Test Drive Historia e Transmisioneve të Automobilave - Pjesa 1

Në një seri artikujsh do t'ju tregojmë për historinë e transmisioneve për makina dhe kamionë - ndoshta si një shenjë me rastin e 75-vjetorit të krijimit të transmisionit të parë automatik.

1993 Gjatë testimit para garës në Silverstone, shoferi testues i Williams, David Coulthard u largua nga pista për testin tjetër në Williams FW 15C të ri. Në trotuarin e lagësht, makina spërkat kudo, por megjithatë të gjithë mund të dëgjojnë tingullin e çuditshëm monoton me shpejtësi të lartë të një motori me dhjetë cilindra. Natyrisht, Frank William përdor një lloj tjetër transmetimi. Është e qartë për të shkolluarit se ky nuk është asgjë më shumë se një transmetim i vazhdueshëm i ndryshueshëm i krijuar për të përmbushur nevojat e një motori të Formula 1. Më vonë doli se ai u zhvillua me ndihmën e specialistëve të kudondodhur të Van Doorn. transmetimi i infeksionit. Dy kompanitë konspirative kanë derdhur burime të mëdha inxhinierike dhe financiare në këtë projekt gjatë katër viteve të fundit për të krijuar një prototip plotësisht funksional që mund të rishkruajë rregullat e dinamikës në mbretëreshën e sporteve. Në videon në YouTube sot mund të shihni testet e kësaj modele dhe vetë Coulthard pohon se i pëlqen puna e saj - veçanërisht në qoshe, ku nuk ka nevojë të humbet kohë duke ulur shpejtësinë - për çdo gjë kujdeset elektronika. Fatkeqësisht, të gjithë ata që punuan në projekt humbën frytet e punës së tyre. Ligjvënësit nxituan të ndalonin përdorimin e kalimeve të tilla në Formula, gjoja për shkak të "përparësisë së padrejtë". Rregullat u ndryshuan dhe transmetimet me rrip V CVT ose CVT ishin histori vetëm me këtë paraqitje të shkurtër. Çështja është mbyllur dhe Williams duhet t'i kthehet transmetimeve gjysmë automatike, të cilat janë ende standarde në Formula 1 dhe që, nga ana tjetër, u bënë një revolucion në fund të viteve '80. Nga rruga, në vitin 1965, DAF me transmetimin Variomatic bëri përpjekje për të hyrë në pistën e motorsportit, por në atë kohë mekanizmi ishte aq masiv sa që edhe pa ndërhyrjen e faktorëve subjektivë ishte i dënuar të dështonte. Por kjo është një histori tjetër.

Ne kemi cituar vazhdimisht shembuj se sa risi në industrinë moderne të automobilave është rezultat i ideve të vjetra të lindura në kokat e njerëzve jashtëzakonisht të talentuar dhe të zgjuar. Për shkak të natyrës së tyre mekanike, kutitë e shpejtësisë janë një nga shembujt më të qartë se si mund të zbatohen kur është koha e duhur. Në ditët e sotme, kombinimi i materialeve të përparuara dhe proceseve të prodhimit dhe e-qeverisjes ka krijuar mundësinë për zgjidhje tepër efektive në të gjitha format e transmetimit. Tendenca drejt konsumit më të ulët nga njëra anë dhe specifikat e motorëve të rinj me dimensione të reduktuara (për shembull, nevoja për të kapërcyer shpejt një vrimë turbo) çojnë në nevojën për të krijuar transmetime automatike me një gamë më të gjerë të raporteve të ingranazheve dhe, në përputhje me rrethanat, një numër i madh ingranazhesh. Alternativat e tyre më të përballueshme janë CVT për makina të vogla, të përdorura shpesh nga prodhuesit japonezë të automobilave, dhe transmetimet manuale automatike të tilla si Easytronic. Opel (gjithashtu për makina të vogla). Mekanizmat e sistemeve hibride paralele janë specifike, dhe si pjesë e përpjekjeve për zvogëlimin e emetimeve, elektrifikimi i nxitjes në fakt ndodh në transmetimet.

