Testa brauciens Automobiļu transmisiju vēsture — 1. daļa

Rakstu sērijā mēs jums pastāstīsim par vieglo un kravas automašīnu pārnesumkārbu vēsturi - iespējams, atgādinot par godu pirmās automātiskās pārnesumkārbas izveides 75. gadadienai.

1993. gads Pirmssacensību testu laikā Silverstounā Williams testu pilots Deivids Kulthards pameta trasi uz nākamo testu ar jauno Williams FW 15C. Uz slapja seguma auto visur šļakstās, bet tik un tā ikviens var dzirdēt dīvaino vienmuļo desmitcilindru dzinēja ātrgaitas skaņu. Acīmredzot Frenks Viljams izmanto cita veida pārraidi. Gaišajiem ir skaidrs, ka tas nav nekas vairāk kā nepārtraukti mainīga transmisija, kas paredzēta Formula 1 dzinēja vajadzībām.Vēlāk izrādījās, ka tā izstrādāta ar visuresošo Van Doorn speciālistu palīdzību. infekcijas pārnešana. Abi sazvērnieki pēdējo četru gadu laikā ir ieguldījuši milzīgus inženierijas un finanšu resursus šajā projektā, lai izveidotu pilnībā funkcionējošu prototipu, kas varētu pārrakstīt sporta karalienes dinamikas noteikumus. YouTube video šodien var redzēt šī modeļa testus, un pats Kulthārds apgalvo, ka viņam patīk viņas darbs – it īpaši stūrītī, kur nav jātērē laiks pārslēgšanai uz leju – par visu rūpējas elektronika. Diemžēl visi, kas strādāja pie projekta, zaudēja sava darba augļus. Likumdevēji ātri aizliedza šādu piespēļu izmantošanu Formulā, iespējams, "negodīgas priekšrocības" dēļ. Noteikumi tika mainīti, un ķīļsiksnas CVT vai CVT transmisijas bija vēsture tikai ar šo īso izskatu. Korpuss ir slēgts, un Williams vajadzētu atgriezties pie pusautomātiskajām pārnesumkārbām, kas joprojām ir Formula 1 standartā un kas, savukārt, kļuva par revolūciju 80. gadu beigās. Starp citu, vēl 1965. gadā DAF ar Variomatic transmisiju veica mēģinājumus iebraukt autosporta trasē, taču toreiz mehānisms bija tik masīvs, ka pat bez subjektīvu faktoru iejaukšanās bija lemts neveiksmei. Bet tas ir cits stāsts.

Mēs esam vairākkārt minējuši piemērus tam, cik daudz jauninājumu mūsdienu automobiļu rūpniecībā ir vecu ideju rezultāts, kas dzimuši ārkārtīgi apdāvinātu un zinošu cilvēku galvās. Pārnesumkārbas to mehāniskā rakstura dēļ ir viens no galvenajiem piemēriem, kā tās var īstenot, kad ir īstais laiks. Mūsdienās progresīvu materiālu un ražošanas procesu kombinācija un e-pārvalde ir radījusi iespēju neticami efektīviem risinājumiem visos pārraides veidos. Tendence uz mazāku patēriņu, no vienas puses, un jaunu dzinēju specifika ar samazinātiem izmēriem (piemēram, nepieciešamība ātri pārvarēt turbo atveri) noveda pie nepieciešamības izveidot automātiskās pārnesumkārbas ar plašāku pārnesumu skaita diapazonu un attiecīgi liels skaits pārnesumu. Viņu pieejamākās alternatīvas ir CVT mazām automašīnām, kuras bieži izmanto japāņu autoražotāji, un automātiskās manuālās pārnesumkārbas, piemēram, Easytronic. Opel (arī mazām automašīnām). Paralēlo hibrīdu sistēmu mehānismi ir specifiski, un emisiju samazināšanas ietvaros piedziņas elektrifikācija faktiski notiek transmisijās.

