ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ ГИДРОТРАНСФОРМАТОРА (ГДТ)

История гидротрансформатора начинается в далёком 1905 году, когда немецкий инженер Dr. Hermann Föttinger, оформил на него патент. Работая с 1904 года главным проектировщиком на немецкой верфи AG Vulcan Stettin, он отвечал за введение и тестирование новых паровых турбин. Именно к этому времени относится его изобретение жидкого сцепления, принцип работы которого основан на передаче крутящего момента посредством рециркуляции жидкости между двумя лопастными колесами без жесткой связки. В дальнейшем это технологическое новшество привело к созданию автомобильной автоматической передачи.

Стремительное развитие судостроения начала XX века требовало от конструкторов найти такое техническое решение, при котором передача крутящего момента от парового двигателя к огромным судовым винтам, находящимся в воде, осуществлялась бы плавно. На этапе запуска при жесткой связи вода тормозила резкий ход лопастей, создавая серьезную обратную нагрузку на двигатель, валы и их соединения. Поэтому изобретение Dr. Hermann Föttinger пришлось очень кстати.

Итак, гидромуфтами стали называть устройства, состоящие из насоса и турбины и работающие на основе жидкого сцепления. В последующие годы модернизированные гидромуфты стали использоваться на первых дизельных локомотивах, чтобы обеспечить им плавное начало движения с места. А еще позже этим устройствам нашлось применение и в автомобилях.

Первым серийным автомобилем с гидротрансформатором стал «Oldsmobile Custom 8 Cruiser», сошедший в 1940 году с конвейера завода General Motors. А в 1948 году Buick Dynaflow года стал первым, кто сделал ставку на чистый гидротрансформатор, обеспечив беспрецедентную плавность хода, что сделало его уникальным.

К концу XX века гидротрансформаторами были оснащены около 20% легковых автомобилей в Западной Европе и порядка 80% — в США.

Гидротрансформатор (ГДТ или «бублик») — это гидравлическая муфта между двигателем и автоматической коробкой передач, работающая по законам гидродинамики. Суть этого процесса можно описать так: гидротрансформатор использует крутящий момент двигателя для вращения лопастей (насоса или рабочего колеса), перемещающих жидкость внутри корпуса; затем поток движущейся жидкости приводит в движение другие лопасти (турбину), подобно тому, как вода вращает мельничное колесо. Чем быстрее крутится насос, тем большее давление оказывает жидкость, заставляя турбину вращается быстрее. Турбина, в свою очередь, соединена с вращающимся валом, который передает крутящий момент на автоматическую коробку передач. Для повышения эффективности статор разделяет жидкость, текущую в разных направлениях внутри гидротрансформатора. Современные автомобили также часто оснащены блокировочной муфтой, которая срабатывает, когда насос и турбина работают с одинаковой скоростью. Это предотвращает потери энергии и увеличивает экономию топлива.

Гидротрансформаторы являются ключевым элементом автоматических коробок передач. Именно они позволяют автомобилю оставаться неподвижным при работающем двигателе, а при разгоне увеличивать крутящий момент. Нередко проблемы, которые кажутся связанными с автоматической коробкой передач, по факту оказываются только неисправностью гидротрансформатора (ГДТ или «бублика», как их еще называют).

Обозначение гидротрансформаторов в разных языках вариативно: в английском, например, гидротрансформатор именуется torque converter — «преобразователем крутящего момента»; в эстонском языке официальное название torque multiplier, вероятно, наиболее близко описывает суть работы этого механического узла — «умножитель крутящего момента». Но чаще встречается термин «турбина» или «трансформатор крутящего момента». В России его обычно называют «бублик» или сокращенно «ГДТ». Интернет-ресурсы дают достаточно информации на эту тему, поэтому мы не будем останавливаться на этом подробно.

Гидротрансформатор — это узел в автоматической трансмиссии автомобиля, который передает крутящий момент от двигателя к коробке передач, выполняя функции сцепления, обеспечивая плавный старт и гашение вибраций за счет вращения лопастных колес (насосного и турбинного) в рабочей жидкости, что делает езду комфортнее и позволяет двигателю работать на холостом ходу при остановке.