Një motor nuk mund të bëjë pa kutinë e shpejtësisë

Deri më sot, njerëzimi nuk ka shpikur një mënyrë më efikase të transmetimit të drejtpërdrejtë të energjisë mekanike (përveç, natyrisht, mekanizmave hidraulikë dhe sistemeve elektrike hibride) sesa metodat që përdorin rripa, zinxhirë dhe ingranazhe. Sigurisht, ka shumë ndryshime në këtë temë dhe ju mund ta kuptoni më mirë thelbin e tyre duke renditur zhvillimet më të jashtëzakonshme në këtë fushë në vitet e fundit.

Koncepti i ndërrimit elektronik, ose lidhja indirekte elektronike e mekanizmit të kontrollit me kutinë e shpejtësisë, është larg thirrjes së fundit, sepse në vitin 1916 kompania Pullman e Pensilvanisë krijoi një kuti ingranazhi që ndërron ingranazhet në mënyrë elektrike. Duke përdorur të njëjtin parim pune në një formë të përmirësuar, njëzet vjet më vonë ajo u instalua në avangardën Cord 812 - një nga makinat më futuriste dhe më të mrekullueshme jo vetëm në vitin 1936, kur u krijua. Është mjaft domethënëse që ky kordon mund të gjendet në kopertinën e një libri për arritjet e dizajnit industrial. Transmetimi i tij transmeton çift rrotullues nga motori në boshtin e përparmë (!), dhe ndërrimi i marsheve është filigran i drejtpërdrejtë për përfaqësimin e atëhershëm të kolonës së drejtimit, i cili aktivizon çelsat elektrikë të veçantë që aktivizojnë një sistem kompleks pajisjesh elektromagnetike me diafragma vakum, përfshirë ingranazhet. Dizajnerët e kordonit arritën t'i kombinojnë të gjitha këto me sukses, dhe funksionon shkëlqyeshëm jo vetëm në teori, por edhe në praktikë. Ishte një makth i vërtetë për të vendosur sinkronizimin midis ndërrimit të marsheve dhe funksionimit të tufës dhe, sipas dëshmive të kohës, ishte e mundur të dërgohej një mekanik në një spital psikiatrik. Sidoqoftë, Cord ishte një makinë luksoze dhe pronarët e saj nuk mund të përballonin qëndrimin e rastësishëm të shumë prodhuesve modernë ndaj saktësisë së këtij procesi - në praktikë, transmetimet më të automatizuara (shpesh të quajtura robotikë ose gjysmë automatikë) ndërrohen me një vonesë karakteristike. dhe shpesh fryrje.