Motors nevar iztikt bez pārnesumkārbas

Līdz šim cilvēce nav izgudrojusi efektīvāku mehāniskās enerģijas tiešas pārraides veidu (protams, izņemot hidrauliskos mehānismus un hibrīdās elektriskās sistēmas) nekā metodes, kurās izmanto siksnas, ķēdes un pārnesumus. Protams, šajā tēmā ir neskaitāmas variācijas, un jūs varat labāk izprast to būtību, uzskaitot pēdējos gados izcilākos notikumus šajā jomā.

Elektroniskās pārslēgšanas jeb vadības mehānisma elektroniskā netiešā savienojuma ar pārnesumkārbu koncepcija ir tālu no pēdējā kliedziena, jo 1916. gadā Pensilvānijas uzņēmums Pullman radīja ātrumkārbu, kas pārnesumus pārslēdz elektriski. Izmantojot to pašu darbības principu uzlabotā formā, divdesmit gadus vēlāk tas tika uzstādīts avangarda Cord 812 - vienā no futūristiskākajiem un brīnišķīgākajiem auto ne tikai 1936. gadā, kad tas tika izveidots. Pietiekami zīmīgi, ka šī aukla atrodama uz rūpnieciskā dizaina sasniegumu grāmatas vāka. Tā transmisija pārraida griezes momentu no dzinēja uz priekšējo asi (!), un pārnesumu pārslēgs ir tieši filigrāni toreizējam stūres statņa attēlojumam, kas iedarbina īpašus elektriskos slēdžus, kas iedarbina sarežģītu elektromagnētisko ierīču sistēmu ar vakuuma diafragmām, ieskaitot pārnesumus. To visu vadu dizaineriem izdevās veiksmīgi apvienot, un tas lieliski darbojas ne tikai teorētiski, bet arī praktiski. Uzstādīt sinhronizāciju starp pārnesumu pārslēgšanu un sajūga darbību bija īsts murgs, un, pēc tā laika liecībām, bija iespējams nosūtīt mehāniķi uz psihiatrisko slimnīcu. Tomēr Cord bija luksusa automašīna, un tās īpašnieki nevarēja atļauties daudzu mūsdienu ražotāju ikdienišķo attieksmi pret šī procesa precizitāti - praksē lielākā daļa automatizēto (bieži sauktu par robotizētu vai pusautomātisko) pārnesumkārbu pārslēdzas ar raksturīgu aizkavi, un bieži vien brāzmas.

