Bandomasis važiavimas Automobilių transmisijų istorija – 1 dalis

Straipsnių cikle papasakosime apie lengvųjų ir sunkvežimių pavarų dėžių istoriją – galbūt kaip linktelėjimą 75-ųjų pirmosios automatinės pavarų dėžės sukūrimo metinių proga.

1993 m. Per priešvaržybinius bandymus Silverstone, Williams bandytojas Davidas Coulthardas paliko trasą kitam bandymui naujuoju Williams FW 15C. Ant šlapios dangos automobilis visur taškys, bet vis tiek visi girdi keistą monotonišką dešimties cilindrų variklio greitaeigį garsą. Akivaizdu, kad Frankas Williamas naudoja kitokį perdavimą. Šviesuoliui aišku, kad tai ne kas kita, kaip bepakopė transmisija, skirta Formulės 1 variklio poreikiams tenkinti.Vėliau paaiškėjo, kad ji buvo sukurta padedant visur esantiems Van Doorn specialistams. infekcijos perdavimas. Dvi konspiracinės bendrovės per pastaruosius ketverius metus į šį projektą įdėjo didžiulius inžinerinius ir finansinius išteklius, kad sukurtų visiškai funkcionalų prototipą, kuris galėtų perrašyti sporto karalienės dinamikos taisykles. Šiandien „Youtube“ vaizdo įraše galite pamatyti šio modelio bandymus, o pats Coulthardas teigia, kad jos darbas jam patinka – ypač kampe, kur nereikia gaišti laiko perjungiant žemyn – viskuo pasirūpina elektronika. Deja, visi, dirbę prie projekto, prarado savo darbo vaisius. Įstatymų leidėjai suskubo uždrausti naudoti tokius leidimus „Formulėje“, tariamai dėl „nesąžiningo pranašumo“. Taisyklės buvo pakeistos, o trapecinio diržo CVT arba CVT transmisijos buvo istorija tik dėl šio trumpo pasirodymo. Korpusas uždarytas ir Williams turėtų grįžti prie pusiau automatinių transmisijų, kurios vis dar yra standartinės Formulėje 1 ir kurios savo ruožtu tapo revoliucija devintojo dešimtmečio pabaigoje. Beje, dar 80 metais DAF su Variomatic transmisija bandė įvažiuoti į automobilių sporto trasą, tačiau tuo metu mechanizmas buvo toks masyvus, kad net ir be subjektyvių faktorių įsikišimo buvo pasmerktas žlugti. Bet tai jau kita istorija.

Ne kartą minėjome pavyzdžius, kiek naujovių šiuolaikinėje automobilių pramonėje lemia senos idėjos, gimusios itin gabių ir įžvalgių žmonių galvose. Pavarų dėžės dėl savo mechaninio pobūdžio yra vienas geriausių pavyzdžių, kaip jas galima įgyvendinti tinkamu laiku. Šiais laikais pažangių medžiagų ir gamybos procesų bei elektroninės valdžios derinys sukūrė galimybę rasti neįtikėtinai efektyvių sprendimų visomis perdavimo formomis. Viena vertus, mažėjančio suvartojimo tendencija ir naujų variklių, kurių matmenys yra mažesni, specifiškumas (pavyzdžiui, poreikis greitai įveikti turbo skylę) lemia poreikį sukurti automatines transmisijas, turinčias platesnį pavarų skaičių, ir atitinkamai didelis pavarų skaičius. Jų pigesnės alternatyvos yra mažų automobilių CVT, dažnai naudojami Japonijos automobilių gamintojų, ir automatinės mechaninės pavarų dėžės, tokios kaip „Easytronic“. „Opel“ (tinka ir mažiems automobiliams). Lygiagrečių hibridinių sistemų mechanizmai yra specifiniai, ir kaip dalis išmetamųjų teršalų mažinimo, pavaros elektrifikavimas iš tikrųjų vyksta transmisijose.

