Tesztvezetés Az autóipari sebességváltók története – 1. rész

Cikksorozatunkban beszámolunk az autók és teherautók sebességváltóinak történetéről – talán az első automata sebességváltó megalkotásának 75. évfordulója alkalmából.

1993 A Silverstone-i verseny előtti teszteken a Williams tesztpilótája, David Coulthard elhagyta a pályát a következő tesztre az új Williams FW 15C-vel. Nedves útburkolaton mindenhol fröcsög az autó, de így is mindenki hallja a tízhengeres motor furcsa, monoton nagy sebességű hangját. Nyilvánvalóan Frank William másfajta átvitelt használ. A felvilágosult számára egyértelmű, hogy ez nem más, mint egy Forma-1-es motor igényeinek megfelelő, fokozatmentes váltó, később kiderült, hogy a mindenütt jelenlévő Van Doorn szakemberei segítségével fejlesztették ki. fertőzés átvitele. A két összeesküvő cég hatalmas mérnöki és pénzügyi erőforrásokat fordított ebbe a projektbe az elmúlt négy évben, hogy létrehozzanak egy teljesen működőképes prototípust, amely átírhatja a sportkirálynő dinamikájának szabályait. A mai YouTube-videóban ennek a modellnek a tesztjeit láthatjátok, maga Coulthard pedig azt állítja, hogy szereti a munkáját - főleg a sarokban, ahol nem kell lejjebb kapcsolni az időt - mindenről elektronika gondoskodik. Sajnos mindenki, aki a projekten dolgozott, elvesztette munkája gyümölcsét. A törvényhozók gyorsan betiltották az ilyen bérletek használatát a Formulában, állítólag "tisztességtelen előnyök miatt". A szabályokat megváltoztatták, és az ékszíjas CVT vagy CVT sebességváltók csak ezzel a rövid megjelenéssel már történelemnek számítanak. Az ügy lezárult, és a Williamsnek vissza kellene térnie a félautomata sebességváltókhoz, amelyek még mindig alapfelszereltségnek számítanak a Forma-1-ben, és amelyek viszont forradalommá váltak a 80-as évek végén. Egyébként még 1965-ben a Variomatic sebességváltóval szerelt DAF próbálkozott a motorsport pályára lépésével, de akkoriban a mechanizmus olyan masszív volt, hogy szubjektív tényezők beavatkozása nélkül is kudarcra volt ítélve. De ez egy másik történet.

Többször is idéztünk példákat arra, hogy a modern autóiparban mennyi innováció a régi tehetségek és a rendkívül tehetséges emberek fejében született ötletek eredménye. Mechanikus jellegükből adódóan a sebességváltók az egyik legjobb példa arra, hogyan lehet őket megfelelő időben megvalósítani. Napjainkban a fejlett anyagok és gyártási folyamatok, valamint az e-kormányzat kombinációja megteremtette a lehetőséget a hihetetlenül hatékony megoldásokra az átvitel minden formájában. Egyrészt az alacsonyabb fogyasztás irányába mutató tendencia, másrészt a kisebb méretű új motorok sajátosságai (például a turbólyuk gyors leküzdésének szükségessége) azt eredményezi, hogy a sebességváltók szélesebb tartományával rendelkező automata sebességváltókat kell létrehozni, és ennek megfelelően nagy számú fogaskerekek. Megfizethetőbb alternatíváik a kisautókhoz tartozó, gyakran japán autógyártók által használt CVT -k és az automatikus kézi sebességváltók, például az Easytronic. Opel (kis autókhoz is). A párhuzamos hibrid rendszerek mechanizmusai specifikusak, és a kibocsátáscsökkentési törekvések részeként a hajtások villamosítása valójában a sebességváltókban történik.

Egy motor nem nélkülözheti sebességváltót

Az emberiség a mai napig nem találta meg a mechanikus energia közvetlen továbbításának hatékonyabb módját (természetesen a hidraulikus mechanizmusokat és a hibrid elektromos rendszereket kivéve), mint az öveket, láncokat és fogaskerekeket alkalmazó módszereket. Természetesen számtalan variáció létezik ebben a témában, és lényegüket jobban meg tudja érteni, ha felsorolja az elmúlt évek ezen a területen a legkiemelkedőbb fejleményeket.

