Автоматические коробки передач ZF-Ecomat

В начале пятидесятых годов транспортные компании, эксплуатирующие городские автобусы, были обеспокоены высокой утомляемостью водителей и частым выходом из строя механизмов сцепления, что сказывалось на эффективности перевозок. Идя навстречу их пожеланиям, немецкая фирма Zahnradfabrik в 1955 году предложила оснащать автобусы трехступенчатой полуавтоматической трансмиссией с автоматическим выбором нужной передачи.

Общий вид коробки передач ZF-Ecomat в разрезе

Рост интенсивности городского движения и передача в ФРГ функций кондуктора водителю потребовали еще большего облегчения условий его труда. ZF откликнулась на это выпуском двухступенчатой автоматической коробки с гидротрансформатором и электрогидравлической системой управления. До 70-х такие коробки широко применялись в Европе, однако требования транспортников к трансмиссии все возрастали. Теперь автобусам требовался больший запас ускорения, чтобы покинуть остановку и быстро влиться в поток транспорта. С другой стороны, увеличилась нагрузка и на тормозную систему. Двухступенчатая коробка уже не удовлетворяла автобусостроителей и ZF принялась за разработку нового агрегата – более совершенного, сложного и дорогого.

Для снижения себестоимости требовалось выпускать его в больших количествах, для чего попытались продавать трансмиссию производителям грузовиков. Оказалось, что они готовы устанавливать на развозные грузовые автомобили, мусоровозы, пожарные машины и строительные самосвалы, работающие в городских условиях, автоматическую коробку передач, имеющую приемлемую цену.

Общий вид коробки передач ZF-Ecomat в разрезе

Набрав пакет заказов, ZF в течение пяти лет силами 60 инженеров разработала семейство автоматических коробок ZF-Ecomat, первая партия которых была выпущена в 1978 году.

Спустя многие годы и по сей день, эти коробки остаются одними из лучших в мире и охотно приобретаются ведущими автомобильными фирмами: MAN, DaimlerChrysler, Renault V.I., Volvo, Neoplan, NISSAN, Scania, IVECO, Bova, Isuzu, Daewoo и другими. Среди российских производителей их охотно покупают ЛиАЗ, ПАЗ, ГолАЗ и другие заводы. Всего коробок семейства ZF-Ecomat выпускается около 15 тысяч в год.

Завод в Фридрихсхафене производит три основные модификации – НР500, НР590 и НР600. Каждая из них рассчитана на свой диапазон развиваемых двигателями крутящих моментов. Коробки унифицированы на 80%, оригинальными у них являются лишь гидротрансформатор и планетарные ряды. Выпускают их в четырех-, пяти- и шестиступенчатом исполнении, включая варианты с двумя рядами передаточных чисел: высшим и низшим. Познакомимся с конструкцией Ecomat поближе.

Расположенный со стороны входного вала гидротрансформатор через насосное колесо связан с двигателем.

Основные модули или составные части коробки ZF-Ecomat: 1 – модуль гидротрансформатора; 2 – модуль масляного насоса; 3 – модуль замедлителя; 4 – модуль планетарной коробки передач; 5 – модуль системы управления коробкой передач

Гидротрансформатор имеет насосное, турбинное и направляющее (реактор) колеса. Приводимое двигателем насосное колесо создает круговой поток масла, который, попадая на турбинное колесо, меняет направление. Задача реактора – снова изменить направление потока масла – в насосное колесо, при этом на реакторе возникает момент, складывающийся с моментом турбины. Отношение выходного момента к входному называется коэффициентом гидротрансформатора. Если коэффициент трансформации равен единице, опора реактора на корпусе освобождается и он свободно начинать вращаться в потоке масла. Затем механизм сцепления срабатывает и крутящий момент от двигателя напрямую передается на коробку передач: гидротрансформатор «выходит из игры».

