Соленоид автоматической трансмиссии – это специальное устройство для управления движением масла внутри гидроблока под командами электронного блока управления. Они представляют из себя электромеханический кран. Именно они служат для смены передач и управляют режимами АКПП. На базе соленоидов сделаны все схемы управления современных гидравлических автоматов, вариаторов и роботизированных коробок переключения передач.
Внешний вид соленоидов АКПП
Ранее эти функции выполняли механические клапаны. Первые соленоиды были введены в конструкцию АКПП в восьмидесятые, в Америке, стране, где, собственно, были изобретены и впоследствии развивались автоматы.
Соленоид – это достаточно простое электромеханическое устройство. Стержень, выполненный из металла, скользит внутри токопроводящей спирали, которая постоянно находится под действием постоянного тока. При нарастании тока стержень движется к концу спирали, при его снижении – возвращается с помощью возвратной пружины. Сам стержень перекрывает или открывает потоки масла.
Соленоиды АКПП располагаются внутри гидроблока, их всегда несколько. Количество их варьируется от количества ступеней и сложности схемы управления, обычно их не менее четырех. Соленоид закреплен в особый канал гидравлической плиты с помощью болта или другого крепежного элемента и соединяется через разъем с кабелем или шлейфом электрического блока управления коробки передач.
Разобранный годроблок с соленоидами
Соленоид имеет свое сопротивление, которое со временем может повышаться, приводя к нештатной его работе. Поэтому соленоид является расходным материалом, при любом ремонте АКПП или промывке гидроблока его сопротивление необходимо проверить. Их нештатная работа может повлиять на функционирование всего механизма АКПП и вывести его из строя. Проводка соленоида, особенно выполненная в виде шлейфов, не является надежным элементом и часто может служить причиной неисправности. Система самодиагностики современных АКПП может определять неисправности соленоидов и выдавать соответствующую ошибку. Процедуру диагностики можно проводить своими руками.
Гидроблок обычно располагается под днищем коробки, но есть варианты и бокового расположения.
Первое поколение соленоидов
Первые соленоиды, получившие распространение, работали по принципу «открыт–закрыт» (on–off) и используются до сих пор. Они ответственны за полное открытие или запирание каналов гидроблока с помощью плунжера, вокруг которого располагается медная обмотка. Такие устройства имеют всего два положения – открыт или закрыт. Если канал закрыт соленоидом, давления масла в нем нет, если же открыт – то масло поступает.
Соленоид первого поколения
Второй тип соленоидов, используемый в АКПП, называется соленоидом-клапаном. Он обладает способностью не только полностью открывать или закрывать поток масла, но и мягко регулировать свою пропускную способность. В современных АКПП такой тип соленоидов практически не используется из-за их низкой надежности. Катушка часто давала короткие замыкания, проводка перегорала, пружины ломались, забивались грязью или ослабевали.
Поэтому такие механизмы начали делать в виде более надежных и совершенных электроклапанов, которые до сих пор устанавливаются на огромное множество самых различных автомобилей даже представительского класса.
Какую роль выполняют соленоиды
В гидроблоке АКПП трансмиссионная жидкость под давлением воздействует на сцепление, обеспечивая плавные переключения передач. Управление этим процессом осуществляется с помощью автомобильного бортового компьютера. ЭБУ подает импульсы через электромагнитные клапаны – соленоиды, установленные на гидравлическом модуле в АКПП. Они состоят из электрической спирали, находящейся под постоянным током и металлического внутреннего сердечника.
Каждый соленоид выполняет определенную функцию:
- Включение-выключение каналов,
- Регулировка направлений гидравлических потоков ATF в заданный момент времени.
- Контроль за количеством жидкости, проходящей по каналам в единицу времени.
Соленоиды отвечают за следующие процессы:
- переключение скоростей;
- управление блоком гидротрансформатора (в просторечии – бублика);
- функционирование тормозной системы.
Второе поколение соленоидов
В отличие от предыдущего механизма, соленоид-электроклапан имеет канал для масла с входом и выходом и является по своей сути гидравлическим клапаном. Запирание и отпирание потока масла в этом соленоиде осуществляется за счет шарового клапана, выполненного из металла. Несмотря на то что этот вид соленоидов более сложный, его конструкция куда более надежна. Помимо этого, такой тип соленоидов значительно проще менять, для этого всего лишь нужно отсоединить разъем и вытащить уплотнительное кольцо, за счет которого соленоид держит давление. Соленоид-электроклапан, как и электрические контакты, может быть нормально-закрытым или нормально-открытым. Это означает, что в первоначальном состоянии такой соленоид или открыт, или закрыт, а под действием электрического тока будет приходить в обратное положение. Пока на соленоид не подается ток, он возвращается в первоначальное положение под действием возвратной пружины. При подаче электрического тока магнитное поле, порождаемое обмоткой, будет толкать плунжер в обратном направлении с силой, достаточной для преодоления сопротивления возвратной пружины. В современных АКПП в каналах соленоидов располагаются маленькие металлические фильтры, в виде сеточки, которые останавливают мусор и не дают соленоиду или его каналу загрязнятся.