Az elektronikus váltás, vagy a vezérlőszerkezet elektronikus közvetett összekapcsolása a sebességváltóval messze nem az utolsó kiáltás, mert 1916-ban a pennsylvaniai Pullman cég megalkotott egy olyan sebességváltót, amely elektromosan vált. Ugyanezt a működési elvet, továbbfejlesztett formában alkalmazva húsz évvel később az avantgárd Cord 812-be szerelték be - az egyik legfuturisztikusabb és legcsodálatosabb autóba, nemcsak 1936-ban, amikor megalkották. Elég jelentőségteljes, hogy ez a zsinór az ipari formatervezés vívmányait bemutató könyv borítóján is megtalálható. Erőátvitele a nyomatékot a motorról az első tengelyre (!) továbbítja, a sebességváltó pedig direkt filigrán a kormányoszlop akkori ábrázolására, amely speciális elektromos kapcsolókat aktivál, amelyek vákuummembránokkal, a fogaskerekekkel együtt egy bonyolult elektromágneses eszközrendszert aktiválnak. A zsinórtervezőknek sikerült mindezt sikeresen kombinálniuk, és ez nem csak elméletben, hanem a gyakorlatban is remekül működik. Igazi rémálom volt szinkronizálást beállítani a sebességváltás és a tengelykapcsoló működése között, és a korabeli bizonyítékok szerint lehetett szerelőt küldeni egy pszichiátriai kórházba. A Cord azonban luxusautó volt, és tulajdonosai nem engedhették meg maguknak sok modern gyártó lezser hozzáállását ennek a folyamatnak a pontosságához - a gyakorlatban a legtöbb automatizált (gyakran robotizált vagy félautomata) sebességváltó jellegzetes késleltetéssel vált, és gyakran széllökések.

Senki sem állítja, hogy a szinkronizálás sokkal könnyebb feladat a manapság egyszerűbb és elterjedtebb kézi sebességváltókkal, mert a "Miért kell egyáltalán ilyen eszközt használni?" Alapvető karaktere van. Ennek az összetett eseménynek az oka, ugyanakkor üzleti rést is nyitva milliárdok számára, a belső égésű motor természetében rejlik. Ellentétben például a gőzgéppel, ahol a hengerekbe juttatott gőz nyomása viszonylag könnyen változhat, nyomása pedig indításkor és normál működés közben, vagy az elektromos motortól, amelyben erős hajtómágneses tér nulla fordulatszámon is létezik. percenként (sőt, akkor a legmagasabb, és a villanymotorok hatékonyságának csökkenése miatt a fordulatszám növekedésével jelenleg minden elektromos járművek sebességváltó-gyártója kétfokozatú opciókat fejleszt) egy belső A belső égésű motor jellemzője, hogy a maximális teljesítményt a maximumhoz közeli fordulatszámon érik el, és a maximális nyomatékot - viszonylag kis fordulatszám-tartományban, ahol a legoptimálisabb égési folyamatok mennek végbe. Azt is meg kell jegyezni, hogy a való életben a motort ritkán használják a maximális nyomatékgörbén (illetve a maximális teljesítményfejlesztési görbén). Sajnos a fordulatszám alacsony fordulatszámon minimális, és ha a sebességváltó közvetlenül csatlakozik, még olyan tengelykapcsolóval is, amelyik kiold és lehetővé teszi az indulást, az autó soha nem lesz képes olyan tevékenységeket végrehajtani, mint az indítás, a gyorsítás és a széles sebességtartományban történő vezetés. Íme egy egyszerű példa - ha a motor 1: 1 sebességet ad át, és a gumiabroncs mérete 195/55 R 15 (egyelőre elvonatkoztatva a fő sebességfokozat jelenlététől), akkor elméletileg az autónak sebességgel kell mozognia. 320 km. / h 3000 főtengely-fordulat / perc mellett. Természetesen az autóknak van közvetlen vagy közeli sebességváltója, sőt lánctalpas sebességváltója is, ilyenkor a végső hajtás is bekerül az egyenletbe, és azt figyelembe kell venni. Ha azonban folytatjuk az eredeti logikai logikát arról, hogy a városban normál sebességgel 60 km / h-val haladjunk, a motornak csak 560 fordulat / percre van szüksége. Természetesen nincs olyan motor, amely képes ilyen zsineget megtenni. Van még egy részlet - mert tisztán fizikailag a teljesítmény egyenesen arányos a nyomatékkal és a fordulatszámmal (képlete úgy is meghatározható, hogy fordulatszám x nyomaték / egy bizonyos együttható), és a fizikai test gyorsulása a rá kifejtett erőtől függ. . , értsd meg, ebben az esetben a teljesítményt, logikus, hogy a gyorsabb gyorsuláshoz nagyobb sebességre és nagyobb terhelésre lesz szükséged (azaz nyomaték). Bonyolultnak hangzik, de a gyakorlatban ez a következőket jelenti: minden sofőr, még az is, aki semmit sem ért a technológiában, tudja, hogy az autó gyors megelőzéséhez egy vagy akár két sebességfokozattal alacsonyabbra kell váltani. Így a sebességváltóval együtt azonnal nagyobb fordulatszámot és ennélfogva nagyobb teljesítményt nyújt ugyanarra a pedálnyomásra. Ennek az eszköznek ez a feladata - figyelembe véve a belső égésű motor jellemzőit, hogy biztosítsa a működését az optimális üzemmódban. Az első sebességfokozatban 100 km / h sebességgel történő vezetés meglehetősen gazdaságtalan lesz, hatodikban pedig a pályára alkalmas lehetetlen elindulni. Nem véletlen, hogy a gazdaságos vezetéshez korai sebességváltásra van szükség, és a motor teljes terheléssel jár (vagyis kissé a maximális nyomatékgörbe alatt halad). A szakértők az "alacsony fajlagos energiafogyasztás" kifejezést használják, amely a középső fordulatszám-tartományban van és közel van a maximális terheléshez. Ezután a benzinmotorok fojtószelepe szélesebbre nyílik és csökkenti a szivattyúzási veszteségeket, növeli a henger nyomását és ezáltal javítja a kémiai reakciók minőségét. A lassabb sebesség csökkenti a súrlódást és több időt biztosít a teljes feltöltésre. A versenyautók mindig nagy sebességgel közlekednek, és nagyszámú sebességváltóval rendelkeznek (nyolc a Forma-1-ben), ami váltáskor lehetővé teszi a csökkentett sebességet, és korlátozza az átállást a lényegesen kisebb teljesítményű területekre.

