, располагаются в сепараторной пластине клапанной коробки, и представляют собой отверстия вполне определенного диаметра (рис.6-29).

Гидроаккумуляторы

Гидроаккумулятор представляет собой обычный цилиндр с подпружиненным поршнем, который устанавливается параллельно гидроцилиндру или бустеру фрикционного элемента управления АКПП, и его задачей является снижение скорости нарастания давления в гидроприводе. В настоящее время используются два типа аккумуляторов: обычные и управляемые клапаном.

В случае использования обычного гидроаккумулятора (рис.6-30), процесс включения любого фрикционного элемента можно разделить на четыре этапа (рис.6-31):

• этап заполнения цилиндра или бустера;

• этап перемещения поршня;

• этап неуправляемого включения фрикционного элемента;

• этап управляемого включения фрикционного элемента.
После того, как клапан переключения переместится и соединит основную

магистраль с каналом подвода давления в гидропривод фрикционного элемента управления АКПП, жидкость начинает заполнять цилиндр или бустер (этап заполнения). По окончании этого этапа поршень гидропривода под действием давления начинает перемещаться, выбирая при этом зазор во фрикционном элементе (этап перемещения поршня). При соприкосновении поршня с пакетом фрикционных дисков поршень останавливается и начинает сжимать пакет фрикционных дисков. Причем, поскольку перемещение поршня прекратилось, то давление в гидроцилиндре или бустере, практически мгновенно изменяется до некоторой величины, которая определяется жёсткостью и величиной предварительной деформацией пружины гидроаккумулятора.

Следует отметить, что жёсткость и предварительная деформация пружины подбираются таким образом, чтобы на первых трех этапах работы поршень гидроаккумулятора оставался неподвижным. После того, как давление в гидроприводе и, следовательно, в гидроаккумуляторе достигнет величины, при которой сила давления на поршень гидроаккумулятора, будет способна преодолеть силу пружины, начнется заключительный, этап управляемого включения фрикционного элемента. Перемещение поршня гидроаккумулятора приводит к снижению интенсивности нарастания давления в гидроприводе, и в результате происходит плавное включение фрикционного элемента. В момент остановки поршня гидроаккумулятора давление в гидроцилиндре или бустере должно стать равным давлению основной магистрали. На этом процесс включения фрикционного элемента заканчивается.

Нетрудно показать, что, чем меньше жёсткость или предварительная деформация пружины гидроаккумулятора, тем меньше скачок давления на третьем этапе включения фрикционного элемента управления и тем более растянут этап управляемого скольжения фрикционного элемента (рис.6-31а). И, наоборот, увеличение жёсткости или величины предварительной деформации пружины приводят к большему скачку давления в гидроприводе и уменьшению времени скольжения фрикционного элемента.

Следует отметить, что изменение жёсткости пружины в ту или иную сторону от номинальной величины приведет к ухудшению качества включения фрикционного элемента. Уменьшение жёсткости или величины предварительной деформации пружины вызовет чрезмерное длительное скольжение фрикционного элемента, и, как следствие этого, быстрый износ фрикционных накладок. При увеличении этих двух параметров включение фрикционного элемента должно происходить ударно, что будет ощущаться пассажирами автомобиля в форме неприятных толчков.

Таким образом, качество включения фрикционного элемента определяется тем, насколько правильно подобраны жёсткость и величина предварительной деформации пружины гидроаккумулятора. Однако, такое устройство гидроаккумулятора не позволяет изменять время включения фрикционного элемента в зависимости от того, с какой интенсивность водитель нажимает на педаль управления дроссельной заслонкой. Как уже отмечалось выше, если водитель спокойный и не нажимает до упора на педаль управления дроссельной заслонкой, то гидросистема должна обеспечивать мягкие, практически незаметные переключения. Если же водитель предпочитает разгон с большим ускорением, то основная задача системы управления в этом случае - обеспечить быстрые во времени переключения, принося в жертву этому качество переключения. И все это должен обеспечивать один и тот же гидроаккумулятор. Для решения этой задачи в автоматических коробках передач используется весьма простой прием. К поршню гидроаккумулятора со стороны расположения пружины подводится давление, называемое давлением подпора (рис.6-32).

Как правило, в качестве давления подпора используется TV-давление или давление, формируемое специальным клапаном пропорционально TV-давлению. Для малых углов открытия дроссельной заслонки характерно малое давление клапана-дросселя, и поэтому включение фрикционных элементов будет происходить мягко. Чем больше угол открытия дроссельной заслонки, тем больше TV-давление и давление подпора и тем жестче будет происходить переключения передач.

Для эффективной работы гидроаккумулятора, его рабочий объём должен быть соизмерим с объёмом гидропривода включаемого элемента управления, поэтому все вышеописанные гидроаккумуляторы имеют достаточно большие размеры.