Pandu uji Sejarah penghantaran kereta - Bahagian 1

Dalam satu siri artikel, kami akan memberitahu anda tentang sejarah transmisi untuk kereta dan trak - mungkin sebagai tanda sambutan ulang tahun ke-75 penciptaan transmisi automatik pertama.

1993 Semasa ujian pra-perlumbaan di Silverstone, pemandu ujian Williams David Coulthard meninggalkan trek untuk ujian seterusnya dalam Williams FW 15C yang baharu. Di atas turapan yang basah, kereta itu terpercik ke mana-mana, tetapi masih semua orang boleh mendengar bunyi kelajuan tinggi yang membosankan yang aneh dari enjin sepuluh silinder. Jelas sekali, Frank William menggunakan jenis transmisi yang berbeza. Adalah jelas kepada yang tercerahkan bahawa ini tidak lebih daripada transmisi berubah-ubah berterusan yang direka untuk memenuhi keperluan enjin Formula 1. Kemudian ternyata ia dibangunkan dengan bantuan pakar Van Doorn yang ada di mana-mana. penularan jangkitan. Kedua-dua syarikat yang berkomplot itu telah mencurahkan sumber kejuruteraan dan kewangan yang besar ke dalam projek ini sejak empat tahun lalu untuk mencipta prototaip berfungsi sepenuhnya yang boleh menulis semula peraturan dinamik dalam ratu sukan. Dalam video YouTube hari ini, anda boleh melihat ujian model ini, dan Coulthard sendiri mendakwa bahawa dia suka kerjanya - terutamanya di sudut, di mana tidak perlu membuang masa untuk menukar ke bawah - semuanya diuruskan oleh elektronik. Malangnya, semua orang yang bekerja pada projek itu kehilangan hasil kerja mereka. Penggubal undang-undang pantas melarang penggunaan pas sedemikian dalam Formula, didakwa disebabkan "kelebihan yang tidak adil". Peraturan telah diubah dan transmisi CVT atau CVT tali pinggang V adalah sejarah dengan hanya penampilan ringkas ini. Kes itu ditutup dan Williams harus kembali kepada transmisi separa automatik, yang masih standard dalam Formula 1 dan yang, seterusnya, menjadi revolusi pada akhir 80-an. Ngomong-ngomong, pada tahun 1965, DAF dengan transmisi Variomatic membuat percubaan untuk memasuki trek sukan permotoran, tetapi pada masa itu mekanismenya sangat besar sehingga walaupun tanpa campur tangan faktor subjektif ia ditakdirkan untuk gagal. Tetapi itu cerita lain.

Kami telah berulang kali menyebut contoh berapa banyak inovasi dalam industri automotif moden adalah hasil idea lama yang dilahirkan di kepala orang yang sangat berbakat dan arif. Kerana sifat mekanikalnya, kotak gear adalah salah satu contoh utama bagaimana ia dapat dilaksanakan ketika waktunya tepat. Pada masa kini, gabungan bahan canggih dan proses pembuatan dan e-kerajaan telah mewujudkan peluang untuk penyelesaian yang sangat berkesan dalam semua bentuk penghantaran. Kecenderungan ke arah penggunaan yang lebih rendah di satu pihak dan spesifikasi enjin baru dengan dimensi yang berkurang (contohnya, keperluan untuk mengatasi lubang turbo dengan cepat) menyebabkan perlunya membuat transmisi automatik dengan nisbah gear yang lebih luas dan, dengan demikian, sebilangan besar gear. Alternatif mereka yang lebih berpatutan adalah CVT untuk kereta kecil, yang sering digunakan oleh pembuat kenderaan Jepun, dan transmisi manual automatik seperti Easytronic. Opel (juga untuk kereta kecil). Mekanisme sistem hibrid selari adalah spesifik, dan sebagai sebahagian daripada usaha pengurangan pelepasan, penggerak elektrik sebenarnya berlaku dalam transmisi.

Enjin tidak dapat dilakukan tanpa kotak gear

Sehingga kini, manusia belum mencipta kaedah penghantaran tenaga mekanikal langsung yang lebih cekap (kecuali, tentu saja, mekanisme hidraulik dan sistem elektrik hibrid) daripada kaedah menggunakan tali pinggang, rantai dan roda gigi. Sudah tentu, terdapat banyak variasi mengenai topik ini, dan anda dapat memahami intinya dengan lebih baik dengan menyenaraikan perkembangan yang paling luar biasa di kawasan ini dalam beberapa tahun kebelakangan ini.

