Автоматическая КПП ZF 4HP 16 состоит из следующих основных компонентов.
Механические компоненты
Гидротрансформатор с блокировочной муфтой
Механизм переключения
Две многодисковые фрикционные муфты: Фрикционная муфта B, E
Три многодисковых тормоза: Тормоз C, D, F
Клапан блокировочной муфты
Два планетарных механизма
Один масляный насос
Главная передача с дифференциалом
Электрические/электронные компоненты
Два электромагнитных клапана переключения (1 и 2)
Четыре электромагнитных клапана-регулятора давления (EDS)
Два датчика скорости: датчик скорости первичного вала АКПП и датчик скорости вторичного вала АКПП
Датчик температуры рабочей жидкости
Контроллер АКПП
Жгут проводов
Механические компоненты
Гидротрансформатор
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.
Обратный поток воздействует на лопасти ротора, и реактивный момент усиливает момент турбинного колеса.
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.
После того как скорость турбины достигнет порядка 85% скорости насоса, коэффициент трансформации станет равным 1, т.е. крутящий момент на турбинном колесе сравняется с крутящим моментом 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.
Пространство за блокировочной муфтой
Фрикционная накладка
Блокировочная муфта
Корпус гидротрансформатора
Турбинное колесо
Насосное колесо
Ротор
Ступица турбины
Ступица насосного колеса
Блокировочная муфта гидротрансформатора
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 регулирует давление на клапане блокировочной муфты.
При разомкнутой муфте (коэффициент трансформации > 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
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:
Создание давления в гидравлических каналах.
Подача жидкости под давлением в гидротрансформатор, что помогает предотвратить образование в ней воздушных пузырей.
Организация циркуляции жидкости через гидротрансформатор, за счет чего снижается ее нагревание.
Сообщение давления на гидравлическую систему управления.
Сообщение давления на механизм переключения.
Смазка КПП жидкостью трансформатора.
Корпус масляного насоса
Диск
Уплотнительное кольцо вала
Вал ротора
Насосное колесо
Зубчатый венец насоса
Штифт
Планетарный механизм
Планетарный механизм автоматической КПП ZF 4HP 16 состоит из одного солнечного колеса, четырех сателлитов, водила и эпициклического колеса.
Планетарные ряды расположены непосредственно друг за другом и имеют непосредственную связь. 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.
Элементы механизма переключения: многодисковые фрикционные диски и тормоза
Назначение элементов механизма переключения заключается в переключении передач под нагрузкой, т.е. без разрыва потока мощности.
Механизм переключения состоит из следующих элементов:
Упорное кольцо
Стальной диск
Фрикционный диск
Тарельчатая пружина
Щит
Ведомый барабан
Первичный вал
Канал подачи масла на уравнитель динамического давления
Канал подачи масла на фрикционную муфту
Цилиндр
Поршень
Пружинный диск
Приведение в зацепление элементов механизма переключения осуществляется гидравлическими силами. Масло под давлением подается в цилиндр и выталкивает поршень, который сжимает фрикционные диски. Когда фрикционная муфта/тормоз включены и 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 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:
надежное расцепление фрикционной муфты во всех диапазонах скоростей,
плавность переключения передач.
Парковочная блокировка
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. Собачка на шестерне механизма парковочной блокировки приварена к боковому валу КПП, что предотвращает проворачивание ведущих колес.
Ведомые колеса блокируются.
Упор
Болт
Пружина
Клапанный механизм
Клапанный механизм выполняет следующие функции:
Создание давления в линиях гидропривода механизма переключения.
Привод отдельных элементов механизма переключения через клапаны.
Обеспечение работы АКПП в аварийном режиме в случае выхода из строя электроники.
Привод блокировочной муфты.
Создание давления в каналах подачи масла к элементам КПП.
Электронные компоненты
Рычаг выбора передач/переключатель программ
Водитель может выбрать один из режимов работы КПП с помощью рычага:
P : Парковка
R : Задний ход
N : Нейтраль
D : Передние скорости
Переключатель положения парковка/нейтраль
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.
Информация о положении рычага переключения передач передается на контроллер КПП в кодированной форме по четырем каналам. Использование кодированного сигнала позволяет определять наличие неисправности в цепи.
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.
Комбинация сигналов
.
L1
L2
L3
L4
P
0
0
12
0
R
0
0
0
12
N
0
12
0
0
D
12
12
12
0
3
12
12
0
12
2
12
0
12
12
1
0
12
12
12
Датчик скорости вторичного вала АКПП.
Датчик скорости вторичного вала АКПП магнитно-индукционного типа передает контроллеру КПП информацию, характеризующую скорость автомобиля.
Контроллер использует полученные данные для своевременного переключения передач, изменения давления в линиях гидропривода и включения/выключения блокировочной муфты.
Датчик скорости вторичного вала в корпусе монтируется у задающего диска (ротора), закрепленного на прямозубом цилиндрическом зубчатом колесе. Зазор между датчиком и зубьями задающего диска составляет 0,1~1,3 мм (0,004~0,05 дюйма). Датчик представляет собой катушку с сердечником в виде постоянного магнита.
