Пробна вожња Историја аутомобилских мењача - 1. део

У серији чланака ћемо вам рећи о историји мењача за аутомобиле и камионе - можда као повод поводом 75. годишњице стварања првог аутоматског мењача.

1993. Током тестирања пре трке у Силверстону, Вилијамсов тест возач Дејвид Култард напустио је стазу за следећи тест у новом Вилијамс ФВ 15Ц. На мокром тротоару, ауто прска свуда, али и даље сви могу чути чудан монотони звук велике брзине десетоцилиндричног мотора. Очигледно, Френк Вилијам користи другачију врсту преноса. Просвећенима је јасно да ово није ништа друго до континуално варијабилни мењач дизајниран да задовољи потребе мотора Формуле 1. Касније се испоставило да је развијен уз помоћ свеприсутних стручњака Ван Доорна. пренос инфекције. Две заверене компаније уложиле су огромна инжењерска и финансијска средства у овај пројекат у протекле четири године како би створиле потпуно функционалан прототип који би могао да препише правила динамике у спортској краљици. У видеу на Јутјубу данас можете видети тестове овог модела, а сам Култард тврди да му се допада њен рад – посебно у углу, где нема потребе да губите време на нижу брзину – за све се брине електроника. Нажалост, сви који су радили на пројекту изгубили су плодове свог рада. Законодавци су брзо забранили коришћење таквих пасова у Формули, наводно због "неправедне предности". Правила су промењена и ЦВТ или ЦВТ мењачи су били историја само са овим кратким појављивањем. Случај је затворен и Вилијамс би требало да се врати на полуаутоматске мењаче, који су још увек стандардни у Формули 1 и који су, заузврат, постали револуција касних 80-их. Иначе, давне 1965. године ДАФ са Вариоматиц мењачем је покушавао да уђе на мото-спорт стазу, али је у то време механизам био толико масиван да је и без интервенције субјективних фактора био осуђен на неуспех. Али то је друга прича.

Више пута смо навели примере колико је иновација у савременој аутомобилској индустрији резултат старих идеја рођених у главама изузетно надарених и проницљивих људи. Због своје механичке природе, мењачи су један од најјаснијих примера како се могу применити када за то дође време. Данас је комбинација напредних материјала и производних процеса и е-управе створила могућност за невероватно ефикасна решења у свим облицима преноса. Тренд смањене потрошње с једне стране и специфичност нових мотора смањених димензија (на примјер, потреба за брзим превладавањем турбо рупе) доводе до потребе за стварањем аутоматских мјењача са ширим распоном пријеносних односа и, сходно томе, велики број зупчаника. Њихове приступачније алтернативе су ЦВТ за мале аутомобиле, које често користе јапански произвођачи аутомобила, и аутоматски ручни мењачи, попут Еаситроница. Опел (такође за мале аутомобиле). Механизми паралелних хибридних система су специфични, а као део напора за смањење емисије, електрична енергија погона се заправо дешава у мењачима.

Мотор не може без мењача

До данас човечанство није изумело ефикаснији начин директног преноса механичке енергије (осим, ​​наравно, хидрауличних механизама и хибридних електричних система) од метода које користе каишеве, ланце и зупчанике. Наравно, постоји безброј варијација на ову тему, а ви можете боље разумети њихову суштину набрајањем најупечатљивијих достигнућа у овој области последњих година.

Концепт електронског мењања брзина, односно електронског индиректног повезивања контролног механизма са мењачем, далеко је од последњег вапаја, јер је 1916. године компанија Пуллман из Пенсилваније створила мењач који мења брзине електричним путем. Користећи исти принцип рада у побољшаном облику, двадесет година касније уграђен је у авангардни Цорд 812 - један од најфутуристичкијих и најдивнијих аутомобила не само 1936. године, када је настао. Довољно је значајно да се овај гајтан може наћи на корицама књиге о достигнућима индустријског дизајна. Његов пренос преноси обртни момент са мотора на предњу осовину (!), а мењач је директан филигрански за тадашњу представу стуба управљача, чиме се активирају специјални електрични прекидачи који активирају сложен систем електромагнетних уређаја са вакуум мембранама, укључујући и зупчанике. Дизајнери каблова су успели да све ово успешно комбинују и одлично функционише не само у теорији, већ иу пракси. Била је права ноћна мора подесити синхронизацију између мењања брзина и рада квачила, а према сведочењу тог времена, било је могуће послати механичара у психијатријску болницу. Међутим, Цорд је био луксузан аутомобил, а његови власници нису могли приуштити необавезни став многих савремених произвођача према тачности овог процеса - у пракси, већина аутоматизованих (често називаних роботским или полуаутоматским) мењача се мења са карактеристичним закашњењем, а често и удари.

