Что такое мультипликатор КП и как он работает

Если в легковых автомобилях проблема недостаточного количества прямых передач не так остра, то владельцы грузовиков очень часто сталкиваются с ситуацией, когда, двигаясь под нагрузкой, они не могут обеспечить оптимальную скорость движения, не перегружая двигатель на высокой передаче и не опасаясь движения на повышенных оборотах, если выбрана более низкая передача.

В таких случаях было бы очень кстати наличие промежуточных передач, у которых крутящий момент принимал бы среднее значение между каждыми соседними передачами.

И было бы странно, если бы автопроизводители не придумали такой механизм. Но он существует, причём в двух вариантах: демультипликатора, который позволяет увеличить крутящий момент посредством понижения вдвое количества передач, и делителя, назначение делителя – увеличить количество повышающих передач.

Что такое демультипликатор, его месторасположение

Для начала попробуем разобраться, что такое демультипликатор коробки передач, в каких случаях он нужен и где устанавливается.

Демультипликатор, который иногда называют понижающим редуктором, представляет собой дополнительный блок коробки, позволяющий получить удвоенное число передач. Его задача – создавать промежуточные режимы движения с половинным промежуточным увеличением мощности, что при правильном и своевременном использовании позволяет продлевать срок службы всей трансмиссии. Под своевременностью использования следует понимать движение под нагрузкой, когда ни одна из имеющихся передач не обеспечивает оптимальный режим езды.

Проще говоря, демультипликатор снижает уровень нагрузки на шестерни коробки, увеличивая в два раза общее количество передач.

Располагается этот дополнительный узел трансмиссии позади КПП, занимая в принципе немного места и позволяя при этом увеличить тягу транспортного средства при включении любой прямой передачи.

Поясним это на конкретном примере. Скажем, ваш автомобиль сильно загружен, и вы едете на участке с очень пологим и длительным подъёмом. Четвёртая скорость для вас неприемлема, поскольку машина просто не тянет, а такой режим работы для силового агрегата чреват многими неприятностями. На третьей скорости вроде бы всё нормально, тяги хватает, но вы вынуждены двигаться с меньшей скоростью, чем можно было бы, поскольку увеличение оборотов привело бы к резкому росту расхода горючего. А вот если бы была ещё одна передача между третье и четвёртой, это позволило бы двигаться в оптимальном для силового агрегата и трансмиссии режиме. Вот для чего нужен демультипликатор: он и предлагает такую возможность. Включение устройства, как правило, осуществляется с помощью кнопки, расположенной на рычаге КПП. Отметим, что реализовать возможность удвоения скоростей можно как увеличением, так и уменьшением передаточного числа. Устройства первого типа как раз и называются демультипликаторами, второго – делителями. В принципе, задачи у них схожие, но механизм реализации – разный.

Отличия демультипликаторов и делителей

Многие водители оба устройства называют делителем, что с технической точки зрения не совсем правильно. Оба дополнения к КП увеличивают общее количество передач ровно вдвое, но достигается это разными способами. Делитель представляет собой двухступенчатый редуктор, устанавливаемый перед коробкой, при этом первая ступень позволяет передавать усилие, создаваемое двигателем, напрямую, а вторая – с повышением передаточного числа. То есть, активировав делитель и включив четвёртую передачу, вы будете двигаться с большей скоростью, чем обычно, но меньшей, чем на пятой.

С демультипликатором всё наоборот: он устанавливается сзади КПП и его нижняя ступень позволяет понизить передаточное число каждой передачи. То есть, включив ту же четвёртую скорость, вы будете двигаться на промежуточной между третьей и четвёртой скорости. Разумеется, в этом случае ваша машина станет немного тяговитее, чем на чисто четвёртой передаче.

Существуют транспортные средства, для которых градация скоростей имеет чрезвычайно большое значение, и в таких случаях они могут оснащаться демультипликатором и делителем одновременно. Общее количество передач при этом получается не последовательным удвоением (4х2х2), а раздельным с последующим суммированием (4х2 + 4х2), то есть не 16, а 12. Другими словами, одновременно использовать и делитель, и демультипликатор не получится: либо одно, либо другое. Если же конструкция трансмиссии предусматривает одновременный режим работы, то совокупное количество передач действительно станет равным 16.

Устройство демультипликатора, принцип работы

Итак, мы уже поняли, что демультипликатор – это устройство, предназначенное для увеличения общего диапазона доступных скоростей в транспортном средстве.

Делитель делает в принципе тоже, но как бы этажом пониже, то есть не увеличивает диапазон ступеней коробки, а делит каждую ступень пополам. Мы понимаем, что такое определение носит условный характер, но именно оно и дало название дополнительному редуктору второго типа.

В последнее время базовая коробка часто комплектуется обоими дополнительными редукторами, понижающим и повышающим, устанавливая делитель спереди, а демультипликатор – позади КПП.