Так как ГДТ — закрытая деталь, автопроизводители редко предлагают её ремонт. Обычно сломанный «бублик» заменяют новым. К счастью, гидротрансформаторы можно эффективно отремонтировать. Ремонт гидротрансформатора требует довольно большого количества специального оборудования для его резки, дефектовки, сборки, сварки и балансировки, а также опытных специалистов, которые смогут всё качественно сделать.

Гидротрансформатор включает три основных узла: насосное колесо, турбинное колесо и реакторное колесо. Он обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач. Насосное колесо, выполняющее одновременно функцию кожуха, жестко связано с коленчатым валом двигателя, турбинное колесо соединено с входным валом коробки передач, а реактор установлен на муфте свободного хода и при переходе в режим гидромуфты свободно вращается в потоке рабочей жидкости.

Рабочая жидкость последовательно перемещается из насосного колеса в турбинное, затем в реактор и снова возвращается в насосное колесо. При вращении насосного колеса жидкость под действием лопастей перемещается от центра к периферии, при этом энергия каждой частицы жидкости в рабочей полости гидротрансформатора изменяется. В насосном колесе происходит увеличение напора, то есть энергии потока, отнесенной к единице веса жидкости. Далее жидкость поступает в турбинное колесо, где отдает накопленную энергию турбине. После этого поток направляется в реактор, в котором изменяется направление движения жидкости, что обеспечивает формирование крутящего момента с заданными характеристиками.

Гидротрансформатор заполнен рабочей жидкостью и выполняет функцию гидравлического насоса, связывая между собой двигатель и трансмиссию. Можно провести аналогию с работой сцепления в МКПП, в которой крутящий момент передается через механическое трение фрикционной накладки, а в автоматической трансмиссии эта функция будет осуществляться гидротрансформатором («бубликом») за счет давления масла в рабочей системе. При скорости автомобиля 60–70 км/ч обороты коленчатого и первичного валов сравниваются, и включается, так называемая, механическая блокировка. Это похоже на тот момент, когда вы отпускаете педаль сцепления после переключения передачи. Иными словами, ГДТ — это “педаль сцепления” в автоматической трансмиссии.

В идеале срок работы гидротрансформатора должен быть тем же, что и у АКПП. Но на деле всё оказывается иначе. Тяжелые условия эксплуатации автомобиля приводят к тому, что ремонтировать его приходится гораздо раньше трансмиссии. Основная проблема состоит в том, что твердые частицы фрикционной накладки вымываются с маслом из гидротрансформатора и забивают золотники и каналы гидроплиты.

Нередко автовладельцы считают, что что-то не в порядке с трансмиссией, хотя проблема кроется в гидротрансформаторе. Эта путаница возникает из-за схожести симптомов неисправностей трансмиссии и гидротрансформатора.

Гидродинамический преобразователь момента, или гидротрансформатор (сокращенно ГДТ, или ГТ) — это лопастная машина, которая в зависимости от нагрузки на выходном валу бесступенчато и автоматически изменяет крутящий момент.

ГДТ фактически заменяет педаль сцепления, что заметно упрощает управление автомобилем. Кроме того, он позволяет работать двигателю с включённой передачей при полной остановке автомобиля. Эти его качества, а также возможность осуществлять плавный разгон делают управление автомобилем лёгким и приятным. Вождение становится более безопасным, так как водитель меньше отвлекается в процессе езды. Поэтому на современных легковых автомобилях с автоматической трансмиссией гидротрансформатору отводится важная роль.

Описать сложные процессы, происходящие внутри гидродинамического трансформатора, можно следующим образом.

Когда водитель переводит селектор автоматической коробки передач в режим движения, перед началом движения и в момент трогания насосное и турбинное колёса сильно проскальзывают относительно друг друга. По мере разгона автомобиля скорости их вращения постепенно выравниваются. Во время работы АКПП гидротрансформатор смягчает переключение передач, устраняя резкие толчки и компенсируя разницу их передаточных величин.

