Тест возење Историја на пренос на автомобили - Дел 1

Во серија написи, ќе ви кажеме за историјата на менувачите за автомобили и камиони - можеби како знак на 75-годишнината од создавањето на првиот автоматски менувач.

1993 За време на тестирањето пред трката во Силверстон, тест-возачот на Вилијамс, Дејвид Култхард, ја напушти патеката за понатамошно тестирање во новиот Вилијамс FW 15C. На влажен асфалт автомобилот прска насекаде, но сепак секој може да го слушне чудниот монотон звук со голема брзина на моторот со десет цилиндри. Очигледно Френк Вилијам користи поинаков тип на пренос. На сите просветлени им е јасно дека ова не е ништо повеќе од континуирано променлива трансмисија дизајнирана да ги задоволи потребите на моторот во Формула 1. Подоцна се покажа дека е развиен со учество на сеприсутните специјалисти на Ван Дорн. Пренос на инфекција. Двете заговорни компании вложија огромни инженерски и финансиски ресурси во овој проект во изминатите четири години за да создадат целосно функционален прототип кој би можел да ги преработи правилата на динамиката во кралицата на спортовите. Моделот може да се тестира во видеото на YouTube денес, а самиот Култхард вели дека му се допаѓа како функционира - особено во аголот, каде што нема потреба да губите време при спуштање на брзината - за се се грижи електрониката. За жал, сите што работеа на проектот ги загубија плодовите на својот труд. Законодавците брзо ја забранија употребата на такви брзини во Формула 1, наводно поради „нефер предност“. Правилата беа променети и CVT со V-појаси или CVT преноси беа предадени во историјата само со овој краток изглед. Случајот е затворен и Вилијамс треба да се врати на полуавтоматските менувачи кои сè уште се стандардни во Формула 80 и кои пак беа револуционизирани во доцните 1965-ти. Патем, во далечната XNUMX година, ДАФ со менувач Variomatic направи обиди да влезе на патеката за мотоспорт, но во тоа време механизмот беше толку масивен што дури и без интервенција на субјективни фактори беше осуден на неуспех. Но, тоа е друга приказна.

Постојано дававме примери за тоа колку иновации во модерната автомобилска индустрија се резултат на стари идеи родени во главите на исклучително надарените и проникливи луѓе. Поради нивната механичка природа, менувачите се еден од најјасните примери за тоа како може да се имплементираат кога ќе дојде време. Денес, комбинацијата на напредни материјали и производствени процеси и е-влада создаде можност за неверојатно ефикасни решенија во сите форми на пренос. Трендот кон помала потрошувачка од една страна и спецификите на новите мотори со намалени димензии (на пример, потребата за брзо надминување на турбо дупката) доведуваат до потреба од создавање автоматски менувачи со поширок опсег на преносни односи и, соодветно, поголем број на брзини. Нивните попристапни алтернативи се континуирано променливите менувачи за мали автомобили, често користени од јапонските производители на автомобили и автоматските рачни менувачи како што е Изитроник. Opel (исто така за мали автомобили). Механизмите на паралелните хибридни системи се специфични и како дел од напорите за намалување на емисиите, всушност се случува електрификација на погонската линија во преносите.

Моторот не може без менувач

До денес, човештвото не измислило поефикасен метод за директен пренос на механичка енергија (со исклучок, се разбира, на хидраулични механизми и хибридни електрични системи) од методите со помош на ремени, синџири и запчаници. Се разбира, постојат безброј варијации на оваа тема, а нивната суштина може подобро да се разбере со наведување на најистакнатите случувања во оваа област во последните години.

Концептот на електронско префрлување, или електронски индиректно поврзување на контролниот механизам со менувачот, не е последниот крик, бидејќи во 1916 година компанијата Pullman од Пенсилванија создала менувач што ги менувал брзините електрично. Користејќи го истиот принцип на работа во подобрена форма, дваесет години подоцна беше инсталиран во авангардниот Cord 812 - еден од најфутуристичките и највпечатливите автомобили не само во 1936 година, кога беше создаден. Сосема е значајно што овој кабел може да се најде на корицата на книга за достигнувањата на индустрискиот дизајн. Неговата трансмисија го пренесува вртежниот момент од моторот на предната оска (!), а менувачот е директен и филигрански за тогаш воведената управувачка колона, која активира специјални електрични прекинувачи кои активираат сложен систем на електромагнетни уреди со вакуумски дијафрагми, вклучително и брзини. Дизајнерите на кабли успеаја успешно да го спојат сето ова, а одлично функционира не само во теорија, туку и во пракса. Поставувањето на времето помеѓу менувањето брзини и работата на спојката е кошмар и, според тогашните сметки, може да испрати механичар во душевна болница. Сепак, Cord беше луксузен автомобил, а неговите сопственици не можеа да си го дозволат невнимателниот однос на многу современи производители кон прецизноста на овој процес - во пракса, повеќето автоматизирани (често наречени роботски или полуавтоматски) менувачи се менуваат со карактеристично задоцнување, и често отсечен.