Askush nuk po pretendon se sinkronizimi është një detyrë shumë më e lehtë me transmetimet manuale më të thjeshta dhe më të përhapura sot, sepse pyetja "Pse është e nevojshme të përdoret fare një pajisje e tillë?" Ka një karakter themelor. Arsyeja për këtë ngjarje komplekse, por edhe hapja e një vendi të biznesit për miliarda, qëndron në vetë natyrën e motorit me djegie. Ndryshe, për shembull, nga një motor me avull, ku presioni i avullit të furnizuar në cilindra mund të ndryshojë relativisht lehtë dhe presioni i tij mund të ndryshojë gjatë ndezjes dhe funksionimit normal, ose nga një motor elektrik, në të cilin një fushë magnetike e fortë lëvizëse ekziston edhe me shpejtësi zero. në minutë (në fakt, atëherë është më e larta, dhe për shkak të uljes së efikasitetit të motorëve elektrikë me shpejtësi në rritje, të gjithë prodhuesit e transmisioneve për automjetet elektrike aktualisht po zhvillojnë opsione me dy faza) një brendshme motori me djegie ka një karakteristikë në të cilën fuqia maksimale arrihet me shpejtësi afër maksimumit, dhe çift rrotullues maksimal - në një gamë relativisht të vogël shpejtësish, në të cilat ndodhin proceset më optimale të djegies. Duhet gjithashtu të theksohet se në jetën reale, motori përdoret rrallë në lakoren e momentit maksimal (përkatësisht, në kurbën e zhvillimit maksimal të energjisë). Për fat të keq, çift rrotullimi në rrotullime të ulëta është minimal, dhe nëse transmetimi është i lidhur drejtpërdrejt, madje edhe me një tufë që shkëputet dhe lejon fillimin, makina kurrë nuk do të jetë në gjendje të kryejë aktivitete të tilla si fillimi, përshpejtimi dhe vozitja në një gamë të gjerë shpejtësie. Këtu është një shembull i thjeshtë - nëse motori transmeton shpejtësinë e tij 1: 1, dhe madhësia e gomave është 195/55 R 15 (për momentin, duke abstraktuar nga prania e marsheve kryesore), atëherë teorikisht makina duhet të lëvizë me një shpejtësi prej 320 km. / orë me 3000 rrotullime të boshtit të boshtit në minutë. Sigurisht, makinat kanë ingranazhe të drejtpërdrejta ose të afërta dhe madje edhe ingranazhe zvarritëse, në këtë rast edhe makina përfundimtare hyn në ekuacion dhe duhet të merret parasysh. Sidoqoftë, nëse vazhdojmë logjikën origjinale të arsyetimit në lidhje me ngarjen me një shpejtësi normale prej 60 km / orë në qytet, motori do të duhet vetëm 560 rpm. Sigurisht, nuk ka asnjë motor të aftë të bëjë një spango të tillë. Ekziston edhe një detaj - sepse, thjesht fizikisht, fuqia është drejtpërdrejt proporcionale me çift rrotullues dhe shpejtësi (formula e saj mund të përcaktohet gjithashtu si shpejtësi x çift rrotullues / një koeficient i caktuar), dhe nxitimi i një trupi fizik varet nga forca e aplikuar ndaj tij . , kuptoni, në këtë rast, fuqinë, është logjike që për përshpejtim më të shpejtë do t'ju duhet shpejtësi më të larta dhe më shumë ngarkesë (d.m.th. çift ​​rrotullues). Tingëllon e komplikuar, por në praktikë kjo nënkupton sa vijon: çdo shofer, edhe ai që nuk kupton asgjë në teknologji, e di se për të kapërcyer shpejt një makinë, duhet të zhvendosësh një ose edhe dy ingranazhe më poshtë. Kështu, është me kutinë e shpejtësisë që jep menjëherë rrotullime më të larta dhe për këtë arsye më shumë fuqi për këtë qëllim me të njëjtin presion të pedalit. Kjo është detyra e kësaj pajisjeje - duke marrë parasysh karakteristikat e motorit me djegie të brendshme, për të siguruar funksionimin e tij në mënyrën optimale. Ngasja në marshin e parë me një shpejtësi prej 100 km / orë do të jetë joekonomike, dhe në të gjashtin, e përshtatshme për pistën, është e pamundur të fillosh. Nuk është rastësi që ngasja ekonomike kërkon ndërrime të hershme të ingranazheve dhe motori të funksionojë me ngarkesë të plotë (d.m.th. të vozitet pak nën lakoren maksimale të çift rrotullimit). Ekspertët përdorin termin "konsum i ulët specifik i energjisë", i cili është në intervalin e revit të mesëm dhe afër ngarkesës maksimale. Pastaj valvula e mbytjes së motorëve të benzinës hapet më gjerë dhe zvogëlon humbjet e pompimit, rrit presionin e cilindrit dhe në këtë mënyrë përmirëson cilësinë e reaksioneve kimike. Shpejtësitë më të ngadalta zvogëlojnë fërkimet dhe lejojnë më shumë kohë për tu mbushur plotësisht. Makinat e garës gjithmonë drejtojnë me shpejtësi të lartë dhe kanë një numër të madh ingranazhesh (tetë në Formula 1), gjë që lejon uljen e shpejtësisë kur zhvendoset dhe kufizon kalimin në zona me fuqi më të vogël.

Në fakt, mund të bëjë pa një kuti shpejtësie klasike, por ...

