Toetsrit Die geskiedenis van motortransmissies - Deel 1
In 'n reeks artikels sal ons jou vertel van die geskiedenis van transmissies vir motors en vragmotors - miskien as 'n knipoog na die geleentheid van die 75ste herdenking van die skepping van die eerste outomatiese ratkas.
1993 Tydens voorrentoetse by Silverstone het die Williams-toetsjaer David Coulthard die baan verlaat vir die volgende toets in die nuwe Williams FW 15C. Op nat sypaadjie spat die motor oral, maar tog kan almal die vreemde eentonige hoëspoed-geluid van ’n tiensilinder-enjin hoor. Dit is duidelik dat Frank William 'n ander soort oordrag gebruik. Dit is vir die verligtes duidelik dat dit niks meer is as 'n deurlopend veranderlike ratkas wat ontwerp is om in die behoeftes van 'n Formule 1-enjin te voorsien nie. Later het dit geblyk dat dit met die hulp van die alomteenwoordige Van Doorn-spesialiste ontwikkel is. oordrag van infeksie. Die twee sameswerende maatskappye het die afgelope vier jaar groot ingenieurs- en finansiële hulpbronne in hierdie projek gestort om 'n ten volle funksionele prototipe te skep wat die reëls van dinamika in die sportkoningin kan herskryf. In die YouTube-video vandag kan jy die toetse van dié model sien, en Coulthard self beweer dat hy van haar werk hou – veral in die hoek, waar dit nie nodig is om tyd te mors om af te rat nie – alles word deur elektronika versorg. Ongelukkig het almal wat aan die projek gewerk het die vrugte van hul arbeid verloor. Wetgewers was vinnig om die gebruik van sulke passe in Formule te verbied, na bewering weens “onbillike voordeel”. Die reëls is verander en V-belt CVT of CVT transmissies was geskiedenis met slegs hierdie kort verskyning. Die saak is gesluit en Williams behoort terug te keer na semi-outomatiese transmissies, wat steeds standaard in Formule 1 is en wat op sy beurt 'n rewolusie in die laat 80's geword het. Terloops, in 1965 het DAF met die Variomatic-transmissie pogings aangewend om die motorsportbaan te betree, maar daardie tyd was die meganisme so massief dat dit selfs sonder die ingryping van subjektiewe faktore tot mislukking gedoem was. Maar dit is 'n ander storie.
Ons het herhaaldelik voorbeelde genoem van hoeveel innovasie in die moderne motorbedryf die gevolg is van ou idees wat in die koppe van uiters begaafde en kieskeurige mense gebore is. Vanweë hul meganiese aard is ratkaste een van die belangrikste voorbeelde van hoe dit op die regte tyd geïmplementeer kan word. Deesdae het die kombinasie van gevorderde materiale en vervaardigingsprosesse en e-regering die geleentheid geskep vir ongelooflik effektiewe oplossings in alle vorme van transmissie. Die neiging tot laer verbruik aan die een kant en die spesifiekheid van nuwe enjins met verminderde afmetings (byvoorbeeld die noodsaaklikheid om vinnig 'n turbogat te oorkom) lei tot die behoefte om outomatiese transmissies met 'n wyer reeks ratverhoudings te skep en gevolglik, 'n groot aantal ratte. Hulle goedkoper alternatiewe is CVT's vir klein motors, wat gereeld deur Japannese motorvervaardigers gebruik word, en outomatiese handratkas soos Easytronic. Opel (ook vir klein motors). Die meganismes van parallelle hibriede stelsels is spesifiek, en as deel van die pogings om emissies te verminder, vind elektrifisering eintlik plaas in transmissies.
'N Enjin kan nie sonder 'n ratkas nie
Tot op hede het die mensdom nie 'n doeltreffender manier gevind om direkte meganiese energie oor te dra nie (behalwe natuurlik hidrouliese meganismes en baster elektriese stelsels) as metodes wat gordels, kettings en ratte gebruik. Natuurlik is daar talle variasies oor hierdie onderwerp, en u kan die essensie daarvan beter verstaan deur die belangrikste ontwikkelings op die gebied in die afgelope jaar te noem.