При вращении шестерен дифференциала датчик генерирует электрический сигнал переменного тока.
Датчик скорости первичного вала АКПП.
Датчик скорости первичного вала АКПП магнитно-индукционного типа передает информацию о скорости вращения первичного вала в контроллер КПП.
Контроллер использует полученные данные для своевременного переключения передач, изменения давления в линиях гидропривода и включения/выключения блокировочной муфты. Эти данные также используются для расчета необходимого передаточного числа и проскальзывания блокировочной муфты.
Датчик скорости первичного вала крепится на поршне В, расположенном внутри клапанного механизма.
Зазор между датчиком и поршнем B составляет 1,8 ~ 2,2 мм (0,07 ~ 0,086 дюйма).
Датчик представляет собой катушку с сердечником в виде постоянного магнита. Движение поршня B, приводимого от вала турбины, генерирует в датчике скорости первичного вала КПП сигнал переменного тока.
Чем выше скорость, тем выше частота и напряжение сигнала датчика.
Сопротивление датчика должно составлять 825~835 Ом при 20°С (68°Ф). Измерительный диапазон датчика от 1000 до 8000 Гц.
Электромагнитный клапан переключения: клапан 1 и 2
Клапаны механизма переключения представляют собой два одинаковых электромагнитных клапана, управляющих переключением передних передач. Включение и выключение этих клапанов приводит к изменению давления в линиях гидропривода механизма переключения (фрикционных муфт и тормозов).
Клапан 1 управляет низким и высоким давлением в линиях гидропривода (клапанов фрикционных муфт), т.е. если клапан 1 включен, давление в линии будет низким (87 ~ 116 фунтов/дюйм? (6 ~ 8 бар)), если клапан 1 выключен, давление в линии будет высоким (232 ~ 261 фунтов/дюйм? (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.
Передача
Соленоид 1
Соленоид 2
Парковка, Нейтраль
Вкл.
Вкл.
Первая
вкл/выкл
Вкл.
Вторая
вкл/выкл
Выкл.
Третья
вкл/выкл
Выкл.
Четвертая
вкл/выкл
Выкл.
Задняя
вкл/выкл
Вкл.
.
Магистральное давление
Сопротивление
Клапан 1 / Клапан 2
Вкл. (низкое)
89,9~98,6 фунтов/дюйм?
(6,2~6,8 бар)
Выкл. (высокое)
221,9~253,24 фунтов/дюйм?
(15,3~17,46 бар)
26,5 ± 0,5 Ом
Электромагнитный клапан-регулятор давления (Клапан EDS 3, 4, 5, 6)
Клапан-регулятор давления (клапан EDS 3, 4, 5, 6) является высокоточным электронным регулятором давления, который управляет работой фрикционных муфт, тормозов и блокировочной муфтой.
Клапан понижает системное давление, которое затем подается на электромагнитные клапаны и клапаны регулировки давления. Это позволяет использовать менее мощные электромагнитные клапаны. На клапаны EDS должно подаваться постоянное давление.
Датчик температуры рабочей жидкости
Датчик температуры рабочей жидкости является терморезистором с положительным температурным коэффициентом сопротивления (термочувствительный резистор). Он передает в контроллер КПП сведения о температуре рабочей жидкости. Датчик температуры расположен в клапанном механизме. Данные о температуре используются в качестве одного из параметров для расчета момента переключения и задержки переключения.
Внутреннее электрическое сопротивление датчика изменяется в зависимости от температуры рабочей жидкости (см. график).
Контроллер посылает на датчик опорный сигнал 5 В и измеряет повышение напряжения в цепи. Чем выше температура жидкости, тем выше сопротивление датчика и ниже напряжение его сигнала.
Контроллер КПП использует сигнал датчика температуры в качестве дополнительного параметра для управления давлением в линиях гидропривода, расчета моментов переключения и включения блокировочной муфты.
Когда температура рабочей жидкости достигает 140°С (284°Ф), контроллер переходит в "режим перегрева". При температуре выше указанной контроллер корректирует расчетное время переключения передач и включения блокировочной муфты для того, чтобы снизить температуру рабочей жидкости. В режиме перегрева на четвертой передаче контроллер всегда отдает команду на включение блокировочной муфты.
Контроллер также раньше осуществляет переключение передач 2-3 и 3-4, чтобы снизить температуру жидкости. В некоторых исполнениях режим перегрева не предусмотрен.
Датчик температуры рабочей жидкости
Зависимость сопротивления от температуры (ориентировочно)
°С (°Ф)
Высокое сопротивление, Ом
Низкое сопротивление, Ом
°С (°Ф)
Высокое сопротивление, Ом
Низкое сопротивление, Ом
-40 (-40)
586
556
50 (122)
1,206
1,173
-30 (-22)
641
611
60 (146)
1,295
1,256
-20 (-4)
699
670
70 (158)
1,388
1,341
-10 (14)
760
732
80 (176)
1,485
1,430
0 (32)
825
799
90 (194)
1,585
1,522
10 (50)
893
868
100 (212)
1,690
1,617
20 (68)
963
942
110 (230)
1,798
1,715
25 (77)
1,000
980
120 (248)
1,910
1,816
30 (86)
1,039
1,017
130 (266)
2,025
1,920
.