Variklis negali išsiversti be pavarų dėžės

Iki šiol žmonija nerado efektyvesnio tiesioginio mechaninės energijos perdavimo būdo (išskyrus, žinoma, hidraulinius mechanizmus ir hibridines elektros sistemas), nei metodai, naudojantys diržus, grandines ir pavaras. Žinoma, yra daugybė variantų šia tema, ir jūs galite geriau suprasti jų esmę, išvardydami ryškiausius pastarųjų metų pokyčius šioje srityje.

Elektroninio pavarų perjungimo arba elektroninio netiesioginio valdymo mechanizmo sujungimo su pavarų dėže koncepcija toli gražu nėra paskutinis šauksmas, nes 1916 metais Pensilvanijos „Pullman“ kompanija sukūrė pavarų dėžę, kuri pavaras perjungia elektra. Naudojant tą patį veikimo principą patobulinta forma, po dvidešimties metų jis buvo sumontuotas avangardiniame Cord 812 – viename futuristiškiausių ir nuostabiausių automobilių ne tik 1936 m., kai buvo sukurtas. Pakankamai reikšminga, kad šią laidą galima rasti knygos apie pramoninio dizaino pasiekimus viršelyje. Jo transmisija perduoda sukimo momentą iš variklio į priekinę ašį (!), o pavarų perjungimas yra tiesioginis filigranas, skirtas tuometiniam vairo kolonėlės vaizdui, kuris įjungia specialius elektros jungiklius, kurie įjungia sudėtingą elektromagnetinių prietaisų sistemą su vakuuminėmis diafragmomis, įskaitant ir pavaras. Visa tai laidų dizaineriams pavyko sėkmingai sujungti ir tai puikiai veikia ne tik teoriškai, bet ir praktiškai. Nustatyti sinchronizaciją tarp pavarų perjungimo ir sankabos veikimo buvo tikras košmaras, o, remiantis to meto liudijimais, mechaniką buvo galima nusiųsti į psichiatrijos ligoninę. Tačiau „Cord“ buvo prabangus automobilis, o jo savininkai negalėjo sau leisti atsainaus daugelio šiuolaikinių gamintojų požiūrio į šio proceso tikslumą – praktiškai dauguma automatizuotų (dažnai vadinamų robotinėmis arba pusiau automatinėmis) pavarų dėžėmis pavarų perjungimas vyksta su būdingu vėlavimu, ir dažnai gūsiai.

