Каждая из упомянутых передач имеет достоинства и недостатки. Например, электрические трансмиссии очень сложны и дороги, КПД их невелик, но они незаменимы при очень больших мощностях двигателей – свыше 1 МВт. Гидростатический привод хорош для автомобилей со многими ведущими колесами, например, ракетовозов. Для других случаев этот привод слишком дорог, недолговечен и неэкономичен.
Ко второй же группе отнесем все механические бесступенчатые передачи – вариаторы.
К первым относятся электрические трансмиссии постоянного или переменного тока, гидростатические трансмиссии, а также наиболее распространенные среди автоматических – гидродинамические, то есть с гидротрансформатором. Заметим, что автоматические коробки передач с гидротрансформаторами к бесступенчатым можно отнести лишь условно, так как все они, кроме собственно бесступенчатого звена – гидротрансформатора, содержат и трех-, четырех, а то и пятиступенчатую дополнительную коробку передач.
Бесступенчатые передачи очень грубо можно разделить на такие, которые преобразуют энергию вращения двигателя в электричество, давление жидкости или ее скоростной поток; и такие, которые сохраняют это вращение, лишь преобразуя его по частоте и моменту, вплоть до колес автомобиля.
Если число ступеней бесконечно велико, то такую передачу называют бесступенчатой. Переход от одного передаточного числа (которое всегда больше 1, в отличие от передаточного отношения, которое может быть и больше, и меньше 1) к другому здесь осуществляется плавно и без разрыва потока мощности, то есть на ходу.
Ещё лучше – совсем без ступеней
Вот и пришли мы к необходимости бесступенчатых коробок передач, которые могут обеспечить любую скорость автомобиля в пределах от максимальной (при максимальных оборотах) до минимальной, при которой двигатель работает устойчиво. А заодно и разогнать автомобиль от состояния покоя до любой из этих скоростей без переключения передач, за минимальное время и с максимальным комфортом для водителя и груза. Заметим только, что вторую функцию всегда почему-то считали основной для бесступенчатых автоматических передач, а про первую, дающую наибольшую экономию топлива, забывали!
Но повышать без предела число передач тоже нельзя – коробка превратится в супермонстра и по размерам, и по сложности. А не повышать, тоже плохо – «между» передачами экономичность будет падать, так как неизбежны частичные характеристики.
Но не хочет ехать на такой скорости, мало ли по какой причине – опасно, или дорога впереди занята, расход топлива высокий из-за аэродинамических потерь. И он снижает скорость машины, но не путем уменьшения подачи топлива, и не переходом на низшую передачу (что повысило бы путевой расход топлива), а единственно правильным образом – включая одну из более высоких, «экономичных», передач. Скорость машины уменьшилась, допустим, до 120 км/ч, а обороты двигателя, допустим, с 2500 до 2000 об/мин. Помните, что цифры эти гипотетические, и ни к какому конкретному типу тягача не относятся! Путевой расход топлива уменьшился. Так, переходя на все более высокие передачи, водитель может снижать скорость машины и путевой расход топлива вплоть до минимально устойчивых оборотов двигателя. Известен случай из соревнований по экономичности автомобилей, когда частоту вращения дизельного двигателя довели до 60 об/мин (совсем как число ударов пульса!), скорость – до 30 км/ч, а путевой расход, не поверите – до 100 граммов солярки на 100 км пути! Автомобиль, конечно же, был небольшой, но человека и себя вез!
Поясним на примере, для чего все-таки нужны эти многочисленные «экономичные» передачи. Исходим мы из условия, что двигатель обязательно работает на полной подаче топлива или на «внешней» характеристике. Допустим, что у нас тягач с прицепом, что само по себе соответствует лучшей экономичности перевозки по сравнению с обычным грузовиком. Еще раз допустим, что максимальная скорость этого тягача при средней загрузке по массе прицепа и на лучшей горизонтальной дороге – 140 км/ч. Но скорость эта достигается вовсе не на самой высшей передаче, а на одной из средних, на которой скорость автомобиля соответствует максимальной мощности и максимальным оборотам двигателя.