.
.
140 (284)
2,145
2,027
Электрический разъем
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:
Согнутый контакт в колодке разъема (возникает при неаккуратном расчленении и сочленении разъема).
Неплотное соединение провода с контактом (внутреннего или внешнего жгута).
Загрязнение колодок электрического разъема.
Смещение контактов со своих мест в колодке (возникает при неаккуратном расчленении и сочленении разъема).
Попадание рабочей жидкости в разъем, просачивание ее в жгут и разъедание изоляции.
Попадание влаги внутрь разъема.
Разбалтывание контактов в колодках (возникает при частом расчленении и сочленении разъема).
Коррозия контактов.
Повреждение, растрескивание колодок разъема.
О чем следует помнить при работе с электрическими разъемами.
Чтобы расчленить электрический разъем необходимо нажать на замки и выдернуть колодку (как показано на иллюстрации).
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.
Надавить на колодку вдоль оси соединения, стараясь не выкручивать и не наклонять ее.
Колодки должны защелкиваться с характерным звуком.
Контроллер КПП
Контроллер КПП является электронным устройством, который обрабатывает поступающие к нему сигналы датчиков и управляет работой КПП по специальному алгоритму. На основе данных, передаваемых датчиками, контроллер управляет различными исполнительными механизмами.
Колодка диагностики
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.
Назначение контактов диагностического разъема (шина CAN), двигатель 2,0 л с двумя распредвалами верхнего расположения (Delphi, 32 бита)
.
Разъем A (синий)
Разъем B (зеленый)
Разъем C (серый)
1
Соленоид 2
Заземление датчика температуры рабочей жидкости КПП
Цепь L1 рычага переключения передач
2
Не используется
Датчик скорости первичного вала (+)
Не используется
3
Электромагнитный клапан-регулятор давления (EDS 4)
Бат +
Не используется
4
Датчик температуры рабочей жидкости КПП
Датчик скорости первичного вала (-)
Датчик режима HOLD
5
Выключатель стоп-сигнала
Датчик скорости вторичного вала (-)
Не используется
6
Контрольная лампа HOLD
Цепь L3 рычага переключения передач
Питание EDS
7
Колодка диагностики
Заземление датчика скорости первичного вала КПП
Питание EDS
8
Высокий уровень сигнала CAN
Спидометр
Питание электромагнитного клапана
9
Соленоид 1
Не используется
Не используется
10
Электромагнитный клапан-регулятор давления (EDS 5)
Датчик скорости вторичного вала (+)
Не используется
11
Электромагнитный клапан-регулятор давления (EDS 3)
Цепь L4 рычага переключения передач
Не используется
12
Электромагнитный клапан-регулятор давления (EDS 6)
Заземление
Не используется
13
Не используется
Заземление
Не используется
14
Не используется
Не используется
Не используется
15
Не используется
Цепь L2 рычага переключения передач
Зажигание вкл.
16
Низкий уровень сигнала CAN
Не используется
Зажигание вкл.
Входные сигналы контроллера КПП, воздействующие на коробку передач 4HP 16
Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ)
Передает на контроллер данные об угле открытия дроссельной заслонки, используемые для расчета схем переключения передач и включения блокировочной муфты.
Ошибки сигнала ДПДЗ могут привести к неправильному переключению передач, снижению плавности переключения или несвоевременному срабатыванию блокировочной муфты.
Датчик скорости вторичного вала АКПП
Передает на контроллер данные о скорости вторичного вала, используемые для расчета схем переключения передач, включения/выключения блокировочной муфты и расчета передаточных чисел.
Ошибки сигнала ДПДЗ могут привести к неправильному переключению передач, снижению плавности переключения или несвоевременному срабатыванию блокировочной муфты.
Датчик скорости первичного вала АКПП
Передает на контроллер данные о скорости первичного вала, используемые для расчета схем переключения передач, включения/выключения блокировочной муфты и расчета передаточных чисел.
Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ)
Передает на контроллер данные о температуре в системе охлаждения двигателя, используемые для первичного включения блокировочной муфты.
Ошибка сигнала ДТОЖ может привести к несвоевременному включению блокировочной муфты.
Сигнал частоты вращения коленчатого вала
Модуль зажигания передает на контроллер КПП данные о частоте вращения коленчатого вала.
Контроллер использует полученные данные для управления переключением передач и клапаном включения блокировочной муфты при полностью открытой дроссельной заслонке.
Выключатель стоп-сигнала
Передает на контроллер данные о включении тормоза, используемые для включения/выключения блокировочной муфты.
Ошибка сигнала выключателя стоп-сигнала может привести к несвоевременному включению или выключению блокировочной муфты.
Датчик температуры рабочей жидкости
Передает на контроллер данные о температуре рабочей жидкости КПП, используемые для корректировки схем переключения передач и включения/выключения блокировочной муфты при повышенных температурах (в режиме перегрева).
Ошибка сигнала датчика температуры рабочей жидкости может привести к неправильному переключению передач, снижению плавности переключения или несвоевременному срабатыванию блокировочной муфты.
