Магнитное поле соленоида

Соленоид — включение

Соленоид включения представляет собой мощный электромагнит, катушка которого получает питание от источника постоянного тока, так как электромагнит переменного тока имел бы большие размеры и более сложное исполнение.
 

В в цепи соленоида включения замыкается и реле / Я получает питание Реле 111, замыкая свой замыкающий контакт 1П в цепи реле времени 1В, производит пуск устройства АПВ.
 

ЛС / f, 4СВ — соленоиды включения; ICO, 2CO, SCO, 4CO — соленоиды отключения; ЗК, 4К — контакторы; 1РЗ, 2РЗ — выходные контакты релейной защиты; 1РП, 2РП, 4РП — реле промежуточные ЭП-103А ( у реле 2РП один и.
 

Оперативный ток снимается предохранителями в цепи соленоида включения до проверки положения выключателя.
 

Оперативный ток снимается предохранителем в цепи соленоида включения до проверки положения выключателя.
 

Замыкание НО контакта реле РПК в цепи соленоида включения вызывает подачу масляным выключателем питания в обмотки электродвигателя привода, и последний включается в работу.
 

Для электрического управления масляным выключателем необходимо замкнуть цепь соленоида включения или соленоида отключения.
 

Гокси отмечает, что определение величины пика тока в обмотке соленоида включения весьма затруднительно. Ток от аккумуляторной батареи в любой момент зависит от величины индуктивного сопротивления, в свою очередь являющегося переменным. Осциллограммы, полученные при испытании пяти соленоидов, показали, что при их включении не возникают большие мгновенные броски тока. Поэтому падение напряжения IR также не достигает больших величин. В результате он нашел, что напряжение на зажимах батареи при включении масляного выключателя заметно выше, чем при длительном разряде 1-минутным режимом. Это является благоприятным обстоятельством

Ампер-секундная емкость становится более важной, чем емкость при длительных режимах разряда. Однако аккумуляторные батареи, выбранные по 1 8-и 72-часовым режимам, удовлетворяют обычно и требованиям 1-минутного режима разряда как по току, так и по напряжению.
 

При отключении выключателя 1В его вспомогательные контакты 3 замыкают цепь соленоида включения выключателя резерва 2В, подключая к подстанции резервное питание.
 

Реле В-1 с заданной выдержкой времени замыкает свой замыкающий контакт в цепи соленоида включения выключателя ( цепь / — 2), и выключатель автоматически включается.
 

Цепи оперативного тока, в которых возможна ложная работа различных устройств от перенапряжения при работе соленоидов включения и других аппаратов, а также при замыканиях на землю, должны быть соответствующим образом защищены.
 

Почему гидравлический блок приходит в негодность

Гидравлический блок, надёжная и долговечная конструкция. Механизм изделия рассчитан и отработан до мелочей, способен прослужить десятки лет. Встречались экземпляры, отработавшие по 20 лет без нареканий и работавшие дальше. Заслуга такого срока эксплуатации, уход и бережное отношение к коробке. Как правило, неисправность узла, связана с износом отдельных элементов и загрязнением каналов по причине агрессивной манеры вождения и несвоевременной замены трансмиссионной жидкости.

Важно ответственно подойти к замене масла в механизме. Периода замены соблюдать, как указано в документации к коробке

Покупая масло, отдавать предпочтение только той продукции, которая рекомендована для применения в эксплуатируемом автомате. Марка и характеристики жидкости должны соответствовать требованиям.

Причины выхода гидравлического блока из строя:

• Несвоевременная замена масла, эксплуатация механизма на старом масле, содержащем продукты износа;
• Загрязнение клапанов гидравлического блока;
• Частый перегрев АКПП;
• Задиры и царапины на поверхностях каналов, золотников, муфт блока;
• Потеря упругости пружинами блока;
• Окисление контактов соленоидов блока;
• Агрессивное вождение, как следствие, износ фрикционов.

Для чего используются в АКПП

Присутствующий в автомобиле с АКПП соленоид является специальным электромагнитным регулирующим клапаном или же клапаном-регулятором, который выполняет задачи по своевременному открытию и закрытию специального канала подачи смазочного ATF масла.