Niekas netvirtina, kad sinchronizacija yra daug lengvesnė užduotis su šiandien paprastesnėmis ir plačiau paplitusiomis mechaninėmis pavarų dėžėmis, nes kyla klausimas „Kodėl apskritai reikia naudoti tokį įrenginį? Turi esminį charakterį. Šio sudėtingo įvykio priežastis, taip pat verslo nišos atvėrimas milijardams, slypi pačiame degimo variklio pobūdyje. Skirtingai nuo, pavyzdžiui, garo variklio, kuriame į cilindrus tiekiamo garo slėgis gali kisti gana lengvai, o jo slėgis gali keistis paleidžiant ir normaliai dirbant, arba nuo elektros variklio, kuriame veikia stiprus varomasis magnetinis laukas. taip pat egzistuoja nuliniu greičiu.per minutę (tiesą sakant, tada jis yra didžiausias, o dėl elektros variklių efektyvumo mažėjimo didėjant greičiui visi elektromobilių transmisijų gamintojai šiuo metu kuria dviejų pakopų galimybes) vidaus degimo variklis turi charakteristiką, kurioje maksimali galia pasiekiama esant artimiems maksimaliems sūkiams, o didžiausias sukimo momentas – santykinai mažame sūkių diapazone, kuriame vyksta optimaliausi degimo procesai. Taip pat reikėtų pažymėti, kad realiame gyvenime variklis retai naudojamas maksimalaus sukimo momento kreivėje (atitinkamai maksimalios galios raidos kreivėje). Deja, sukimo momentas esant mažiems apsisukimams yra minimalus, o jei transmisija yra tiesiogiai sujungta, net ir su sankaba, kuri atjungia ir leidžia pradėti važiuoti, automobilis niekada negalės atlikti tokių veiksmų kaip užvedimas, greitėjimas ir važiavimas dideliu greičio diapazonu. Štai paprastas pavyzdys – jei variklis perduoda greitį 1:1, o padangos dydis yra 195/55 R 15 (kol kas abstrahuojantis nuo pagrindinės pavaros buvimo), tai teoriškai automobilis turėtų judėti greičiu 320 km. / h esant 3000 alkūninio veleno apsisukimų per minutę. Be abejo, automobiliai turi tiesiogines ar artimas pavaras ir net vikšrines pavaras, tokiu atveju į lygtį patenka ir galutinis važiavimas, į kurį reikia atsižvelgti. Tačiau jei tęsime pirminę samprotavimų apie važiavimą įprastu 60 km / h greičiu mieste logiką, varikliui reikės tik 560 aps./min. Žinoma, nėra variklio, galinčio padaryti tokį špagatą. Yra dar viena smulkmena – nes grynai fiziškai galia yra tiesiogiai proporcinga sukimo momentui ir greičiui (jos formulę taip pat galima apibrėžti kaip greitis x sukimo momentas / tam tikras koeficientas), o fizinio kūno pagreitis priklauso nuo jį veikiančios jėgos. . , supraskite, šiuo atveju galia, logiška, kad norint pagreitinti greitį, jums reikės didesnio greičio ir daugiau apkrovos (t. sukimo momentas). Skamba komplikuotai, tačiau praktiškai tai reiškia: kiekvienas vairuotojas, net ir nieko nesuprantantis technologijos, žino, kad norint greitai aplenkti automobilį reikia perjungti vieną ar net dvi pavaras žemiau. Taigi būtent su pavarų dėže ji akimirksniu pateikia didesnes apsukas, taigi ir daugiau galios šiam tikslui tuo pačiu pedalo slėgio laipsniu. Tokia yra šio įrenginio užduotis – atsižvelgiant į vidaus degimo variklio charakteristikas, užtikrinti jo veikimą optimaliu režimu. 100 km / h greičiu važiuoti pirmąja pavara bus gana neekonomiška, o šeštoje, tinkamoje trasai, neįmanoma įsibėgėti. Neatsitiktinai ekonomiškam važiavimui reikia ankstyvos pavarų perjungimo sistemos ir varikliui dirbant visu krūviu (t. Y. Važiuojant šiek tiek žemiau didžiausio sukimo momento kreivės). Ekspertai vartoja terminą „mažos specifinės energijos sąnaudos“, kuris yra vidutiniame sūkių diapazone ir artimas maksimaliai apkrovai. Tada benzininių variklių droselio sklendė atsidaro plačiau ir sumažina siurbimo nuostolius, padidina cilindrų slėgį ir taip pagerina cheminių reakcijų kokybę. Mažesnis greitis sumažina trintį ir suteikia daugiau laiko pilnam užpildymui. Lenktyniniai automobiliai visada važiuoja dideliu greičiu ir turi daug pavarų („Formulėje 1“ - aštuonias), o tai leidžia sumažinti greitį perjungiant ir apriboja perėjimą į žymiai mažesnės galios sritis.

Tiesą sakant, jis gali išsiversti be klasikinės greičių dėžės, bet ...