Соленоиды второго поколения
Описание характерных поломок соленоидов
Чаще всего электромагнитные клапаны страдают от использования некачественного смазочного материала. Элементы соленоида покрываются налетом накоксованного масла. Наступает момент, когда подвижный шток окончательно заклинивает в одном положении.
Если произошло залипание сердечника в одном соленоиде, это означает что все клапаны, входящие в гидравлический блок АКПП тоже скоро заклинят. В этом случае рекомендуется менять все соленоиды АКПП одновременно. При этом необходимо также произвести полную замену смазочной жидкости на высококачественное масло. Марка смазочного материала выбирается в соответствии с рекомендациями автопроизводителя, изложенными в инструкции на данный автомобиль.
Электромагнитные клапаны ломаются также по причине сбоев в работе самого блока управления, который посылает электрические импульсы на соленоиды. Подобная проблема может быть выявлена только при проведении тщательной компьютерной диагностики автомобиля. Вышедший из строя управляющий блок ЭБУ не подлежит ремонту, его просто меняют на новый дорогостоящий экземпляр.
Заявленный срок службы соленоидов АКПП также является ограниченным во времени. Как и любой механизм, клапаны не работают бесконечно долго даже при соблюдении необходимых требований. Средняя продолжительность их эксплуатации приблизительно рассчитана на количество циклов, равное от 300 до 400 тысяч. При этом необходимо учитывать, что на длительность службы соленоидов существенное влияние оказывает не столько общий пробег автомобиля, сколько манера вождения автовладельца.
Если водитель практикует агрессивное вождение, часто нажимает на педаль газа и активно переключает передачи, магнитные клапаны АКПП потребуется менять намного раньше заявленного эксплуатационного срока.
PWM, VFS и «пропорциональные»
В девяностые годы конструкция соленоидов еще больше усложнилась. Теперь от соленоидов требовалось не только открывать и закрывать поток масла, должна была реализована плавная регулировка давления.
Работа этих соленоидов стала похожей на работу вентиля, а не крана. Теперь положений было не два, а много. В зависимости от команды электронного блока управления они способны плавно открывать или закрывать канал, согласно рассчитанной кривой.
Заместо плунжеров теперь используются шарики или золотники, появляются 4Way и 5Way.
Пропорциональный соленоид
Дочернее подразделение Тойоты, ответственное за выпуск трансмиссий, Айсин создает свою конструкцию соленоида, которую называет «пропорциональной».
Это значительно более сложное и технологически-продвинутое устройство теперь включает в себя отверстия, которые ранее были частью гидравлической клапанной плиты, за их открытие или закрытие отвечает золотник-плунжер. Каналы, которые ранее располагались внутри гидравлической плиты и активно изнашивались от абразивной обработки частичками металла и мусора в масле, теперь стали частью соленоида. В случае их износа, не нужно менять или восстанавливать весь гидроблок – достаточно поменять сам соленоид. Срок службы гидравлической плиты увеличился в разы, была решена самая явная проблема всех современных АКПП. Сами «пропорциональные соленоиды», конечно, не служат очень долго, но они и являются расходниками – их замена очень простая, возможна своими руками, и стоят они, в сравнении с клапанной плитой, совсем недорого. После 5–6 лет необходимо проверить их работоспособность.
В современных АКПП с этими соленоидами соседствуют и обычные, «открыт–закрыт» типа, но пропорциональные выполняют практически всю работу, обеспечивая управление 4–5 потоками масла каждый.
VFS или шариковые электрорегуляторы широко используется ZF. Они отличаются более простой и дешевой конструкцией. Вместо сложных в производстве элементов, здесь роль вентиля выполняет маленький стальной шарик.
VFS соленоид АКПП
Однако для управления такими простыми элементами требуется очень сложная система управления. Электронный блок управления требует очень точную обратную связь и вынужден постоянно адаптироваться к нарастающим потерям давления из-за постепенного износа клапана. Точная настройка и постоянно меняющиеся параметры делают работу такой АКПП очень капризной. Срок службы этих соленоидов редко превышает пять лет, уже после 2–3 лет эксплуатации их лучше проверить.
PWM. Сделаны из более прочных и надежных материалов, их стоимость дороже. Попытка сделать их надежнее – это решение самой большой проблемы современных АКПП. При открытии и закрытии потока в работе соленоида, в какие-то моменты времени неминуемо образовывалась очень маленькая щель, через которую на огромной скорости устремлялось масло, заполненное мусором и частичками металла. При большом сечении, мусор мог спокойно гулять внутри потоков масла и отталкиваться от стенок канала, но при его уменьшении крупные куски мусора буквально протаскивало под давлением по его стенкам. Что приводило к его износу. В PWM соленоидах наиболее слабые места были усилены.
