ZF 4 HP 16 - это четырёхступенчатая коробка передач для переднеприводных автомобилей с поперечно установленным двигателем.

Коробка передач имеет в своем составе гидротрансформатор с блокировочной муфтой.

Планетарная зубчатая передача определяет механическое передаточное отношение. Передаточное число КПП может изменяться в зависимости от мощности двигателя веса автомобиля, на котором она установлена. Электрогидроуправление делает возможным контролируемое переключение передач при невыключенном сцеплении и применение различных программ переключения. Если рычаг переключения передач находится в положении "Р", происходит механическое блокирование вторичного вала. Особенностью данной коробки передач является, то, что она работает без муфты свободного хода. Переключение передач происходит посредством совмещения моментов включения и выключения сцепления.

Преимущество такого переключения заключается в следующем:

Однако переключение передач с совмещением моментов включения и выключения сцепления требует высокопроизводительного аппаратного и программного обеспечения, а также точных сигналов от двигателя.

Автоматическая КПП ZF 4HP 16 состоит из следующих основных компонентов.

Основными элементами гидротрансформатора являются насосное колесо, колесо турбины, неподвижное колесо (реактор) и рабочая жидкость, передающая крутящий момент. Насосное колесо, приводимое в движение двигателем, заставляет жидкость в гидротрансформаторе циркулировать по кругу. Встречаясь с лопастями турбины, поток жидкости изменяет свое направление. Когда затем жидкость в районе втулки попадает обратно на насосное колесо, на пути она встречает неподвижные лопасти реактора, которые отбрасывают поток на лопасти насосного колеса уже под другим углом.

Реверсивный эффект создает плечо силы реактора, реактивный крутящий момент которого усиливает крутящий момент турбины

Соотношение моментов на турбинном и насосном колесе называется коэффициентом трансформации.

Чем выше разница скоростей насосного и турбинного колеса, тем больше коэффициент трансформации. При неподвижной турбине коэффициент трансформации является максимальным. При возрастании скорости турбинного колеса коэффициент трансформации уменьшается.

Когда скорость турбинного колеса достигает примерно 85% насосного колеса, коэффициент трансформации = 1, т.е. момент на турбинном колесе равен моменту на насосном колесе.

Ротор, соединенный с корпусом гидротрансформатора через муфту свободного хода, также вращается в потоке жидкости. С этого момента гидротрансформатор работает как обычная гидродинамическая муфта.

Блокировочная муфта позволяет устранить проскальзывание турбины относительно насоса и, тем самым, улучшить топливную экономичность.

Ранее использовавшийся принцип управления блокировочной муфтой был изменен в коробке 4 HP 16. Включение и выключение муфты является контролируемым. Во время управляемой фазы наблюдается незначительная разница скоростей турбины и насоса. Это помогает предотвратить передачу крутильных колебаний карданного вала на первичный вал КПП. В результате достигается плавность переключения передач.

Электронный клапан регулировки давления регулирует давление на поршне блокировочной муфты гидротрансформатора.

При разомкнутой муфте (коэффициент трансформации больше 1) давление жидкости в пространстве за блокировочной муфтой равно давлению в области турбины. Поток проходит к камере турбины через вал турбины и свободное пространство позади поршня.

Чтобы включить блокировочную муфту, клапан в гидравлическом блоке управления изменяет направление потока. Одновременно с этим понижается давление жидкости в пространстве за муфтой. Давление жидкости передается от камеры турбины на муфту, прижимая ее к корпусу гидротрансформатора. Турбина, таким образом, блокируется за счет сцепления между муфтой и корпусом, обеспечиваемого фрикционной накладкой, в результате чего возникает жесткая механическая связь коленчатого вала двигателя с первичным валом КПП без какого-то ни было проскальзывания (либо с незначительным проскальзыванием в управляемом режиме).

Масляный насос расположен между гидротрансформатором и картером КПП и приводится в движение непосредственно гидротрансформатором. Насос засасывает жидкость через фильтр и перекачивает к главному клапану-регулятору давления гидравлической системы управления. Излишняя жидкость возвращается в насос. Масляный насос выполняет следующие функции:

Планетарный механизм автоматической КПП ZF 4HP 16 состоит из одного солнечного колеса, четырех сателлитов, водила и эпициклического колеса.

Все шестерни расположены друг за другом и соединены вместе. Другими словами, эпициклическое колесо переднего планетарного ряда жестко связано с водилом заднего, а водило переднего ряда - с эпициклическим колесом заднего.