Hibridinių sistemų ir ypač hibridinių sistemų, tokių kaip Toyota Prius, atvejis. Šis automobilis neturi nė vieno iš išvardytų tipų transmisijos. Jame beveik nėra pavarų dėžės! Tai įmanoma, nes minėtus trūkumus kompensuoja elektros sistema. Transmisiją keičia vadinamasis galios skirstytuvas – planetinė pavara, jungianti vidaus degimo variklį ir dvi elektrines mašinas. Žmonėms, kurie neskaitė atrankinio jo veikimo paaiškinimo knygose apie hibridines sistemas ir ypač apie „Prius“ kūrimą (pastaruosius rasite internetinėje mūsų svetainės ams.bg versijoje), pasakysime tik tiek, kad mechanizmas leidžia dalį vidaus degimo variklio mechaninės energijos tiesiogiai, mechaniškai ir iš dalies perkelti į elektrinę (vienos mašinos kaip generatoriaus pagalba) ir vėl į mechaninę (kitos mašinos kaip elektros variklio pagalba) . Šio Toyota (kurios pirminė idėja buvo 60-ųjų amerikiečių kompanija TRW) kūrybos genialumas – užtikrinti aukštą užvedimo sukimo momentą, kuris leidžia išvengti labai žemų pavarų ir leidžia varikliui veikti efektyviais režimais. esant didžiausiai apkrovai, imituojant aukščiausią įmanomą pavarą, o elektros sistema visada veikia kaip buferis. Kai reikia imituoti pagreitį ir perjungimą žemyn, variklio sūkiai didinami valdant generatorių ir atitinkamai jo greičiu naudojant sudėtingą elektroninę srovės valdymo sistemą. Imituojant aukštas pavaras, net du automobiliai turi susikeisti vaidmenis, kad apribotų variklio sūkius. Šiuo metu sistema pereina į „galios cirkuliacijos“ režimą ir jos efektyvumas gerokai sumažėja, o tai paaiškina aštrų tokio tipo hibridinių transporto priemonių degalų sąnaudų rodymą važiuojant dideliu greičiu. Taigi ši technologija praktiškai yra patogus miesto eismui kompromisas, nes akivaizdu, kad elektros sistema negali visiškai kompensuoti klasikinės pavarų dėžės nebuvimo. Norėdami išspręsti šią problemą, „Honda“ inžinieriai naudoja paprastą, bet išradingą sprendimą savo naujoje sudėtingoje hibridinėje hibridinėje sistemoje, konkuruodami su „Toyota“ – jie tiesiog prideda šeštąją mechaninę pavarų dėžę, kuri įsijungia vietoje greitaeigio hibridinio mechanizmo. Visa tai gali būti pakankamai įtikinama, kad parodytų pavarų dėžės poreikį. Žinoma, jei įmanoma, esant daugybei pavarų - faktas yra tas, kad su rankiniu valdymu vairuotojui tiesiog nebus patogu turėti didelį skaičių, o kaina padidės. Šiuo metu 7 laipsnių mechaninės pavarų dėžės, tokios kaip „Porsche“ (pagrįstos DSG) ir „Chevrolet Corvette“, yra gana retos.

Viskas prasideda nuo grandinių ir diržų

Taigi, esant skirtingoms sąlygoms, reikalingos tam tikros reikiamos galios vertės, atsižvelgiant į greitį ir sukimo momentą. Šioje lygtyje efektyvaus variklio veikimo ir mažesnių degalų sąnaudų poreikis, be šiuolaikinių variklių technologijų, transmisija tampa vis svarbesniu iššūkiu.

