Testna vožnja Povijest automobilskih mjenjača - 1. dio
Probna vožnja

Testna vožnja Povijest automobilskih mjenjača - 1. dio

Testna vožnja Povijest automobilskih mjenjača - 1. dio

U nizu članaka ispričat ćemo vam o povijesti mjenjača za automobile i kamione - možda kao naklon povodom 75. obljetnice stvaranja prvog automatskog mjenjača.

1993. Tijekom testiranja prije utrke u Silverstoneu, Williamsov testni vozač David Coulthard napustio je stazu za sljedeći test u novom Williams FW 15C. Na mokrom kolniku, automobil prska posvuda, ali ipak svi mogu čuti neobičan monoton zvuk desetocilindričnog motora pri velikim brzinama. Očito, Frank William koristi drugu vrstu prijenosa. Prosvijećenima je jasno da se ne radi o ništa više od kontinuirano varijabilnog mjenjača dizajniranog za potrebe motora Formule 1. Kasnije se ispostavilo da je razvijen uz pomoć sveprisutnih stručnjaka Van Doorna. prijenos infekcije. Dvije tvrtke urote uložile su ogromne inženjerske i financijske resurse u ovaj projekt tijekom protekle četiri godine kako bi stvorile potpuno funkcionalan prototip koji bi mogao ponovno napisati pravila dinamike u sportskoj kraljici. U videu na YouTubeu danas možete vidjeti testove ovog modela, a sam Coulthard tvrdi da mu se sviđa njezin rad – posebno u zavoju, gdje ne treba gubiti vrijeme na niže brzine – za sve se brine elektronika. Nažalost, svi koji su radili na projektu ostali su bez plodova svog rada. Zakonodavci su brzo zabranili korištenje takvih propusnica u Formuli, navodno zbog "nepravedne prednosti". Pravila su promijenjena, a CVT ili CVT prijenosi s klinastim remenom otišli su u povijest samo ovim kratkim pojavljivanjem. Slučaj je zatvoren i Williams bi se trebao vratiti poluautomatskim mjenjačima, koji su još uvijek standard u Formuli 1 i koji su, pak, postali revolucija u kasnim 80-ima. Inače, još 1965. godine DAF s Variomatic mjenjačem pokušao je ući na stazu motosporta, ali tada je mehanizam bio toliko masivan da je i bez uplitanja subjektivnih faktora bio osuđen na neuspjeh. Ali to je druga priča.

Više smo puta navodili primjere koliko je inovacija u modernoj automobilskoj industriji rezultat starih ideja rođenih u glavama iznimno nadarenih i pronicljivih ljudi. Zbog svoje mehaničke prirode, mjenjači su jedan od najboljih primjera kako se mogu implementirati u pravo vrijeme. Danas je kombinacija naprednih materijala i proizvodnih procesa i e-uprave stvorila priliku za nevjerojatno učinkovita rješenja u svim oblicima prijenosa. Trend smanjene potrošnje s jedne strane i specifičnost novih motora smanjenih dimenzija (na primjer, potreba za brzim prevladavanjem turbo rupe) dovode do potrebe za stvaranjem automatskih mjenjača sa širim rasponom prijenosnih omjera i, sukladno tome, veliki broj zupčanika. Njihove pristupačnije alternative su CVT -ovi za male automobile, koje često koriste japanski proizvođači automobila, te automatski ručni mjenjači poput Easytronica. Opel (također za male automobile). Mehanizmi paralelnih hibridnih sustava su specifični, a kao dio napora za smanjenje emisija, elektrifikacija pogona se zapravo događa u prijenosima.

Motor ne može bez mjenjača

Do danas čovječanstvo nije izumilo učinkovitiji način izravnog prijenosa mehaničke energije (osim, naravno, hidrauličnih mehanizama i hibridnih električnih sustava) od metoda pomoću remena, lanaca i zupčanika. Naravno, postoji bezbroj varijacija ove teme, a vi možete bolje razumjeti njihovu suštinu nabrajanjem najistaknutijih događaja na ovom području u posljednjih nekoliko godina.