Neviens neapgalvo, ka sinhronizācija ir daudz vieglāks uzdevums ar mūsdienās vienkāršākajām un plašāk izplatītajām manuālajām pārnesumkārbām, jo ​​uz jautājumu "Kāpēc vispār ir jāizmanto šāda ierīce?" Ir fundamentāls raksturs. Šī sarežģītā notikuma, bet arī biznesa nišas atvēršanas miljardiem iemesls ir iekšdedzes dzinēja būtībā. Atšķirībā no, piemēram, tvaika dzinēja, kur cilindriem padotā tvaika spiediens var mainīties salīdzinoši viegli, un tā spiediens var mainīties palaišanas un normālas darbības laikā, vai no elektromotora, kurā darbojas spēcīgs magnētiskais lauks. eksistē arī pie nulles ātruma.minūtē (faktiski tad tas ir visaugstākais, un sakarā ar elektromotoru efektivitātes samazināšanos, palielinoties ātrumam, visi elektromobiļu transmisiju ražotāji šobrīd izstrādā divpakāpju iespējas) iekšdedzes dzinējam ir raksturlielums, kurā maksimālā jauda tiek sasniegta pie maksimālajiem apgriezieniem, bet maksimālais griezes moments - salīdzinoši nelielā apgriezienu diapazonā, kurā notiek visoptimālākie sadegšanas procesi. Jāatzīmē arī tas, ka reālajā dzīvē motors tiek reti izmantots pie maksimālā griezes momenta līknes (attiecīgi uz maksimālās jaudas attīstības līknes). Diemžēl griezes moments pie maziem apgriezieniem ir minimāls, un, ja transmisija ir tieši savienota, pat ar sajūgu, kas atvienojas un ļauj iedarbināt, automašīna nekad nevarēs veikt tādas darbības kā iedarbināšana, paātrināšana un braukšana ar lielu ātruma diapazonu. Šeit ir vienkāršs piemērs - ja dzinējs pārraida ātrumu 1: 1 un riepas izmērs ir 195/55 R 15 (pagaidām, abstrahējoties no galvenā pārnesuma klātbūtnes), tad teorētiski automašīnai vajadzētu pārvietoties ar ātrumu 320 km. / h pie 3000 kloķvārpstas apgriezieniem minūtē. Protams, automašīnām ir tiešie vai tuvie pārnesumi un pat kāpurķēžu pārnesumi, un tādā gadījumā pēdējais brauciens arī nonāk vienādojumā, un tas ir jāņem vērā. Tomēr, ja turpināsim sākotnējo loģisko loģiku par braukšanu ar normālu ātrumu 60 km / h pilsētā, motoram būs nepieciešami tikai 560 apgriezieni minūtē. Protams, nav neviena motora, kas būtu spējīgs veikt šādu auklu. Ir vēl viena detaļa - jo tīri fiziski jauda ir tieši proporcionāla griezes momentam un ātrumam (tā formulu var definēt arī kā ātrums x griezes moments / noteikts koeficients), un fiziskā ķermeņa paātrinājums ir atkarīgs no spēka, kas tam tiek pielikts. . , saprotiet, šajā gadījumā jauda, ​​ir loģiski, ka ātrākam paātrinājumam būs nepieciešami lielāki ātrumi un lielāka slodze (t.i. griezes moments). Tas izklausās sarežģīti, bet praksē tas nozīmē sekojošo: katrs autovadītājs, pat tas, kurš neko nesaprot tehnoloģijā, zina, ka, lai ātri apsteigtu automašīnu, jāpārslēdz viens vai pat divi pārnesumi zemāk. Tādējādi tieši ar pārnesumkārbu tā uzreiz nodrošina lielākus apgriezienus un līdz ar to lielāku jaudu šim nolūkam ar tādu pašu pedāļa spiediena pakāpi. Tas ir šīs ierīces uzdevums - ņemot vērā iekšdedzes dzinēja īpašības, nodrošināt tā darbību optimālā režīmā. Braukt ar pirmo pārnesumu ar ātrumu 100 km / h būs diezgan neekonomiski, un sestajā, trasē piemērotajā, nav iespējams tikt uz ceļa. Nav nejaušība, ka ekonomiskajai braukšanai ir nepieciešami agri pārnesumu pārslēgšanas gadījumi un dzinējs darbojas ar pilnu slodzi (t.i., braucot nedaudz zem maksimālā griezes momenta līknes). Eksperti lieto terminu "zems īpatnējais enerģijas patēriņš", kas atrodas vidējā apgriezienu diapazonā un tuvu maksimālajai slodzei. Tad benzīna dzinēju droseļvārsts atveras plašāk un samazina sūknēšanas zudumus, palielina cilindra spiedienu un tādējādi uzlabo ķīmisko reakciju kvalitāti. Mazāks ātrums samazina berzi un ļauj vairāk laika pilnībā piepildīties. Sacensību automašīnas vienmēr brauc ar lielu ātrumu un tām ir liels pārnesumu skaits (Formulā 1 astoņi), kas ļauj samazināt ātrumu pārslēdzoties un ierobežo pāreju uz apgabaliem ar ievērojami mazāku jaudu.

Patiesībā to var iztikt bez klasiskās pārnesumkārbas, bet ...