Переключение передач осуществляется установлением кинематических связей между различными колесами планетарного механизма, для чего используются фрикционные муфты и тормозные механизмы.

На 4HP 16 поток мощности передается на планетарный механизм через водило или солнечное колесо заднего планетарного ряда, либо одновременно и через водило и через солнечное колесо, в зависимости от передачи. На главную передачу мощность всегда передается через водило переднего планетарного ряда.

Назначение элементов механизма переключения заключается в переключении передач под нагрузкой, т.е. без разрыва потока мощности.

Механизм переключения состоит из следующих элементов:

Приведение в зацепление элементов механизма переключения осуществляется гидравлическими силами. Масло под давлением подается в цилиндр и выталкивает поршень, который сжимает фрикционные диски.

Фрикционная муфта/тормоз включаются. Когда давление масла падает, под действием тарельчатой пружины поршень возвращается в исходное положение. Фрикционная муфта/тормоз выключаются.

В зависимости от выбранной передачи крутящий момент передается от двигателя через многодисковые фрикционные муфты B и E на планетарный механизм и через многодисковые тормоза C, D и А на картер.

Динамическое давление на фрикционных муфтах B и E одинаково, т.е. на поршень с обеих сторон воздействует одинаковое динамическое давление. Это достигается следующим образом.

Пространство между щитом и поршнем заполнено маслом без давления. С ростом оборотов двигателя возрастает и динамическое давление. При этом растет и давление в пространстве за поршнем. При этом продолжает действовать и статическое давление, которое и приводит в действие фрикционную муфту. При снятии статического давления тарельчатая пружина возвращает поршень в исходное положение. Преимущества динамического выравнивания давления:

При переключении рычага выбора передач в положение P (парковка) включается механизм блокировки. Этот механизм обеспечивает механическое торможение автомобиля на стоянке.

Стопорная пластина приводится от вала переключения передач, который постоянно связан с рычагом переключения передач тросом. Упор парковочной блокировки в положении парковки, который приварен к поперечному валу коробки передач.

Ведомые колеса блокируются.

Клапанный механизм выполняет следующие функции:

Водитель может выбрать один из режимов работы КПП с помощью рычага:

P : Парковка

R : Задний ход

N : Нейтраль

D : Передние скорости

Датчик положения рычага выбора передач расположен на валу рычага. Он сообщает контроллеру КПП, в каком положении находится рычаг: P–R–N–D–3–2–1.

Положение рычага переключения передач передаётся контроллеру КПП в кодированной форме по четырём каналам. Подаваемая по соединительному проводу кодировка распознаётся аналогично кодировке неисправностей.

Датчик положения рычага выбора передач расположен на валу рычага, который связан с рычагом переключения передач тросом. Датчик положения рычага также управляет приводом стартера, включением огней заднего хода и контрольной лампы положения рычага выбора передач на панели приборов.

Датчик выходной частоты вращения на автомобилях с автоматической коробкой передач представляет собой магнитно-индукционный чувствительный элемент, подающий контроллеру КПП информацию о частоте вращения коленчатого вала.

Контроллер использует полученные данные для своевременного переключения передач, изменения давления в линиях гидропривода и включения/выключения блокировочной муфты.

Выходной датчик частоты вращения коленчатого вала монтируется на корпусе ведущего колеса датчика частоты вращения, надетого на прямозубое цилиндрическое зубчатое колесо. Между датчиком и зубьями прямозубого цилиндрического зубчатого колеса сохраняется зазор величиной 0,1~1,3 мм (0,004~0,05 дюйма). Датчик состоит из постоянного магнита, окруженного проволочной катушкой.

При вращении дифференциала импульс переменного тока инициирует процесс измерения датчиком частоты и напряжения. Сопротивление датчика должно быть в пределах ∞ом при температуре 20 °С (68°F). Измерения датчика могут быть между 20~8000 Гц.

Датчик скорости первичного вала АКПП магнитно-индукционного типа передает информацию о скорости вращения первичного вала в контроллер КПП.

Контроллер КПП использует данные входной частоты вращения для управления давлением в трубопроводе, включения/выключения блокировочной муфты и схем переключения передач. Данная информация также используется для вычисления соответствующего передаточного отношения и проскальзывания блокирующей муфты гидротрансформатора.

Датчик скорости первичного вала крепится на поршне В, расположенном внутри клапанного механизма.

