Роль соленоидов в переключении передач: Технические аспекты и функционирование

Соленоиды, электромагнитные устройства, которые оказывают значительное влияние на работу автоматических коробок передач (АКПП), обеспечивая плавное и точное переключение передач. Эти компоненты имеют важное техническое значение и выполняют ключевые функции, сильно влияя на общую эффективность и производительность автомобильных трансмиссий.

В данной статье рассмотрим как соленоиды обеспечивают процесс переключения передач и как их функционирование влияет на работу автоматической коробки передач, а также расскажем о возможных неисправностях и ремонте.

Соленоид — что это такое?

Соленоид в автоматической коробке передач (АКПП) представляет собой устройство, функционирующее как электромеханический клапан-регулятор. Он реагирует на электрические импульсы, поступающие от компьютера, и открывает или закрывает каналы в гидравлической системе для управления потоками гидравлической жидкости.

Соленоиды играют ключевую роль в управлении гидравлическими переключениями режимов работы современных АКПП, вариаторов и двухсцепных коробок передач (ДСГ). (Следует отметить, что есть некоторые исключения, такие как электрический степ-мотор JF011 и электроприводы некоторых ДСГ с сухим сцеплением).

Они заменили говернор – более простой механико-гидравлический клапан, который ранее осуществлял переключение скоростей в гидравлически управляемых трансмиссиях. Принцип работы говернора можно сравнить с клапаном в унитазе, который управляет наполнением смывного бачка водой.

Соленоид, по своей структуре, предельно прост. Это металлический стержень, обмотанный спиралью, по которой пропускается постоянный ток.

Принцип работы

Работа соленоидов базируется на магнитном явлении, когда магнитный стержень находится внутри медной обмотки. Пропуская через обмотку постоянный ток, создается магнитное поле, которое вызывает движение намагниченного стержня в определенном направлении. Смена направления тока вызывает обратное движение стержня. В соленоидах АКПП такое обратное движение стержня обеспечивается с помощью возвратной пружины.

Соленоид представляет собой клапан, который может быть открыт или закрыт с помощью электрического напряжения.

В процессе переключения передач компьютер управления двигателем (ЭБУ) посылает сигнал к масляному насосу. Определенные соленоиды активируются. Насос создает давление, и масло направляется в гидравлический блок. В это время в обмотке катушки возникает электромагнитное поле, которое заставляет плунжер двигаться и открывать канал для потока трансмиссионной жидкости (ATF).

Жидкость, пропущенная через гидроплиту, достигает поршня. Под давлением масла поршень сжимает фрикционные диски. Это приводит к блокировке определенной передачи в планетарной передаче. В ответ на это ЭБУ отправляет импульс, отключая ток к соленоиду. Магнитное поле в сердечнике соленоида исчезает, и поршень возвращается в исходное положение, закрывая канал.

Где устанавливают соленоиди?

Следует отметить, что в коробке переключения передач находится не один соленоид – их много, и часто они объединяются в группы.

Все соленоиды, используемые в автоматических коробках передач (АКПП), сгруппированы в специальном компоненте, называемом “гидроблоком” или “блоком соленоидов”. В этот блок они вставлены в определенные каналы и крепятся болтами или специальными прижимными пластинами. Другой конец блока соединяется с блоком управления автоматики с помощью электрического кабеля или разъема. Такая архитектура позволяет АКПП автоматически выполнять свои функции, включая автоматическое переключение передач. Соленоиды в этой системе играют важную роль и подчиняются командам от электронного блока управления (ЭБУ), который передает им сигналы для открытия или закрытия конкретных каналов гидроблока.

Соленоиды АКПП осуществляют передачу сигналов между гидравлической и электрической системами. Они, таким образом, совмещают и координируют действия этих систем. Иногда такое взаимодействие может вызвать неисправности, которые компьютер автоматически диагностирует. В одной АКПП может находиться не менее четырех соленоидов, однако конкретное количество зависит от сложности схемы и числа передач. Кабели и электрические соединения к ЭБУ часто могут стать источниками неисправностей, что может требовать их замены вместе с самими соленоидами.