PWM соленоид
Если раньше конструкции АКПП были проще, надежнее и могли ездить на жидкостях, мало напоминающих масло, то теперь современные АКПП значительно более «нежные». Ранее гидроблоки делали из чугуна, теперь же из мягкого, легкого алюминия. Из-за попыток выжать максимальное КПД, снизить потери на гидротрансформаторе, уменьшить расход топлива, повысить динамику и комфорт автомобиля все механизмы АКПП стали работать значительно более точно и нагружено. Что неминуемо привело к повышению износа всех механизмов коробки и быстрому загрязнению масла их останками. Фильтрующие элементы тоже модернизировались, но они не совершенны. Если в современной АКПП не менять масло по мере его загрязнения, оно приобретает свойства наждачной бумаги, которая на большой скорости постоянно прогоняется через все внутренности автомата. И от этого ему совсем нехорошо.
Устройство и принцип работы соленоидов АКПП
Соленоид АКПП – это специальное устройство, которое отвечает за движение масла внутри гидроблочного механизма. Управляется оно электронным блоком управления АКПП и, по сути, представляет собой обычный электромеханический клапан. Именно соленоиды стали наиболее распространёнными «управленцами» переключения передач и режимов работы в современных автоматических коробках передач. Если в роботизированных и вариаторных КПП заменить данные узлы чем-то возможно, то вот в гидравлических АКПП они стали основой управления, поэтому вряд ли будут вытеснены в течение ближайших десятилетий.
Стоит отметить, что соленоид в коробке переключения передач далеко не один – их множество, которые зачастую объединены в целые блоки. Ранее функции контроля движения масла по каналам АКПП возлагались на механические клапанные механизмы, однако развитие автомобильной электроники спровоцировало замену таких устройств на более удобные соленоиды. Если быть точнее, то первый соленоид был установлен в конструкцию автомата лишь в середине 80-х годов в США, после чего получил широкое распространение в этой сфере применения.
Повторимся, любой соленоид – это электромеханическое устройство, которое, честно говоря, очень простое по своей конструкции. Основная функция данного механизма заключается в перекрытии подачи масла по тому или иному каналу АКПП посредством его запирания специальным стержнем. Последний, к слову, выполнен из металла и попросту скользит в проводящей ток спирали (электричество в ней течёт постоянно, пока заведён мотор автомобиля). Нарастание тока движет стержень к концу спирали, то есть запирает канал подачи масла, снижение – к его началу, соответственно, усиливая подачу смазки. Движение стержня любого соленоида организовано при помощи специальных механизмов – запирающих и возвратных пружин.
Все соленоиды АКПП собраны в её элементе под названием «гидроблок» (в народе – блок соленоидов). Гидроблок, к слову, представляет собой плиту, разделённую на многочисленные каналы и имеющую в конструкции множество датчиков, клапанов. Такая организация позволяет автомату осуществлять возложенные на него обязанности, которые заключаются в автоматическом переключении передач. Соленоиды в этой системе играют немаловажную роль и находятся под управлением ЭБУ, направляющем им сигналы по открытию или закрытию конкретного канала гидроблока.
Функции современных соленоидов
EPC соленоид. Соленоид линейного давления. В конструкции современных АКПП соленоид линейного давления самый главный. Он обычно располагается в гидравлической плите первым. Через соленоид линейного давления проходит весь поток масла. Если соленоид линейного давления неисправен, то в коробку может подаваться повышенное давление, что быстро выведет из строя многие её механизмы. Соленоид сильно нагружен и обычно выходит из строя быстрее своих братьев.
TCC соленоид. Соленоид блокировки муфты гидротрансформатора. Он управляет блокировкой гидротрансформатора, которая повышает КПД и увеличивает разгонные характеристики автомобиля. В современных АКПП этот соленоид обычно самый слабый – через него идет самое горячее и грязное масло. Хотя это зависит от характера водителя – у людей, любящих спокойную и плавную езду, этот соленоид практически не работает.
Shift соленоид. Соленоид-шифтовик. Сложный и большой соленоид со многими каналами, ответственный за переключения передач.
Управляющий соленоид. Управляет клапанами, как транзисторы в электросхемах.
Соленоид режима проскальзывания. Отвечает за «плавность» переключения передач, переводя АКПП в режим «проскальзывания».
Соленоид АКПП
Соленоид охлаждения. Ответственен за охлаждения масла и доступ к радиатору.
Типичные неисправности соленоидов
- Загрязнение. Наибольший урон наносит клеевой слой фрикционов. Каналы забиваются, плунжеры клинит. Нештатная работа соленоидов может вывести из строя всю АКПП. Поэтому гидравлический блок необходимо иногда чистить и менять по мере износа фрикционов, особенно фрикцион гидротрансформатора.
- Износ самого соленоида и его составляющих. Что ж, они не вечны и имеют свой ресурс. Лучше менять их по регламенту и не дожидаться пока компьютер начнет показывать ошибку. Самые надежные соленоиды способы откатать 400000 километров, но обычно их замена требуется уже на 100000–200000 километрах пробега.
Автор: Д. Спирин