Отсюда и пошло увеличение числа ступеней коробки передач. Вначале это число увеличилось от низшей – первой – до «прямой», которая стала уже четвертой или пятой. Затем появились «повышающие», или правильнее – «экономичные» передачи, допустим, шестая, седьмая, восьмая и т.д., на которых автомобиль уже не мог развить максимальной скорости (которая далеко не всегда и нужна), но работал на пониженных оборотах двигателя и максимальном для этих оборотов моменте. А это обеспечивало наибольшую экономичность, то есть меньший расход топлива на 100 км пути. И таких «экономичных» передач нужно было все больше и больше. Уже стало мало восьми ступеней, затем четырнадцати, шестнадцати. Число ступеней коробки стало «зашкаливать» за двадцать. Это уже были не коробки передач, а настоящие «монстры». Им не хватало уже своих «собственных» передач, и они обзаводились демультипликаторами и делителями, которые фактически удваивали число передач в самой коробке.
На первых автомобилях, паровых, вообще не было коробок передач. Потом появились двух- и трехступенчатые. Старые «Москвичи» и «Победы» были с трехступенчатой коробкой передач. Эти коробки были трехвальными, и высшей передачей была третья – «прямая», когда первичный вал непосредственно соединялся со вторичным. На этой передаче автомобиль достигал максимальной скорости, и вся роль коробки передач заканчивалась. Если такая высокая скорость была не нужна, уменьшали подачу топлива, следовательно, уменьшались и обороты двигателя. Конечно же, страдала экономичность, потому что двигатель начинал работать на неэкономичных «частичных» характеристиках.
Экономичность – в увеличении числа ступеней
Но у нас в запасе еще достаточно передач, давайте начнем использовать и их. И что же – скорость движения автомобиля станет понижаться, а частота вращения двигателя – еще более! Если передач в запасе достаточно много, мы вообще можем довести двигатель, а, стало быть, и сам автомобиль до остановки, особенно если прицеп тяжел или дорога пошла на подъем. Вместо ожидаемых 130...140 км/ч автомобиль на высшей, шестнадцатой, передаче может «поплестись» со скоростью 50...60 км/ч, а при переходе на низшие передачи может даже прибавить скорость. Поясним это явление, часто непонятное для водителей.
На нескольких первых передачах автомобиль будет буквально «рваться» вперед, развивая максимальные ускорения. Обороты двигателя будут скакать в достаточно широких пределах при каждом переключении передач. Затем, на какой-то передаче (в зависимости от дорожных условий и загрузки автомобиля) скорость движения достигнет максимальной. Обороты двигателя – также наивысшие.
Если говорить более точно, то коробка передач нужна для изменения крутящего момента двигателя, причем при его увеличении во столько же раз будет уменьшаться частота вращения. Чтобы понять, насколько неоднозначна роль коробки передач для автомобиля, проведем такой опыт. Дадим полную подачу топлива в двигатель (говоря по-научному, используем его «внешнюю скоростную характеристику») и начнем переключать передачи с низшей на высшие. Представим, например, что наш автомобиль – тягач аж с шестнадцатью передачами, чтобы прочувствовать влияние гаммы этих передач.
Чаще всего на этот вопрос отвечают так – для изменения скорости движения машины. Это однобокое понимание вопроса. Изменять скорость можно и подачей топлива в двигатель, то есть педалью акселератора. Если двигатель мощный, то и разогнаться от состояния покоя до максимальной скорости можно, не пользуясь коробкой передач. Только разгон этот будет очень долгим.
Для чего нужна автомобильная коробка передач?
Супервариатор – перспективная бесступенчатая коробка передач для автомобилей
Супервариатор - перспективная бесступенчатая коробка передач для автомобилей. Статьи. Наука и техника
Комментариев нет:
Отправить комментарий