Hibrīdsistēmu un jo īpaši hibrīdsistēmu, piemēram, Toyota Prius, gadījums. Šai automašīnai nav neviena no uzskaitītajiem veidiem transmisijas. Tam praktiski nav pārnesumkārbas! Tas iespējams, jo iepriekšminētos trūkumus kompensē elektrosistēma. Transmisiju aizstāj tā sauktais jaudas sadalītājs, planetārais pārnesums, kas apvieno iekšdedzes dzinēju un divas elektriskās mašīnas. Cilvēkiem, kuri nav lasījuši selektīvo skaidrojumu par tā darbību grāmatās par hibrīdsistēmām un jo īpaši par Prius izveidi (pēdējie ir pieejami mūsu vietnes ams.bg tiešsaistes versijā), mēs teiksim tikai to, ka mehānisms ļauj daļu no iekšdedzes dzinēja mehāniskās enerģijas tieši, mehāniski un daļēji pārnest elektriskajā (ar vienas mašīnas kā ģeneratora palīdzību) un atkal mehāniskajā (ar citas mašīnas kā elektromotora palīdzību) . Šīs Toyota (kuras sākotnējā ideja bija 60. gadu amerikāņu kompānija TRW) radītā ģeniāls ir nodrošināt augstu palaišanas griezes momentu, kas ļauj izvairīties no nepieciešamības pēc ļoti zemiem pārnesumiem un ļauj dzinējam darboties efektīvos režīmos. pie maksimālās slodzes, imitējot augstāko iespējamo pārnesumu, elektriskajai sistēmai vienmēr darbojoties kā buferim. Ja nepieciešama paātrinājuma un pārslēgšanas simulācija, motora apgriezienu skaits tiek palielināts, kontrolējot ģeneratoru un attiecīgi ar tā ātrumu, izmantojot sarežģītu elektronisko strāvas kontroles sistēmu. Simulējot augstus pārnesumus, pat divām automašīnām ir jāsamaina lomas, lai ierobežotu dzinēja ātrumu. Šajā brīdī sistēma pāriet "jaudas cirkulācijas" režīmā un tās efektivitāte ir ievērojami samazināta, kas izskaidro šāda veida hibrīdautomobiļu asu degvielas patēriņa rādījumu lielā ātrumā. Tādējādi šī tehnoloģija praksē ir pilsētas satiksmei ērts kompromiss, jo ir acīmredzams, ka elektriskā sistēma nevar pilnībā kompensēt klasiskās pārnesumkārbas neesamību. Lai atrisinātu šo problēmu, Honda inženieri savā jaunajā sarežģītajā hibrīda hibrīdsistēmā izmanto vienkāršu, taču ģeniālu risinājumu, lai konkurētu ar Toyota — viņi vienkārši pievieno sesto manuālo pārnesumkārbu, kas ieslēdzas ātrgaitas hibrīdmehānisma vietā. Tas viss var būt pietiekami pārliecinošs, lai parādītu ātrumkārbas nepieciešamību. Protams, ja iespējams ar lielu pārnesumu skaitu - fakts ir tāds, ka ar manuālo vadību vadītājam vienkārši nebūs ērti, lai būtu liels skaits, un cena pieaugs. Pašlaik 7 pakāpju manuālās pārnesumkārbas, piemēram, tās, kas atrodamas Porsche (uz DSG bāzes) un Chevrolet Corvette, ir diezgan reti sastopamas.

Viss sākas ar ķēdēm un jostām

Tātad dažādos apstākļos ir nepieciešamas noteiktas nepieciešamās jaudas vērtības atkarībā no ātruma un griezes momenta. Šajā vienādojumā nepieciešamība pēc efektīvas motora darbības un samazināta degvielas patēriņa papildus modernajām dzinēju tehnoloģijām transmisija kļūst par arvien nozīmīgāku izaicinājumu.