Именно за работу масляного канала коробки и отвечают автомобильные соленоиды в конструкции АКПП, если автомобили имеют автоматическую коробку для переключения передач. При этом функционирует устройство за счёт команд, поступающих от ЭБУ, то есть электронного блока управления, что делает соленоид неотъемлемым элементом конструкции авто.

ЭБУ непрерывно отправляет электроимпульсы с определённой необходимой частотой. Соленоид следит за давлением смазочного материала на конкретных определённых связках сцепления, осуществляя быстрое переключение скорости, либо же снимает блокировку с гидравлических трансформаторов.

Ещё немного о том, что же такое соленоиды в машине. Также можно назвать их элементом управления рабочими режимами АКПП.

Конструктивно ничего сложного в этом устройстве нет. Это стержень, выполненный из металла, и обвитый специальной спиралью, по которой проходит постоянный ток. Внутри этот специальный стержень является подвижным. Под воздействием поступающего тока этот стержень перемещается с помощью пружинки от конца имеющейся спирали к её началу, тем самым своевременно закрывая или же открывая поток смазочной жидкости.

Такая конструкция применяется на современных автоматических автомобильных коробках. Её основное преимущество заключается в возможности автоматического срабатывания пружинки даже в ситуациях, когда происходит сбой с электрообеспечением автомобиля. Пружинка способа перекрыть поток масла.

Разобравшись с тем, для чего в АКПП нужен соленоидный клапан, не лишним будет узнать его расположение, а также изучить возможные применяемые типы соленоидов.

Устройство соленоидов АКПП

Если говорить о  самой простой конструкции, для простоты понимания, соленоид является электроклапаном. В двух словах, в корпусе стоит стержень из металла, на который навита спираль. По указанной спирали идет ток.

Данный стержень в корпусе подвижен, под воздействием тока перемещается от конца спирали к ее началу. Также на стержень воздействие оказывает пружина, которая закрывает клапан.

Соленоид устанавливается в гидроблоке (гидравлическая клапанная плита). Клапан вставляется в канал, также к нему присоединяется электропроводка для подсоединения к блоку управления. Как правило, в АКПП устанавливается от 4-х соленоидов и более (в зависимости от количества передач, особенностей конструкции коробки и т.д.).

Виды соленоидов

Соленоиды для автоматических трансмиссий на начальном этапе выполняли только функцию открытия и закрытия каналов гидроблока.  Далее соленоид стал по принципу работы напоминать электромагнитный клапан (гидравлический клапан).

Устройство получило отдельный масляный канал и клапан шарикового типа, который отвечает за перекрытие данного канала. Далее технология получила развитие, что позволило создать соленоиды  нового поколения.

В таком устройстве шарик в открытом положении позволяет маслу пройти из первого во второй канал, а в закрытом из второго в третий.  В результате удалось добиться эффективного механизма включения и выключения фрикционных муфт (фрикционов).

Следующим этапом развития стали соленоиды с возможностью  дополнительного регулирования, похожие на вентиль. Такие клапаны имеют внутренне кривое сечение. Получив импульс от ЭБУ, сечение соленоида может приоткрыться или немного закрыться. Такое решение позволило еще более гибко управлять давлением масла.

Также добавим, что соленоиды бывают шариковыми, золотниковыми (с клапаном – золотником), линейные соленоиды, соленоиды VFS и т.д.  Кстати, ресурс последних заметно ниже, чем у линейных.

Еще соленоиды могут выполнять разные функции. Например, если отдельно изучать устройство гидромеханических АКПП, соленоид ЕРС /LPC является «главным», так как через него масло проходит  к другим соленоидам и каналам гидроблока.

В АКПП также устанавливается соленоид ТСС. Данный соленоид отвечает за блокировку/разблокировку ГДТ. Через него проходит горячее и загрязненное масло из гидротрансформатора, так что данный элемент часто выходит из строя. Соленоид Shift выполняет роль переключателя скоростей, еще имеются управляющие соленоиды гидроплиты и т.д.

