Рис.5. Сборный металлический клиноремень на многослойных стальных лентах.
Без ступенейВ эпоху 3- и 4-ступенчатых "ручек" автомобилестроители мечтали о конструкциях с неограниченным набором передаточных чисел - о бесступенчатых трансмиссиях. Казалось, свобода выбора ПЧ даст крупный выигрыш - и в динамике разгона, и по части расхода горючего. Очень уж вопиюще выглядели недостатки обычных КПП: заведомо малое количество передач (в необходимом интервале изменения ПЧ), слишком широкие разрывы между соседними ступенями...А поскольку бесступенчатая трансмиссия позволяет в любой момент задать то или иное ПЧ, то д.в.с. удается перманентно держать в зоне наивыгоднейших обротов - по крутящему моменту или по удельному расходу топлива. А подчас то и другое одновременно. Поэма.Что ж, осущ...ляются мечты: 50+ лет назад бесступенчатая CVT (continuously variable transmission - непрерывно изменяемое ПЧ) появилась на микролитражках DAF 600, Нидерланды. Конструкцию под названием Variomatic создал голландский инженер Huub Van Doorne: своего рода шедевр.Пара раздвижных шкивов - ведущий и ведомый, на которые натянут клиновой ремень. Из армированной синтетическим кордом резины - примерно та же технология, что и в производстве покрышек; ничего необычного. Когда половинки ведущего шкива расходятся, а ведомого сближаются (общая длина ремня не меняется - рис. 4), их активные радиусы изменяются так, что ПЧ увеличивается. Переключаемся "вниз". И наоборот, если половинки ведущего шкива сближаются (а ведомого расходятся), ПЧ уменьшается. Переключение "вверх" - всего делов. Рис.4. Принцип работы вариатора с клиноремнем: половинки шкивов сдвинуты - раздвинуты.
Поэтому ВСХ у поршневого д.в.с. не выходит слева на 0 оборотов, а обрывается где-то на 600 мин-1. У двигателей Дизеля и Отто (с искровым зажиганием) множество преимуществ перед паровой машиной и газовой турбиной, но работать на низких оборотах легковой д.в.с. не может. Очень уж тяжелый характер, не обессудьте. И чтобы как-то приспособить крайне неэластичный поршневой мотор к меняющимся условиям движения, пришлось стыковать его с особой коробкой передач - в том или ином виде. Тогда как, например, троллейбус с тяговым э-мотором в КПП не нуждается.Посмотрите на ВСХ поршневого д.в.с. в паре с 5-ступенчатой КПП (неважно, с ручным управлением или автоматическая, планетарная либо с неподвижными осями валов). Тут уже не одна-единственная кривая крутящего момента (по оборотам выходного вала коробки), а все 5. И если нарисовать огибающую к кривым (пунктир на рис. 3), то она похожа на гиперболу! Пусть в грубом приближении, но чем больше у КПП ступеней, тем ближе огибающая к идеальной гиперболе. Тем Уже "провалы" между кривыми момента на передачах. Что и требовалось доказать: Дизель или Отто с грамотно подобранными передаточными числами (ПЧ) трансмиссии неплохо тянут автомобиль в самых разных условиях. Не паровая машина, но ездить можно. Так и ездили - десятилетиями. Однако инженерная мысль не стояла на месте. Рис.3. Легендарный Variomatic с клинорезиновыми ремнями.
А поршневой д.в.с.? Взгляните на его ВСХ: ничего похожего на гиперболу. При уменьшении оборотов ниже тех, когда двигатель развивает наибольший крутящий момент (около 3500 мин-1 на рис. 2), его тяга падает. Чем тяжелее на подъем, тем меньше момент; полный раздрай. Движение автомобиля неустойчиво, причем при малой частоте вращения вала (ниже оборотов "холостого" хода) у д.в.с. нет никакого момента вовсе. Он попросту глохнет... Рис.2. Ступенчатая КПП дает какое-то приближение огибающей кривой к гиперболе.
Вариаторы - клиноременные, цепные, торовые: передаточных чисел здесь настолько много, что такие КПП называют бесступенчатыми. И 6-, 7-ступенчатые "роботизированные" коробки передач - не только для пассажирских автомобилей, но и для гоночных...А скажем, новейшая конструкция Two-mode, созданная совместными усилиями General Motors, BMW, Chrysler и Mercedes-Benz. Хитроумная электромеханическая КПП, которая превращает любой силовой агрегат в параллельно-последовательный "гибрид" - со всеми его достоинствами и преимуществами. И ведь дилеры уже предлагают "спорт-хозяйственники" с Two-mode - за реальную цену. Например, полногабаритный Chevrolet Tahoe Hybrid ЂЂЂ моно- и полноприводный. На подходе Cadillac Escalade и Chrysler Aspen, также оснащенные фантастической трансмиссией Two-mode (конечно, если их не погубит финансово-экономический кризис).Так что предмет для разговора есть ЂЂЂ и совсем не простой. Поэтому давайте по порядку.Тяжелый характерЗадайтесь вопросом: а почему паровозы обходятся без всяких КПП? Прекрасно тянут тяжелые составы - с места (и порой на подъем), хотя шатуны паровой машины действуют у них прямо и непосредственно на ведущие колесные пары. Тогда как у тепловозов уже предусмотрена трансмиссия с изменяемыми передаточными числами (как правило электромеханическая). How come (как говорят англо-американцы)?Ответ нехитрый: паровозу КПП не нужна именно потому, что у него паровая машина (даже две - по обе стороны). А у тепловоза - двигатель внутреннего сгорания (дизель); две большие разницы, как говорят у нас... Специалисты выражаются так: у д.в.с. крайне невыгодная внешняя скоростная характеристика (а если проще ЂЂЂ кривая крутящего момента) . В отличие от паровой машины (газовой турбины, тягового электромотора), где внешняя скоростная характеристика (ВСХ) как раз в высшей степени выигрышная.Вот рис. 1: если выходной вал паровой машины нагружать все сильнее (и тем самым тормозить его), крутящий момент нарастает и нарастает. До наибольшего - при 0 оборотов! При полной остановке вала она развивает наибольшую тягу. То есть, у паровой машины гиперболическая ВСХ - именно такая, какую доктор прописал. Так, когда паровоз ведет состав на подъем, сопротивление движению увеличивается. Обороты вала паровой машины (ведущей колесной пары) падают, состав замедляет ход, а крутящий момент нарастает . Чем выше сопротивление движению, тем сильнее тяга; внутренний автоматизм паровой машины (газовой турбины, э-мотора). Превосходная эластичность - дорогОго стоит. Рис.1. Внешняя скоростная характеристика паровой машины (a) и современного бензинового д.в.с. (б).
Конструкции коробок передач у современных легковушек удивительно разнообразны. В отличие, скажем, от ходовой, где все свелось к 2-3 схемам подвесок ЂЂЂ и для передних, и для задних колес. А КПП... "Ручные" 2- и 3-вальные, с числом передач от 5 до 7. Гидромеханические "автоматы" - 4-, 5- и даже 8-скоростные! Спрашивается, зачем столько?
CarExpert.ru Январь 2009Типы коробок передач
- Вверх и вниз. Часть I - версия для печати
Комментариев нет:
Отправить комментарий