Konsep peralihan elektronik, atau sambungan tidak langsung elektronik mekanisme kawalan ke kotak gear, jauh dari seruan terakhir, kerana pada tahun 1916 syarikat Pullman Pennsylvania mencipta kotak gear yang menukar gear secara elektrik. Menggunakan prinsip kerja yang sama dalam bentuk yang lebih baik, dua puluh tahun kemudian ia dipasang di avant-garde Cord 812 - salah satu kereta paling futuristik dan indah bukan sahaja pada tahun 1936, apabila ia dicipta. Cukup penting bahawa kord ini boleh didapati pada kulit buku tentang pencapaian reka bentuk perindustrian. Transmisinya menghantar tork dari enjin ke gandar hadapan (!), dan anjakan gear adalah kerawang langsung untuk perwakilan lajur stereng ketika itu, yang mengaktifkan suis elektrik khas yang mengaktifkan sistem kompleks peranti elektromagnet dengan diafragma vakum, termasuk gear. Pereka kord berjaya menggabungkan semua ini dengan jayanya, dan ia berfungsi dengan baik bukan sahaja dalam teori, tetapi juga dalam amalan. Ia adalah mimpi ngeri sebenar untuk menyediakan penyegerakan antara penukaran gear dan operasi klac, dan, menurut bukti masa itu, adalah mungkin untuk menghantar seorang mekanik ke hospital psikiatri. Walau bagaimanapun, Cord adalah sebuah kereta mewah, dan pemiliknya tidak mampu menerima sikap santai kebanyakan pengeluar moden terhadap ketepatan proses ini - dalam praktiknya, kebanyakan transmisi automatik (sering dipanggil robotik atau separa automatik) beralih dengan kelewatan ciri, dan sering tiupan angin.

Tiada siapa yang mendakwa bahawa penyegerakan adalah tugas yang lebih mudah dengan penghantaran manual yang lebih mudah dan lebih meluas hari ini, kerana soalan "Mengapa perlu menggunakan peranti sedemikian sama sekali?" Mempunyai watak asas. Sebab untuk peristiwa yang kompleks ini, tetapi juga membuka peluang perniagaan untuk berbilion-bilion, terletak pada sifat enjin pembakaran. Tidak seperti, sebagai contoh, enjin stim, di mana tekanan stim yang dibekalkan kepada silinder boleh berubah dengan agak mudah, dan tekanannya boleh berubah semasa permulaan dan operasi biasa, atau daripada motor elektrik, di mana medan magnet memandu yang kuat. juga wujud pada kelajuan sifar. seminit (sebenarnya, ia adalah yang tertinggi, dan disebabkan penurunan kecekapan motor elektrik dengan kelajuan yang semakin meningkat, semua pengeluar transmisi untuk kenderaan elektrik sedang membangunkan pilihan dua peringkat) dalaman enjin pembakaran mempunyai ciri di mana kuasa maksimum dicapai pada kelajuan hampir maksimum, dan tork maksimum - dalam julat kelajuan yang agak kecil, di mana proses pembakaran yang paling optimum berlaku. Perlu juga diperhatikan bahawa dalam kehidupan nyata mesin jarang digunakan pada kurva torsi maksimum (sesuai dengan kurva pengembangan daya maksimum). Malangnya, tork pada putaran rendah adalah minimum, dan jika transmisi disambungkan secara langsung, walaupun dengan klac yang melepaskan dan memungkinkan untuk memulakan, kereta tidak akan dapat melakukan aktiviti seperti memulakan, mempercepat dan memandu pada jarak kelajuan yang luas. Berikut adalah contoh mudah - jika enjin menghantar kelajuannya 1: 1, dan saiz tayar ialah 195/55 R 15 (buat masa ini, mengabstraksi dari kehadiran gear utama), maka secara teorinya kereta itu harus bergerak pada kelajuan 320 km. / h pada 3000 putaran engkol per minit. Sudah tentu, kereta mempunyai gear langsung atau dekat dan juga gear crawler, dalam hal ini pemacu terakhir juga masuk dalam persamaan dan mesti diambil kira. Namun, jika kita meneruskan logik akal untuk memandu dengan kelajuan normal 60 km / j di bandar, mesin hanya memerlukan 560 rpm. Sudah tentu, tidak ada motor yang mampu melakukan putaran seperti itu. Terdapat satu lagi butiran - kerana, secara fizikal semata-mata, kuasa adalah berkadar terus dengan tork dan kelajuan (formulanya juga boleh ditakrifkan sebagai kelajuan x tork / pekali tertentu), dan pecutan badan fizikal bergantung pada daya yang dikenakan padanya. . , fahami, dalam kes ini, kekuatannya, adalah logik bahawa untuk pecutan yang lebih cepat, anda memerlukan kelajuan yang lebih tinggi dan lebih banyak beban (iaitu tork). Kedengarannya rumit, tetapi dalam praktiknya ini bermaksud yang berikut: setiap pemandu, walaupun yang tidak memahami apa-apa dalam teknologi, tahu bahawa untuk menyalak kereta dengan cepat, anda perlu menggeser satu atau dua gear lebih rendah. Oleh itu, dengan gearbox ia dengan serta-merta memberikan putaran yang lebih tinggi dan oleh itu lebih banyak tenaga untuk tujuan ini dengan tahap tekanan pedal yang sama. Ini adalah tugas peranti ini - dengan mengambil kira ciri-ciri enjin pembakaran dalaman, untuk memastikan operasinya dalam mod optimum. Memandu dengan gear pertama dengan kelajuan 100 km / j agak tidak ekonomik, dan di tangga keenam, sesuai untuk trek, mustahil untuk dilalui. Bukan kebetulan bahawa pemanduan yang ekonomik memerlukan pergeseran gear awal dan mesin berjalan dengan beban penuh (iaitu memandu sedikit di bawah keluk tork maksimum). Pakar menggunakan istilah "penggunaan daya spesifik rendah", yang berada dalam julat putaran tengah dan hampir dengan beban maksimum. Kemudian injap pendikit mesin petrol terbuka lebih luas dan mengurangkan kehilangan pam, meningkatkan tekanan silinder dan dengan itu meningkatkan kualiti tindak balas kimia. Kelajuan yang lebih rendah mengurangkan geseran dan memberi lebih banyak masa untuk mengisi sepenuhnya. Kereta lumba selalu berjalan pada kelajuan tinggi dan memiliki sebilangan besar roda gigi (lapan di Formula 1), yang memungkinkan untuk mengurangkan kelajuan ketika beralih dan membatasi peralihan ke kawasan dengan daya yang jauh lebih sedikit.