Die konsep van elektroniese oorskakeling, of elektroniese indirekte koppeling van die beheermeganisme aan die ratkas, is ver van die laaste kreet, want in 1916 het die Pullman-maatskappy van Pennsylvania 'n ratkas geskep wat ratte elektries oorskakel. Deur dieselfde werkbeginsel in 'n verbeterde vorm te gebruik, is dit twintig jaar later in die avant-garde Cord 812 geïnstalleer - een van die mees futuristiese en wonderlike motors nie net in 1936 toe dit geskep is nie. Dit is betekenisvol genoeg dat hierdie koord op die voorblad van 'n boek oor die prestasies van industriële ontwerp gevind kan word. Sy transmissie dra wringkrag van die enjin na die vooras oor (!), en die ratskakeling is direk filigraan vir die destydse voorstelling van die stuurkolom, wat spesiale elektriese skakelaars aktiveer wat 'n komplekse stelsel van elektromagnetiese toestelle met vakuumdiafragmas aktiveer, insluitend ratte. Koordontwerpers het daarin geslaag om dit alles suksesvol te kombineer, en dit werk uitstekend, nie net in teorie nie, maar ook in die praktyk. Dit was 'n ware nagmerrie om sinchronisasie tussen ratskakeling en koppelaarwerking op te stel, en volgens die getuienis van destyds was dit moontlik om 'n werktuigkundige na 'n psigiatriese hospitaal te stuur. Die Cord was egter 'n luukse motor, en sy eienaars kon nie die toevallige houding van baie moderne vervaardigers oor die akkuraatheid van hierdie proses bekostig nie - in die praktyk skuif die meeste outomatiese (dikwels genoem robotiese of semi-outomatiese) transmissies met 'n kenmerkende vertraging, en dikwels rukwinde.
Niemand beweer dat sinchronisasie 'n baie makliker taak is met die eenvoudiger en meer wydverspreide handratkas vandag nie, want die vraag "Hoekom is dit nodig om so 'n toestel enigsins te gebruik?" Het 'n fundamentele karakter. Die rede vir hierdie ingewikkelde gebeurtenis, maar ook die opening van 'n besigheidsnis vir miljarde, lê in die aard van die verbrandingsmotor. Anders as byvoorbeeld 'n stoomenjin, waar die druk van die stoom wat aan die silinders voorsien word relatief maklik kan verander, en die druk daarvan kan verander tydens aanskakeling en normale werking, of van 'n elektriese motor, waarin 'n sterk dryfmagnetiese veld bestaan ook teen nul spoed. per minuut (in werklikheid, dan is dit die hoogste, en as gevolg van die afname in die doeltreffendheid van elektriese motors met toenemende spoed, ontwikkel alle vervaardigers van transmissies vir elektriese voertuie tans twee-fase opsies) 'n interne verbrandingsenjin het 'n eienskap waarin maksimum krag bereik word teen snelhede naby aan maksimum, en die maksimum wringkrag - in 'n relatief klein reeks snelhede, waarin die mees optimale verbrandingsprosesse plaasvind. Daar moet ook op gelet word dat die enjin selde gebruik word op die maksimum wringkragkurwe (ooreenstemmend op die maksimum kragontwikkelingskurwe). Ongelukkig is die wringkrag by lae toere minimaal, en as die transmissie direk gekoppel is, selfs met 'n koppelaar wat ontkoppel en dit moontlik maak om te begin, kan die motor nooit aktiwiteite verrig soos om te begin, te versnel en te ry teen 'n wye snelheid nie. Hier is 'n eenvoudige voorbeeld - as die enjin sy spoed 1: 1 oordra, en die bandgrootte is 195/55 R 15 (vir nou, onttrek uit die teenwoordigheid van die hoofrat), dan moet die motor teoreties beweeg teen 'n spoed van 320 km. / u met 3000 krukasomwentelinge per minuut. Natuurlik het motors direkte of nou ratte en selfs kruipratte, in welke geval die finale rit ook in die vergelyking kom en in ag geneem moet word. As ons egter die oorspronklike logika van redenasies oor die ry teen 'n normale snelheid van 60 km / h in die stad voortsit, sal die enjin slegs 560 rpm benodig. Natuurlik is daar geen motor wat in staat is om so 'n tou te doen nie. Daar is nog een detail - omdat, suiwer fisies, krag direk eweredig is aan wringkrag en spoed (sy formule kan ook gedefinieer word as spoed x wringkrag / 'n sekere koëffisiënt), en die versnelling van 'n fisiese liggaam hang af van die krag wat daarop toegepas word . , verstaan, in hierdie geval, die krag, is dit logies dat u vinniger versnelling en hoër lading benodig (d.w.s. wringkrag). Dit klink ingewikkeld, maar in die