ENGНужен ли тюнинг гидротрансформатору?
Технический специалист ООО «Транс Трэйд»
В процессе деятельности, связанной с ремонтом гидротрансформаторов, нам часто поступали вопросы, можно ли изменить скоростные характеристики автомобиля путем замены штатного гидротрансформатора на трансформатор с измененными характеристиками, при этом не ухудшив другие эксплуатационные показатели автомобиля, такие как расход топлива, комфортность езды и т. д. Существует немало теорий, касающихся вопроса тюнинга гидротрансформаторов. Одни говорят, что в результате тюнинга машина разгоняется быстрее и создается ощущение, что показатели действительно изменились. Другие считают, что от него больше вреда, чем пользы: разгон автомобиля меняется незначительно, рабочие обороты двигателя повышаются, расход топлива увеличивается и т. д. Теории можно перечислять до бесконечности – от тех, что имеют под собой логическое обоснование, до таких, которые напрямую противоречат законам физики.
В данной статье постараемся ответить на некоторые из возникающих вопросов. Какие показатели улучшаются, а какие – ухудшаются? Цена тюнингованного трансформатора на рынке США выше цены штатного в 3–15 раз, так стоит ли идти на такие расходы владельцу автомобиля?
Теория
В гидротрансформаторе в ходе работы происходят постоянные изменения оборотов насосного и турбинного колес, это отношение (отношение частоты вращения турбинного колеса nт к частоте вращения насосного колеса nн) называется передаточным отношением гидротрансформатора.
Из законов гидропередачи следует, что момент, приложенный к насосному и турбинному колесам, определяется зависимостью:
где:
CHCт – коэффициент моментов насосного и турбинного колес соответственно;
nHnD – частоты вращения насосного и турбинного колес;
Da – активный диаметр гидротрансформатора, соответствующий максимальному диаметру круга циркуляции.
Под характеристикой гидротрансформатора принято понимать кривую, отражающую зависимость изменения коэффициента момента «с» от передаточного отношения гидротрансформатора i.
Коэффициент трансформации момента K определяется отношением крутящего момента турбинного колеса к крутящему моменту насосного колеса гидротрансформатора:
Испытания
Для того чтобы на практике понять разницу между штатным гидротрансформатором и гидротрансформатором с увеличенным Stall RPM, проведем следующие эксперименты. Замеры и тесты будем выполнять на гидротрансформаторах от шестиступенчатой трансмиссии General Motors 6L80. Она была представлена в конце 2005 года и до сих пор является достаточно распространенной на рынке, ее устанавливали на такие автомобили, как Cadillac XLR, STS-V, Escalade, Chevrolet Corvette, Silverado1500, Silverado 2500HD, Tahoe, GMC Yukon Denali и другие модели компании GM. Этот тип гидротрансформатора применялся на автомобилях с объемом мотора 4,8, 5,3, 6,0 и 6,2 л.
Для примера приводим характеристики мотора объемом 5,3 л:
- мощность 315–320 л.с. (235–239 кВт) при 5200 об/мин;
- крутящий момент 335–340 футо-фунтов (454–461 Нм) при 4000 об/мин.
В наших тестах сравним два гидротрансформатора с кодом JMBX – стандартный и приобретенный у компании, которая занимается их тюнингом.
Как заявляет эта компания, благодаря тюнингу гидротрансформатор имеет Stall RPM на 500 об/мин больше штатного.
Все замеры произведем на специализированном стенде с электромотором, имеющим максимальный крутящий момент 268 Нм при 1800 об/мин.
Тест будем проводить следующим образом.
Зафиксируем выходной вал, тем самым остановив турбинное колесо, и начнем раскручивать насосное колесо, имитируя Stall-test на автомобиле, или стоповый режим работы гидротрансформатора.
Для начала представим характеристики штатного гидротрансформатора и, сделав предварительные расчеты, исключающие влияние передаточного отношения планетарных рядов, получим следующие зависимости:
Далее проведем тест гидротрансформатора с увеличенным Stall RPM и также представим полученные значения на графиках:
Исходя из того, что мы проводим тест при остановленном турбинном колесе, обороты насосного колеса и будут являться оборотами проскальзывания насосного колеса относительно турбинного. Сразу бросается в глаза, что максимальный крутящий момент на насосном колесе на штатном гидротрансформаторе мы получили при оборотах 1760 об/мин, а на гидротрансформаторе с увеличенными Stall RPM – при 2200 об/мин.
Для проведения сравнительной характеристики этих трансформаторов выделим несколько точек.
Первая точка, на которую стоит обратить внимание, это обороты холостого хода. На оригинальном гидротрансформаторе при 750 об/мин мы получаем крутящий момент 110 Нм. При увеличенном Stall RPM то при тех же 750 об/мин крутящий момент достигает лишь 75 Нм, что на 32% меньше, чем у оригинального гидротрансформатора. В данном случае есть большая вероятность того, что при отпускании педали тормоза в положении Drive или Reverse 2,5-тонный автомобиль вообще не сдвинется с места. И чтобы получить такой же крутящий момент на турбинном колесе гидротрансформатора, как на оригинальном, придется увеличить обороты двигателя до 900 об/мин.