Natūralu, kad pirmoji iškylanti problema yra paleidimas – pirmuosiuose lengvuosiuose automobiliuose dažniausiai pavarų dėžė buvo grandininė pavara, pasiskolinta iš dviračio, arba diržinė pavara, veikianti skirtingo skersmens diržų skriemulius. Praktikoje jokių nemalonių netikėtumų diržinėje pavaroje nebuvo. Jis ne tik buvo toks pat triukšmingas, kaip ir grandinės partneriai, bet ir negalėjo sulaužyti dantų, o tai buvo žinoma iš primityvių pavarų mechanizmų, kuriuos vairuotojai tuo metu vadino „transmisijos salotomis“. Nuo amžių pradžios eksperimentuojama su vadinamąja „frikcine ratų pavara“, kuri neturi nei sankabos, nei pavarų, o savo toroidinėse pavarų dėžėse naudoja „Nissan“ ir „Mazda“ (apie tai bus kalbama vėliau). Tačiau alternatyvos krumpliaračiams turėjo ir nemažai rimtų trūkumų – diržai neatlaikė užsitęsusių apkrovų ir didėjančių greičių, greitai atsilaisvino ir plyšo, o frikcinių ratų „trinkelės“ per greitai susidėvėjo. Bet kokiu atveju, netrukus po automobilių pramonės aušros pavaros tapo būtinos ir gana ilgą laiką liko vienintele sukimo momento perdavimo galimybe.

Mechaninės pavaros gimimas

Leonardo da Vinci savo mechanizmams suprojektavo ir pagamino krumpliaračius, tačiau stiprių, pakankamai tikslių ir patvarių krumpliaračių gamyba tapo įmanoma tik 1880 m., Nes buvo sukurtos tinkamos metalurgijos technologijos, leidžiančios sukurti aukštos kokybės plieną ir metalo apdirbimo stakles. palyginti aukštas darbo tikslumas. Trinties nuostoliai krumpliaračiuose sumažėja tik iki 2 procentų! Tai buvo momentas, kai jie tapo nepakeičiami kaip pavarų dėžės dalis, tačiau problema išliko dėl jų suvienijimo ir įtraukimo į bendrą mechanizmą. Naujoviško sprendimo pavyzdys - 1897 metų „Daimler Phoenix“, kuriame įvairaus dydžio krumpliaračiai buvo „surinkti“ į tikrą, šiandienos supratimu, pavarų dėžę, kuri, be keturių greičių, turi ir atbulinės eigos pavarą. Po dvejų metų „Packard“ tapo pirmąja kompanija, kuri panaudojo gerai žinomą pavarų perjungimo svirties padėtį „H“ raidės galuose. Vėlesniais dešimtmečiais pavarų nebeliko, tačiau mechanizmai ir toliau buvo tobulinami vardan lengvesnio darbo. Carlas Benzas, savo pirmuosius serijinius automobilius aprūpinęs planetine pavarų dėže, išgyveno pirmąsias sinchronizuotas pavarų dėžes, sukurtas „Cadillac“ ir „La Salle“ 1929 m. Po dvejų metų sinchronizatorius jau naudojo „Mercedes“, „Mathis“, „Maybach“ ir „Horch“, o po to dar vienas „Opel“, „Ford“ ir „Rolls-Royce“. Viena detalė – visos turėjo nesinchronizuotą pirmą pavarą, kuri labai erzino vairuotojus ir pareikalavo ypatingų įgūdžių. Pirmąją pilnai sinchronizuotą pavarų dėžę 1933 metų spalį naudojo anglas „Alvis Speed ​​Twenty“, o ją sukūrė garsi vokiečių kompanija, iki šiol nešiojanti pavadinimą „Gear Factory“ ZF, kurį dažnai minėsime savo istorijoje. Tik 30-ųjų viduryje sinchronizatoriai buvo pradėti montuoti kitų markių automobiliuose, tačiau pigesniuose automobiliuose ir sunkvežimiuose vairuotojai toliau stengėsi su pavarų svirtimi judėti ir perjungti pavaras. Tiesą sakant, tokio nepatogumo problemos sprendimo buvo ieškoma daug anksčiau, pasitelkiant įvairias transmisijos konstrukcijas, taip pat skirtas nuolat sujungti krumpliaračių poras ir sujungti jas su velenu – 1899–1910 m. laikotarpiu De Dion Bouton. sukūrė įdomią transmisiją, kurioje krumpliaračiai nuolat sujungiami, o jų prijungimas prie antrinio veleno atliekamas naudojant mažas movas. Panašiai vystėsi ir „Panhard-Levasseur“, tačiau jų kūrimo metu nuolat įjungtos pavaros buvo tvirtai sujungtos su velenu, naudojant kaiščius. Dizaineriai, žinoma, nenustojo galvoti, kaip palengvinti vairuotojams ir apsaugoti automobilius nuo nereikalingos žalos. 1914 m. „Cadillac“ inžinieriai nusprendė panaudoti savo didžiulių variklių galią ir aprūpinti automobilius reguliuojama galine pavara, galinčia perjungti elektra ir pakeisti pavarų santykį nuo 4,04: iki 2,5: 1.