praktyk beteken dit die volgende: elke bestuurder, selfs iemand wat niks in tegnologie verstaan nie, weet dat jy een of selfs twee ratte laer moet skuif om 'n motor vinnig in te haal. Dit is dus met die ratkas dat dit onmiddellik hoër toere lewer en dus meer krag vir hierdie doel met dieselfde mate van die pedaaldruk. Dit is die taak van hierdie toestel - met inagneming van die eienskappe van die binnebrandenjin, om die werking daarvan in die optimale modus te verseker. Om in die eerste rat met 'n snelheid van 100 km / h te ry, is redelik onekonomies, en in die sesde plek, wat geskik is vir die baan, is dit onmoontlik om aan die gang te kom. Dit is nie toevallig dat ekonomiese bestuur vroeë ratskakelings benodig nie, en dat die enjin teen volle vrag moet werk (dit wil sê effens onder die maksimum wringkragkurwe ry). Kundiges gebruik die term 'lae spesifieke kragverbruik', wat in die middelste toerental is en naby die maksimum lading is. Dan gaan die smoorklep van petrolenjins wyer oop en verminder die pompverliese, verhoog die silinderdruk en verbeter dit die gehalte van chemiese reaksies. Laer snelhede verminder wrywing en laat meer tyd vol word. Renmotors loop altyd teen hoë snelhede en het 'n groot aantal ratte (agt in Formule 1), wat 'n laer spoed toelaat as daar geskakel word en die oorgang na gebiede met aansienlik minder krag beperk.
In werklikheid kan dit sonder 'n klassieke ratkas klaarkom, maar ...
Die geval van hibriede stelsels en in die besonder hibriede stelsels soos die Toyota Prius. Hierdie motor het nie 'n transmissie van enige van die gelyste tipes nie. Dit het feitlik geen ratkas nie! Dit is moontlik omdat die bogenoemde tekortkominge deur die elektriese stelsel vergoed word. Die transmissie word vervang deur ’n sogenaamde kragverdeler, ’n planetêre rat wat ’n binnebrandenjin en twee elektriese masjiene kombineer. Vir mense wat nie die selektiewe verduideliking van die werking daarvan in boeke oor hibriede stelsels en veral oor die skepping van die Prius gelees het nie (laasgenoemde is beskikbaar op die aanlyn weergawe van ons webwerf ams.bg), sal ons net sê dat die meganisme dit toelaat deel van die meganiese energie van die binnebrandenjin wat direk, meganies en gedeeltelik oorgedra moet word, in elektries (met die hulp van een masjien as 'n generator) en weer in meganies (met die hulp van 'n ander masjien as 'n elektriese motor) omgeskakel word. . Die genialiteit van hierdie skepping deur Toyota (wie se oorspronklike idee die Amerikaanse maatskappy TRW uit die 60's was) is om hoë aansitwringkrag te verskaf, wat die behoefte aan baie lae ratte vermy en die enjin in doeltreffende modusse laat werk. by maksimum las, wat die hoogste moontlike rat simuleer, met die elektriese stelsel wat altyd as 'n buffer dien. Wanneer simulasie van versnelling en afskakeling vereis word, word die enjinspoed verhoog deur die kragopwekker te beheer en, dienooreenkomstig, deur sy spoed met behulp van 'n gesofistikeerde elektroniese stroombeheerstelsel. Wanneer hoë ratte gesimuleer word, moet selfs twee motors van rol wissel om die spoed van die enjin te beperk. Op hierdie stadium gaan die stelsel in "kragsirkulasie"-modus en sy doeltreffendheid word aansienlik verminder, wat die skerp vertoning van brandstofverbruik van hierdie tipe hibriede voertuie teen hoë snelhede verklaar. Dus, hierdie tegnologie is in die praktyk 'n kompromie gerieflik vir stedelike verkeer, aangesien dit duidelik is dat die elektriese stelsel nie ten volle kan vergoed vir die afwesigheid van 'n klassieke ratkas nie. Om hierdie probleem op te los, gebruik Honda-ingenieurs 'n eenvoudige dog vernuftige oplossing in hul nuwe gesofistikeerde hibriede hibriede stelsel om met Toyota mee te ding - hulle voeg eenvoudig 'n sesde handratkas by wat in die plek van die hoëspoed-hibriedmeganisme inskakel. Dit alles is dalk oortuigend genoeg om die behoefte aan 'n ratkas te wys. Natuurlik, indien moontlik met 'n groot aantal ratte - die feit is dat met handbeheer dit eenvoudig nie gemaklik sal wees vir die bestuurder om 'n groot aantal te hê nie, en die prys sal styg. Op die oomblik is 7-gang handratkas soos dié wat in Porsche (gebaseer op DSG) en Chevrolet Corvettes gevind word, redelik skaars.