Кроме того, он помогает двигателю приспосабливаться к изменяющимся дорожным условиям. В современных автомобилях при равномерном движении гидротрансформатор полностью блокируется и начинает работать как обычное сцепление, что снижает потери мощности.

Во время движения компоненты гидротрансформатора испытывают значительные гидравлические и тепловые нагрузки, особенно в моменты, когда реактор неподвижен. Эти нагрузки возникают из-за движения жидкости и её внутреннего трения. Чтобы предотвратить перегрев, рабочая жидкость дополнительно охлаждается с помощью специального радиатора, который обычно расположен рядом с радиатором двигателя или встроен в него. Повреждение радиатора может привести к попаданию охлаждающей жидкости в трансмиссионную, что вызывает поломку гидротрансформатора и автоматической коробки передач.

Детали гидротрансформатора:

• 1 - насосное кольцо
• 2 - турбинное кольцо
• 3 - колесо реактора
• 4 - часть корпуса ГДТ
• 5 - муфта свободного хода реактора
• 6 - крышки муфты свободного хода
• 7 - поршень блокировки ГДТ
• 8 - упорный подшипник реактора
• 9 - упорная шайба турбинного колеса
• 10 - остатки рабочей жидкости с продуктами механического износа деталей

Гидротнрансформатор состоятит из пяти компанентов, опишем их:

• Статор
  Статор выполняет функцию промежуточного звена — канала, по которому трансмиссионная жидкость движется обратно к рабочему колесу турбины.
• Крыльчатка насоса (насосное колесо)
  Трансмиссионная жидкость подаётся на крыльчатку насоса. Это вращающаяся часть ГДТ, соединенная с коленчатым валом двигателя, которая «зачерпывает» и ускоряет трансмиссионное масло (ATF), направляя его на турбинное колесо. Ускорение вращения насоса приводит к более быстрому и интенсивному потоку жидкости. Возникающая при этом гидродинамическая связь плавно передает крутящий момент от мотора к трансмиссии.
• Турбина
  Турбина имеет шлицы — зубчатые соединения, которые передают крутящий момент от турбинного колеса к первичному валу коробки передач, а он, в свою очередь, соединяется с внутренними частями трансмиссии и служит для переключения передач и дальнейшей передачи мощности на колеса.
• Сцепление
  В конструкции современных гидротрансформаторов используется фрикционная муфта, предназначенная для блокировки гидротрансформатора на высоких скоростях. Это обеспечивает меньшее проскальзывание и заметную экономию топлива.
• Жидкость
  Трансмиссионная жидкость является важным компонентом ГДТ. Именно она обеспечивает работу гидравлической муфты, плавный пуск и не позволяет заглохнуть двигателю при остановке автомобиля с включённой передачей.

Гидротрансформатор важный, но не самый сложный по своей конструкции компонент АКПП. Поэтому хорошая новость заключается в том, что, если проблема только в ГДТ, его можно восстановить, не тратя лишние средства на обновление всей трансмиссии.

Блокировка гидротрансформатора может быть неполной — работать в режиме регулируемого проскальзывания. В этом случае блокировочная плита прилегает не всей площадью, поэтому фрикционная накладка частично проскальзывает относительно рабочей поверхности. Крутящий момент передаётся одновременно через плиту и рабочую жидкость, что повышает динамику автомобиля и сохраняет плавность хода. Электроника включает муфту блокировки как можно раньше при разгоне и отключает её как можно позднее при снижении скорости. Главный недостаток такого режима — интенсивный износ и сильный нагрев фрикционных поверхностей, вследствие чего фрикционная крошка попадает в масло и ухудшает его эксплуатационные свойства.

Режим проскальзывания делает гидротрансформатор максимально эффективным, но, к сожалению, существенно сокращает срок его службы.

Одними из главных симптомов проскальзывания являются гул или вой в области коробки при включении режимов D или R, но которые пропадают при переключении в режимы N или P, а также усиление этих звуков при росте оборотов мотора во время движения автомобиля. При этом переключение передачи становится более жестким, появляются вибрация и толчки, показатели оборотов двигателя при езде становятся непредсказуемыми и нестабильными.