Koncept elektroničkog mijenjanja stupnjeva prijenosa, odnosno elektroničkog neizravnog povezivanja upravljačkog mehanizma s mjenjačem, daleko je od posljednjeg razloga jer je 1916. godine tvrtka Pullman iz Pennsylvanije stvorila mjenjač koji brzine mijenja električnim putem. Koristeći isti princip rada u poboljšanom obliku, dvadeset godina kasnije ugrađen je u avangardni Cord 812 - jedan od najfuturističkijih i najljepših automobila ne samo 1936. godine, kada je nastao. Dovoljno je značajno što se ovaj kabel nalazi na naslovnici knjige o dostignućima industrijskog dizajna. Njegov mjenjač prenosi okretni moment s motora na prednju osovinu (!), a mjenjač je izravni filigranski za tadašnji prikaz stupa upravljača, koji aktivira posebne električne sklopke koje aktiviraju složeni sustav elektromagnetskih uređaja s vakuumskim membranama, uključujući i zupčanike. Dizajneri kabela uspjeli su sve to uspješno spojiti i to odlično funkcionira ne samo u teoriji, već iu praksi. Uspostaviti sinkronizaciju između mjenjača i rada spojke bila je prava noćna mora, a prema tadašnjim dokazima bilo je moguće poslati mehaničara na psihijatrijsku bolnicu. Međutim, Cord je bio luksuzan automobil, a njegovi vlasnici nisu si mogli priuštiti ležeran stav mnogih modernih proizvođača prema točnosti ovog procesa - u praksi, većina automatiziranih (često nazivanih robotskim ili poluautomatskim) mjenjača mijenja s karakterističnim kašnjenjem, a često i naleti.

Nitko ne tvrdi da je sinkronizacija puno lakša s danas jednostavnijim i raširenijim ručnim mjenjačima, jer pitanje "Zašto je uopće potrebno koristiti takav uređaj?" Ima temeljni karakter. Razlog ovog složenog događaja, ali i otvaranja poslovne niše za milijarde, leži u samoj prirodi motora s izgaranjem. Za razliku od, na primjer, parnog stroja, gdje se tlak pare koja se dovodi u cilindre može relativno lako mijenjati, a njezin se tlak može mijenjati tijekom pokretanja i normalnog rada, ili od elektromotora, u kojem snažno pogonsko magnetsko polje postoji i pri nultoj brzini.po minuti (zapravo, tada je najveća, a zbog smanjenja učinkovitosti elektromotora s povećanjem brzine, svi proizvođači mjenjača za električna vozila trenutno razvijaju dvostupanjske opcije) unutarnja Motor s izgaranjem ima karakteristiku u kojoj se maksimalna snaga postiže pri brzinama blizu maksimuma, a najveći okretni moment - u relativno malom rasponu brzina, u kojima se odvijaju najoptimalniji procesi izgaranja. Također treba napomenuti da se u stvarnom životu motor rijetko koristi na krivulji maksimalnog okretnog momenta (odnosno na krivulji razvoja maksimalne snage). Na žalost, okretni moment pri malim okretajima je minimalan, a ako je mjenjač izravno povezan, čak i s spojkom koja se isključuje i omogućuje pokretanje, automobil nikada neće moći obavljati aktivnosti poput pokretanja, ubrzavanja i vožnje u širokom rasponu brzina. Evo jednostavnog primjera - ako motor prenosi svoju brzinu 1: 1, a veličina gume je 195/55 R 15 (za sada, apstrahirajući od prisutnosti glavnog zupčanika), tada bi se teoretski automobil trebao kretati brzinom od 320 km. / h pri 3000 okretaja radilice u minuti. Naravno, automobili imaju izravan ili zatvoren zupčanik, pa čak i zupčanici s gusjenicama, u kojem slučaju konačni pogon također dolazi u jednadžbu i mora se uzeti u obzir. Međutim, nastavimo li izvornu logiku razmišljanja o vožnji normalnom brzinom od 60 km / h u gradu, motor će trebati samo 560 okretaja u minuti. Naravno, ne postoji motor sposoban za izradu takvog kanapa. Ima još jedan detalj - jer, čisto fizički, snaga je izravno proporcionalna momentu i brzini (njena formula se također može definirati kao brzina x moment / određeni koeficijent), a ubrzanje fizičkog tijela ovisi o sili koja na njega djeluje. . , shvatite, u ovom je slučaju snaga, logično je da će vam za brže ubrzanje trebati veće brzine i veće opterećenje (tj. okretni moment). Zvuči komplicirano, ali u praksi to znači sljedeće: svaki vozač, čak i onaj koji se ništa ne razumije u tehnologiju, zna da za brzo pretjecanje automobila trebate prebaciti jedan ili čak dva stupnja prijenosa niže. Dakle, s prijenosnikom trenutačno postiže veće okretaje, a time i veću snagu u tu svrhu s istim stupnjem pritiska papučice. To je zadatak ovog uređaja - uzimajući u obzir karakteristike motora s unutarnjim izgaranjem, osigurati njegov rad u optimalnom načinu rada. Vožnja u prvoj brzini brzinom od 100 km / h bit će prilično neekonomična, a u šestoj, prikladnoj za stazu, nemoguće je krenuti. Nije slučajno da ekonomična vožnja zahtijeva rano mijenjanje brzina i motor koji radi pri punom opterećenju (tj. Vožnja malo ispod krivulje maksimalnog okretnog momenta). Stručnjaci koriste izraz "niska specifična potrošnja energije", koji je u rasponu srednjih okretaja i blizu maksimalnog opterećenja. Tada se prigušni ventil benzinskih motora širi i smanjuje gubitak pumpanja, povećava tlak u cilindru i time poboljšava kvalitetu kemijskih reakcija. Niže brzine smanjuju trenje i omogućuju više vremena za potpuno punjenje. Trkaći automobili uvijek rade velikom brzinom i imaju velik broj brzina (osam u Formuli 1), što omogućuje smanjenu brzinu pri prebacivanju i ograničava prijelaz na područja sa znatno manjom snagom.