Характерные неисправности

Большую и ключевую роль в длительной работоспособности соленоида играет качество самого используемого трансмиссионного масла. Не обязательно покупать самые дорогие соленоиды при их замене, если параллельно в АКПП будет заливаться низкосортная смазка.

Поэтому большинство неисправностей связаны именно с качеством масла. Можно выделить несколько характерных и наиболее часто встречающихся проблем.

1. Ломаются и заклинивают соленоиды зачастую из-за нагара, который образуется в результате износа различных элементов, расходников и узлов автоматической коробки. Эта бумажная, алюминиевая, стальная и бронзовая пыль от нагара засоряет элемент, не позволяя ему нормально работать. Причём пока масло холодное, соленоид хорошо справляется со своими функциями, но после прогрева начинает тормозить. Чтобы решить эту проблему, необходимо выполнить процедуру полоскания соленоида. Для этих целей используются специальные промывки, растворители и очистители. Также эффективно помогает справиться с нагаром очистка переменным током и растворителем.
2. Протечки. Они возникают как результат износа или поломки манифольдов, плунжеров и иных элементов. Когда в конструкции используются PWM соленоиды, один из них может ослабнуть. Эту информацию считывает блок управления, воспринимает ослабленный соленоид как неисправность, в результате чего его нагрузка перераспределяется на другие соленоиды, что вызывает определённую перегрузку. Такая разгрузка позволяет немного продлить срок службы. Но всё равно под действием напряжения и горячего масла старый соленоид начинает выходить из строя, и вскоре его требуется полностью менять. Перераспределяя нагрузку, перегружаются остальные соленоиды, и вскоре уже они выходят из строя. То есть поломка одного устройства запускает цепную реакцию.
3. Также часто автомобилист может столкнуться с проблемой снижения упругости на пружине, трещинами в корпусе, а также снижением сопротивления на обмотке. Чаще всего поломка соленоида происходит по причине износа компонентов. Здесь основной акцент делятся на плунжерах, шариках, манифольде, клапанах и втулках. Плунжер может засориться стружкой от изношенных деталей и смазочного масла. Сначала возникают сложности с переключением, соленоид начинает клинить. Постепенно возрастает количество нагара, что приводит к поломкам клапанов и втулок.

Важно учитывать, что даже самые надёжные соленоиды рано или поздно выходят из строя. Исследования наглядно показывают, что наиболее устойчивые элементы могут прослужить до 400 тысяч километров пробега

Но в большинстве случаев цифры куда более скромные.

Стоит заметить и тот факт, что разработчики существенно упростили конструкцию современных соленоидов, если сравнивать с предшественниками. Если раньше для изготовления гидроблока применяли исключительно чугун, то теперь для этих целей используют алюминий.

Но нынешние соленоиды стали куда требовательнее к качеству масла, используемого для автоматических коробок передач. Ранее в АКПП заливали всевозможные низкокачественные жидкости, характеристик которых всё равно хватало для нормальной работы соленоида. Теперь же, если залить плохую смазку, соленоид начнёт быстро клинить и в итоге выйдет из строя.

Основная задача автовладельца заключается в своевременной замене масла. И хотя многие автопроизводители утверждают о том, что трансмиссионная жидкость для их АКПП заливается на весь эксплуатационный срок, это не соответствует действительности.

Постепенно масло будет накапливать в себе частицы от изношенных деталей. Чем их больше, чем выше абразивные свойства у смазки. В результате жидкость, предназначенная для смазки и продления срока службы элементов АКПП, начинает воздействовать как наждачная бумага, постепенно разрушая конструкцию изнутри. Как и все остальные детали, страдают и сами соленоиды, поскольку они крайне требовательные к качеству и чистоте трансмиссионного масла.

Типы клапанов гидроблока функциональное значение

Разные типы автоматических коробок имеют разные схемы блоков клапанов. Блок клапанов (гидравлическая клапанная плита) вместе с ЭБУ коробкой называют гидравлическими  «мозгами» автоматической трансмиссии.