Нико не тврди да је синхронизација много лакши задатак са данас једноставнијим и распрострањенијим мануелним мењачима, јер се поставља питање "Зашто је уопште потребно користити такав уређај?" Има фундаментални карактер. Разлог овог сложеног догађаја, али и отварања пословне нише за милијарде, лежи у самој природи мотора са унутрашњим сагоревањем. За разлику од, на пример, парне машине, где се притисак паре која се доводи у цилиндре може релативно лако мењати, а њен притисак може да се мења у току покретања и нормалног рада, или од електромотора, у коме је снажно погонско магнетно поље постоји и при нултој брзини.у минути (у ствари, тада је највећа, а због смањења ефикасности електромотора са повећањем брзине, сви произвођачи мењача за електрична возила тренутно развијају двостепене опције) интерни мотор са унутрашњим сагоревањем има карактеристику у којој се максимална снага постиже при брзинама близу максималних, а максимални обртни момент - у релативно малом опсегу брзина, у којима се јављају најоптималнији процеси сагоревања. Такође треба напоменути да се у стварном животу мотор ретко користи на кривој максималног обртног момента (у складу с тим на криви развоја максималне снаге). На жалост, обртни моменат при малим обртајима је минималан, а ако је мењач директно повезан, чак и помоћу квачила које се искључује и омогућава покретање, аутомобил никада неће моћи да обавља активности попут покретања, убрзавања и вожње у широком опсегу брзина. Ево једноставног примера - ако мотор преноси своју брзину 1: 1, а величина гуме је 195/55 Р 15 (за сада, апстрахујући од присуства главне брзине), онда би теоретски аутомобил требало да се креће брзином од 320 км. / х при 3000 обртаја радилице у минути. Наравно, аутомобили имају директан или затворен зупчаник, па чак и зупчаници гусеничари, у том случају крајњи погон такође долази у једначину и мора се узети у обзир. Међутим, ако наставимо првобитну логику расуђивања о вожњи нормалном брзином од 60 км / х у граду, мотору ће требати само 560 о / мин. Наравно, не постоји мотор способан да направи такав канап. Постоји још један детаљ – јер је, чисто физички, снага директно пропорционална обртном моменту и брзини (њена формула се може дефинисати и као брзина к обртни момент / одређени коефицијент), а убрзање физичког тела зависи од силе која се на њега примењује. . , разумејте, у овом случају снага, логично је да ће вам за брже убрзање бити потребне веће брзине и веће оптерећење (тј. обртни момент). Звучи компликовано, али у пракси то значи следеће: сваки возач, чак и онај који се ништа не разуме у технологију, зна да за брзо претицање аутомобила треба да пребаците један или чак два степена преноса ниже. Дакле, управо код мењача тренутно постиже веће обртаје, а самим тим и већу снагу у ту сврху са истим степеном притиска педале. Ово је задатак овог уређаја - узимајући у обзир карактеристике мотора са унутрашњим сагоревањем, да обезбеди његов рад у оптималном режиму. Вожња у првој брзини брзином од 100 км / х биће прилично неекономична, а у шестој, погодној за стазу, немогуће је кренути. Није случајно што економична вожња захтева рано мењање брзина и мотор који ради при пуном оптерећењу (тј. Вожња мало испод криве максималног обртног момента). Стручњаци користе израз „ниска специфична потрошња енергије“, који је у средњем опсегу обртаја и близу максималног оптерећења. Тада се пригушни вентил бензинских мотора отвара шире и смањује губитак пумпања, повећава притисак у цилиндру и тиме побољшава квалитет хемијских реакција. Ниже брзине смањују трење и омогућавају више времена да се потпуно напуни. Тркачки аутомобили увек раде великом брзином и имају велики број брзина (осам у Формули 1), што омогућава смањену брзину приликом пребацивања и ограничава прелаз на подручја са знатно мањом снагом.

У ствари, може и без класичног мењача, али ...