Устройство делителя достаточно простое – это двухступенчатый редуктор планетарного типа с небольшим количеством зубчатых шестерёнок. Принято считать, что КПД трансмиссии при использовании делителя не страдает, поскольку число зубчатых соединений в данном случае остаётся прежним. Как правило, делитель устанавливают перед основной коробкой. Недостатком такого конструкторского решения является некоторый рост крутящего момента на входе КПП, что требует увеличения массы последней. Проблема решается установкой делителя сзади коробки, но это место зарезервировано для демультипликатора, который технически невозможно смонтировать спереди, поскольку этого не позволяет сделать увеличенное передаточное число первой передачи.

Конструкция демультипликатора практически не отличается от делителя, однако его включение не приводит к росту нагрузки на базовую коробку. Диапазон степеней в данном случае ограничен показателем 4.0 – при больших значениях возникнут определённые трудности с переключением передач.

Большой диапазон ступеней, характерный для демультипликатора, может быть задействован двояко: для увеличения общего доступного диапазона скоростей в случае использования многоступенчатой трансмиссии, и для уменьшения диапазона доступных степеней базовой коробки. Но за такую универсальность приходится расплачиваться снижением показателя унификация базовой КПП, в частности – её сопряжения с редуктором, поскольку сниженный диапазон доступных степеней не позволяет задействовать коробку без демультипликатора. Но есть и обратная сторона медали – это достигаемое на вторичном валу основной КПП уменьшение крутящего момента, позволяющее облегчить массу коробки и сделать её более компактной, что для крупнотоннажных ТС – весомый фактор. К тому же расположение передаточных чисел на валу коробки можно уплотнить, что позволяет установить синхронизаторы на весь диапазон передач и существенно упростить процесс их переключения.

Правда, КПД трансмиссии транспортного средства при работе на низшей передаче в режиме включённого демультипликатора незначительно снижается (в пределах 3-5%). Использование в конструкции демультипликатора планетарного механизма позволяет уменьшить габариты дополнительного редуктора, который и без этого отличается компактными размерами.

Рассмотрим, как работает демультипликатор, на примере КПП автомобиля ЗИЛ.

http://www.youtube.com/watch?v=f3D8P4MmIgo

Многовальная трансмиссия характеризуется наличием восьми прямых передач, одной так называемой ползущей, и передачу для передвижения задним ходом. Такое увеличение количества скоростей позволяет манипулировать крутящим моментом в достаточно обширном диапазоне значений, выбирая для каждого конкретного случая наиболее оптимальный и экономичный режим.

В ЗИЛе демультипликатор располагается в отдельном картере, который состыкован с основным картером КПП в задней его части. Устройство выполнено в виде двухступенчатого редуктора планетарного типа с прямой/понижающей (с коэффициентом 3.3) передачами.

Конструктивно демультипликатор включает:

• вала с жёстко связанными сателлитами;
• синхронизатор;
• шестерёнчатую пару (коронную/солнечную);
• блокировочный диск.

Основной вал демультипликатора закрепляется на шарикоподшипниках. Он посредством сателлитов передает крутящий момент на шестерёнчатую пару. Для облегчения включения пониженных передач на редукторном валу установлен синхронизатор, принцип действия которого и конструкция такая же, как у аналогов из КПП.

Привод механизма переключения дополнительного редуктора – пневматический, сам механизм состоит из вилки, рычажного механизма и вала. Приводной механизм включает комплект пневмоклапанов, рабочий цилиндр и шланги.

Под блоком клапанов следует понимать два клапана, которые приводятся в действие по последовательной схеме. Подачу сжатого воздуха обеспечивает штатная пневмосистема ЗИЛ. При включении любой из основных передач (1-4, задней или ползущей) сжатый воздух направляется в пневмоцилиндр, который и приводит в действие понижающую передачу. При включении 5-8 передачи используется второй клапан привода демультипликатора, который включает прямую передачу.

Смазка КПП и коробки демультипликатора – раздельная, но масло используется одинаковое. При этом система смазки деталей трансмиссии имеет смешанный тип: жидкость попадает на детали под давлением, а также методом разбрызгивания (так называемый масляный туман).

Принцип работы делителя можно рассмотреть на примере грузового автомобиля КамАЗ.

Конструкция делителя схожа с таковой у демультипликатора. При включении любой прямой передачи главный вал КПП связывается с ведущим валом делителя посредством зубчатой муфты. Крутящий момент, генерируемый двигателем, при этом подаётся на коробку без изменений. Но если включить повышающую передачу, происходит фиксация шестерни на валу делителя (это функция синхронизатора), и в этом случае усилие от редуктора передаётся на промежуточный вал КПП уже с понижением крутящего момента, что позволяет увеличить скорость транспортного средства при движении с небольшими нагрузками, тем самым снижая расход топлива.