20–30-ieji buvo neįtikėtinų išradimų metas, kurie yra nuolatinio žinių kaupimo dalis bėgant metams. Pavyzdžiui, 1931 metais prancūzų kompanija Cotal sukūrė elektromagnetiniu būdu perjungiamą mechaninę pavarų dėžę, valdomą maža svirtimi ant vairo, kuri, savo ruožtu, buvo sujungta su maža tuščiosios eigos svirtimi, pastatyta ant grindų. Pastarąją savybę minime todėl, kad ji leidžia automobiliui turėti lygiai tiek pat pavarų į priekį, kiek yra keturios atbulinės eigos pavaros. Tuo metu Kotal išradimu domėjosi tokie prestižiniai prekių ženklai kaip Delage, Delahaye, Salmson ir Voisin. Be jau minėto keisto ir pamiršto daugelio šiuolaikinių galinių ratų pavarų „privalumo“, ši neįtikėtina pavarų dėžė taip pat turi galimybę „sąveikauti“ su Fleschel automatiniu pavarų perjungikliu, kuris perjungia pavaras mažėjant greičiui dėl variklio apkrovos ir iš tikrųjų yra vienas pirmųjų bandymų automatizuoti procesą.

Dauguma 40–50 metų automobilių turėjo tris pavaras, nes varikliai išvystė ne daugiau kaip 4000 aps./min. Padidėjus apsisukimų, sukimo momento ir galios kreivėms, trys pavaros nebepatenkė apsukų diapazono. Rezultatas buvo neharmoningas judesys, turintis būdingą „stulbinančią“ transmisiją kėlimo metu ir pernelyg didelę jėgą perkeliant į žemesnę. Logiškas problemos sprendimas buvo masiškas perėjimas prie keturių greičių pavarų 60-aisiais, o pirmosios penkių laipsnių pavarų dėžės 70-aisiais buvo reikšmingas etapas gamintojams, kurie išdidžiai pažymėjo tokios pavarų dėžės buvimą kartu su modelio atvaizdu ant automobilio. Neseniai klasikinio „Opel Commodore“ savininkas man pasakė, kad kai pirko automobilį, jis buvo su 3 pavaromis ir vidutiniškai 20 l / 100 km. Kai jis pakeitė pavarų dėžę į keturių greičių pavarų dėžę, sunaudota 15 l / 100 km, o kai jis pagaliau gavo penkias pavaras, pastaroji nukrito iki 10 litrų.

Šiandien praktiškai nėra automobilių, turinčių mažiau nei penkias pavaras, o aukštesnės kompaktiškų modelių versijos šešiais greičiais tampa įprasta. Šeštoji idėja daugeliu atvejų yra stiprus greičio sumažinimas esant dideliam apsisukimui, o kai kuriais atvejais, kai jis nėra toks ilgas, o greičio sumažėjimas sumažėja perjungiant. Daugiapakopės transmisijos ypač teigiamai veikia dyzelinius variklius, kurių agregatai turi didelį sukimo momentą, tačiau dėl pamatinio dyzelinio variklio pobūdžio žymiai sumažina veikimo diapazoną.

(Sekti)

Tekstas: Georgijus Kolevas