Likumsakarīgi, ka pirmā problēma, kas rodas, ir iedarbināšana - pirmajās vieglajās automašīnās izplatītākā ātrumkārbas forma bija no velosipēda aizgūta ķēdes piedziņa vai siksnas piedziņa, kas iedarbojas uz dažāda diametra siksnu skriemeļiem. Praksē nepatīkamu pārsteigumu siksnas piedziņā nebija. Tas ne tikai bija tikpat trokšņains kā ķēdes partneri, bet arī nevarēja izlauzt zobus, kas bija zināms no primitīvajiem pārnesumu mehānismiem, kurus autovadītāji tolaik dēvēja par "transmisijas salātiem". Kopš gadsimtu mijas eksperimenti tiek veikti ar tā saukto "berzes riteņu piedziņu", kurai nav ne sajūga, ne pārnesumu un kuras toroidālajās pārnesumkārbās izmanto Nissan un Mazda (par to tiks runāts vēlāk). Taču zobratu alternatīvām bija arī vairāki nopietni trūkumi – siksnas neizturēja ilgstošas ​​slodzes un pieaugošo ātrumu, tās ātri kļuva vaļīgas un saplīsa, kā arī berzes riteņu "spilventiņi" tika pakļauti pārāk straujam nodilumam. Jebkurā gadījumā īsi pēc automobiļu rūpniecības rītausmas pārnesumi kļuva nepieciešami un diezgan ilgu laiku palika vienīgā iespēja šajā posmā pārraidīt griezes momentu.

Mehāniskās transmisijas dzimšana

Leonardo da Vinči projektēja un ražoja zobratus saviem mehānismiem, taču spēcīgu, samērā precīzu un izturīgu zobratu izgatavošana kļuva iespējama tikai 1880. gadā, pateicoties atbilstošu metalurģijas tehnoloģiju pieejamībai augstas kvalitātes tērauda un metālapstrādes mašīnu radīšanai. salīdzinoši augsta darba precizitāte. Berzes zudumi pārnesumos tiek samazināti tikai līdz 2 procentiem! Tas bija brīdis, kad tie kļuva neaizstājami kā pārnesumkārbas daļa, taču problēma palika ar to apvienošanu un ievietošanu vispārējā mehānismā. Inovatīva risinājuma piemērs ir 1897. gada Daimler Phoenix, kurā dažāda izmēra pārnesumi tika "samontēti" par īstu, pēc mūsdienu izpratnes, pārnesumkārbu, kurai papildus četriem ātrumiem ir arī atpakaļgaitas pārnesums. Divus gadus vēlāk Packard kļuva par pirmo uzņēmumu, kas izmantoja labi zināmo pārnesumu sviras pozicionēšanu burta "H" galos. Nākamajās desmitgadēs pārnesumu vairs nebija, taču mehānismi turpināja uzlaboties vieglāka darba vārdā. Kārlim Bencam, kurš savas pirmās sērijveida automašīnas aprīkoja ar planētu pārnesumkārbu, izdevās izdzīvot, kad parādījās pirmās sinhronizētās pārnesumkārbas, kuras 1929. gadā radīja Cadillac un La Salle. Divus gadus vēlāk sinhronizatorus jau izmantoja Mercedes, Mathis, Maybach un Horch, bet pēc tam vēl viens Opel, Ford un Rolls-Royce. Viena detaļa – visiem bija nesinhronizēts pirmais pārnesums, kas ļoti kaitināja braucējus un prasīja īpašas prasmes. Pirmo pilnībā sinhronizēto pārnesumkārbu 1933. gada oktobrī izmantoja anglis Alvis Speed ​​Twenty, un to izveidoja slavenā vācu kompānija, kas joprojām nes nosaukumu "Gear Factory" ZF, uz kuru mēs bieži atsaucamies savā stāstā. Tikai 30. gadu vidū sinhronizatorus sāka uzstādīt citiem zīmoliem, bet lētākās automašīnās un kravas automašīnās autovadītāji turpināja cīnīties ar pārnesumu sviru, lai pārvietotos un pārslēgtu pārnesumus. Faktiski šāda veida neērtību problēmai risinājums tika meklēts daudz agrāk ar dažādu transmisijas konstrukciju palīdzību, kas arī bija vērstas uz nepārtrauktu zobratu pāru sajaukšanu un savienošanu ar vārpstu - laika posmā no 1899. līdz 1910. gadam De Dion Bouton izstrādāja interesantu transmisiju, kurā zobrati pastāvīgi tiek savienoti, un to savienojums ar sekundāro vārpstu tiek veikts, izmantojot mazus savienojumus. Panhard-Levasseur bija līdzīga attīstība, taču to attīstībā pastāvīgi ieslēgti pārnesumi bija stingri savienoti ar vārpstu, izmantojot tapas. Dizaineri, protams, nepārstāja domāt, kā atvieglot autovadītājiem un pasargāt automašīnas no nevajadzīgiem bojājumiem. 1914. gadā Cadillac inženieri nolēma izmantot savu milzīgo dzinēju jaudu un aprīkot automašīnas ar regulējamu galīgo piedziņu, kas varētu elektriski pārslēgties un mainīt pārnesumu attiecību no 4,04: līdz 2,5: 1.