Типы конструкции

А начиная с 1980-х годов, использование соленоидов в автоматических коробках передач (АКПП) стало активно распространяться. Изначально, ранние соленоиды работали по принципу включения и выключения (on/off). Эта конструкция отличалась простотой и экономичностью. Однако старые модели соленоидов подвергались обрывам цепи в обмотке и коротким замыканиям. К тому же, с течением времени ослабевшая пружина могла привести к тому, что масляный канал не закроется вовремя или вообще не закроется полностью.

С развитием автомобильной индустрии, в начале 1990-х годов были разработаны 3-way соленоиды – переключатели нового поколения. В положении “on”, шариковый клапан открывал канал для масла из первого канала во второй, а в положении “off” – из второго канала в третий. Это новшество позволило объединить функции в одном устройстве – включение и выключение фрикционных муфт.

Последующее развитие конструкции выглядит следующим образом:

Соленоиды Volvo

В этой конструкции был добавлен плунжер, который выполнял функцию толкающего элемента, а также фильтр-сетка в канале и специальный металлический шариковый клапан. Канал для масла имел два выхода. Сути дела, это был гидравлический клапан и электрический компонент в одном корпусе. Электроклапан мог принимать два положения: “нормально открыт” и “нормально закрыт”. При отключении питания, пружина закрывала клапан. Однако в процессе эксплуатации стало ясно, что такая конструкция слишком сложна и часто выходит из строя.

Трехканальные (3-way)

Особенность таких соленоидов заключается в их способности объединять 3 канала. В первом положении шарик направлял масло из первого канала во второй, а во втором положении создавался проход из второго канала в третий. Прежде появления этой конструкции, давление сбрасывалось из сцепления с помощью специального механического клапана. Однако соленоиды типа 3-way во втором положении могли взять на себя эту задачу.

PMW, VBS, VFS

Соленоиды PMW (широтно-импульсной модуляции), VBS (переменного пропуска), VFS (переменной силы)  работают по принципу “вентиля”, а не “крана”.

PMW активно применяются для управления вторичным клапаном. Более сложные соленоиды VBS демонстрируют хорошие результаты: они чувствительны даже к небольшим изменениям давления и эффективно управляют потоком с низким давлением.

VFS, самые сложные из них, способны работать с высоким и низким давлением, но при этом не столь чувствительны к изменениям давления. Этот вид соленоидов довольно капризен, и его срок службы, по сравнению с линейными, короче. Из-за быстрого износа, вызванного небольшим весом и увеличением давления, клапан соленоида может изменить свой уровень открытия, что требует точной обратной связи для правильной реакции компьютера на такие изменения.

Линейные

Также следует выделить линейные (пропорциональные) соленоиды. Крупнейшим разработчиком и производителем таких соленоидов является японская компания Aisin Co.

Линейные  соленоиды имеют особую конструкцию, которая включает самый подверженный износу компонент гидроблока – муфту с отверстиями. В этом типе соленоида золотник-плунжер перемещается вдоль этой муфты. Однако линейные имеют важное преимущество: при поломке этого элемента, замена всей гидроплиты не требуется. Достаточно заменить только изношенный соленоид, что значительно продлевает срок службы гидроплиты и решает проблему износа ее каналов. Кроме того, они позволяют более щадяще эксплуатировать гидроплиту, так как ее наиболее изнашиваемая часть перемещена внутрь клапана.

Классификация по назначению

Важно отметить, что с течением времени автоматические коробки передач (АКПП) становились все более сложными, и это привело к изменению принципа работы соленоидов. Инженеры внесли изменения в конструкцию этой детали, расширив ее функциональные возможности. Таким образом, в автоматических трансмиссиях начали использовать шесть различных типов соленоидов:

• EPC. Это наиболее значимый тип, который напрямую управляет подачей масла.
• TCC. Этот тип начинает функционировать только при высоких оборотах двигателя. Его главная задача – блокировка гидротрансформатора.
• Shift. Располагается за EPC и отвечает за переключение передач путем управления потоком рабочей жидкости в определенные каналы.
• Управляющий. Даже несмотря на свою простоту, этот тип не всегда понятен в своей функции. Он управляет работой основных клапанов и работает по аналогии с транзистором.
• Проскальзывающий. Его цель – сделать процесс переключения передач более плавным.
• Охлаждающий. При интенсивных нагрузках трансмиссионное масло может нагреваться. Он направляет жидкость в систему охлаждения для поддержания оптимальной температуры.