В случае, когда автомобиль с АКПП стал плохо разгоняться, а его коробка работает шумно, наиболее вероятной причиной этого может быть неисправность гидравлической муфты реактора внутри ГДТ.

Другой причиной плохой работы ГДТ может быть повреждение шлиц турбины. Проявляться это может следующим образом: при включении режимов R или D машина не едет, причем выжимание газа явно повышает обороты мотора, однако он крутится немного тяжелее, чем при нажатии на газ на нейтральной передаче.

Когда же двигатель глохнет при включении режима D на АКПП, а обороты мотора падают или скачут, скорее всего, эти проблемы будут связана с блокировкой гидротрансформатора. Эту неисправность на большинстве автомобилей можно успешно диагностировать с помощью мультимарочных сканеров.

Проблемы с гидротрансформатором могут быть разные. Мы перечислим наиболее распространенные.

• 1. Пробуксовка
  Неисправный гидротрансформатор может вызывать вибрацию и даже пробуксовку. Если на старте движения при включении передачи машина начинает дрожать, скорее всего с ГДТ проблема. Кроме того, при движении или переключении передач может возникнуть пробуксовка, сопровождаемая необычными шумами.
• 2. Вибрация (дрожь)
  Очень заметный признак неисправности. Автомобиль будет вибрировать даже при небольшой скорости. Из-за рывков плавность движения нарушается, и машина будет тормозить.
• 3. Перегрев
  Иногда автомобили оснащены индикаторами температуры трансмиссии, который сигнализирует о перегреве. Если этот узел автомобиля постоянно перегревается, трансмиссия начинает вести себя непредсказуемо: либо она остаётся на одной передаче, либо не переключается вообще. Сочетание этих двух симптомов может указывать на неисправность гидротрансформатора.
• 4. Загрязнена трансмиссионная жидкость
  Корректная работа гидротрансформатора вашего автомобиля зависит от состояния трансмиссионной жидкости. Загрязнение жидкости может привести к повреждению контактирующих с ней деталей гидротрансформатора и даже самой трансмиссии.
• 5. Повреждение уплотнений гидротрансформатора
  Повреждение уплотнения гидротрансформатора происходят по разным причинам, но все они ведут к одной неприятной проблеме — утечке жидкости. В этом случае трансмиссионная жидкость не поступает в рабочую систему в нужном количестве, и гидротрансформатор не может передавать мощность от двигателя к трансмиссии. Это приводит к повреждению как ГДТ, так и трансмиссии.

Есть проверенные и надежные методы для выявления и устранения этих пяти наиболее распространенных проблем с гидротрансформатором.

1. и 2. Что делать, чтобы устранить пробуксовку или вибрацию (дрожь)

Прежде всего нужно проверить уровень трансмиссионной жидкости в системе. Пока эта процедура не проведена, нельзя быть точно уверенным в том, что пробуксовка или вибрация (дрожь) связаны именно с гидротрансформатором («бубликом»). Если в трансмиссии используется жидкость хорошего качества и в нужном количестве, вы не почувствуете ни одного из этих симптомов. Поэтому замена жидкости или устранение других причин, приведших к её нехватке, решат проблему.

3. и 5. Что делать, чтобы устранить перегрев и повреждение уплотнения

Недостаток жидкости в системе кроме пробуксовки или вибрации вызывает ещё и перегрев. Чаще всего такое происходит из-за повреждения уплотнения гидротрансформатора — жидкость вытекает, что приводит к перегреву и повреждению. Для устранения причин дефекта нужно найти поврежденное уплотнение и заменить его.

4. Что делать, чтобы устранить загрязнение трансмиссионной жидкости

Часто загрязненная посторонними частицами трансмиссионная жидкость — это признак более серьезных проблем внутри гидротрансформатора или трансмиссии. Содержащиеся в рабочей жидкости мелкие осколки материалов сцепления, подшипников и втулок, а также блестящие металлические хлопья указывают на то, что внутри системы что-то разваливается. Это тревожный сигнал, который нельзя игнорировать. Следует обратиться к специалисту и провести необходимый ремонт.

