Test Sürüşü Otomotiv Şanzımanlarının Tarihi - Bölüm 1

Bir dizi makalede, belki de ilk otomatik şanzımanın yaratılmasının 75. yıldönümü vesilesiyle bir selam olarak, otomobil ve kamyon şanzımanlarının tarihçesinden bahsedeceğiz.

1993 Silverstone'daki yarış öncesi testler sırasında Williams test pilotu David Coulthard, yeni Williams FW 15C ile bir sonraki test için pistten ayrıldı. Islak kaldırımda, araba her yere sıçradı, ancak yine de herkes on silindirli bir motorun garip monoton yüksek hızlı sesini duyabiliyor. Açıkçası, Frank William farklı türde bir iletim kullanıyor. Bunun bir Formula 1 motorunun ihtiyaçlarını karşılamak için tasarlanmış sürekli değişken bir şanzımandan başka bir şey olmadığı aydınlar için açıktır.Daha sonra her yerde bulunan Van Doorn uzmanlarının yardımıyla geliştirildiği ortaya çıktı. enfeksiyonun bulaşması. İki komplocu şirket, spor kraliçesindeki dinamiklerin kurallarını yeniden yazabilecek tamamen işlevsel bir prototip oluşturmak için son dört yılda bu projeye büyük mühendislik ve finansal kaynaklar aktardı. Bugünkü YouTube videosunda bu modelin testlerini görebilirsiniz ve Coulthard'ın kendisi işini beğendiğini iddia ediyor - özellikle vites küçültmekle zaman kaybetmenin gerekmediği virajda - her şey elektronik tarafından hallediliyor. Ne yazık ki projede çalışan herkes emeğinin meyvelerini kaybetti. Yasa koyucular, iddiaya göre "haksız avantaj" nedeniyle bu tür geçişlerin Formula'da kullanılmasını yasaklamakta gecikmediler. Kurallar değişti ve V-kayışı CVT veya CVT şanzımanları sadece bu kısa görünümle tarih oldu. Dava kapandı ve Williams, Formula 1'de hala standart olan ve karşılığında 80'lerin sonunda bir devrim haline gelen yarı otomatik şanzımanlara geri dönmelidir. Bu arada, 1965'te Variomatic şanzımanlı DAF, motor sporları pistine girme girişimlerinde bulundu, ancak o zamanlar mekanizma o kadar büyüktü ki, öznel faktörlerin müdahalesi olmadan bile başarısızlığa mahkumdu. Ama bu başka bir hikaye.

Modern otomotiv endüstrisinde ne kadar çok inovasyonun, son derece yetenekli ve anlayışlı insanların kafalarında doğan eski fikirlerin sonucu olduğuna dair örnekleri defalarca gösterdik. Mekanik yapıları nedeniyle dişli kutuları, zamanı geldiğinde nasıl uygulanabileceklerinin en iyi örneklerinden biridir. Günümüzde, gelişmiş malzemeler ve üretim süreçleri ile e-devletin birleşimi, her türlü iletim biçiminde inanılmaz derecede etkili çözümler için fırsat yaratmıştır. Bir yandan daha düşük tüketime yönelik eğilim ve boyutları küçültülmüş yeni motorların özgünlüğü (örneğin, bir turbo deliğinin hızla üstesinden gelme ihtiyacı), daha geniş dişli oranlarına sahip otomatik şanzımanlar yaratma ihtiyacına yol açmaktadır ve buna bağlı olarak, çok sayıda dişli. Daha uygun fiyatlı alternatifleri, genellikle Japon otomobil üreticileri tarafından kullanılan küçük otomobiller için CVT'ler ve Easytronic gibi otomatik manuel şanzımanlardır. Opel (küçük arabalar için de). Paralel hibrit sistemlerin mekanizmaları spesifiktir ve emisyon azaltma çabalarının bir parçası olarak, tahrik elektrifikasyonu aslında şanzımanlarda gerçekleşir.

Bir motor şanzımansız yapamaz

Bugüne kadar insanlık, mekanik enerjinin doğrudan aktarımı için kayış, zincir ve dişli kullanan yöntemlerden daha verimli bir yol (elbette hidrolik mekanizmalar ve hibrit elektrik sistemleri hariç) icat etmedi. Elbette bu konuda sayısız varyasyon var ve son yıllarda bu alandaki en öne çıkan gelişmeleri listeleyerek bunların özünü daha iyi anlayabilirsiniz.