Типичные проблемы и неисправности

В современных трансмиссиях клапаны типа PWW могут начать функционировать менее эффективно, что приведет к реакции электронного блока управления. Однако они не выйдут из строя мгновенно. Если компьютер выдает ошибку, такую как OBDII: P2714, это может означать окончательный выход соленоида из строя.

В случае других типов устройств поломка может наступить внезапно. Вот основные причины:

1. Износ входного отверстия, плунжера и утечки. Опыт показывает, что загрязненное масло способствует более быстрому износу соленоидов. Это основная причина выхода из строя клапанов типа PWW.
2. Трещины на корпусе соленоида, обрыв провода обмотки, ненормальный режим работы цепи (короткое замыкание), ослабление возвращающей пружины. Это применимо ко всем типам соленоидов. Зачастую ремонт может включать перемотку, пайку, чистку и замену втулок.
3. Загрязнение продуктами износа и образование нагара. Опыт показывает, что клапаны-золотники соленоидов начинают плохо функционировать после нагрева масла. Эта проблема может возникнуть и при холодном масле, но реже. Чистка с применением растворителей или ультразвука может решить эту проблему, а также размагничивание.
4. Износ фрикционных пар. Могут выходить из строя как весь комплект, так и отдельные фрикционные пары. Повреждение этих деталей может привести к засорению каналов, нарушению работы гидроблока, охлаждающего радиатора и других компонентов АКПП.
5. Повреждение лопаток гидротрансформатора. Высокие температуры и скопление абразивных частиц могут вызвать неправильную работу гидротрансформатора, изменения давления в системе, снижение эффективности работы гидроблока и всей АКПП.
6. Износ уплотнительных элементов. Горячая и загрязненная трансмиссионная жидкость может повредить уплотнения и прокладки, в результате чего может нарушиться герметичность системы, что приведет к утечке масла.
7. Повреждение подшипников. Элементы между турбиной и насосом могут издавать хруст или свист при некорректной работе. Если эти звуки исчезают при наборе скорости, то поломка не является критической. В противном случае это может требовать восстановления или замены подшипников.
8. Обрыв связи с валом АКПП. Хотя такое происходит редко, это серьезная поломка. Отсутствие передачи крутящего момента с двигателя означает невозможность движения. Ремонт включает восстановление или замену вала. В некоторых случаях может потребоваться замена всего гидротрансформатора.
9. Неисправность обгонной муфты. Эта проблема проявляется при наборе скорости. Поломка обгонной муфты может привести к медленному и затрудненному разгону автомобиля. Диагностика подобных неполадок может быть проведена только на автосервисе.
10. Износ блокировочных элементов. В современных АКПП блокировка срабатывает при каждом переключении, что сократило срок службы этой детали. Рекомендуется менять масло каждые 60 000 километров при обычной эксплуатации, а также чаще при интенсивных нагрузках.

В большинстве случаев соленоиды выходят из строя из-за износа каналов, шарика, плунжера, а также клапана, манифольда и втулок. Процесс износа начинается с загрязнения соленоидов. Бронзовые втулки изнашиваются быстрее всего, в то время как другие элементы, часто изготовленные из анодированных сплавов, изнашиваются гораздо медленнее. Снятие устройства, его прочистка, опциональная замена износившихся деталей и масла может долгосрочно устранить проблемы с трансмиссией.

Современные конструкции соленоидов существенно упростились по сравнению с предыдущими версиями. Если ранее гидроблоки были изготовлены из чугунной стали, то сейчас они используют алюминий. В прошлом можно было использовать разнообразные виды масла, а в настоящее время соленоиды стали более чувствительными. Тем не менее, благодаря этим новым разработкам, автомобили стали экономичнее в расходе топлива, получили улучшенную динамику и комфортность. Вся механика АКПП стала работать точно, согласованно и эффективно. Однако эти изменения также привели к более быстрому износу деталей и загрязнению масла частицами. Сегодня необходимо регулярно менять масло, так как оно, из-за присутствия этих частиц, приобретает свойства абразивной наждачной бумаги.

Признаки неисправности

Прежде чем изучать способы проверки соленоидов, важно ознакомиться с основными признаками неисправности этих компонентов. Только таким образом водитель может заметить, что автомобиль требует диагностики.