Valójában klasszikus sebességváltó nélkül is megteheti, de ...

A hibrid rendszerek esete, és különösen a hibrid rendszerek, mint például a Toyota Prius. Ebben az autóban nincs a felsorolt ​​típusok egyike sem. Gyakorlatilag nincs váltója! Ez azért lehetséges, mert a fent említett hiányosságokat az elektromos rendszer kompenzálja. A sebességváltót úgynevezett teljesítményosztó, egy belső égésű motort és két elektromos gépet egyesítő bolygómű váltja fel. Azok számára, akik nem olvasták a hibrid rendszerekről és különösen a Prius létrehozásáról szóló könyvekben a működésének szelektív magyarázatát (ez utóbbiak az ams.bg oldalunk online változatán érhetők el), csak annyit mondunk, hogy a mechanizmus lehetővé teszi. a belső égésű motor mechanikai energiájának egy részét közvetlenül, mechanikusan és részben át kell adni, elektromosvá (egyik gép generátorként) és ismét mechanikussá (egy másik gép villanymotorként) alakítani. . A Toyota (amelynek eredeti ötlete az amerikai TRW cég volt a 60-as évekből) alkotásának zsenialitása, hogy nagy indítási nyomatékot biztosít, amely elkerüli a nagyon alacsony fokozatok használatát, és lehetővé teszi a motor hatékony működését. maximális terhelés mellett, a lehető legmagasabb fokozatot szimulálva, miközben az elektromos rendszer mindig pufferként működik. Ha a gyorsulás és a visszakapcsolás szimulációjára van szükség, a motor fordulatszámát a generátor vezérlésével és ennek megfelelően a sebességével növelik egy kifinomult elektronikus áramszabályozó rendszer segítségével. A nagy sebességfokozatok szimulálásakor még két autónak is szerepet kell váltania, hogy korlátozza a motor fordulatszámát. Ezen a ponton a rendszer „áramköri” üzemmódba lép, és hatékonysága jelentősen csökken, ami megmagyarázza az ilyen típusú hibrid járművek üzemanyag-fogyasztásának éles kijelzését nagy sebességnél. Ez a technológia tehát a gyakorlatban a városi közlekedésben kényelmes kompromisszum, hiszen nyilvánvaló, hogy az elektromos rendszer nem tudja teljes mértékben kompenzálni a klasszikus sebességváltó hiányát. A probléma megoldására a Honda mérnökei egy egyszerű, de zseniális megoldást alkalmaznak új, kifinomult hibrid hibrid rendszerükben, hogy felvegyék a versenyt a Toyotával – egyszerűen hozzáadnak egy hatodik kézi sebességváltót, amely a nagy sebességű hibrid mechanizmus helyett kapcsol be. Mindez elég meggyőző lehet ahhoz, hogy megmutassa a sebességváltó szükségességét. Természetesen, ha lehetséges, nagy számú sebességfokozattal - az a tény, hogy kézi vezérléssel egyszerűen nem lesz kényelmes a vezető számára, hogy nagy sebességgel rendelkezzen, és az ár növekedni fog. Jelenleg a 7 fokozatú kézi sebességváltók, mint amilyen a Porsche (DSG alapú) és a Chevrolet Corvette-ekben találhatók, meglehetősen ritkák.