Elektronik vites değiştirme veya kontrol mekanizmasının vites kutusuna elektronik dolaylı bağlantısı kavramı, son çığlığın çok uzağındadır, çünkü 1916'da Pennsylvania'daki Pullman şirketi, vitesleri elektrikli olarak değiştiren bir vites kutusu yarattı. Aynı çalışma prensibini geliştirilmiş bir biçimde kullanarak, yirmi yıl sonra avangart Cord 812'ye kuruldu - sadece yaratıldığı 1936'da değil, en fütüristik ve harika arabalardan biri. Endüstriyel tasarımın başarılarını konu alan bir kitabın kapağında bu ipin bulunması yeterince anlamlıdır. Şanzıman, motordan ön aksa (!) tork iletir ve vites değiştirme, dişliler dahil olmak üzere vakum diyaframlı karmaşık bir elektromanyetik cihaz sistemini etkinleştiren özel elektrik anahtarlarını etkinleştiren direksiyon kolonunun o zamanki temsili için doğrudan telkaridir. Kordon tasarımcıları tüm bunları başarılı bir şekilde birleştirmeyi başardılar ve sadece teoride değil, pratikte de harika çalışıyor. Vites değiştirme ile debriyaj çalışması arasında senkronizasyon kurmak gerçek bir kabustu ve zamanın kanıtlarına göre bir tamirciyi bir psikiyatri hastanesine göndermek mümkündü. Bununla birlikte, Cord lüks bir otomobildi ve sahipleri, birçok modern üreticinin bu sürecin doğruluğuna yönelik gelişigüzel tutumunu karşılayamazdı - pratikte, çoğu otomatikleştirilmiş (genellikle robotik veya yarı otomatik olarak adlandırılır) şanzımanlar, karakteristik bir gecikmeyle vites değiştirir. ve sık sık rüzgarlar.

Günümüzde daha basit ve daha yaygın olan manuel şanzımanlarla senkronizasyonun çok daha kolay bir iş olduğunu kimse iddia etmiyor, çünkü "Böyle bir cihazı kullanmak neden gerekli?" Temel bir karaktere sahiptir. Bu karmaşık olayın nedeni, ancak aynı zamanda milyarlarca kişiye iş alanı açmak, içten yanmalı motorun doğasında yatmaktadır. Örneğin, silindirlere sağlanan buharın basıncının nispeten kolayca değişebildiği ve basıncının başlatma ve normal çalışma sırasında değişebildiği bir buhar makinesinden veya güçlü bir sürüş manyetik alanının bulunduğu bir elektrik motorundan farklı olarak. dakikada sıfır hızda da var (aslında, o zaman en yüksek ve artan hız ile elektrik motorlarının verimliliğindeki düşüş nedeniyle, elektrikli araçlar için tüm şanzıman üreticileri şu anda iki aşamalı seçenekler geliştiriyor) bir dahili içten yanmalı motor, maksimum güce maksimuma yakın hızlarda ve maksimum torka - en uygun yanma işlemlerinin meydana geldiği nispeten küçük bir hız aralığında ulaşıldığı bir özelliğe sahiptir. Ayrıca, gerçek hayatta motorun nadiren maksimum tork eğrisinde (buna karşılık olarak maksimum güç geliştirme eğrisinde) kullanıldığına dikkat edilmelidir. Maalesef, düşük devirlerde tork minimumdur ve şanzıman, ayrılan ve çalıştırmaya izin veren bir debriyajla bile doğrudan bağlıysa, araç asla geniş bir hız aralığında marş, hızlanma ve sürüş gibi aktiviteleri gerçekleştiremeyecektir. İşte basit bir örnek - motor hızını 1: 1 iletiyorsa ve lastik boyutu 195/55 R 15 ise (şimdilik ana vitesin varlığından soyutlanır), o zaman teorik olarak araba şu hızda hareket etmelidir: 320 km. Dakikada 3000 krank mili devrinde / saat. Elbette, arabaların doğrudan veya yakın dişlileri ve hatta paletli dişlileri vardır, bu durumda nihai tahrik de denkleme girer ve dikkate alınmalıdır. Bununla birlikte, şehirde 60 km / s'lik normal bir hızda sürüş hakkındaki orijinal mantığa devam edersek, motorun sadece 560 rpm'ye ihtiyacı olacaktır. Elbette böyle bir sicim yapabilecek bir motor yok. Bir detay daha var - çünkü tamamen fiziksel olarak güç, tork ve hız ile doğru orantılıdır (formülü hız x tork / belirli bir katsayı olarak da tanımlanabilir) ve fiziksel bir cismin ivmesi ona uygulanan kuvvete bağlıdır. . , bu durumda gücü anlayın, daha hızlı hızlanma için daha yüksek hızlara ve daha fazla yüke ihtiyacınız olacak mantıklıdır (ör. tork). Kulağa karmaşık gelebilir, ancak pratikte bunun anlamı şudur: Teknolojide hiçbir şey anlamayan her sürücü, bir arabayı hızlı bir şekilde sollamak için bir veya iki vites daha düşük vites değiştirmeniz gerektiğini bilir. Böylelikle, aynı pedal basıncıyla bu amaç için anında daha yüksek devir ve dolayısıyla daha fazla güç sağlayan vites kutusu ile olur. Bu, içten yanmalı motorun özelliklerini dikkate alarak, optimum modda çalışmasını sağlamak için bu cihazın görevidir. İlk viteste 100 km / s hızla sürmek oldukça ekonomik olmayacak ve altıncı sırada, piste uygun, yola çıkmak imkansız. Ekonomik sürüşün erken vites değiştirmeyi gerektirmesi ve motorun tam yükte çalışması (yani, maksimum tork eğrisinin biraz altında sürülmesi) tesadüf değildir. Uzmanlar, orta devir aralığında ve maksimum yüke yakın olan "düşük özgül güç tüketimi" terimini kullanıyor. Daha sonra benzinli motorların gaz kelebeği daha geniş açılarak pompalama kayıplarını azaltır, silindir basıncını artırır ve böylece kimyasal reaksiyonların kalitesini iyileştirir. Daha düşük hızlar sürtünmeyi azaltır ve tamamen doldurmak için daha fazla zaman sağlar. Yarış arabaları her zaman yüksek hızlarda çalışır ve çok sayıda vitese (Formula 1'de sekiz) sahiptir, bu da vites değiştirirken hızın düşürülmesine izin verir ve önemli ölçüde daha az güce sahip alanlara geçişi sınırlar.