Rasti i sistemeve hibride dhe në veçanti sistemeve hibride si Toyota Prius. Kjo makinë nuk ka një transmision të asnjë prej llojeve të listuara. Praktikisht nuk ka kuti ingranazhi! Kjo është e mundur sepse të metat e lartpërmendura kompensohen nga sistemi elektrik. Transmisioni zëvendësohet nga një i ashtuquajtur ndarës i fuqisë, një ingranazh planetar që kombinon një motor me djegie të brendshme dhe dy makina elektrike. Për njerëzit që nuk e kanë lexuar shpjegimin selektiv të funksionimit të tij në libra mbi sistemet hibride dhe veçanërisht për krijimin e Prius (këto të fundit janë të disponueshme në versionin online të faqes sonë ams.bg), do të themi vetëm se mekanizmi lejon një pjesë e energjisë mekanike të motorit me djegie të brendshme të transferohet drejtpërdrejt, mekanikisht dhe pjesërisht, të shndërrohet në elektrike (me ndihmën e një makine si gjenerator) dhe përsëri në mekanike (me ndihmën e një makinerie tjetër si motor elektrik) . Gjeniu i këtij krijimi nga Toyota (ideja origjinale e së cilës ishte kompania amerikane TRW nga vitet '60) është të sigurojë çift rrotullues të lartë të fillimit, i cili shmang nevojën për marshe shumë të ulëta dhe lejon motorin të funksionojë në modalitete efikase. me ngarkesë maksimale, duke simuluar marshin më të lartë të mundshëm, me sistemin elektrik që vepron gjithmonë si një tampon. Kur kërkohet simulimi i përshpejtimit dhe uljes, shpejtësia e motorit rritet duke kontrolluar gjeneratorin dhe, në përputhje me rrethanat, me shpejtësinë e tij duke përdorur një sistem të sofistikuar elektronik të kontrollit të rrymës. Kur simuloni ingranazhe të larta, edhe dy makina duhet të ndryshojnë rolet për të kufizuar shpejtësinë e motorit. Në këtë pikë, sistemi hyn në modalitetin e "qarkullimit të energjisë" dhe efikasiteti i tij ulet ndjeshëm, gjë që shpjegon shfaqjen e mprehtë të konsumit të karburantit të këtij lloji të automjeteve hibride me shpejtësi të lartë. Kështu, kjo teknologji është në praktikë një kompromis i përshtatshëm për trafikun urban, pasi është e qartë se sistemi elektrik nuk mund të kompensojë plotësisht mungesën e një kuti ingranazhi klasik. Për të zgjidhur këtë problem, inxhinierët e Honda-s po përdorin një zgjidhje të thjeshtë por gjeniale në sistemin e tyre të ri të sofistikuar hibrid për të konkurruar me Toyota-n - ata thjesht shtojnë një transmetim të gjashtë manual që angazhohet në vend të mekanizmit hibrid me shpejtësi të lartë. E gjithë kjo mund të jetë mjaft bindëse për të treguar nevojën për një kuti ingranazhi. Sigurisht, nëse është e mundur me një numër të madh ingranazhesh - fakti është se me kontroll manual thjesht nuk do të jetë komode që shoferi të ketë një numër të madh, dhe çmimi do të rritet. Për momentin, transmetimet manuale me 7 shpejtësi si ato që gjenden në Porsche (bazuar në DSG) dhe Chevrolet Corvettes janë mjaft të rralla.

Gjithçka fillon me zinxhirë dhe rripa

Pra, kushte të ndryshme kërkojnë vlera të caktuara të fuqisë së kërkuar në varësi të shpejtësisë dhe çift rrotullues. Dhe në këtë ekuacion, nevoja për funksionim efikas të motorit dhe konsum të reduktuar të karburantit, përveç teknologjisë moderne të motorit, transmetimi po bëhet një sfidë gjithnjë e më e rëndësishme.

