Hidrotransformatora uzbūve. Darbības princips automātiskajai pārnesumkārbai (automātam) iekļauj sevī vairākus agregātus, no kuriem galvenais ir hidrotransformators un mehāniska planetārā ātrumkārba.
Hidrotransformators izpilda ne tikai sajūga funkciju, bet arī automātiski izmaina griezes momentu atkarībā no slodzes un automobiļa velkošo riteņu griešanās ātruma. Hidrotransformators sastāv no diviem lāpstiņveida agregātiem – centrabēdzes sūkņa, centrabēdzes turbīnas un starp tiem novietota reaktora. Sūknis ar turbīnu ir novietoti maksimāli tuvu viens otram, nodrošinot nepārtrauktu šķidruma cirkulāciju. Kā rezultātā hidrotransformators ieguvis minimālus gabarītizmērus un vienlaicīgi samazināti enerģijas zudumi, šķidrumam pārvietojoties no sūkņa uz turbīnu.
Sūkņarats ir saistīts ar dzinēja kloķvārpstu, turbīna – ar pārnesumkārbas vārpstu. Ar to tiek panākts, ka hidrotransformatorā nav cieša savienojuma starp vadītājiem un vadāmajiem elementiem, bet enerģijas pārvade no motora uz transmisiju tiek panākta ar darba šķidruma plūsmu, kas atsitas no sūkņa lāpstiņām uz turbīnas lāpstiņām. Pēc tāda principa īstenībā strādā hidromufta, kas vienkārši pārvada griezes momentu netransfermējot tā lielumu. Lai izmainītu griezes momentu, hidrotransformatora konstrukcijā ievietots reaktors. Reaktoram arī ir apļveida forma ar lāpstiņām, tomēr tas ir cieši piestiprināts korpusam un negriežas (līdz noteiktam laikam). Reaktors ir novietots starp sūkņratu un turbīnu, un līdz ar to atrodoties darba šķidruma plūsmas ceļā, pa kuru eļļa atgriežas no turbīnas sūknī. Reaktora lāpstiņām ir īpašs profils, starplāpstiņu kanāli pakāpeniski sašaurinās. Šī iemesla dēļ, ātrums ar kādu pārvietojas darba šķidrums pa vadītāja lāpstiņām pakāpeniski palielinās, bet pats šķidrums izmetās no reaktora sūkņrata griešanās virzienā, it kā piepalīdzot tam griezties. No šī var spriest par divām lietām. Pirmā – pateicoties palielinātam eļļas cirkulācijas ātrumam, hidrotransformatora iekšienē pie nemainīga sūkņa darbības režīma, (dzinēja, kā jau iepriekš pieminēts, ka sūkņrats ir cieši savienots ar kloķvārpstu) griezes moments uz hidrotransformatora izejošās vārpstas palielinās. Otrs – pie nemanīga sūkņa darbības režīma, turbīnas darba režīms mainās automātiski atkarībā no slodzes uz turbīnas vārpstas (no slodzes uz auto riteņiem). Paskaidrosim šīs aksiomas uz konkrētiem piemēriem. Pieņemsim, ka automobilim, kurš virzās pa līdzenu ceļa posmu, ir jābrauc kalnā. Aizmirsīsim uz brīdi par akseleratora pedāli un aplūkosim kā noreaģēs hidrotransformators uz kustības apstākļu maiņu. Slodze uz velkošajiem riteņiem palielinās un auto sāk zaudēt ātrumu. Tas noved pie turbīnas griešanās kustības samazi
nāšanos. Līdz ar to samazinās pretdarbība darba šķidruma cirkulācijas kustībai pa apli hidrotrasformatora iekšienē. Rezultātā cirkulācijas ātrums pieaug, kas automātiski palielina griezes momentu uz turbīnrata vārpstas, (analoga situācija pārejot uz zemāku pārnesumu mehāniskajai pārnesumkārbai) tik ilgi kamēr nebūs līdzsvars starp to un kustības pretestības momentu.