Sebenarnya, ia boleh dilakukan tanpa kotak gear klasik, tetapi ...

Kes sistem hibrid dan khususnya sistem hibrid seperti Toyota Prius. Kereta ini tidak mempunyai transmisi mana-mana jenis yang disenaraikan. Ia hampir tiada kotak gear! Ini mungkin kerana kekurangan yang disebutkan di atas dikompensasikan oleh sistem elektrik. Transmisi digantikan oleh pembahagi kuasa yang dipanggil, gear planet yang menggabungkan enjin pembakaran dalaman dan dua mesin elektrik. Bagi orang yang belum membaca penjelasan terpilih mengenai operasinya dalam buku mengenai sistem hibrid dan terutamanya mengenai penciptaan Prius (yang terakhir tersedia pada versi dalam talian laman web kami ams.bg), kami hanya akan mengatakan bahawa mekanisme itu membenarkan sebahagian daripada tenaga mekanikal enjin pembakaran dalaman untuk dipindahkan secara langsung, mekanikal dan separa, ditukar kepada elektrik (dengan bantuan satu mesin sebagai penjana) dan sekali lagi kepada mekanikal (dengan bantuan mesin lain sebagai motor elektrik) . Kehebatan ciptaan Toyota ini (yang idea asalnya ialah syarikat Amerika TRW dari tahun 60-an) adalah untuk memberikan tork permulaan yang tinggi, yang mengelakkan keperluan untuk gear yang sangat rendah dan membolehkan enjin beroperasi dalam mod yang cekap. pada beban maksimum, mensimulasikan gear tertinggi yang mungkin, dengan sistem elektrik sentiasa bertindak sebagai penampan. Apabila simulasi pecutan dan anjakan turun diperlukan, kelajuan enjin ditingkatkan dengan mengawal penjana dan, dengan itu, dengan kelajuannya menggunakan sistem kawalan arus elektronik yang canggih. Apabila mensimulasikan gear tinggi, walaupun dua kereta perlu menukar peranan untuk mengehadkan kelajuan enjin. Pada ketika ini, sistem memasuki mod "peredaran kuasa" dan kecekapannya berkurangan dengan ketara, yang menerangkan paparan tajam penggunaan bahan api jenis kenderaan hibrid ini pada kelajuan tinggi. Oleh itu, teknologi ini dalam praktiknya adalah kompromi yang mudah untuk lalu lintas bandar, kerana jelas bahawa sistem elektrik tidak dapat mengimbangi sepenuhnya ketiadaan kotak gear klasik. Untuk menyelesaikan masalah ini, jurutera Honda menggunakan penyelesaian yang ringkas namun bijak dalam sistem hibrid canggih baharu mereka untuk bersaing dengan Toyota - mereka hanya menambah transmisi manual keenam yang menggantikan mekanisme hibrid berkelajuan tinggi. Semua ini mungkin cukup meyakinkan untuk menunjukkan keperluan untuk kotak gear. Sudah tentu, jika boleh dengan sebilangan besar gear - hakikatnya dengan kawalan manual ia tidak akan selesa untuk pemandu mempunyai bilangan yang besar, dan harga akan meningkat. Pada masa ini, transmisi manual 7-kelajuan seperti yang terdapat dalam Porsche (berdasarkan DSG) dan Chevrolet Corvettes agak jarang berlaku.