ЭБУ передает электроимпульсы от датчиков-сенсоров, а гидравлическая плита снабжает жидкостью все механизмы коробки. Часть или половина клапанного блока отделена  разделительной металлической  прокладкой  с отверстиями для контроля потока жидкости между контурами клапанов.

Блок клапанов состоит из следующих элементов:

• клапан, повышающий давление;
• клапан, понижающий давление;
• ручной клапан (направляет линейное давление к различным каналам в корпусе блока клапанов);
• крышки клапанов;

Клапаны блока по своим функциональным обязанностям подразделяются на:

• клапаны регулировки давления – повышение или понижение давления (по специальным каналам регулирует давление трансмиссионной жидкости внутри АКПП, для работы фрикционов, тормозов и лент);
• клапаны управления переключением осуществляют контроль за направлением трансмиссионной жидкости к различным каналам АКПП (бывают с механическим управлением, с электромагнитным или гидравлическим управлениями;
• клапаны синхронизации (осуществляют контроль точности характеристик переключения передач, предотвращает удары или толчки при переключении передач);
• клапаны плавного регулирования давления или клапаны подстройки давления (поскольку линейное давление, давление перед дроссельным клапаном и давление регулятора оборотов оказывают большое влияние на работу АКПП, клапаны плавного регулирования  изменяют (снижают) значение давления для улучшения  эксплуатационных характеристик автоматической коробки. Например, клапан дросселирования уменьшает давление дросселя исходя из скорости автомобиля, а клапан  регулировки фиксатора (стопора) уменьшает линейное давление и т. д.

Неисправности и ремонтзамена соленоидов АКПП

Прежде всего, срок службы соленоидов напрямую зависит от состояния и качества масла АКПП. Если масло грязное, клапаны-соленоиды забиваются продуктами износа АКПП, различными отложениями и т.д.

В результате клапан начинает «подклинивать» или «зависать». Естественно, коробка перестает корректно работать, появляются толчки, рывки, пинки АКПП, не включаются отдельные передачи и т.д.

Также частой причиной проблем с соленоидами является износ каналов и плунжеров, нередко отмечается то, что пружины теряют упругость, в корпусе появляются трещины, возникают проблемы с обмоткой соленоида.

Зачастую, ресурс самых надежных соленоидов не более 450 тыс. км, более дешевые «облегченные» версии исправно работают не более 250 тыс. км. Чаще всего, изнашиваются сами детали внутри соленоидов (втулки, клапаны, плунжеры, шарик и т.д.).

Диагностика и замена соленоидов коробки — автомат нужна в том случае, если АКПП стала некорректно работать. При диагностике следует проверять соленоиды по отдельности. В зависимости от типа автоматической коробки, каждый из них отвечает за  те или иные функции.

Например, в простом «автомате» на 4 передачи обычно стоит 4 соленоида. При этом первый соленоид отвечает за включение первой и второй передачи, второй за третью и четвертую передачу, третий  клапан управляет блокировкой ГДТ, четвертый отвечает за тормозную ленту.

Если водитель заметил, что возникли проблемы при переходе со второй  на третью или с первой на вторую передачу, следует на начальном этапе изучить устройство конкретной АКПП. Тогда можно более точно предположить, какой соленоид неисправен.

Также проблема с соленоидами часто проявляется в виде высвечивания ошибки, загорания сигнальной лампы неисправной АТ на панели приборов и т.д.

В таком случае ошибки нужно считать сканером и расшифровать, а также проверить гидроблок и соленоиды. Соленоиды проверяются на сопротивление, а также промываются или продуваются сжатым воздухом. 

Ремонт соленоида в автоматической коробке часто не предусмотрен. Если иначе, касательно ремонта соленоидов, задача усложняется, так как данная деталь в современных АКПП неразборная.

На практике это означает, что соленоид в таком случае можно только промыть и прочистить. Если же соленоид можно разобрать, тогда возможна замена его обмотки, а также более тщательная очистка всех элементов клапана.