Natyrisht, problemi i parë që lind po fillon - në makinat e para të pasagjerëve, forma më e zakonshme e kutisë së marsheve ishte një zinxhir, i huazuar nga një biçikletë, ose një makinë rripi që vepronte në rrotullat e rripit me diametra të ndryshëm. Në praktikë, nuk kishte surpriza të pakëndshme në lëvizjen e rripit. Jo vetëm që ishte aq i zhurmshëm sa partnerët e tij të zinxhirit, por gjithashtu nuk mund të thyente dhëmbët, gjë që njihej nga mekanizmat primitivë të marsheve që shoferët në atë kohë i referoheshin si "marule transmisioni". Që nga fillimi i shekullit, janë kryer eksperimente me të ashtuquajturin "motor i fërkimit", i cili nuk ka tufë ose marsha, dhe përdor Nissan dhe Mazda në kutitë e tyre toroidale (të cilat do të diskutohen më vonë). Sidoqoftë, alternativat për rrotat e ingranazheve kishin gjithashtu një numër të metash serioze - rripat nuk mund t'i rezistonin ngarkesave të zgjatura dhe shpejtësive në rritje, ato shpejt u liruan dhe u grisën, dhe "jastëkët" e rrotave të fërkimit iu nënshtruan konsumimit shumë të shpejtë. Në çdo rast, menjëherë pas agimit të industrisë së automobilave, ingranazhet u bënë të nevojshme dhe mbetën opsioni i vetëm në këtë fazë për transmetimin e çift rrotullues për një periudhë mjaft të gjatë kohore.

Lindja e një transmetimi mekanik

Leonardo da Vinci projektoi dhe prodhoi ingranazhe për mekanizmat e tij, por prodhimi i ingranazheve të forta, të arsyeshme dhe të qëndrueshme u bë i mundur vetëm në 1880 falë disponueshmërisë së teknologjive të përshtatshme metalurgjike për krijimin e çeliqeve me cilësi të lartë dhe makinave të përpunimit të metaleve. saktësi relativisht e lartë e punës. Humbjet e fërkimit në ingranazhet zvogëlohen në vetëm 2 përqind! Ky ishte momenti kur ata u bënë të domosdoshëm si pjesë e kutisë së shpejtësisë, por problemi mbeti me bashkimin dhe vendosjen e tyre në mekanizmin e përgjithshëm. Një shembull i një zgjidhjeje inovative është Daimler Phoenix nga 1897, në të cilin ingranazhet e madhësive të ndryshme u "montuan" në një kuti ingranazhi të vërtetë, sipas kuptimit të sotëm, i cili, përveç katër shpejtësive, gjithashtu ka një ingranazh të kundërt. Dy vjet më vonë, Packard u bë kompania e parë që përdori pozicionimin e mirënjohur të levës së ingranazheve në skajet e shkronjës "H". Në dekadat në vijim, ingranazhet nuk ishin më, por mekanizmat vazhduan të përmirësoheshin në emër të punës më të lehtë. Carl Benz, i cili pajisi makinat e tij të para të prodhimit me një kuti ingranazhi planetar, arriti të mbijetojë në shfaqjen e kutive të para të sinkronizuara të krijuara nga Cadillac dhe La Salle në 1929. Dy vjet më vonë, sinkronizuesit tashmë ishin në përdorim nga Mercedes, Mathis, Maybach dhe Horch, dhe më pas një tjetër Vauxhall, Ford dhe Rolls-Royce. Një detaj - të gjithë kishin një marsh të parë të pasinkronizuar, i cili i bezdiste shumë shoferët dhe kërkonte aftësi të veçanta. Kutia e parë e sinkronizuar plotësisht u përdor nga anglezi Alvis Speed ​​Twenty në Tetor 1933 dhe u krijua nga kompania e famshme gjermane, e cila ende mban emrin "Gear Factory" ZF, të cilës shpesh do t'i referohemi në historinë tonë. Deri në mesin e viteve 30 sinkronizuesit filluan të instalohen në marka të tjera, por në makina dhe kamionë më të lirë, shoferët vazhduan të luftonin me levën e ingranazheve për të lëvizur dhe ndryshuar ingranazhet. Në fakt, një zgjidhje për problemin e këtij lloj shqetësimi u kërkua shumë më herët me ndihmën e strukturave të ndryshme të transmetimit, të synuara gjithashtu në lidhjen e vazhdueshme të çifteve të ingranazheve dhe lidhjen e tyre me boshtin - në periudhën nga 1899 deri në 1910, De Dion Bouton zhvilloi një transmetim interesant në të cilin ingranazhet janë rrjetë vazhdimisht, dhe lidhja e tyre me boshtin sekondar kryhet duke përdorur bashkime të vogla. Panhard-Levasseur kishte një zhvillim të ngjashëm, por në zhvillimin e tyre, ingranazhet e angazhuara përgjithmonë ishin të lidhura fort me boshtin duke përdorur kunjat. Dizajnerët, natyrisht, nuk pushuan së menduari se si ta bëjnë më të lehtë për shoferët dhe të mbrojnë makinat nga dëmtimet e panevojshme. Në vitin 1914, inxhinierët Cadillac vendosën që ata të mund të shfrytëzonin fuqinë e motorëve të tyre të mëdhenj dhe të pajisnin makinat me një makinë përfundimtare të rregullueshme që mund të zhvendosej elektrikisht dhe të ndryshonte raportin e ingranazheve nga 4,04: në 2,5: 1.