Поскольку делитель размещаться в отдельном корпусе, конструкцию коробки изменять не нужно.

Механизм переключения передач понижающего редуктора снабжается пневматическим приводом, включающим:

• переключатель, располагающийся на рычаге КПП;
• пневмоцилиндр;
• редукционный клапан;
• кран;
• система трубопроводов;
• воздухораспределитель.

При переключении повышающего редуктора из положения Н в В и наоборот сжатый воздух поступает из редукционного клапана в полостное пространство воздухораспределителя (эти полости для низшей/прямой передач раздельные), устанавливая золотник в нужное положение.

Если сцепление выключено, упор, расположенный на толкателе рычага педали сцепления, открывает редукционный клапан, позволяя сжатому воздуху заполнить воздухораспределитель, а затем – в пневмоцилиндр. Поршень последнего и приводит в действие механизм включения/выключение передач делителя. Это означает, что делитель можно включать в любой момент, но его активация произойдёт только при выжатом сцеплении. Этот так называемый полуавтоматический режим переключения существенно облегчает применение делителя.

Устройство прямой передачи

И демультипликатор, и его антагонист делитель имеют режим прямой передачи, когда крутящий момент от силового агрегата передаётся на основной вал коробки напрямую, без снижения оборотов. КПД автомобиля в этом случае изменяется на минимальную величину, поскольку крутящий момент передаётся на колёса без прохождения через промежуточный вал дополнительных редукторов.

Устройство повышающей передачи

Повышающая передача, используемая в редукторах типа «делитель», позволяет выбирать щадящие режимы езды и применяются в основном при длительных поездках на высоких скоростях (применительно к грузовым ТС, разумеется). Кроме экономии горючего, которая в таких случаях может быть значительной, использование делителя позволяет снизить уровень шума при работе связки двигатель – трансмиссия, снижая нагрузку и износ силового агрегата.

При включении делителя карданный вал начинает вращаться с большей скоростью, чем коленвал двигателя. Делитель удваивает количество передач на транспортном средстве, как прямых, так и заднего хода. Но если в машине имеются другие редукторы (например, понижающие), их одновременное использование будет невозможным.

Принцип работы понижающего редуктора

Этот режим, реализуемый посредством включения в состав трансмиссии демультипликатора, позволяет снижать частоту вращения коленвала на определённую величину, независимо от выбранной прямой передачи. Другими словами, если вы включите понижающий редуктор, автомобиль на второй передаче будет передвигаться медленнее обычного. Это может пригодится при поездках на малых скоростях по пересечённой местности, а также при передвижении автотранспортного средства под нагрузкой (например, на длительном подъёме с немалым градиентом). Такой дополнительный режим позволяет снизить нагрузку на мотор за счёт снижения скорости движения, не допуская перегрева силового агрегата. Очень полезным будет использование демультипликатора на скользких трассах, поскольку этот режим будет препятствовать пробуксовке колёс за счет уменьшения крутящего момента.

На каких ТС применяются мультипликаторы и делители

Тяжеловесные грузовые автомобили отечественного производства (Урал, КрАЗ, КамАЗ) комплектуются мультипликаторами штатно. Такое решение предоставляет возможность при необходимости удвоить количество используемых передач, что очень важно при транспортировке многотонных грузов и при езде по пересечённой местности. В этом случае достигается оптимальная загрузка силового агрегата и трансмиссии при более плавном увеличении тяги грузовика.

В сущности, дополнительный редуктор позволяет каждую передачу использовать в двойном режиме: номинальном и пониженном/повышенном. Второй режим является промежуточным между двумя соседними передачами.

Демультипликаторы также нередко устанавливаются на автомобили внедорожного класса (УАЗ, внедорожники Тойота, Субару). Поскольку эта категория транспортных средств обычно оснащается полным приводом, важно иметь возможность отключать и пониженный режим, и полный привод, если, например, предстоит движение по скоростному участку автомагистрали по равнинной местности.

Такая реализация оптимизирует расход топлива и позволяет двигаться при необходимости на крейсерской скорости. Однако включение полного привода без остановки ТС невозможно (это правило имеет исключения, но только на некоторых внедорожниках последних поколений).

Полезным является включение демультипликаторов и в состав трансмиссии гусеничной техники сельскохозяйственного назначения. Дополнительный понижающий редуктор позволяет увеличить в критические моменты тягу сельхозтехники, а также более адекватно управлять транспортным средством при преодолении различных препятствий естественного и техногенного характера. Конструктивно такие демультипликаторы отличаются от аналогов, устанавливаемых на колёсный транспорт, но принцип функционирования остаётся неизменным. Использование в гусеничной технике планетарного механизма поворота не влияет на работу понижающего редуктора: замедляться может как отдельная сторона приводных шестерен, так и одновременно обе гусеницы.