Замена соленоидов  в коробке — автомат выполняется после диагностики их работоспособности. Для замены необходимо снять клапанную плиту, извлечь неисправный клапан и установить новый.  После этого гидроблок устанавливается на место, проверятся герметичность, заливается жидкость АТФ и затем тестируется работа АКПП.

Виды соленоидов

Как стало ясно из предыдущего пункта статьи, управление АКПП без соленоидов представить сложно. В зависимости от того, по какому принципу работают данные механизмы, принято выделять несколько поколений установок. На сегодняшний день выделяются три основных вида соленоидов:

• Первый – стандартный электромеханический клапан, работающий по принципу «полностью отрыть канал подачи масла или же полностью закрыть его». Соответственно, при открытом положении такого соленоида по каналу гидроблока свободно протекает трансмиссионная жидкость, а при закрытом — масло не течёт;
• Второй – соленоид, представленный электромагнитным клапаном. Такие механизмы одно время были очень популярны в сфере автомобилестроения, так как могли точно организовать работу АКПП. Несмотря на это, низкая надёжность электромагнитных соленоидов сильно подорвала их популярность, поэтому в масштабном автомобилестроении они практически не используются. Главная фишка данных устройств заключается в том, что стержень может не только полностью открыть или закрыть канал подачи масла, но и сделать это частично, мягко регулируя подачу трансмиссионной жидкости;
• Третий – соленоид, представленный усовершенствованным электромагнитным клапаном. Данный механизм имеет в своей конструкции не просто запирающий/открывающий канал стержень, а тонко работающий гидравлический клапан. Работа подобных соленоидов основана на том, что контроль движения масла осуществляется при помощи шарового клапана. По сути, такое устройство позволяет организовать тонкую настройку работы АКПП, но при этом является заметно надёжней второго типа соленоидов, поэтому во время своего появления получило широкое применение. Более того, новейшие соленоиды имеют в конструкции фильтрующий элемент, который при пропускании через него трансмиссионной жидкости отсеивает лишний мусор и существенно продлевает срок службы коробки.

С течением времени конструкция автомата становилась всё более и более сложной, поэтому усложнялись и принципы работы соленоидов АКПП, из-за чего они подвергались усиленной модернизации. Основные совершенствования касались того, чтобы переложить на клапан дополнительные функции по типу сброса давления в конкретном блоке сцепления коробки или заблокировать муфту гидротрансформатора.

Типы соленоидов в современных коробках

Идеи автомобильных инженеров позволили достичь подобных задач. Теперь многочисленные типы соленоидов не только отвечают за переключение передач, но и тонко управляют режимами работы АКПП. Сегодня стандартный автомат имеет в конструкции 6 типов соленоидов:

• Соленоид EPC-формации или клапан линейного давления. Данный соленоид является важнейшим в конструкции АКПП и всегда стоит в гидроблоке первым. Основной функцией линейного соленоида является контроль подачи масла в конкретный канал. Нагрузка на данный механизм высока, поэтому он ломается чаще всего и подлежит первоочередной проверке;
• Соленоид TCC-формации или клапан, блокирующий муфту гидротрансформатора. Данное устройство, как правило, включается при работе мотора на высоких оборотах и частично отвечает за повышение КПД мотора. При «слабой» езде этот соленоид не работает;
• Соленоид Shift-формации или клапан-шифтовик. Располагается за линейным клапаном, имеет сложную структуру и выполняет важнейшую функцию всего гидроблока – переключает передачи посредством отточенной подачи трансмиссионной жидкости по соответствующим каналам;
• Управляющий соленоид. Пожалуй, наиболее простое устройство во всём гидроблоке, ибо имеет лишь одну несложную функцию – контроль за работой всех остальных соленоидов. Функционирование управляющего клапана очень схоже с тем, как работает транзистор любой микросхемы;
• Соленоид проскальзывания. Подобный клапан организует плавность перехода с одной передачи на другую, то есть, переводя работу автомата в режим проскальзывания;
• Соленоид охлаждения. Этот же механизм пускает нагретое масло АКПП в отделы охлаждения, что необходимо для стабильной работы коробки.