Zapravo može i bez klasičnog mjenjača, ali ...

Slučaj hibridnih sustava, a posebno hibridnih sustava kao što je Toyota Prius. Ovaj automobil nema prijenos nijednog od navedenih tipova. Gotovo da nema mjenjač! To je moguće jer se navedeni nedostaci kompenziraju električnim sustavom. Mjenjač je zamijenjen takozvanim razdjelnikom snage, planetarnim zupčanikom koji kombinira motor s unutarnjim izgaranjem i dva električna stroja. Za one koji nisu čitali selektivno objašnjenje njegovog rada u knjigama o hibridnim sustavima, a posebno o stvaranju Priusa (potonje su dostupne na online verziji naše stranice ams.bg), samo ćemo reći da mehanizam omogućuje dio mehaničke energije motora s unutarnjim izgaranjem prenijeti izravno, mehanički i djelomično, pretvoriti u električnu (uz pomoć jednog stroja kao generatora) i opet u mehaničku (uz pomoć drugog stroja kao elektromotora) . Genijalnost ove kreacije Toyote (čija je izvorna ideja bila američka tvrtka TRW iz 60-ih) je osigurati veliki startni moment, čime se izbjegava potreba za vrlo niskim stupnjevima prijenosa i omogućuje motoru da radi u učinkovitim režimima. pri maksimalnom opterećenju, simulirajući najviši mogući stupanj prijenosa, pri čemu električni sustav uvijek djeluje kao amortizer. Kada je potrebna simulacija ubrzanja i prebacivanja u niži stupanj prijenosa, brzina motora se povećava upravljanjem generatora i, sukladno tome, njegovom brzinom pomoću sofisticiranog elektroničkog sustava upravljanja strujom. Prilikom simulacije visokih stupnjeva prijenosa čak dva automobila moraju zamijeniti uloge kako bi ograničili brzinu motora. U tom trenutku sustav ulazi u način rada "kruženje snage" i njegova učinkovitost je značajno smanjena, što objašnjava oštar prikaz potrošnje goriva ove vrste hibridnih vozila pri velikim brzinama. Tako je ova tehnologija u praksi kompromis pogodan za gradski promet, jer je očito da električni sustav ne može u potpunosti nadoknaditi izostanak klasičnog mjenjača. Kako bi riješili ovaj problem, Hondini inženjeri koriste jednostavno, ali genijalno rješenje u svom novom sofisticiranom hibridnom hibridnom sustavu kako bi se natjecali s Toyotom - jednostavno dodaju šesti ručni mjenjač koji se uključuje umjesto hibridnog mehanizma velike brzine. Sve ovo može biti dovoljno uvjerljivo da pokaže potrebu za mjenjačem. Naravno, ako je moguće s velikim brojem stupnjeva prijenosa - činjenica je da s ručnim upravljanjem vozaču jednostavno neće biti ugodno imati veliki broj, a cijena će rasti. Trenutačno su 7-stupanjski ručni mjenjači poput onih u Porscheu (na bazi DSG-a) i Chevrolet Corvette prilično rijetki.