Итак, необходимость проверки соленоида АКПП возникает в следующих ситуациях:

1. Замедленное переключение передач или полное отсутствие переключения. Это свидетельствует о возможной застревании соленоидов в определенных положениях.
2. Невозможность переключения передач во время торможения.
3. Заедание трансмиссии на нейтральной передаче.
4. Включение индикатора “Check Engine” на панели приборов. Этот сигнал указывает на необходимость провести проверку автомобиля.

При разрушении соленоида АКПП симптомы неисправности проявляются достаточно быстро. Главное не откладывать ремонт, так как неработоспособные соленоиды серьезно ухудшают безопасность вождения транспортного средства.

Чем грозит езда с неисправным соленоидом

Если соленоид не будет заменен вовремя, то придется избегать нагрузок на автомобиль с неэффективно функционирующими клапанами в коробке передач. Впоследствии начнут проявляться непривычные звуки, на приборной панели появятся ошибки, а автомобиль начнет подергиваться.

Если замена будет проведена не вовремя, начнут изнашиваться все детали трансмиссии, автоматическая коробка передач будет работать некорректно, а также будет страдать соленоид блокировки гидротрансформатора. Именно поэтому замена клапанов должна быть проведена вовремя, чтобы избежать критического состояния коробки передач, которое может привести к необходимости покупки нового и дорогостоящего компонента.

Обычно соленоиды рассчитаны на 350-400 тысяч километров пробега. Однако длительность их эксплуатации зависит от нагрузок, повреждений и качества используемого масла. Регулярная проверка и своевременная замена соленоидов, которые вышли из строя, позволит продлить срок службы автоматической коробки передач.

Проверка и тестирование соленоидов

Если вы заметили, что у вас возникли трудности при переключении на определенные передачи, а также заметили незнакомую стружку в масле поддона, это может быть сигналом о проблемах, связанных с соленоидами. Если компьютер вашего автомобиля выдает вам предупреждающие сигналы, стоит обратить внимание на состояние этих компонентов.

Выявить, какой именно элемент вызывает проблему, довольно просто. Каждый соленоид отвечает за определенную группу передач и управление гидротрансформатором, и это может различаться в зависимости от марки вашего автомобиля и типа АКПП. Например, если в вашей коробке 4 соленоида, то первый из них отвечает за переключение 1-2 передач, а возможно, также за 3-4 передачи. Второй соленоид управляет переключением между 2-3 передачами, третий отвечает за блокировку гидротрансформатора, а четвертый за работу тормозной ленты. Если возникают проблемы с переключением на 2-3 передачи, то вероятно, этот соленоид требует ремонта или замены.

Если вы ощущаете толчки и рывки при движении, или компьютер выдает код ошибки или мигает лампочка Check Engine, это может указывать на неисправности, связанные с гидроблоком. В таких случаях крайне важно немедленно провести проверку этой детали. Сначала соленоид проверяется на наличие сопротивления. К контактам клапана подается напряжение 12 В. Рабочий соленоид издаст характерный щелчок, а если его нет, то возможно, проблема в его засорении. В этом случае проводится прочистка соленоида под напряжением с помощью сжатого воздуха, и если он не пропускает воздух, то, скорее всего, требуется его замена.

Процесс профессиональной проверки соленоидов включает анализ двух основных параметров: давления и герметичности клапанов, а также электроуправления, которое контролирует открытие и закрытие клапанов.

Для соленоидов типа ШИМ (широтно-импульсной модуляции), PWM (пульсирующей ширины импульсов), VBS (переменного пропуска) проводится проверка на специальном стенде. Кривая, которую выводит компьютер, должна наиболее точно соответствовать образцовой кривой как во время закрытия, так и во время открытия канала. Если на графике появляются рывки или ступени, это может указывать на неисправности механической или электрической части соленоида.

Иногда промывка от грязи может решить проблему, однако, если это не помогло, соленоид может быть дефектным. Опытный мастер может также определить, что задержки связаны с износом узлов или втулок, и в этом случае замена втулок некоторых соленоидов от Aisin может продлить жизнь таким компонентам на несколько лет.