Pēc analogas sistēmas automātiskā transmisija darbojas uzsākot auto kustību. Tikai tagad īstais laiks atcerēties par gāzes pedāli, kuru nospiežot palielinās kloķvārpstas apgriezieni, tas nozīmē, ka arī sūkņrata, un par to, ka auto un līdz ar to arī turbīna atrodas nekustīgā stāvoklī, bet iekšējā izslīde hidrotransformatorā nemaisīja motoram strādāt tukšgaitā (manuālā pārnesumkārbā tas nozīmētu izspiestu sajūgu). Šajā gadījumā griezes moments transformējas maksimāli iespējamas reizes. Bet kad tiek sasniegts vajadzīgais ātrums, griezes momentu pārveidot vairs nav vajadzīgs. Hidrotransformators automātiskas bloķēšanas sistēmas ietekmē, pārveidojas par ķēdes posmu, kas cieši savieno vadāmo ar vadīto vārpstu. Šāda bloķēšana izslēdz iekšējos zudumus, palielina pārnesumu lietderības koeficientu, samazina degvielas patēriņu nemainīgā kustības režīmā, bet pie palēnināšanās palielinās efektivitāte bremzēšanai ar motoru. Vienlaicīgi ar mērķi samazināt visus zudumus, reaktors atbrīvojas un sāk griezties kopā ar sūkņa un turbīnratu.
Kāpēc tad pie hidrotransformatora ir pievieno pārnesumkārbu, ja viņš pats var mainīt griezes momenta lielumu atkarībā no slodzes uz velkošajiem riteņiem? Diemžēl, griezes momenta koeficients, kādu hidrotransformators var pārveidot, nepārsniedz 2 – 3,5. Ar tādām pārnesumu skaitļa diapazona izmaiņām nepietiek efektīvai transmisijas darbībai. Turklāt ir arī vajadzība ieslēgt atpakaļgaitu un pilnīgi atvienot dzinēju no velkošajiem riteņiem. Automātiskajām pārnesumkārbām ir zob
veida savienojumi, bet tās ievērojami atšķiras no mehāniskajām pārnesumkārbām, kaut vai ar to, ka pārnesumi pārslēdzas bez jaudas pārtraukuma ko nodrošina vairāku frikcijas disku vai slīdlentu bremzes, kuras darbina hidraulika. Nepieciešamais pārnesums ieslēdzas automātiski, aprēķinot auto kustības ātrumu un cik daudz ir nospiests akseleratora pedālis, kurš nosaka vēlamo ātruma paātrinājumu. Par pārnesumu izvēli atbild hidrauliskais un elektroniskais vadības bloks automātiskajā pārnesumkārbā. Vadītājs, izņemot gāzes pedāļa nospiešanu, pārnesumu pārslēgšanu vienīgi var iespaidot izvēloties ziemas vai sporta režīma pārslēgšanas algoritmu, vai uzstādot, piemēram, pārvietojoties smagos ceļa apstākļos, pārnesumkārbas selektoru speciālā stāvoklī, kas neļauj automātiski pārslēgties augstākā pārnesumā nekā ir iestatīts. Izņemot hidrotransformatoru un planetāro pārvadu automātiskās pārnesumkārbas sastāvā ietilpst arī eļļas sūknis, kas piegādā hidrotransformatoram un hidrauliskajam vadības blokam darba šķidrumu un nodrošina pārnesumkārbas eļļošanu, kā arī vēl ietilpst eļļas radiators, kurš, no intensīvas eļļa „pārlāpstošanas”, atdzesē to.
Hidrotransformators
Hidrotransformators (HT) (torque converter) kalpo griezes momenta pārvadīšanai no motora uzreiz pārnesumkārbas elementiem. Tas sastāv no:
Sūkņrata vai sūkņa (pump);
Frikcijas uzlikas (lock – up piston);
Turbīnrata vai turbīnas (turbine);
Reaktora;
Rullīša sajūga (one – way clutch).
HT darbības principa ilustrācijai, kurš pārvada griezes momentu, izmantosim divus ventilatorus. Pirmais ventilators (sūknis) pieslēgts pie tīkla un rada gaisa plūsmu. Otrs ventilators (turbīna) – izslēgts, un tomēr uzņemot pirmā ventilatora gaisa plūsmu, viņa lāpstiņas griežas. Turbīnas griešanās ātrums ir mazāks nekā sūknim, turbīna it kā izslīdētu attiecībā pret sūkni. Ja pielietot šo piemēru HT, tad ventilatora vietā, kurš pieslēgts pie tīkla, ir turbīnrata lāpstiņas.