Sve započinje lancima i remenima

Dakle, različiti uvjeti zahtijevaju određene vrijednosti potrebne snage ovisno o brzini i zakretnom momentu. I u ovoj jednadžbi potreba za učinkovitim radom motora i smanjenom potrošnjom goriva, uz modernu tehnologiju motora, prijenos postaje sve važniji izazov.

Naravno, prvi problem koji se javlja je pokretanje - u prvim osobnim automobilima najčešći oblik mjenjača bio je lančani prijenos, posuđen od bicikla, ili remenski prijenos koji djeluje na remenice različitih promjera. U praksi nije bilo neugodnih iznenađenja u remenskom prijenosu. Ne samo da je bio bučan kao i njegovi lančani partneri, nego također nije mogao slomiti zube, što je bilo poznato iz primitivnih mehanizama zupčanika koje su vozači u to vrijeme nazivali "mjenjačka salata". Od prijelaza stoljeća provode se eksperimenti s takozvanim "frikcijskim pogonom kotača", koji nema kvačila ni zupčanika, a koristi Nissan i Mazda u svojim toroidalnim mjenjačima (o čemu će biti riječi kasnije). Međutim, alternative zupčanicima također su imale niz ozbiljnih nedostataka - remeni nisu mogli izdržati dugotrajna opterećenja i sve veće brzine, brzo su se olabavili i trgali, a "jastučići" tarnih kotača bili su izloženi prebrzom trošenju. U svakom slučaju, nedugo nakon osvita automobilske industrije, zupčanici su postali neophodni i ostali jedina opcija u ovoj fazi za prijenos okretnog momenta dosta dugo vremena.

Rođenje mehaničkog prijenosa

Leonardo da Vinci projektirao je i proizvodio zupčanike za svoje mehanizme, ali proizvodnja snažnih, razumno točnih i izdržljivih zupčanika postala je moguća tek 1880. godine zahvaljujući dostupnosti odgovarajućih metalurških tehnologija za stvaranje visokokvalitetnih čelika i strojeva za obradu metala. relativno visoka točnost rada. Gubici trenjem u zupčanicima smanjeni su na samo 2 posto! Ovo je bio trenutak kada su postali neophodni kao dio mjenjača, ali problem je ostao s njihovim ujedinjenjem i postavljanjem u opći mehanizam. Primjer inovativnog rješenja je Daimler Phoenix iz 1897. godine u kojem su zupčanici različitih veličina "sastavljeni" u pravi, prema današnjem shvaćanju, mjenjač, ​​koji osim četiri brzine ima i stupanj za vožnju unatrag. Dvije godine kasnije Packard je postao prva tvrtka koja je upotrijebila poznato pozicioniranje ručice mjenjača na krajevima slova "H". U sljedećim desetljećima zupčanika više nije bilo, ali su se mehanizmi nastavili poboljšavati u ime lakšeg rada. Carl Benz, koji je svoje prve serijske automobile opremio planetarnim mjenjačem, uspio je preživjeti pojavu prvih sinkroniziranih mjenjača koje su stvorili Cadillac i La Salle 1929. godine. Dvije godine kasnije sinkronizatore su već koristili Mercedes, Mathis, Maybach i Horch, a zatim i drugi Vauxhall, Ford i Rolls-Royce. Jedan detalj - svi su imali nesinkroniziranu prvu brzinu, što je jako živciralo vozače i zahtijevalo posebnu vještinu. Prvi potpuno sinkronizirani mjenjač koristio je engleski Alvis Speed ​​Twenty u listopadu 1933. godine, a stvorila ga je poznata njemačka tvrtka, koja i danas nosi naziv "Gear Factory" ZF, na koji ćemo se često pozivati ​​u našoj priči. Tek sredinom 30-ih sinkronizatori su se počeli instalirati na druge marke, ali u jeftinijim automobilima i kamionima vozači su se nastavili boriti s ručicom mjenjača za pomicanje i mijenjanje stupnjeva prijenosa. Naime, rješenje problema ove vrste neugodnosti traženo je mnogo ranije uz pomoć različitih prijenosnih struktura, također usmjerenih na stalno zahvatanje zupčanih parova i njihovo spajanje na osovinu - u razdoblju od 1899. do 1910. De Dion Bouton razvio zanimljiv prijenos u kojem su zupčanici stalno u zahvatu, a njihova veza sa sekundarnim vratilom se vrši pomoću malih spojnica. Panhard-Levasseur imao je sličan razvoj, ali su u svom razvoju trajno uključeni zupčanici bili čvrsto povezani s osovinom pomoću igala. Dizajneri, naravno, nisu prestali razmišljati o tome kako olakšati vozačima i zaštititi automobile od nepotrebnih oštećenja. Godine 1914. inženjeri Cadillaca odlučili su da mogu iskoristiti snagu svojih ogromnih motora i opremiti automobile podesivim zadnjim pogonom koji bi se mogao električno mijenjati i mijenjati prijenosni omjer s 4,04: na 2,5: 1.