Semuanya bermula dengan rantai dan tali pinggang

Oleh itu, keadaan yang berbeza memerlukan nilai daya yang diperlukan bergantung pada kelajuan dan tork. Dan dalam persamaan ini, keperluan untuk operasi enjin yang cekap dan pengurangan penggunaan bahan bakar, selain teknologi enjin moden, transmisi menjadi cabaran yang semakin penting.

Sememangnya, masalah pertama yang timbul adalah bermula - dalam kereta penumpang pertama, bentuk kotak gear yang paling biasa adalah pemacu rantai, yang dipinjam dari basikal, atau pemacu tali pinggang yang bertindak pada takal tali pinggang dengan diameter yang berbeza. Dalam amalan, tiada kejutan yang tidak menyenangkan dalam pemacu tali pinggang. Ia bukan sahaja bising seperti rakan rantainya, tetapi ia juga tidak boleh mematahkan gigi, yang diketahui daripada mekanisme gear primitif yang pada masa itu disebut pemandu sebagai "lettuce penghantaran". Sejak permulaan abad ini, eksperimen telah dijalankan dengan apa yang dipanggil "pemacu roda geseran", yang tidak mempunyai klac atau gear, dan menggunakan Nissan dan Mazda dalam kotak gear toroidal mereka (yang akan dibincangkan kemudian). Walau bagaimanapun, alternatif kepada roda gear juga mempunyai beberapa kelemahan yang serius - tali pinggang tidak dapat menahan beban yang berpanjangan dan kelajuan yang semakin meningkat, ia cepat menjadi longgar dan koyak, dan "pad" roda geseran tertakluk kepada haus terlalu cepat. Walau apa pun, sejurus selepas fajar industri automotif, gear menjadi perlu dan kekal sebagai satu-satunya pilihan pada peringkat ini untuk menghantar tork untuk jangka masa yang agak lama.

Kelahiran transmisi mekanikal

Leonardo da Vinci merancang dan mengeluarkan roda gigi roda untuk mekanismenya, tetapi pengeluaran roda gigi yang kuat, tepat dan tahan lama menjadi mungkin hanya pada tahun 1880 berkat adanya teknologi metalurgi yang sesuai untuk membuat keluli berkualiti tinggi dan mesin kerja logam. ketepatan kerja yang agak tinggi. Kerugian geseran pada gear dikurangkan kepada hanya 2 peratus! Ini adalah saat ketika mereka menjadi sangat diperlukan sebagai bagian dari kotak gear, tetapi masalahnya tetap dengan penyatuan dan penempatan mereka dalam mekanisme umum. Contoh penyelesaian inovatif adalah Daimler Phoenix tahun 1897, di mana roda gigi pelbagai ukuran "dipasang" menjadi nyata, menurut pemahaman hari ini, sebuah kotak gear, yang, selain empat kelajuan, juga memiliki gigi mundur. Dua tahun kemudian, Packard menjadi syarikat pertama yang menggunakan kedudukan tuas gear yang terkenal di hujung huruf "H". Dalam beberapa dekad berikutnya, roda gigi tidak lagi, tetapi mekanisme terus diperbaiki atas nama pekerjaan yang lebih mudah. Carl Benz, yang melengkapkan kereta produksi pertamanya dengan kotak gear planet, berjaya bertahan dengan penampilan kotak gear segerak pertama yang dikembangkan oleh Cadillac dan La Salle pada tahun 1929. Dua tahun kemudian, penyegerak sudah digunakan oleh Mercedes, Mathis, Maybach dan Horch, dan kemudian Vauxhall, Ford dan Rolls-Royce yang lain. Satu perincian - semuanya mempunyai gear pertama yang tidak disegerakkan, yang sangat menjengkelkan pemandu dan memerlukan kemahiran khas. Kotak gear pertama yang disegerakkan sepenuhnya digunakan oleh English Alvis Speed Twenty pada Oktober 1933 dan dicipta oleh syarikat Jerman yang terkenal, yang masih mempunyai nama "Gear Factory" ZF, yang akan sering kita sebutkan dalam kisah kita. Tidak sampai pertengahan 30-an penyegerak mula dipasang pada jenama lain, tetapi di kereta dan trak yang lebih murah, pemandu terus berjuang dengan tuas gear untuk bergerak dan menukar gear. Malah, penyelesaian kepada masalah kesulitan seperti ini telah dicari lebih awal dengan bantuan pelbagai struktur transmisi, juga bertujuan untuk sentiasa menyatukan pasangan gear dan menyambungkannya ke aci - dalam tempoh dari 1899 hingga 1910, De Dion Bouton membangunkan transmisi yang menarik di mana gear sentiasa dirangkai, dan sambungannya ke aci sekunder dilakukan menggunakan gandingan kecil. Panhard-Levasseur mempunyai perkembangan yang serupa, tetapi dalam perkembangannya, roda gigi yang terpasang secara kekal disambungkan dengan kuat ke batang menggunakan pin. Pereka, tentu saja, tidak berhenti memikirkan bagaimana mempermudah pemandu dan melindungi kereta dari kerosakan yang tidak perlu. Pada tahun 1914, jurutera Cadillac memutuskan bahawa mereka dapat memanfaatkan kekuatan enjin besar mereka dan melengkapkan kereta dengan pemacu terakhir yang dapat disesuaikan yang dapat beralih secara elektrik dan mengubah nisbah gear dari 4,04: hingga 2,5: 1.

