Основной причиной неудобств при вождении автомобиля с механической ступенчатой коробкой передач является то, что водитель вынужден постоянно нажимать педаль сцепления во время переключения рычага с одной передачи на другую. Такой способ вождения требует не только приложения значительной физической силы, но и доставляет некоторые неудобства, ведь вождение в современных городских условиях заставляет автолюбителей постоянно делать мелкие остановки во время движения, не говоря о пробках которые стали частью повседневности. Для повышения комфорта при вождении и устранения таких неудобств в авто транспорте все чаще прибегают к использованию гидромеханической кпп. Они одновременно выполняют две функции: первая - сцепления, вторая -коробки переключения передач с использованием автоматического или полуавтоматического типа переключения. При использовании коробки передач гидромеханического типа управление во время движения автомобиля осуществляется непосредственно педалью подачи топлива, реже при помощи педали тормоза.
В состав гидромеханической кпп входит механическая коробка передач и гидротрансформатор. Причем принцип работы механической коробки передач может быть разный: двухвальный, трехтрехвальный, многовальный, а в некоторых случаях планетарной.
Принцип работы гидромеханической кпп с использованием вальных коробок передач главным образом применяются в грузовых автомобилях и автобусах. В них для переключения передач используются фриконы (многодисковые муфты), работающие в масле, в редких случаях – для включения первой передачи и заднего хода применяют зубчатую муфту. Таким образом, переключение передач фрикционами осуществляется вращением коленчатого вала двигателя без снижения скорости – без разрыва мощности и крутящего момента.
На сегодняшний день самое широкое распространение получили гидромеханические и планетарные механические коробки передач, применяемые в авто транспорте.
Основными преимуществами такого типа коробок передач является компактность конструкции, больший срок службы и меньшие металлоемкость и шумность. Однако стоит отметить и недостатки, к которым относят сложность конструкции, высокая цена, и что самое неприятное пониженный КПД.
Принцип работы кпп с гидромеханикой коробкой достаточно прост. В данном типе коробки переключение передач производится с помощью фрикционных муфт и ленточных тормозных механизмов. Причем при включении одной передачи часть муфт, а также ленточных тормозных механизмов, как бы пробуксовывает, что является одной из причин снижения общего КПД коробки.
Принцип работы гидротрансформатора, это некий гидравлический механизм, располагающийся между двигателем и механической коробкой, и состоящий из трех колес с лопатками: колеса реактора, турбинного и насосного колеса.
При работе двигателя колесо насоса вращается одновременно с маховиком двигателя. Масло поступает в наружную часть насосного колеса под воздействием центробежной силы, действуя на лопатки уже турбинного колеса, приводя его во вращение. Масло из турбинного колеса поступает в реактор, задачей которого становится обеспечение плавной и безударной транспортировки жидкости в насосное колесо, при существенном изменение крутящего момента в сторону увеличения. Таким образом, циркуляция масла происходит по замкнутому кругу, передавая крутящий момент внутри гидротрансформатора.
Увеличение крутящего момента во время перехода от двигателя к первичному валу коробки-характерная особенность гидротрансформатора. Наибольшее значение крутящего момента на турбинном колесе достигается при движении автомобиля с места. В этом случае реактор абсолютно неподвижен, поскольку заторможен муфтой свободного хода. По мере разгона, в автомобиле увеличиваются скорости вращения турбинного и насосного колеса. В то время как муфта свободно расклинивается, реактор начинает вращение с нарастающей скоростью, оказывая при этом все меньшее влияние на передаваемый крутящий момент. При достижении реактором максимального значения скорости вращения гидротрансформатор прекращает изменять крутящий момент и переходит в состояние работы гидромуфты. Таким образом, одновременно происходит равномерно-плавный разгон автомобиля и осуществляется бесступенчатая смена крутящего момента.
В свою очередь планетарная коробка передач включает в себя непосредственно сами планетарные механизмы. В простейшем механизме планетарной коробки солнечная шестерня, закрепленная на ведущем вале, и находится в сцеплении с шестернями-сателлитами, свободно располагающимися на своих осях. На водиле закреплены оси сателлитов, соединяемые с ведомым валом, в свою очередь сами сателлиты располагаются в сцеплении с коронной шестерней с внутренними зубьями.
Переход крутящего момента с ведущего на ведомый вал происходит только при заторможенной коронной шестерне с использованием ленточного тормоза. В данном случае, во время вращения шестерни, сателлиты, перекатываясь по зубьям неподвижной шестерни, начинают вращение вокруг своих осей, за счет чего по средствам водило одновременно приходит в движение ведомый вал. Во время растормаживания шестерни сателлиты обеспечивают вращение шестерни, беспрепятственно перекатываясь по ней, в то время как вал будет оставаться неподвижным.
В состав гидромеханической кпп входят промежуточный, ведущий и ведомыйи валы с шестернями, многодисковые фрикционные сцепления (фрикционы), а также зубчатую муфту с приводом. К системе управления относят передний и задний гидронасосы, центробежный регулятор, который воздействующий на фрикционы, которые осуществляют переключение передач.
При нейтральном положении выключены все фрикционы, потому на активном работающем двигателе передача крутящего момента не происходит. При использовании I (понижающей) передачи автоматически включается фрикцион. Причем ведущая шестерня блокируется валом, а зубчатая муфта в положение переднего хода устанавливается вручную с использованием дистанционной системы управления. На I передаче крутящий момент предается от гидротрансформатора через фрикцион, муфту и шестерни на ведомый вал в коробке передач.
Во время разгона на I передаче скорость возрастает до оптимального значения для переключения на II передачу, в этот момент центробежный регулятор передает сигнал о включении или отключении фрикциона.
Автоматическая система управления обеспечивает включение II (прямой) передачи, при этом одновременно происходит передача крутящего момента от первичного вала на вторичный по средствам фрикциона, и скорость автомобиля начинает расти вплоть до значения, установленного диапазоном регулирования гидротрансформатором.