Dvadesete i tridesete godine bile su vrijeme nevjerojatnih izuma koji su dio stalne akumulacije znanja tijekom godina. Na primjer, 20. godine francuska tvrtka Cotal stvorila je elektromagnetski pomaknuti ručni mjenjač kojim se upravlja malom polugom na upravljaču, a koja je pak bila kombinirana s malom polugom praznog hoda smještenom na podu. Spominjemo potonju značajku jer omogućuje automobilu da ima točno onoliko stupnjeva prijenosa za naprijed koliko ima četiri stupnja prijenosa za vožnju unatrag. U to vrijeme za Kotalov izum bili su zainteresirani prestižni brendovi kao što su Delage, Delahaye, Salmson i Voisin. Uz prethodno spomenutu bizarnu i zaboravljenu "prednost" mnogih modernih zupčanika sa stražnjim pogonom, ovaj nevjerojatni mjenjač također ima mogućnost "interakcije" s Fleschelovim automatskim mjenjačem koji mijenja stupnjeve prijenosa kako brzina pada zbog opterećenja motora i zapravo je jedan od prvih pokušaja automatizacije procesa.

Većina automobila iz 40-ih i 50-ih imala je tri stupnja prijenosa jer motori nisu razvijali više od 4000 okretaja u minuti. S porastom okretaja, okretnog momenta i krivulja snage, tri stupnja prijenosa više nisu pokrivala raspon okretaja. Rezultat je bio disharmoničan pokret s karakterističnim "zapanjujućim" prijenosom pri podizanju i pretjerano forsiranje pri prebacivanju na niži. Logično rješenje problema bilo je masovno prebacivanje na četverostupanjske brzine 60-ih, a prvi mjenjači s pet stupnjeva prijenosa 70-ih godina bili su značajna prekretnica za proizvođače, koji su s ponosom primijetili prisutnost takvog mjenjača zajedno s imidžom modela na automobilu. Nedavno mi je vlasnik klasičnog Opel Commodorea rekao da je, kad je kupio automobil, bio u 3 brzine i prosječno je iznosio 20 l / 100 km. Kad je mjenjač promijenio u mjenjač s četiri brzine, potrošnja je bila 15 l / 100 km, a nakon što je napokon dobio petobrzinski, potonji je pao na 10 litara.

Danas praktički nema automobila s manje od pet stupnjeva prijenosa, a šest brzina postaje norma u višim verzijama kompaktnih modela. Šesta ideja u većini slučajeva je snažno smanjenje brzine pri visokim okretajima, a u nekim slučajevima i kada nije tako dugo i smanjenje brzine opada pri prebacivanju. Višestepeni mjenjači imaju posebno pozitivan učinak na dizelske motore, čiji agregati imaju velik okretni moment, ali značajno smanjeni radni raspon zbog temeljne prirode dizelskog motora.

(pratiti)

Tekst: Georgy Kolev

Dodajte komentar