Какие признаки и процедуры позволяют наиболее точно идентифицировать повреждения или выход из строя гидротрансформатора и не навредить при этом коробке передач?

• Появление в коробке передач при переключении скоростей характерного звука (шуршащего, механического). При этом он полностью исчезает, когда обороты увеличиваются и машина ускоряется. Это указывает на деформацию опорных игольчатых подшипников гидротрансформатора.
• При громком металлическом стуке нужно проверить состояние лопастей и колеса гидротрансформатора в сборе.
• Неравномерное истирание фрикционов системы блокировки может стать причиной вибрации коробки передач на скорости 60–90 км/ч.
• К сбоям в работе системы приводит загрязнение масла, проявлениями которого являются его темный оттенок, густая консистенция или запах гари.
• Засорение клапана гидроблока.
• Снижение уровня трансмиссионного масла.
• Если с динамикой машины появляются проблемы, скорее всего, обгонная муфта нуждается в замене.
• Повреждение шлиц на турбинном колесе гидротрансформатора может привести к неожиданной остановке автомобиля. В этом случае потребуется установить новые шлицы или полностью заменить деформированное колесо новым механизмом.

Если во время остановки автомобиля при работающем моторе ощущается резкий запах оплавленного пластика, это свидетельствует о чрезмерном перегреве гидротрансформатора. Чаще всего это связано с качеством и количеством трансмиссионной жидкости. Основная причина повышения температуры ГДТ снижение объема смазочного материала — эффект масляного голодания гидротрансформатора и автоматической коробки передач. Кроме того, из-за серьезной засоренности теплообменника гидротрансформатора охлаждающая система автоматической коробки передач тоже часто отказывает в работе. После замены масла и тщательного обследования системы охлаждения неприятный запах и связанные с ним проблемы ГДТ уйдут.

Износ тормозной накладки фрикциона является наиболее частой причиной, приводящей к ремонту гидротрансформатора (ГДТ или «бублика»).

Что в этом случае необходимо сделать:

• Удалить изношенный фрикцион.
• Место его расположения тщательно очистить от засохшего клеевого состава.
• Нанести новый клеевой состав.
• Установить новую фрикционную накладку.

• Заполнение масляных каналов в гидроплите элементами износа в виде мелких кусочков.
• Масляное голодание гидротрансформатора.
• Рост температуры.
• Повышенный износ сальников, втулок.
• Проскальзывание стертой муфты блокирования.
• Выход из строя электромагнитных соленоидов и электронных приборов
• Деформация фрикционных накладок гидротрансформатора.
• Преждевременное разрушение сопряженных металлических узлов и деталей в результате процесса старение железа, связанного с вибрационными колебаниями изношенных муфт.

Во время диагностики «бублика» часто выявляются дополнительные дефекты:

• Деформация и поломка лопастей гидротрансформатора.
• Износ ступицы вследствие работы при повышенных температурах.
• Нарушение блокировки, заклинивание муфты обгона.
• Разрушение подшипников.
• Прогорание корпуса гидротрансформатора АКПП.

Практически все перечисленные дефекты можно обнаружить только при вскрытии корпуса гидротрансформатора. После проведения дефектовки ГДТ производится замена всех сломанных элементов на новые рабочие.

Если осуществить ремонт гидротрансформатора в компании Smagresta, которая оснащена современным оборудованием, технологическими приспособлениями и оригинальными запчастями, то восстановленный «бублик» будет служить в течение долгого времени, составляющего около 80% от первоначального срока его эксплуатационного ресурса. Мы используем технологии и материалы восстановления, превосходящие по своим характеристикам спецификации оригинального производителя: например, уникальные усиленные кевларовые и композитные фрикционные материалы Frenos Sauleda из Испании, а не повсеместно применяемые китайские. Длительность ремонта гидротрансформатора автоматической коробки передач в Smagresta.

В работающем режиме циркуляция масла в АКПП осуществляется следующим образом: от поддона АКПП масло поднимается в гидротрансформатор, далее в теплообменник (радиатор) и затем снова в поддон.