Случај хибридних система и посебно хибридних система као што је Тоиота Приус. Овај аутомобил нема мењач ниједног од наведених типова. Практично нема мењач! То је могуће јер се поменути недостаци компензују електричним системом. Мењач је замењен такозваним разделником снаге, планетарним зупчаником који комбинује мотор са унутрашњим сагоревањем и две електричне машине. За људе који нису прочитали селективно објашњење његовог рада у књигама о хибридним системима и посебно о стварању Приуса (ови други су доступни на онлајн верзији нашег сајта амс.бг), рећи ћемо само да механизам омогућава део механичке енергије мотора са унутрашњим сагоревањем да се преноси директно, механички и делимично, претвара у електричну (уз помоћ једне машине као генератора) и поново у механичку (уз помоћ друге машине као електромотора) . Генијалност ове креације Тојоте (чија је првобитна идеја била америчка компанија ТРВ из 60-их) је да обезбеди висок почетни обртни момент, чиме се избегава потреба за веома ниским брзинама и омогућава мотору да ради у ефикасним режимима. при максималном оптерећењу, симулирајући највећу могућу брзину, са електричним системом који увек делује као тампон. Када је потребна симулација убрзања и ниже брзине, брзина мотора се повећава контролом генератора и, сходно томе, његовом брзином помоћу софистицираног електронског система за контролу струје. Када се симулирају високе брзине, чак и два аутомобила морају да замене улоге да би ограничила брзину мотора. У овом тренутку систем улази у режим „циркулације снаге“ и његова ефикасност је значајно смањена, што објашњава оштар приказ потрошње горива овог типа хибридних возила при великим брзинама. Дакле, ова технологија је у пракси компромис погодан за градски саобраћај, јер је очигледно да електрични систем не може у потпуности да надокнади одсуство класичног мењача. Да би решили овај проблем, Хондини инжењери користе једноставно, али генијално решење у свом новом софистицираном хибридном хибридном систему како би се такмичили са Тојотом – једноставно додају шести мануелни мењач који се укључује уместо хибридног механизма велике брзине. Све ово може бити довољно убедљиво да покаже потребу за мењачем. Наравно, ако је могуће са великим бројем брзина - чињеница је да са ручном контролом једноставно неће бити удобно да возач има велики број, а цена ће порасти. У овом тренутку, 7-степени мануелни мењачи као што су они који се налазе у Порсцхе-у (базирани на ДСГ-у) и Цхевролет Цорветте су прилично ретки.

Све започиње ланцима и каишевима

Дакле, различити услови захтевају одређене вредности потребне снаге у зависности од брзине и обртног момента. И у овој једначини, потреба за ефикасним радом мотора и смањеном потрошњом горива, поред савремене технологије мотора, мењач постаје све важнији изазов.

Наравно, први проблем који се јавља је почетак - код првих путничких аутомобила најчешћи облик мењача је био ланчани погон, позајмљен од бицикла, или ременски погон који делује на ременице различитих пречника. У пракси није било непријатних изненађења у ременском погону. Не само да је био бучан као његови партнери у ланцу, већ није могао ни да поквари зубе, што је било познато по примитивним зупчастим механизмима које су возачи у то време називали "салатом за пренос". Од почетка века експерименти се врше са такозваним „фрикционим погоном на точкове“, који нема квачило или зупчанике, а користи Ниссан и Мазду у својим тороидним мењачима (о чему ће бити речи касније). Међутим, алтернативе зупчаницима су такође имале низ озбиљних недостатака - каишеви нису могли да издрже продужена оптерећења и повећање брзине, брзо су се олабавили и поцепали, а "јастучићи" фрикционих точкова су били подвргнути пребрзом хабању. У сваком случају, убрзо након почетка аутомобилске индустрије, зупчаници су постали неопходни и остали су једина опција у овој фази за пренос обртног момента током прилично дугог временског периода.