Никој не тврди дека синхронизацијата е многу поедноставна задача со поедноставните и повообичаени рачни менувачи на денешницата, бидејќи прашањето е „Зошто воопшто би се користел таков уред? Тоа е фундаментално по природа. Причината за овој комплексен развој, но и бизнис отворање за милијарди, лежи во самата природа на работата на моторот со внатрешно согорување. За разлика од, на пример, парниот мотор, каде што притисокот на пареата што се доставува до цилиндрите може релативно лесно да варира, а неговиот притисок може да варира за време на стартувањето и нормалната работа, или електричен мотор, каде што постои силно магнетно поле за движење на нула вртежи во минута (всушност, тогаш е најголем, а поради намалувањето на ефикасноста на електромоторите со зголемување на брзината, сите производители на менувачи за електрични возила во моментов развиваат двостепени опции) моторот со внатрешно согорување има карактеристика во која максимална моќност се постигнува при брзини блиску до максималната, а максималниот вртежен момент е во релативно мал опсег на брзини при кој се случуваат најоптималните процеси на согорување. Исто така, треба да се забележи дека во реалниот живот моторот ретко се користи на кривата на максималниот вртежен момент (соодветно на кривата на развој на максимална моќност). За жал, слабиот вртежен момент е минимален, и ако менувачот е директно споен, дури и кога спојката се откачува и се оддалечува, автомобилот никогаш нема да може да врши работи како што се стартување, забрзување и патување со широк опсег на брзина. Еве едноставен пример - ако моторот ја пренесува својата брзина 1: 1, а големината на гумата е 195/55 R 15 (засега апстрахираме од присуството на финален погон), тогаш теоретски автомобилот треба да се движи со брзина од 320 км. / ч со 3000 вртежи на коленестото вратило во минута. Се разбира, автомобилите имаат директни или блиски брзини, па дури и брзини со гасеници, а потоа и конечниот погон влегува во равенката и мора да се земе предвид. Меѓутоа, ако продолжиме со првобитната логика на расудување за возење со нормална брзина од 60 km/h во град, на моторот ќе му требаат само 560 вртежи во минута. Се разбира, нема мотор способен да направи таков расцеп. Има уште еден детал - затоа што чисто физички, моќноста е директно пропорционална на вртежниот момент и брзината (неговата формула може да се дефинира и како брзина x вртежен момент / одреден коефициент), а забрзувањето на физичкото тело зависи од силата што се применува на него. , разберете, во овој случај моќноста, логично е дека за да забрзате побрзо ќе ви требаат поголеми брзини и поголемо оптоварување (т.е. вртежен момент). Звучи комплицирано, но во пракса тоа значи следново: секој возач, дури и оние кои не разбираат ништо од технологијата, знаат дека за брзо престигнување на автомобил треба да префрлите една или дури две брзини подолу. Така, преку менувачот тој моментално обезбедува повисоки вртежи и затоа поголема моќност за оваа намена со ист степен на притисок на педалата. Ова е задача на овој уред - земајќи ги предвид карактеристиките на моторот со внатрешно согорување, за да се обезбеди негова работа во оптимален режим. Возењето во прва брзина со 100 km/h ќе биде прилично неекономично, а во шеста, погодна за автопат, невозможно е да се стартува. Не е случајно што економичното возење бара рано префрлување и максимално посилно вклучување на моторот (односно возење малку под кривата на максималниот вртежен момент). Експертите го користат терминот „ниска специфична потрошувачка на енергија“, што е во средниот опсег на брзина и блиску до максималното оптоварување. Тогаш гасниот вентил на бензинските мотори се отвора пошироко и ги намалува загубите при пумпање, го зголемува притисокот во цилиндрите и со тоа го подобрува квалитетот на хемиските реакции. Пониските брзини го намалуваат триењето и овозможуваат повеќе време за целосно полнење. Тркачките автомобили секогаш работат со големи брзини и имаат голем број на брзини (осум во Формула 1), што овозможува помали брзини на менување и го ограничува преминот во значително помали зони на моќност.

Всушност, може и без класичен менувач, но ...

