ГМП ДЛЯ АВТОБУСОВ И СПЕЦТЕХНИКИ. ЦЕНИТЕЛИ ПЛАВНОСТИ

Плавное трогание с места, динамичный разгон, мягкое переключение передач без разрыва потока мощности всегда считались главными достоинствами гидромеханических передач. Однако с развитием электроники в мир коммерческого транспорта уверенно вошли автоматизированные коробки, в которых переключение передач также происходит без участия водителя. Но может быть «настоящие автоматы» все же лучше? Поговорим о преимуществах и недостатках гидромеханических трансмиссий.

Начнем с определений. Классическая гидромеханическая передача (ГМП) состоит из гидродинамического трансформатора и механической части, в которую входят фрикционные муфты, тормоза и планетарные механизмы (в конструкцию ГМП может входить три, а в серии OffRoad даже четыре пакета планетарных передач), а также система управления, которая отвечает за автоматическое переключение передач.

Главное, что нужно знать о гидротрансформаторе, это то, что в отличие от гидромуфты он состоит из трех, а не двух рабочих колес. Эта особенность (не будем вдаваться в тонкости гидродинамики) позволяет гидротрансформатору увеличить крутящий момент, что крайне удобно на некоторых режимах — например, при начале движения на крутом подъеме или с большой нагрузкой на слабонесущем грунте. В коммерческом транспорте ценно еще одно свойство гидротрансформатора — возможность переключения передач без разрыва потока мощности. Именно поэтому крупнейшие производители грузовиков никогда не списывали со счетов ГМП, используя их в качестве опции для специсполнений, готовых к особо тяжелым условиям эксплуатации.

В теории на автомобиле можно было бы обойтись одним лишь гидротрансформатором, но беда в том, что при больших передаточных отношениях КПД его работы сильно снижается. Именно это и вынуждает производителей дополнительно применять планетарный редуктор для изменения передаточного числа. Тем не менее и такая схема выглядит крайне расточительной. Поэтому на большинстве режимов у гидротрансформатора блокируется одно из рабочих колес. Это превращает его в более энергосберегающую муфту. В результате средний КПД такой трансмиссии уже достигает примерно 85–90%. Раньше такой показатель вполне устраивал потребителей, но с ростом цен производителям гидромеханических КП пришлось прибегнуть к дополнительным ухищрениям. Теперь трансформаторы не просто превращались в муфты, а блокировались механически — насосное и турбинное колеса жестко соединялись фрикционом. Причем если поначалу такую блокировку применяли только на высших передачах, то затем на некоторых ГМП колеса трансформатора стали блокировать на всех передачах кроме первой. Забегая вперед, отметим, что еще совершеннее гидромеханические автоматы стали с появлением электронного управления, позволяющего выбрать оптимальный момент переключения передачи, например при изменении массы автомобиля или дорожного рельефа.

Кто сделал первый шаг на пути внедрения гидромеханических трансмиссий для внедорожных машин и автобусов — за давностью лет установить трудно. Но известно, что в годы Второй мировой войны англичане построили несколько опытных автобусов, оснащенных гидродинамической трансмиссией. Эта трансмиссия сильно отличалась от известных нам ГМП и представляла собой сложный пятиколесный гидротрансформатор — без механической части, с маленьким КПД и большими потерями.

Первый автобусный автомат немецкого производства был спроектирован в начале пятидесятых годов компанией ZF. Особенностью этого агрегата было соединение с гидротрансформатором 2- или 4-ступенчатой механической коробки. Семью годами позже эта же фирма спроектировала двухступенчатую планетарную ГМП с электрогидравлической системой управления. Ее главными достоинствами были малое число деталей и простота ремонта, но при этом трансмиссия по-прежнему отличалась невысоким КПД, а значит, оснащаемые ею автобусы имели заведомо повышенный расход топлива.

Поэтому конкурент ZF компания Voith еще в 1953 году спроектировала иную по конструкции автоматическую коробку передач DIWA (Differential-Wandler, «дифференциал — гидротрансформатор»). Здесь одна часть крутящего момента передавалась трансформатором, а другая, одновременно — механикой. Такое разделение потоков мощности значительно усложнило конструкцию, но одновременно увеличило КПД. Кроме того, этот агрегат мог работать и как ретардер.