Как подобрать замену

Выбор и установка подходящего соленоида – ответственный процесс, в котором допущение ошибок недопустимо. Точное определение нового соленоида может быть выполнено специалистом, однако и обычный автолюбитель может успешно справиться с этой задачей. В этом ему помогут руководства из сети и мануалы от автопроизводителей и производителей автомобильной электрики. Вот несколько вариантов поиска подходящей замены:

1. Поиск по VIN-коду.
2. Поиск по коду существующего соленоида.
3. Поиск соленоида по параметрам автомобиля и коробки передач.

Последний вариант может быть наиболее сложным. Сначала необходимо определить тип коробки передач, и здесь могут возникнуть трудности, так как одна и та же модель автомобиля в разные годы выпуска может иметь разные типы коробок передач. Рекомендуется изучить информацию на шильдике самой коробки передач. Затем следует обратиться к руководствам по данной коробке передач, где содержится информация о гидроблоке и соленоидах, используемых в ней. В современных интернет-магазинах поиск соленоида упрощен: пользователь выбирает модель автомобиля, год выпуска, характеристики двигателя и коробки передач. Однако такой способ поиска не всегда обеспечивает точные результаты, особенно если интернет-магазин не обладает достаточно качественной базой кросс-номеров автозапчастей.

Если решено выбрать не оригинальный соленоид, а его аналог, то надо удостовериться, что он произведен той же компанией, которая поставляет запчасти для автопроизводителей. Среди наиболее известных производителей стоит выделить Aisin, Borg Warner, ZF, Bosch. Также неплохие соленоиды предлагают фирмы Maktrans, Dorman, Meat&Doria.

Ремонт и замена своими руками

Возможен ремонт соленоида своими руками, однако это применимо только в случаях, когда сама деталь может быть разобрана. В большинстве современных деталей этот разбор невозможен, так как они выпускаются в неразборном виде. Для таких деталей единственным вариантом ремонта остаются их продувка или очистка с использованием ультразвука.

В случае, если деталь разборная, то можно рассмотреть замену обмотки, провести промывку всех компонентов в бензине, дать им высохнуть и собрать обратно. После этого рекомендуется провести проверку соленоида на его работоспособность.

В случае неудачного попытки ремонта, всегда есть возможность заменить соленоид в коробке передач, и главное здесь — сделать все аккуратно и внимательно.

Пошаговая инструкция:

1. Отключите датчики температуры, которые находятся на гидроблоке.
2. Отсоедините соленоиды от разъемов, соединяющих их с АКПП.
3. При снятии гидроплиты будьте осторожны, так как может произойти вытекание масла.
4. Ослабьте болт соленоида, снимите кронштейн и извлеките клапан.
5. Пользуясь схемой конкретной АКПП, проведите процедуру открытия и промывки гидроблока.
6. Установите гидроплиту на свое место вместе со всеми соленоидами, предварительно заменив неисправные на новые.
7. Соберите коробку передач в обратной последовательности. При этом может помочь фотографическая фиксация всех этапов работы.
8. Замените все фильтры, уплотнители и прокладки.
9. Для компенсации уровня масла измерьте объем текущей жидкости и залейте новое ATF, исходя из общей нормы. Добавьте 200-300 мл нового масла к объему старого.
10. Подогрейте двигатель и проверьте уровень ATF-жидкости.

Заключение

В заключение можно подытожить, что соленоиды играют важную роль в работе автоматической коробки передач, обеспечивая точное и плавное переключение передач и управление гидротрансформатором. Их технические параметры и характеристики подвержены влиянию различных факторов, таких как качество масла, условия эксплуатации и нагрузки. Принцип работы соленоидов основан на электроуправлении клапанами, что позволяет точно регулировать момент переключения передач. В случае их неисправности автоматическая коробка передач может работать некорректно, что приведет к проблемам с динамикой и безопасностью автомобиля.

Обслуживание и ремонт соленоидов включают в себя проверку, замену и прочистку деталей, а также подбор подходящей запчасти. Важно помнить, что правильное и своевременное обслуживание соленоидов способствует долговечности и надежности работы автоматической коробки передач. Таким образом, понимание технических аспектов, принципа работы и методов ремонта соленоидов АКПП является важной составляющей для поддержания оптимальной производительности и долговечности автомобиля.