Dit begin alles met kettings en gordels
Dus, verskillende toestande vereis sekere waardes van die benodigde krag, afhangende van die spoed en wringkrag. En in hierdie vergelyking word die behoefte aan doeltreffende werking van enjins en verminderde brandstofverbruik, benewens moderne enjintegnologie, die versending 'n al hoe belangriker uitdaging.
Natuurlik begin die eerste probleem wat opduik - in die eerste passasiersmotors was die mees algemene vorm van ratkas 'n kettingaandrywing, geleen van 'n fiets, of 'n bandaandrywing wat op bandkatrolle van verskillende deursnee inwerk. In die praktyk was daar geen onaangename verrassings in die bandaandrywing nie. Dit was nie net so raserig soos sy kettingvennote nie, maar kon ook nie tande breek nie, wat bekend was uit die primitiewe ratmeganismes waarna bestuurders destyds as "transmissieslaai" verwys het. Sedert die eeuwisseling is eksperimente uitgevoer met die sogenaamde "wrywingwielaandrywing", wat geen koppelaar of ratte het nie, en gebruik Nissan en Mazda in hul ringvormige ratkaste (wat later bespreek sal word). Die alternatiewe vir ratwiele het egter ook 'n aantal ernstige nadele gehad - die bande kon nie langdurige vragte en toenemende snelhede weerstaan nie, dit het vinnig los geraak en geskeur, en die "kussings" van die wrywingwiele is aan te vinnige slytasie onderwerp. In elk geval, kort ná die aanbreek van die motorbedryf, het ratte nodig geword en was dit op hierdie stadium die enigste opsie om wringkrag oor te dra vir 'n redelike lang tydperk.
Die geboorte van 'n meganiese transmissie
Leonardo da Vinci het tandwiele ontwerp en vervaardig vir sy meganismes, maar die vervaardiging van sterk, redelik akkurate en duursame tandwiele is eers in 1880 moontlik danksy die beskikbaarheid van geskikte metallurgiese tegnologie vir die vervaardiging van staal en metaalbewerkingsmasjiene van hoë gehalte. relatief hoë akkuraatheid van die werk. Wrywingsverliese in ratte word verminder tot slegs 2 persent! Dit was die oomblik toe hulle onontbeerlik geword het as deel van die ratkas, maar die probleem het gebly by hul eenwording en plasing in die algemene meganisme. 'N Voorbeeld van 'n innoverende oplossing is die Daimler Phoenix van 1897, waarin ratte van verskillende groottes volgens vandag se verstaan 'n ware ratkas is, wat, benewens vier snelhede, ook 'n trurat het. Twee jaar later het Packard die eerste onderneming geword wat die bekende posisionering van die rathefboom aan die einde van die letter "H" gebruik het. In die daaropvolgende dekades was die ratte nie meer nie, maar die meganismes is steeds verbeter om beter werk. Carl Benz, wat sy eerste produksiemotors met 'n planetêre ratkas toegerus het, kon die voorkoms van die eerste gesinchroniseerde ratkaste wat in 1929 deur Cadillac en La Salle geskep is, oorleef. Twee jaar later was sinchroniseerders reeds in gebruik deur Mercedes, Mathis, Maybach en Horch, en daarna nog 'n Vauxhall, Ford en Rolls-Royce. Een detail - almal het 'n ongesinchroniseerde eerste rat gehad, wat die bestuurders baie geïrriteer het en spesiale vaardighede vereis het. Die eerste volledig gesinkroniseerde ratkas is in Oktober 1933 deur die Engelse Alvis Speed Twenty gebruik en is geskep deur die beroemde Duitse onderneming, wat steeds die naam "Gear Factory" ZF dra, waarna ons gereeld in ons verhaal sal verwys. Eers in die middel van die dertigerjare begin sinkronisators op ander handelsmerke, maar in goedkoper motors en vragmotors sukkel bestuurders met die rathefboom om te beweeg en ratte te