За гидротрансформатором расположен масляный насос, приводимый от двигателя. Он подает масло в первую очередь в гидротрансформатор, а также в гидравлическую систему управления и механическую часть коробки передач. Там же находится клапан, регулирующий давление в гидросистеме, и клапан системы смазки агрегата.

На выходном турбинном валу гидротрансформатора расположен ротор , устанавливаемого по заказу тормоза-замедлителя. Его статор неподвижно закреплен внутри корпуса.

Устройство гидротрансформатора: 1 – турбинное колесо; 2 – насосное колесо; 3 – реактор

Тормоз-замедлитель коробок ZF-Ecomat – узел, работающий независимо от включенной передачи и гидротрансформатора и выполняющий свою задачу на любой скорости. Особенностью конструкции замедлителя является так называемая решетка, разделяющая статор на две части. Три пружины, расположенные по диаметру решетки, при выключении замедлителя отжимают ее в положение, при котором камеры открыты: создаваемая ротором смесь масла и воздуха проходит через статор практически без всякого сопротивления. При включении замедлителя масло под давлением подается на кольцевой элемент, который приводит в рабочее положение решетку, образующую вторую половину лопастного колеса. Приводимое в движение ротором масло подается в его карманы, где кинетическая энергия превращается в тепловую. В результате установки такого замедлителя долговечность тормозных накладок увеличивается в 5 раз, при этом сам гидрозамедлитель работает столько, сколько служит трансмиссия.

Мощность двигателя так же, как и тормозное усилие замедлителя передается через механическую часть коробки передач, состоящую из трех простых планетарных рядов, соединенных между собой через фрикционы – сцепления и тормозные механизмы, различным способом, благодаря чему возможно получение четырех, пяти или шести ступеней. Фрикционы включаются с помощью гидравлического привода. При каждом переключении вступает в действие только одно, соответствующее включаемой ступени сцепление, которое передает крутящий момент от двигателя только тогда, когда блокирующий элемент готов передать полную мощность без прерывания тягового усилия.

Основные элементы конструкции коробок: 1 – ведущий элемент; 2 – гидротрансформатор; 3 – механизм сцепления, блокирующий гидротрансформатор; 4 – гидрозамедлитель; 5 – многодисковые сцепления; 6 – ленточные тормозные механизмы; 7 – фланец отбора мощности

Во время переключения с помощью электрического сигнала от соответствующего датчика давление в системе согласовывается с нагрузкой двигателя. В результате осуществляется мягкое и надежное переключение без преждевременного износа элементов. Расположение системы управления переключением ступеней в масляном поддоне облегчает и упрощает работы по техническому обслуживанию, так как почти на всех автомобилях к нижней части коробки передач доступ свободный.

Управление автоматической коробкой передач для выбора движения вперед или назад осуществляется кнопочным или рычажным переключателем. Сигнал от него передается на электромагнитные клапаны, включающие соответствующие сцепления. Датчик, механически связанный с топливным насосом высокого давления, регистрирует нагрузку двигателя и подает сигнал на гидромодулятор системы управления, который формирует давление в соответствии с нагрузкой двигателя. Так нагрузка двигателя формирует не только давление в гидроприводе сцеплений, но и влияет на выбор той или иной передачи. Микропроцессор через индуктивные датчики, установленные на валу турбины и вторичном валу коробки передач, контролирует их частоты вращения и по заранее запрограммированным точкам автоматически переключает ступени. Микропроцессор работает по двум программам переключения. В зависимости от сопротивления движению выбирается та, которая предусматривает мощностной или экономический режим.

Электронное управление переключением позволяет агрегатировать ZF-Ecomat с разными двигателями. Только тип НР500 используется в настоящее время со 120-ю силовыми агрегатами. Хорошо работают эти коробки и с двигателями отечественного производства.

Постоянное совершенствование конструкции позволяет этим коробкам удерживать прочные позиции на рынке. С годами сфера их применения на автотранспорте постоянно расширяется.