Az egész láncokkal és övekkel kezdődik

Tehát a különböző körülmények megkövetelik a szükséges teljesítmény bizonyos értékeit a fordulatszámtól és a nyomatéktól függően. Ebben az egyenletben pedig a motor hatékony működtetésének és a csökkentett üzemanyag-fogyasztásnak az igénye, a modern motortechnika mellett, a váltómű egyre fontosabb kihívássá válik.

Természetesen az első felmerülő probléma az indulás - az első személygépkocsikban a sebességváltó leggyakoribb formája a kerékpártól kölcsönzött lánchajtás vagy a különböző átmérőjű szíjtárcsákra ható szíjhajtás volt. A gyakorlatban a szíjhajtásban nem ért kellemetlen meglepetés. Nemcsak olyan zajos volt, mint a láncpartnerei, de a fogakat sem tudta kitörni, ami azokról a primitív fogaskerekekről volt ismert, amelyeket akkoriban a járművezetők „váltósalátaként” emlegettek. A századforduló óta folynak kísérletek az úgynevezett "dörzskerékhajtással", amely nem rendelkezik sem kuplunggal, sem fogaskerekekkel, és Nissan és Mazda toroid sebességváltóiban (erről később lesz szó). A fogaskerekek alternatíváinak azonban számos komoly hátránya is volt - a szíjak nem bírták a hosszan tartó terhelést és a növekvő sebességet, gyorsan meglazultak és elszakadtak, és a súrlódó kerekek "betétjei" túl gyors kopásnak voltak kitéve. Mindenesetre röviddel az autóipar hajnala után a fogaskerekek szükségessé váltak, és ebben a szakaszban meglehetősen hosszú ideig maradtak az egyetlen lehetőség a nyomaték átvitelére.

A mechanikus erőátvitel megszületése

Leonardo da Vinci fogaskerekeket tervezett és gyártott mechanizmusaihoz, de erős, ésszerűen pontos és tartós fogaskerekek gyártása csak 1880-ban vált lehetővé, köszönhetően a megfelelő kohászati ​​technológiák rendelkezésre állásának a kiváló minőségű acélok és fémmegmunkáló gépek létrehozásához. viszonylag nagy pontosságú munka. A fogaskerekek súrlódási vesztesége mindössze 2 százalékra csökken! Ez volt az a pillanat, amikor nélkülözhetetlenné váltak a sebességváltó részeként, de a probléma továbbra is az egységesítésben és az általános mechanizmusba való elhelyezésben maradt. Az innovatív megoldás példája az 1897 -es Daimler Phoenix, amelyben különböző méretű fogaskerekeket valódi, mai értelemben vett sebességváltóvá "szereltek össze", amely négy sebesség mellett hátrameneti sebességváltóval is rendelkezik. Két évvel később a Packard lett az első vállalat, amely a váltó kar jól ismert pozicionálását használta a "H" betű végén. A következő évtizedekben a fogaskerekek már nem voltak, de a mechanizmusok tovább javultak a könnyebb munka jegyében. Carl Benznek, aki első szériaautóit bolygókerekes sebességváltóval szerelte fel, sikerült túlélnie a Cadillac és a La Salle által 1929 -ben létrehozott első szinkronizált sebességváltók megjelenését. Két évvel később a szinkronizátorokat már a Mercedes, a Mathis, a Maybach és a Horch, majd egy másik Vauxhall, a Ford és a Rolls-Royce is használta. Egy részlet - mindegyiknek szinkronizálatlan első fokozata volt, ami nagyon bosszantotta a vezetőket, és különleges készségeket igényelt. Az első teljesen szinkronizált sebességváltót az angol Alvis Speed ​​Twenty használta 1933 októberében, és a híres német cég hozta létre, amely még mindig a "Gear Factory" ZF nevet viseli, amelyre gyakran hivatkozunk történetünkben. Csak a harmincas évek közepén kezdték el a szinkronizátorok felszerelését más márkákra, de az olcsóbb autókban és teherautókban a sofőrök továbbra is küzdöttek a sebességváltó karral a sebességváltás érdekében. Valójában az ilyen jellegű kényelmetlenségek problémájára már jóval korábban keresték a megoldást a különféle hajtóművek segítségével, amelyek szintén a fogaskerékpárok állandó összeillesztését és a tengelyhez való csatlakoztatását célozták - az 1899 és 1910 közötti időszakban De Dion Bouton kifejlesztett egy érdekes hajtóművet, amelyben a fogaskerekek folyamatosan össze vannak kötve, és a másodlagos tengelyhez való csatlakoztatásukat kis tengelykapcsolók segítségével végzik. A Panhard-Levasseur hasonló fejlődésen ment keresztül, de fejlődésük során az állandóan bekapcsolt fogaskerekek szorosan csatlakoztak a tengelyhez csapok segítségével. A tervezők természetesen nem hagyták abba a gondolkodást, hogyan lehetne megkönnyíteni a járművezetők dolgát, és megvédeni az autókat a felesleges károktól. 1914 -ben a Cadillac mérnökei úgy döntöttek, hogy ki tudják használni hatalmas motorjaik erejét, és felszerelhetik az autókat egy állítható véghajtással, amely elektromosan válthat, és a sebességváltót 4,04: 2,5: 1 -re változtathatja.