skakel. Trouens, 'n oplossing vir die probleem van hierdie soort ongerief is baie vroeër gesoek met behulp van verskeie transmissiestrukture, wat ook daarop gemik was om voortdurend ratpare inmekaar te steek en met die as te verbind - in die tydperk van 1899 tot 1910, De Dion Bouton het 'n interessante transmissie ontwikkel waarin die ratte voortdurend inmekaar is, en hul verbinding met die sekondêre as word uitgevoer met behulp van klein koppelings. Panhard-Levasseur het 'n soortgelyke ontwikkeling gehad, maar in die ontwikkeling daarvan was ratte wat permanent ingeskakel was, stewig met die as verbind met behulp van penne. Die ontwerpers het natuurlik nie opgehou om te dink hoe om dit vir bestuurders makliker te maak en motors teen onnodige skade te beskerm nie. In 1914 besluit die ingenieurs van Cadillac dat hulle die krag van hul groot enjins kan benut en motors kan toerus met 'n verstelbare eindaandrywing wat elektries kan wissel en die ratverhouding van 4,04: na 2,5: 1 kan verander.
Die 20's en 30's was 'n tyd van ongelooflike uitvindings wat deel uitmaak van die voortdurende ophoping van kennis oor die jare. Byvoorbeeld, in 1931 het die Franse maatskappy Cotal 'n elektromagneties geskuifde handratkas geskep wat beheer word deur 'n klein hefboom op die stuurwiel, wat op sy beurt gekombineer is met 'n klein ledige hefboom wat op die vloer geplaas is. Ons noem laasgenoemde kenmerk omdat dit die motor toelaat om presies soveel vorentoe ratte te hê as wat daar vier truratte is. Destyds het gesogte handelsmerke soos Delage, Delahaye, Salmson en Voisin in Kotal se uitvinding belanggestel. Benewens die bogenoemde bisarre en vergete "voordeel" van baie moderne agterwielaangedrewe ratte, het hierdie ongelooflike ratkas ook die vermoë om met 'n Fleschel outomatiese skakelaar te "interaksie" wat ratte oorskakel soos spoed daal as gevolg van enjinlading en is in werklikheid een van die eerste pogings om proses te outomatiseer.
Die meeste motors uit die 40's en 50's het drie ratte gehad, omdat die enjins nie meer as 4000 rpm ontwikkel het nie. Met die toename in toere, wringkrag en kragkromme het die drie ratte nie meer die toere bereik nie. Die resultaat was 'n disharmoniese beweging met 'n kenmerkende 'verbluffende' transmissie tydens die opheffing en buitensporige krag wanneer dit na 'n laer beweeg. Die logiese oplossing vir die probleem was die massiewe oorskakeling na vierspoed-ratte in die 60's, en die eerste vyfgang-ratkaste in die 70's was 'n belangrike mylpaal vir vervaardigers, wat met trots die teenwoordigheid van so 'n ratkas saam met die modelbeeld op die motor opgemerk het. Onlangs het die eienaar van 'n klassieke Opel Commodore my vertel dat hy, toe hy die motor gekoop het, in 3 ratte was en gemiddeld 20 l / 100 km was. Toe hy die ratkas met 'n viergangratkas vervang, was die verbruik 15 l / 100 km, en nadat hy uiteindelik vyfgang gekry het, het laasgenoemde tot 10 liter gedaal.
Vandag is daar feitlik geen motors met minder as vyf ratte nie, en ses snelhede word die norm in hoër weergawes van kompakte modelle. Die sesde idee is in die meeste gevalle 'n sterk vermindering van die spoed by hoë toere, en in sommige gevalle, as dit nie so lank is nie en die vermindering van die spoed daal wanneer dit beweeg. Versnellings met meerdere fases het 'n besonder positiewe uitwerking op dieselenjins, waarvan die eenhede 'n hoë wringkrag het, maar 'n aansienlike verminderde werkafstand as gevolg van die fundamentele aard van die dieselenjin.
(om te volg)
Teks: Georgy Kolev