Рођење механичког преноса

Леонардо да Винци дизајнирао је и произвео зупчанике за своје механизме, али производња снажних, разумно тачних и издржљивих зупчаника постала је могућа тек 1880. године захваљујући доступности одговарајућих металуршких технологија за стварање висококвалитетних челика и машина за обраду метала. релативно висока тачност рада. Губитак трења у зупчаницима смањен је на само 2 посто! Ово је био тренутак када су постали неопходни као део мењача, али је проблем остао са њиховим обједињавањем и постављањем у општи механизам. Пример иновативног решења је Даимлер Пхоеник из 1897. године, у којем су зупчаници различитих величина „састављени“ у прави, према данашњем схватању, мењач, који поред четири брзине има и брзину за вожњу уназад. Две године касније, Пацкард је постао прва компанија која је користила познато позиционирање ручице мењача на крајевима слова „Х“. У наредним деценијама зупчаника више није било, али су се механизми наставили побољшавати у име лакшег рада. Царл Бенз, који је своје прве серијске аутомобиле опремио планетарним мењачем, преживео је прве синхронизоване мењаче које су развили Цадиллац и Ла Салле 1929. Две године касније, синхронизаторе су већ користили Мерцедес, Матхис, Маибацх и Хорцх, а затим и други Ваукхалл, Форд и Роллс-Роице. Један детаљ – сви су имали несинхронизовану прву брзину, што је веома нервирало возаче и захтевало посебне вештине. Први потпуно синхронизовани мењач користио је енглески Алвис Спеед Твенти у октобру 1933. године, а створила га је позната немачка компанија, која и данас носи назив „Геар Фацтори“ ЗФ, на који ћемо се често позивати у нашој причи. Тек средином 30-их синхронизатори су почели да се уграђују на друге марке, али у јефтинијим аутомобилима и камионима, возачи су наставили да се боре са ручицом мењача за померање и мењање брзина. У ствари, решење проблема ове врсте непријатности тражило се много раније уз помоћ различитих трансмисионих конструкција, такође усмерених на стално мешање зупчаника и њихово повезивање са вратилом – у периоду од 1899. до 1910. године, Де Дион Боутон развио интересантан преносник у коме су зупчаници стално повезани, а њихово повезивање са секундарном осовином се врши помоћу малих спојница. Панхард-Левассеур је имао сличан развој, али су у свом развоју трајно укључени зупчаници били чврсто повезани са вратилом помоћу игала. Дизајнери, наравно, нису престали размишљати о томе како олакшати возачима и заштитити аутомобиле од непотребних оштећења. Инжењери Цадиллаца су 1914. одлучили да могу искористити снагу својих огромних мотора и опремити аутомобиле подесивим крајњим погоном који би могао електрично да пребаци и промени преносни однос са 4,04: на 2,5: 1.

20-те и 30-те биле су време невероватних изума који су део сталног гомилања знања током година. На пример, 1931. године француска компанија Цотал створила је електромагнетски померани ручни мењач који је контролисан малом полугом на волану, који је, заузврат, комбинован са малом полугом у празном ходу постављеном на поду. Последњу карактеристику помињемо јер омогућава аутомобилу да има тачно онолико брзина за напред колико има четири брзине уназад. У то време за Коталов изум били су заинтересовани престижни брендови попут Делаге, Делахаие, Салмсон и Воисин. Поред горе поменуте бизарне и заборављене „предности“ многих модерних зупчаника са погоном на задње точкове, овај невероватни мењач такође има могућност „интеракције“ са Флесцхел аутоматским мењачем који мења брзине како брзина пада услед оптерећења мотора и заправо је један од првих покушаја аутоматизације процеса.

Већина аутомобила из 40-их и 50-их имала је три брзине, јер мотори нису развијали више од 4000 о / мин. Са повећањем обртаја, обртног момента и кривих снаге, три степена преноса више нису покривала опсег обртаја. Резултат је био дисхармоничан покрет са карактеристичним „запањујућим“ преносом при подизању и прекомерно форсирање при пребацивању на нижи. Логично решење проблема било је масовно пребацивање на четворостепене брзине 60-их, а први петостепени мењачи 70-их година били су значајна прекретница за произвођаче, који су с поносом приметили присуство таквог мењача заједно са моделом на аутомобилу. Недавно ми је власник класичног Опел Цоммодореа рекао да је, када је купио аутомобил, био у 3 брзине и да је у просеку износио 20 л / 100 км. Када је мењач заменио мењачем са четири брзине, потрошња је била 15 л / 100 км, а након што је коначно добио петостепени, овај је пао на 10 литара.

Данас практично нема аутомобила са мање од пет брзина, а шест брзина постаје норма у вишим верзијама компактних модела. Шеста идеја је у већини случајева снажно смањење брзине при великим обртајима, а у неким случајевима и када није толико дуго и смањење брзине опада при пребацивању. Вишестепени мењачи имају посебно позитиван ефекат на дизел моторе, чији агрегати имају висок обртни моменат, али значајно смањен опсег рада због основне природе дизел мотора.

(пратити)

Текст: Георгије Колев