К слову, разработка ГМП в то время велась и в Совет­ском Союзе. В 1956 году НАМИ и Львовский автобусный завод начали работу по проектированию отечественного автомата: он представлял собой двухступенчатую механическую коробку, объединенную с гидротрансформатором. Автомат, названный ЛАЗ-НАМИ-22-17 (он же ГМП-2), поступил на испытания в 1962 году, но только через три года начался его серийный выпуск на специально созданном заводе во Львове. Сначала львовскую коробку передач в небольших количествах монтировали на автобусы ЛАЗ-695Ж. А начиная с 1967 года ГМП-2 получила прописку в подмосковном Ликино — на знаменитых автобусах ЛиАЗ-677. Позже во Львове спроектировали другую коробку, трехступенчатую ГМП-3,
но спрос на нее оказался слабым, и производство львовских автоматов прекратилось.

А тем временем в Западной Европе полным ходом продолжались модернизация грузовых и автобусных автоматов и создание новых моделей с электронными системами управления. На сегодняшний день производством ГМП в Европе занимаются три крупные компании — ZF, Voith и Allison (этот американский производитель имеет завод в Венгрии). Инженеры ZF сделали ставку на увеличение количества ступеней: испытания показали, что расход топлива у автобуса, оборудованного 6-диапазонной ГМП, на 2–4 л/100 км меньше, чем у аналогичной 4-ступенчатой машины. Такая ГМП, названная ZF-Ecomat, появилась в восьмидесятые годы. Помимо производителей автобусов этой трансмиссией заинтересовались и компании, выпускающие специальную технику. Оказалось, что они готовы устанавливать ГМП на развозные грузовики, мусоровозы, пожарные машины и строительные самосвалы, работающие в городских условиях. Сегодня выпускается обновленный вариант «Экомата»: у него усовершенствованно электронное управление и проведена адаптация к более горячим двигателям Евро-4 (ведь cиcтема охлаждения общая и у двигателя, и у коробки).

Недавно в производственной программе ZF появилась еще одна 6-ступенчатая ГМП — EcoLife. Среди основных задач, решаемых при разработке новой трансмиссии, было не только улучшение динамических свойств транспортного средства, но и экономия топлива. Ключевые конструктивные изменения в новинке связаны с усовершенствованием гидротрансформатора, который теперь рассчитан на более высокий входной момент (до 2000 Нм). Использование в составе преобразователя крутящего момента инновационного демпфера крутильных колебаний, разработанного специалистами ZF Sachs, дало возможность ускорить блокировку турбинного и насосного колес. А более ранний «выход из игры» гидромуфты при разгоне способствует как улучшению динамики, так и сокращению расхода топлива. Еще одним ключом к экономии топлива является интеллектуальная программа управления ZF TopoDyn Life, отвечающая за выбор момента переключения передач. Точки переключения рассчитываются в зависимости от особенностей топографии, показателей нагрузки и ускорения, а также различных факторов, создающих сопротивление движению, например дорожного покрытия или угла поворота. Так, при движении по городскому маршруту TopoDyn Life автоматически задает самые экономичные характеристики переключения, а если местность холмистая, программное обеспечение плавно варьирует точки переключения в зависимости от актуального угла подъема. В результате становится возможным оптимальный, то есть обеспечивающий экономичный расход топлива, режим работы двигателя на конкретном участке трассы.

Другой «законодатель мод», Voith, остался верен своему принципу «Лучше меньше да лучше»: передач здесь не так много, как у коробок ZF, а высокий КПД достигается за счет испытанного симбиоза «дифференциал-гидротрансформатор». Пока обычная ГМП при старте с места переключается два, а то и три раза, Voith DIWA продолжает тянуть автобус на первой передаче — но одновременно работают и гидротрансформатор, и механическая часть коробки (лишь 40% крутящего момента передается гидравлическим путем). Как утверждают разработчики, меньшее количество переключений делает движение более плавным и уменьшает износ фрикционных дисков. У коробок DIWA три или четыре ступени, а гидротрансформатор расположен необычно — посредине коробки. Кроме того, масляный радиатор встроен в ГМП, и за счет этого удалось избавиться от лишних трубок и штуцеров. Оригинальная концепция охлаждения подходит даже для повышенных температурных режимов двигателей Евро-4/-5 и EEV.