A 20-as és 30-as évek a hihetetlen találmányok ideje voltak, amelyek az évek során folyamatosan gyarapodó tudás részét képezik. Például 1931-ben a francia Cotal cég megalkotott egy elektromágneses kapcsolású kézi sebességváltót, amelyet a kormányon lévő kis karral vezéreltek, amelyet viszont egy padlóra helyezett kis alapjárati karral kombináltak. Ez utóbbi funkciót azért említjük meg, mert ez lehetővé teszi, hogy az autónak pontosan annyi előremeneti fokozata legyen, mint négy hátrameneti fokozat. Akkoriban olyan tekintélyes márkák érdeklődtek Kotal találmánya iránt, mint a Delage, a Delahaye, a Salmson és a Voisin. A számos modern hátsókerék-hajtású sebességfokozat fent említett bizarr és elfeledett "előnye" mellett ez a hihetetlen sebességváltó képes "kölcsönhatásba lépni" egy Fleschel automata váltóval is, amely a sebesség csökkenésével vált a motorterhelés miatt. az egyik első kísérlet a folyamat automatizálására.

A 40–50-es évek autóinak többsége három fokozatú volt, mert a motorok 4000 fordulat / percnél többet nem fejlesztettek. A fordulatszám, a nyomaték és a teljesítménygörbe növekedésével a három sebességfokozat már nem fedte le a fordulatszámot. Az eredmény egy diszharmonikus mozgás volt, jellegzetes "lenyűgöző" átvitellel emeléskor és túlzott kényszerítéssel, amikor alacsonyabbra váltott. A probléma logikus megoldása az volt, hogy a 60-as években hatalmas váltás történt a négyfokozatú sebességfokozatokra, és a 70-es években az első ötfokozatú sebességváltó jelentős mérföldkő volt a gyártók számára, akik büszkén jegyezték meg egy ilyen sebességváltó jelenlétét az autó modellképével együtt. Nemrégiben egy klasszikus Opel Commodore tulajdonosa elmondta, hogy amikor megvásárolta az autót, 3 fokozatú volt, és átlagosan 20 l / 100 km volt. Amikor a sebességváltót négyfokozatúra váltotta, a fogyasztás 15 l / 100 km volt, és miután végül ötfokozatú lett, ez utóbbi 10 literre esett.

Ma gyakorlatilag nincs öt sebességnél kevesebb autó, a kompakt modellek magasabb verzióiban pedig hat sebesség vált normává. A hatodik ötlet a legtöbb esetben a sebesség erőteljes csökkentése magas fordulatszámon, és egyes esetekben, amikor ez nem olyan hosszú, és a sebességcsökkenés csökken váltáskor. A többfokozatú sebességváltók különösen pozitívan hatnak a dízelmotorokra, amelyek egységeinek nagy a nyomatéka, de a dízelmotor alapvető jellege miatt jelentősen csökkentett működési tartomány.

(követni)

Szöveg: Georgy Kolev