Случајот на хибридните системи и, особено, комбинираните системи како што е Toyota Prius. Ова возило нема ниту еден од наведените типови на менувачи. Практично нема менувач! Ова е можно бидејќи горенаведените недостатоци се компензираат со електричниот систем. Менувачот е заменет со таканаречен уред за поделба на моќноста, планетарен механизам кој комбинира мотор со внатрешно согорување и две електрични машини. За луѓето кои не го прочитале селективното објаснување за неговата работа во книгите за хибридните системи и особено за создавањето на Prius (последниве се достапни во онлајн верзијата на нашата страница ams.bg), само ќе кажеме дека механизмот дозволува дел од механичката енергија на моторот со внатрешно согорување да се пренесе директно, механички и делумно, да се претвори во електрична (со користење на една машина како генератор) и повторно во механичка (со користење на друга машина како електричен мотор). Генијалноста на оваа креација на Тојота (чија оригинална идеја е американската компанија TRW од 60-тите) е да обезбеди висок вртежен момент при лансирањето, што ја избегнува потребата од многу ниски брзини и му овозможува на моторот да работи во ефикасни режими. при максимално оптоварување, симулирајќи ја најголемата можна брзина, додека електричниот систем секогаш делува како тампон. Кога е потребно симулирање на забрзување и надолу, брзината на моторот се зголемува со контролирање на генераторот, а со тоа и неговата брзина со помош на софистициран електронски систем за контрола на струјата. Кога се симулираат високи брзини, дури и два автомобили мора да ги менуваат улогите за да ја ограничат брзината на моторот. Во овој момент, системот оди во режим на „циркулација на енергија“ и неговата ефикасност е значително намалена, што го објаснува остриот приказ на потрошувачката на гориво на овој тип на хибридни возила при големи брзини. Така, оваа технологија е во пракса компромис, погодна за урбан сообраќај, бидејќи е очигледно дека електричниот систем не може целосно да го компензира недостатокот на класичен менувач. За да го решат овој проблем, инженерите на Honda користат едноставно, но генијално решение во нивниот нов комплексен комбиниран хибриден систем, кој е наменет да се натпреварува со Toyota - тие едноставно додаваат шести мануелен менувач, кој е вклучен на местото на хибридниот механизам со голема брзина. Сето ова може да биде доволно убедливо за да ја покаже потребата од менувач. Се разбира, ако е можно, со голем број брзини - факт е дека со рачна контрола на возачот едноставно нема да му биде удобно да има голем број, а цената ќе се зголеми. Во моментов, 7-брзински мануелни менувачи како оние што се наоѓаат во Porsche (базиран DSG) и Chevrolet Corvettes се доста ретки.

Сè започнува со синџири и ремени

Значи, различни услови бараат одредени барања за моќност во зависност од брзината и вртежниот момент. И во оваа равенка, потребата за ефикасна работа на моторот и намалена потрошувачка на гориво, покрај современата технологија на моторот, преносот станува сè поважно прашање.

Секако, почнува првиот проблем што се јавува - кај првите патнички автомобили, најчестиот облик на менувач бил погон на ланец, позајмен од велосипедот, или погон на ремен, кој делува на макари за ремени со различни дијаметри. Во пракса, немаше непријатни изненадувања во возењето со појас. Не само што беше бучен како неговите партнери со синџир, туку и не можеше да ги скрши забите, како што беше познато од примитивните механизми на менувачот што возачите во тоа време ги нарекуваа „салата за пренос“. Од почетокот на векот, се спроведуваат експерименти со таканаречениот „погон на тркалата на триење“, кој нема ниту спојка, ниту запчаник, а го користат Nissan и Mazda во нивните тороидални менувачи (ќе се дискутира подоцна). Како и да е, алтернативите на тркалата за брзини имаа и голем број сериозни недостатоци - ремените не можеа да издржат долги оптоварувања и зголемени брзини, брзо се олабавија и се скинаа, а „влошките“ на тркалата за триење се истрошија премногу брзо. Во секој случај, набргу по раѓањето на автомобилската индустрија, возовите за брзини станаа неопходни и останаа единствената опција во оваа фаза за пренос на вртежен момент прилично долг временски период.