Зазор величиной 1,8~2,2 мм (0,07~0,086 дюйма) сохраняется между датчиком и поршнем В.

Датчик состоит из постоянного магнита, окруженного проволочной катушкой. Движение поршня B, приводимого от вала турбины, генерирует в датчике скорости первичного вала КПП сигнал переменного тока.

Высокая частота вращения способствует измерению датчиком высокой частоты и напряжения.

Сопротивление датчика должно быть в пределах 825~835 ом при температуре 20 °С (68°F). Измерения датчика могут быть между 1000~8000 Гц.

Переключающие соленоиды - это два идентичных, нормально открытых электронных выпускных клапана, контролирующих включение повышающей и понижающей передачи переднего хода. Эти соленоиды работают совместно в комбинации включение/выключение и изменяют давление в линиях гидропривода механизма переключения (фрикционных муфт и тормозов).

Соленоид 1 контролирует высокое и низкое давление в трубопроводе (поток к каждому клапану муфты) операцией включения/выключения, т.е. если соленоид 1 включен, давление в трубопроводе низкое (6~8 бар), если соленоид 1 выключен, давление в трубопроводе высокое (16~18 бар).

Клапан 2 управляет давлением на клапане муфты E, или блокировочной муфты.

Контроллер КПП отслеживает состояние нескольких входных сигналов и включает или выключает электромагнитные клапаны и выбирает передачи в соответствии с режимом движения автомобиля.

Клапан давления (клапан EDS 3,4,5,6) представляет собой прецизионный электронный регулятор давления, управляющий работой всех муфт, тормозов, блокировочной муфты.

Клапан уменьшает давление в системе, которое подаётся на электромагнитный клапан нагнетательного потока и электрические клапаны регулировки давления. В результате можно использовать меньшие электромагнитные клапаны. EDS требует постоянного входного давления.

Датчик TFT является терморезистором с положительным температурным коэффициентом сопротивления (термочувствительный резистор), обеспечивающим контроллер КПП информацией о температуре жидкости в коробке передач. Датчик температуры расположен в клапанном механизме. Вычисляемая температура является коэффициентом, используемым для определения времени переключения и времени задержки переключения.

Внутреннее электрическое сопротивление датчика изменяется в зависимости от температуры рабочей жидкости (см. график).

Контроллер КПП посылает датчику температуры импульс напряжением 5 Вольт и измеряет повышение напряжения в электрической цепи. Чем выше температура жидкости, тем выше сопротивление датчика и ниже напряжение его сигнала.

Контроллер КПП измеряет эта напряжение как входной сигнал, помогающий управлять давлением в трубопроводе, моментами переключения и включения блокировочной муфты гидротрансформатора. Когда жидкость коробки передач достигает температуры 140°С (284°F) контроллер КПП переключается в "режим перегрева". Выше этой температуры контроллер КПП изменяет точки переключения передач и переключения блокировочной муфты таким образом, чтобы уменьшить температуру жидкости, сокращая тепловыделение коробки передач. В режиме перегрева контроллер КПП всегда переключает блокировочную муфту в четырех передачах. Контроллер КПП также раньше осуществляет переключение передач 2-3 и 3-4, чтобы снизить температуру жидкости. В некоторых исполнениях режим перегрева не предусмотрен.

Электрический разъем является очень важным элементом системы. Любая неисправность электрического разъема может привести к занесению диагностического кода и снижению эффективности работы КПП.

На надежность электрического соединения могут повлиять следующие неисправности:

Старайтесь чрезмерно не выкручивать и не покачивать колодку при расчленении разъема. Это может привести к изгибанию контактов.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ использовать для расчленения разъема отвертку и другие инструменты.

Для сочленения разъема внешнего жгута необходимо сначала выровнять колодки по стрелкам.

Надавите на колодку вдоль оси соединения, стараясь не выкручивать и не наклонять ее.

Разъем должен вставать на место с характерным звуком щелчка.

Контроллер КПП является электронным устройством, который обрабатывает поступающие к нему сигналы датчиков и управляет работой КПП по специальному алгоритму. Основываясь на поступающей информации контроллер КПП управляет различными функциями и устройствами коробки передач.

Колодка диагностики представляет собой многоконтактный электрический разъем. Она обеспечивает доступ к памяти контроллера для проведения диагностики трансмиссии. Колодка диагностики позволяет механику использовать для диагностики различных систем и отображения кодов неисправности диагностический прибор. Колодка диагностики находится в салоне автомобиля непосредственно под рулевой колодкой.