Цилиндрический магнетрон

Магнетроном
называется двухэлектродная электронная
лампа (диод), содержащая накаливаемый
катод и холодный анод и помещенная во
внешнее магнитное поле.

Анод
диода имеет форму цилиндра радиусом
.
Катод представляет собой полый цилиндр
радиусом,
вдоль оси которого расположена нить
накала, как правило, изготавливаемая
из вольфрама (рис.7).

Раскалённый
катод в результате явления термоэлектронной
эмиссии испускает термоэлектроны,
которые образуют вокруг катода электронное
облако. При подаче анодного напряжения
(рис.8),
электроны начинают перемещаться от
катода к аноду вдоль радиусов, что
приводит к возникновению анодного тока.
Анодный ток регистрируется миллиамперметром.

Рис.7.
Схема диода

Рис.8.
Электрическая схема цепи

Величина
анодного напряжения регулируется
потенциометром R_A.
Чем больше анодное напряжение, тем
большее количество электронов за единицу
времени достигает анода, следовательно,
тем больше анодный ток.

Напряжённость
электрического поля Е между катодом и
анодом такая же, как и в цилиндрическом
конденсаторе:

,
(30)

где
r
– расстояние от оси катода до данной
точки пространства между катодом и
анодом.

Из
формулы (30) следует, что напряжённость
поля Е обратно пропорциональна расстоянию
r
до оси катода. Следовательно, напряженность
поля максимальна у катода.

Так как

r_к a,

(31)

то
значение логарифма ln
стремится к большой величине. Тогда с
увеличением расстояния r
напряженность электрического поля
между катодом и анодом снижается до
нуля. Поэтому, можно считать, что электроны
приобретают скорость под действием
поля только вблизи катода, и дальнейшее
их движение к аноду происходит с
постоянной по величине скоростью.

Внешнее
магнитное поле, в которое помещён диод,
создаётся соленоидом (рис.8). Длина
соленоида l
много больше диаметра его витков, поэтому
поле внутри соленоида можно считать
однородным. Ток в цепи соленоида
изменяется с помощью потенциометра R_C
(рис.8) и регистрируется амперметром.

Характер
движения электронов в зависимости от
величины поля соленоида показан на
рис.9. Если ток в цепи соленоида отсутствует,
то индукция магнитного поля В = 0.
Тогда электроны движутся от катода к
аноду практически по радиусам.

Увеличение
тока в цепи соленоида приводит к
возрастанию величины В. При этом,
траектории движения электронов начинают
искривляться, однако все электроны
достигают анода. В анодной цепи будет
течь ток такой же, как и в отсутствии
магнитного поля.

Рис.9.
Зависимость анодного тока I_A
от величины тока соленоида I_c
в идеальном (1) и реальном (2) случаях, а
также характер движения электронов в
зависимости от величины поля соленоида.

При
некотором значении тока в соленоиде
радиус окружности, по которой движется
электрон, становится равным половине
расстояния между катодом и анодом:

..
(32)

Электроны
в этом случае касаются анода и уходят
к катоду (рис.9). Такой режим работы диода
называется критическим.
При этом по соленоиду течёт критический
ток I_кр,
которому соответствует критическое
значение индукции магнитного поля В =
В_кр.

При
В = В_кр
анодный ток в идеальном случае должен
скачком уменьшиться до нуля. При В > В_кр
электроны не попадают на анод (рис.9), и
анодный ток также будет равен нулю
(рис.9, кривая 1).

Однако
на практике, вследствие некоторого
разброса скоростей электронов и нарушения
соосности катода и соленоида, анодный
ток уменьшается не скачком, а плавно
(рис.9, кривая 2). При этом значение силы
тока соленоида, соответствующее точке
перегиба на кривой 2, считается критическим
I_кр.
Критическому значению тока соленоида
соответствует анодный ток, равный:

,
(33)

где
– максимальное значение анодного тока
при В = 0.

Зависимость
анодного тока I_A
от величины индукции магнитного поля
В (или от тока в соленоиде) при постоянном
анодном напряжении и постоянном накале
называется сбросовой
характеристикой магнетрона.