20-an dan 30-an adalah zaman ciptaan luar biasa yang merupakan sebahagian daripada pengumpulan pengetahuan yang berterusan selama ini. Sebagai contoh, pada tahun 1931, syarikat Perancis Cotal mencipta transmisi manual yang dialihkan secara elektromagnet dikawal oleh tuil kecil pada stereng, yang, seterusnya, digabungkan dengan tuil terbiar kecil yang diletakkan di atas lantai. Kami menyebut ciri terakhir kerana ia membolehkan kereta mempunyai gear hadapan sama banyak dengan empat gear undur. Pada masa itu, jenama berprestij seperti Delage, Delahaye, Salmson dan Voisin berminat dengan ciptaan Kotal. Sebagai tambahan kepada "kelebihan" yang pelik dan dilupakan dari banyak gear pacuan roda belakang moden, kotak gear yang luar biasa ini juga mempunyai keupayaan untuk "berinteraksi" dengan shifter automatik Fleschel yang menukar gear apabila kelajuan menurun akibat beban enjin dan sebenarnya. salah satu percubaan pertama untuk mengautomasikan proses.

Sebilangan besar kereta dari 40-an dan 50-an mempunyai tiga roda gigi, kerana enjinnya tidak berkembang lebih dari 4000 rpm. Dengan peningkatan kelengkungan putaran, torsi dan daya, ketiga roda gigi tidak lagi meliputi julat putaran. Hasilnya adalah gerakan tidak harmonis dengan ciri transmisi "menakjubkan" ketika mengangkat dan memaksa berlebihan ketika beralih ke yang lebih rendah. Penyelesaian logik untuk masalah ini adalah peralihan besar ke gear empat-kelajuan pada tahun 60-an, dan kotak gear lima-kelajuan pertama pada tahun 70-an adalah tonggak penting bagi pengeluar, yang dengan bangganya memperhatikan kehadiran kotak gear seperti itu bersama dengan model di dalam kereta. Baru-baru ini, pemilik Opel Commodore klasik memberitahu bahawa ketika dia membeli kereta itu, ia menggunakan 3 roda gigi dan rata-rata 20 l / 100 km. Ketika dia mengganti kotak gear dengan kotak gear empat kelajuan, penggunaannya adalah 15 l / 100 km, dan setelah akhirnya mendapat kelajuan lima, yang terakhir turun menjadi 10 liter.

Hari ini, hampir tidak ada kereta dengan gear kurang dari lima, dan enam kelajuan menjadi kebiasaan dalam versi model kompak yang lebih tinggi. Idea keenam dalam kebanyakan kes adalah penurunan kelajuan yang kuat pada putaran tinggi, dan dalam beberapa kes, ketika tidak begitu lama dan penurunan kelajuan menurun ketika beralih. Transmisi multi-tahap mempunyai kesan positif terutamanya pada enjin diesel, unitnya mempunyai tork yang tinggi, tetapi julat operasi berkurang secara signifikan kerana sifat asas enjin diesel.

(ikut)

Teks: Georgy Kolev