20. un 30. gadi bija neticamu izgudrojumu laiks, kas ir daļa no nemitīgās zināšanu uzkrāšanas gadu gaitā. Piemēram, 1931. gadā franču kompānija Cotal radīja elektromagnētiski pārslēdzamu manuālo pārnesumkārbu, ko vadāma ar nelielu sviru uz stūres, kas, savukārt, tika apvienota ar nelielu tukšgaitas sviru, kas novietota uz grīdas. Mēs pieminam pēdējo funkciju, jo tā ļauj automašīnai izmantot tieši tik daudz pārnesumu uz priekšu, cik ir četri atpakaļgaitas pārnesumi. Tolaik par Kotāla izgudrojumu interesējās tādi prestiži zīmoli kā Delage, Delahaye, Salmson un Voisin. Papildus iepriekšminētajai dīvainajai un aizmirstajai daudzu mūsdienu aizmugures piedziņas pārnesumu "priekšrocībai", šai neticamajai pārnesumkārbai ir arī iespēja "sadarboties" ar Fleschel automātisko pārnesumu pārslēgu, kas pārslēdz pārnesumus, kad ātrums samazinās dzinēja slodzes dēļ, un patiesībā tā ir. viens no pirmajiem mēģinājumiem automatizēt procesu.

Lielākajai daļai automašīnu no 40. un 50. gadiem bija trīs pārnesumi, jo dzinēji attīstīja ne vairāk kā 4000 apgriezienus minūtē. Palielinoties apgriezieniem, griezes momentam un jaudas līknēm, trīs pārnesumi vairs neaptvēra apgriezienu diapazonu. Rezultāts bija disharmoniska kustība ar raksturīgu "satriecošu" transmisiju pacelšanas laikā un pārmērīgu piespiešanu, pārejot uz zemāku. Loģisks problēmas risinājums bija masveida pāreja uz četru ātrumu pārnesumiem 60. gados, un pirmās piecu pakāpju pārnesumkārbas 70. gados bija ievērojams pavērsiens ražotājiem, kuri ar lepnumu atzīmēja šādas pārnesumkārbas klātbūtni kopā ar modeļa attēlu uz automašīnas. Nesen klasiskā Opel Commodore īpašnieks man teica, ka, pērkot automašīnu, tā bija 3 pārnesumos un vidēji bija 20 l / 100 km. Kad viņš nomainīja pārnesumkārbu uz četrpakāpju pārnesumkārbu, patēriņš bija 15 l / 100 km, un pēc tam, kad viņš beidzot ieguva piecu ātrumu, pēdējais nokrita līdz 10 litriem.

Mūsdienās praktiski nav automašīnu ar mazāk nekā pieciem pārnesumiem, un seši ātrumi kļūst par normu kompakto modeļu augstākajās versijās. Sestā ideja vairumā gadījumu ir spēcīga ātruma samazināšana pie lieliem apgriezieniem un dažos gadījumos, kad tas nav tik ilgs un ātruma samazinājums samazinās, pārslēdzoties. Daudzpakāpju transmisijām ir īpaši pozitīva ietekme uz dīzeļdzinējiem, kuru agregātiem ir liels griezes moments, bet dīzeļdzinēja fundamentālā rakstura dēļ ievērojami samazināts darbības diapazons.

(sekot)

Teksts: Georgijs Koļevs