Раѓањето на рачниот менувач

Леонардо да Винчи дизајнираше и произведуваше запчаници за своите механизми, но производството на силни, доволно точни и издржливи запчаници стана можно дури во 1880 година благодарение на достапноста на соодветни металуршки технологии за создавање висококвалитетни челици и машини за обработка на метал. релативно висока оперативна точност. Загубите од триење на менувачот се намалени на само 2 проценти! Ова беше моментот кога тие станаа незаменливи како елемент на менувачот, но проблемот остана со нивното обединување и сместување во општиот механизам. Пример за иновативно решение е Daimler Phoenix од 1897 година, во кој запчаници од различни големини се „склопувале“ во вистински, според денешното разбирање, менувач, кој покрај четирите брзини има и брзина наназад. Две години подоцна, Packard стана првата компанија што го користеше добро познатиот аранжман на рачката на менувачот "H". Во следните децении, немаше повеќе брзини, но механизмите продолжија да се подобруваат во име на олеснување на работата. Карл Бенц, кој ги опреми своите први сериски автомобили со планетарни менувачи, успеа да го преживее воведувањето на првите синхрони менувачи создадени од Cadillac и La Salle во 1929 година. Две години подоцна, синхронизаторите веќе ги користеа Mercedes, Mathis, Maybach и Horch, а потоа уште еден од Vauxhall, Ford и Rolls-Royce. Еден детал - сите имаа несинхронизирана прва брзина, што многу ги иритираше возачите и бараше посебни вештини. Првиот целосно синхронизиран менувач го користеше англискиот Alvis Speed Twenty во октомври 1933 година и беше создаден од позната германска компанија која сè уште го носи името „Gear Factory“ ZF, што често ќе го спомнуваме во нашата приказна. Дури во средината на 30-тите почнаа да се инсталираат синхронизатори на други марки, но кај поевтините автомобили и камиони, возачите продолжија да се мачат со рачката на менувачот за да се движат и да ги вклучат лизгачките брзини. Всушност, решението на проблемот со непријатностите од овој вид се барало многу порано со помош на различни преносни структури, исто така насочени кон постојано поврзување на паровите за пренос и нивно поврзување со вратилото - во периодот од 1899 до 1910 година, Де Дион Бутон разви интересен менувач во кој запчаниците се постојано во мрежа, а нивното поврзување со секундарното вратило се врши со помош на мали спојки. Панхард-Левасер имаше сличен развој, но во нивниот развој трајно зафатените запчаници беа цврсто поврзани со вратилото со помош на иглички. Дизајнерите, се разбира, не престанаа да размислуваат како да им олеснат на возачите и да ги заштитат автомобилите од непотребни оштетувања. Во 1914 година, инженерите на Cadillac одлучија дека можат да ја искористат моќта на нивните огромни мотори и да ги опремат автомобилите со променлив финален погон кој може да се префрли електрично и да дозволи менувачот да се смени од 4,04: на 2,5:1.

20-тите и 30-тите беа време на неверојатни пронајдоци кои се дел од постојаното акумулирање на знаење низ годините. На пример, во 1931 година, француската компанија Cotal создаде рачен менувач со електромагнетно менување, контролиран од мала лост на воланот, кој пак беше комбиниран со мала рачка во мирување сместена на подот. Ја спомнуваме оваа последна карактеристика бидејќи му овозможува на автомобилот да има точно исто толку брзини за напред како и за рикверц - четири. Во тоа време, таквите престижни брендови како Delage, Delahaye, Salmson и Voisin беа заинтересирани за пронајдокот на Kotal. Покрај гореспоменатата чудна и заборавена „предност“ на многу модерни единици со погон на задните тркала, овој неверојатен менувач исто така има способност да „интерактивира“ со автоматски менувач Fleschel, кој ги менува брзините кога брзината паѓа поради оптоварувањето на моторот и е во Всушност, еден од првите обиди за автоматизација на процесот.

Повеќето автомобили во 40-тите и 50-тите имаа три брзини бидејќи моторите не вртеа над 4000 вртежи во минута. Како што се зголемуваа кривите на вртежите, вртежниот момент и моќноста, трите брзини повеќе не го покриваа опсегот на вртежи. Резултатот беше нехармонично движење со карактеристично „зашеметување“ на менувачот при качување и прекумерно засилување при префрлување на пониско. Логичното решение на проблемот беше широкото усвојување на менувачи со четири брзини во 60-тите години, а првите пет-брзински преноси во 70-тите беа значаен настан за производителите, кои со гордост забележаа присуство на таков менувач заедно со имиџот на моделот. на автомобилот. Неодамна сопственикот на класичен Opel Commodore ми кажа дека кога го купил автомобилот бил во 3 брзини и во просек изнесувал 20L/100km. Кога го замени менувачот со четиристепен, потрошувачката стана 15 l/100 km, а откако конечно доби петстепен, вториот падна на 10 литри.

Денес практично нема автомобили со помалку од пет брзини, а шест брзини стануваат норма во повисоките верзии на компактни модели. Шестата идеја во повеќето случаи е силно намалување на брзината при големи брзини, а во некои случаи кога тоа не е толку долго и намалувањето на брзината паѓа при префрлување. Преносите со повеќе брзини имаат особено позитивен ефект врз дизел моторите, чии единици имаат висок вртежен момент, но значително намален опсег на работа поради фундаменталната природа на работата на дизелот.

(да се следи)

Текст: Георги Колев