Тот гидротрансформатор, на котором мы проводим тесты (Stall на 500 об/мин выше штатного) – это только первая ступенька линейки трансформаторов с увеличенным Stall RPM. Также широко представлены трансформаторы с оборотами Stall в 2800, 3000, 3200, 3600 об/мин. Соответственно, при использовании последних мы еще дальше сместимся в область более высоких оборотов, чтобы получить такой же крутящий момент, как на штатном гидротрансформаторе при 750 об/мин. Удобно ли, стоя в пробке, каждый раз при трогании автомобиля не только отпускать педаль тормоза, но и увеличивать обороты двигателя? Готов ли с этим смириться водитель – решать непосредственно ему.
Далее, сравнив графики коэффициентов трансформации, мы увидим, что их значения одинаковы и составляют 2,04, то есть во столько раз максимально может увеличиться крутящий момент на турбинном колесе по отношению к насосному. Другими словами, на данном гидротрансформаторе за счет больших оборотов проскальзывания мы никак не увеличим крутящий момент на выходном валу АКП, а увеличить крутящий момент на колесах можем только, смещая режим работы двигателя в область оборотов с высоким крутящим моментом.
При анализе характеристик оборотов двигателя и коэффициента трансформации важно отметить, что пик коэффициента трансформации смещается в область более высоких оборотов. И чем выше окажется значение Stall RPM, тем больше мы сместимся в область высоких оборотов. В процентном соотношении по оборотам двигателя для сравниваемых гидротрансформаторов превышение будет на 20% больше относительно штатного. Также, чтобы получить одинаковую загрузку мотора, т.е. крутящий момент на насосном колесе, нам надо раскрутить двигатель с High Stall RPM гидротрансформатором до оборотов 2200 об/мин вместо 1760 об/мин, как на штатном. Накладывая на эту зависимость скоростную характеристику двигателя, мы получаем еще большую нелинейность по оборотам двигателя и нагрузке на мотор.
Продифференцировав функции коэффициентов трансформации по времени, мы заметим следующие зависимости:
Из графика видно, что скорости изменения крутящего момента примерно одинаковы. Это свидетельствует о том, что трогание автомобиля с High Stall трансформатором не должно сопровождаться толчками и будет примерно таким же, как с оригинальным, только на более высоких оборотах. Данную зависимость нельзя со 100-процентной уверенностью распространить на другие гидротрансформаторы с более высоким Stall RPM, так как их характеристики могут отличаться.
Для рационального использования мощности двигателя и гидротрансформатора необходимо согласование их характеристик. Теперь, чтобы оценить разгон автомобиля с разными гидротрансформаторами, нужно еще раз ненадолго вернуться к теории.
Ранее мы говорили, что одной из основных характеристик гидротрансформатора является его зависимость изменения коэффициента момента «с» от передаточного отношения гидротрансформатора i. В случае прозрачного типа гидротрансформатора (где изменение момента и частоты вращения турбинного колеса вызывает соответствующее изменение момента и частоты вращения насосного колеса) каждому передаточному отношению гидротрансформатора соответствует определенное значение с_н. Далее по уравнению (2) строятся параболы нагружения, соответствующие определенным значениям передаточных отношений i до их пересечения с внешней кривой момента двигателя M_д. На графике (рис. 4) показаны изменения крутящего момента двигателя и параболы нагружения, соответствующие различным значениям передаточного отношения гидротрансформатора, в том числе и его граничных значений при i_0=0 и i_г=0,975.
Точки пересечения кривых Мд и Мн на входной характеристике определяются частотой вращения коленчатого вала. Если пересечение кривых при стоповом режиме (i=0) происходит при низких оборотах, это негативно сказывается на разгоне автомобиля.
На тестируемых гидротрансформаторах экспериментальным путем получим значения коэффициентов момента при различных значениях передаточных отношений гидротрансформатора (меняя нагрузку на турбинном колесе при постоянных оборотах насосного колеса).
Используя данные графиков, представленных выше, и формулу (2), построим графики моментов насосного колеса при различных значениях передаточного отношения:
Из них видно, что на High Stall RPM гидротрансформаторе графики нагружения смещаются в область более высоких оборотов, тем самым приближаясь к значениям оборотов двигателя с максимальным крутящим моментом. Исходя из характеристик бензиновых атмосферных моторов, можно сказать, что разница составляет примерно 450–500 об/мин., что соответствует его заявленным характеристикам.
Иными словами, в начале разгона автомобиля двигатель выйдет на режим с большим крутящим моментом. Накладывая внешнюю скоростную характеристику двигателя на кривую Мн (рис. 6), можно получить то значение крутящего момента, которое будет реализовано при разгоне машины с данными характеристиками гидротрансформатора.
Характеристику гидротрансформатора можно все сильнее смещать в область более высоких оборотов, тем самым получая больший крутящий момент в начале разгона автомобиля. Пересечение графиков крутящего момента насосного колеса гидротрансформатора с характеристикой двигателя за точкой с максимальным крутящим моментом двигателя является недопустимым, так как при разгоне не будет реализован максимальный крутящий момент двигателя.
Соответственно, все параметры разгона автомобиля можно получить, только зная полную внешнюю скоростную характеристику двигателя.
Также открытым остается вопрос работы блока управления АКП при выборе той или иной передачи на гидротрансформаторе с увеличенным Sall RPM, поскольку при расчете передачи учитываются параметры оборотов двигателя, оборотов выходного вала, положения дроссельной заслонки, положения педали акселератора и множество других параметров. При использовании штатного блока управления есть вероятность того, что он будет переключать передачи не в оптимальных режимах работы двигателя, а это, в свою очередь, может негативно сказаться на разгоне автомобиля. Только задействуя ручной режим переключения передач на гидротрансформаторе с более высоким Stall RPM, можно добиться лучших показателей разгона автомобиля.