Vitet 20 dhe 30 ishin një kohë e shpikjeve të jashtëzakonshme që janë pjesë e akumulimit të vazhdueshëm të njohurive ndër vite. Për shembull, në vitin 1931, kompania franceze Cotal krijoi një transmetim manual të zhvendosur elektromagnetikisht të kontrolluar nga një levë e vogël në timon, e cila, nga ana tjetër, u kombinua me një levë të vogël boshe të vendosur në dysheme. Përmendim veçorinë e fundit sepse lejon që makina të ketë saktësisht aq marsha përpara sa ka katër marsha mbrapa. Në atë kohë, markat prestigjioze si Delage, Delahaye, Salmson dhe Voisin ishin të interesuara për shpikjen e Kotalit. Përveç "përparësisë" së lartpërmendur të çuditshme dhe të harruar të shumë marsheve moderne me rrota të pasme, kjo kuti ingranazhi e pabesueshme ka gjithashtu aftësinë të "ndërveprojë" me një ndërrues automatik Fleschel që ndërron marshin kur shpejtësia bie për shkak të ngarkesës së motorit dhe në fakt është një nga përpjekjet e para për të automatizuar procesin.

Shumica e makinave nga vitet 40 dhe 50 kishin tre ingranazhe sepse motorët nuk zhvillonin më shumë se 4000 rpm. Me rritjen e rrotullimeve, çift rrotullues dhe kthesat e fuqisë, të tre ingranazhet nuk mbulonin më diapazonin e rrotullimeve. Rezultati ishte një lëvizje jo-harmonike me një transmetim karakteristik "mahnitës" gjatë ngritjes dhe forcë e tepruar kur zhvendoset në një më të ulët. Zgjidhja logjike e problemit ishte zhvendosja masive në ingranazhe me katër shpejtësi në vitet '60, dhe kutitë e para me pesë shpejtësi në vitet '70 ishin një moment i rëndësishëm për prodhuesit, të cilët me krenari vunë re praninë e një kutie të tillë të shpejtësisë së bashku me imazhin e modelit në makinë. Kohët e fundit pronari i një Opel Commodore klasik më tha se kur bleu makinën, ajo ishte në 3 ingranazhe dhe mesatarisht 20 l / 100 km. Kur ai ndryshoi kutinë e shpejtësisë në një kambio me katër shpejtësi, konsumi ishte 15 l / 100 km, dhe pasi më në fund mori një pesë shpejtësi, ky i fundit ra në 10 litra.

Sot, praktikisht nuk ka makina me më pak se pesë ingranazhe dhe gjashtë shpejtësi po bëhen normë në versionet më të larta të modeleve kompakte. Ideja e gjashtë në shumicën e rasteve është një zvogëlim i fortë i shpejtësisë në rrotullime të larta, dhe në disa raste, kur nuk është aq i gjatë dhe ulja e shpejtësisë bie kur zhvendoset. Transmisionet me shumë faza kanë një efekt veçanërisht pozitiv në motorët me naftë, njësitë e të cilave kanë një çift rrotullues të lartë, por një gamë funksionimi të reduktuar ndjeshëm për shkak të natyrës themelore të motorit me naftë.

(ta ndjek)

Teksti: Georgy Kolev