Sūkņarats mehāniski savienots ar dzinēju. Izslēgtā ventilatora vietā kalpo turbīnrats, kas savienots caur šlicēm ar pārnesumkārbas vārpstu. Gluži kā ventilators – sūknis, HT sūkņrata lāpstiņas griežoties rada plūsmu, tikai nevis gaisa, bet jau šķidruma (eļļas). Eļļas plūsma, tieši tā pat kā arī ventilatora – turbīnas gadījumā, liek griezties HT turbīnratam. Šajā gadījumā HT darbojās kā parasta hidromufta, vienkārši ar eļļas palīdzību pārvada griezes momentu no motora uz pārnesumkārbas vārpstu, nepalielinot to. Apgriezienu palielināšana ne cik neietekmē griezes momenta palielināšanos.
Atkal atgriezīsimies pie ilustrācijas ar ventilatoriem. Gaisa plūsma, ko rada ventilatora lāpstiņas – turbīna, pazūd gaisā. Ja šo pārpalikušo plūsmu atkal novirzīt uz ventilatoru – sūkni, tas sāktu griezties ātrāk, radot spēcīgāku gaisa plūsmu ventilatora virzienā – turbīnas. Šo situāciju mēs zinām kā griezes momenta palielināšanu. HT procesā, griezes momenta palielināšanā, izņemot sūkņa un turbīnrata, piedalās vēl reaktors, kurš maina šķidruma plūsmas virzienu. Gluži kā gaisam, griežot ventilatora (turbīnas) lāpstiņas, šķidruma (eļļas) plūsma rotējošajam turbīnratam HT vēl joprojām ir ievērojams pārpalikums enerģijas. Reaktors virza šo plūsmu atpakaļ uz sūkņrata lāpstiņām, piespiežot to griezties ātrāk, ar to pašu palielinot griezes momentu. Jo mazāks griešanās ātrums turbīnratam HT attiecībā pret sūkņrata griešanās ātrumu, jo lielāks enerģijas pārpalikums, kuru reaktors novirza atpakaļ uz sūkni, līdz ar to lielāks būs arī griezes moments, ko rada HT.
Kreisais zīmējums – reaktors HT strādā kā brīvgaitas sajūgs; labais zīmējums – reaktors HT brīvi griežas. Turbīna vienmēr griežas lēnāk nekā sūknis. Šī turbīnas un sūkņa griešanās attiecība ir maksimāla, kad auto stāv un sāk samazināties, kas tas palielina ātrumu. Tā kā reaktors saistīts ar HT caur brīvgaitas sajūgu, kas var griezties tikai uz vienu pusi, tad pateicoties reaktora lāpstiņu īpašai formai un turbīnai, eļļas plūsma virzās uz reaktora lāpstiņu apakšējo malu (zīm. 4), pateicoties tam reaktors ieķīlējas un paliek nekustīgs, pārvadot uz sūkņa maksimāl
u daudzumu eļļas enerģiju, kas palicis pēc turbīnas griešanās. Tāds HT darba režīms nodrošina maksimālu griezes momenta pārvadi. Piemēram, uzsākot kustību HT griezes momentu palielina gandrīz trīs reizes. Automobilim uzņemot ātrumu, izslīde starp turbīnu un sūkni samazinās un pienāk brīdis, kad eļļas plūsma aizķer reaktoru un sāk to griezt uz to pusi uz kuru brīvgaitas sajūgs griežas (zīm. 5). HT pārstāj palielināt griezes momentu un sāk darboties kā parasta hidromufta. Tādā režīmā HT lietderības koeficients nepārsniedz 85%, kas izraisa nevajadzīgu siltuma izdalīšanos un beigās palielinās automobiļa degvielas patēriņš.
Lai novērstu šo nepilnību, izmanto bloķējošu virzuli (zīm. A). Tas ir mehāniski saistīts ar turbīnu, vienlaikus viņš var pārvietoties pa labi un pa kreisi. Tam virzoties pa kreisi, eļļas plūsma, kas darbina HT, ieplūst spraugā starp virzuli un HT korpusu tos atdalot, šādā gadījumā virzulis nekādi neietekmē HT darbību.
Auto sasniedzot lielu ātrumu, pēc īpašas komandas no pārnesumkārbas vadības bloka, eļļas plūsma izmainās tā, ka spiež virzuli pa labi klāt HT korpusam (zīm. B). Lai palielinātu saķeri uz korpusa iekšējās puses tik pielīmēta frikcijas uzlika. Ar virzuļa palīdzību tiek mehāniski bloķēta turbīna ar sūkni. HT pārstāj pildīt savu funkciju. Dzinējs ir cieši saistīts ar pārnesumkārbas ieejošo vārpstu. Protams, pat pie nelielas auto bremzēšanas bloķēšana nekavējoties atslēdzas.