Aslında, klasik bir vites kutusu olmadan da yapabilir, ama ...

Hibrit sistemler ve özellikle Toyota Prius gibi hibrit sistemler durumu. Bu arabada listelenen tiplerden hiçbirinin şanzımanı yoktur. Neredeyse hiç dişli kutusu yok! Bu mümkündür, çünkü yukarıda belirtilen eksiklikler elektrik sistemi tarafından telafi edilir. Şanzımanın yerini, içten yanmalı bir motor ile iki elektrikli makineyi birleştiren bir planet dişli olan sözde bir güç ayırıcı alır. Hibrit sistemler ve özellikle Prius'un yaratılmasıyla ilgili kitaplarda (ikincisi ams.bg sitemizin çevrimiçi versiyonunda mevcuttur) işleyişinin seçici açıklamasını okumamış kişiler için, yalnızca mekanizmanın izin verdiğini söyleyeceğiz. içten yanmalı motorun mekanik enerjisinin doğrudan, mekanik ve kısmen aktarılacak bir kısmının elektriğe (jeneratör olarak bir makine yardımıyla) ve tekrar mekanik enerjiye (elektrik motoru olarak başka bir makine yardımıyla) dönüştürülmesi . Toyota'nın (orijinal fikri 60'lardaki Amerikan şirketi TRW olan) bu yaratımının dehası, çok düşük viteslere olan ihtiyacı ortadan kaldıran ve motorun verimli modlarda çalışmasına izin veren yüksek başlangıç ​​torku sağlamasıdır. maksimum yükte, mümkün olan en yüksek vitesi simüle ederek, elektrik sistemi her zaman bir tampon görevi görür. Hızlanma ve vites küçültme simülasyonu gerektiğinde, motor hızı jeneratörü kontrol ederek ve buna bağlı olarak gelişmiş bir elektronik akım kontrol sistemi kullanılarak hızına göre artırılır. Yüksek vitesleri simüle ederken, motorun hızını sınırlamak için iki arabanın bile rol değiştirmesi gerekir. Bu noktada sistem "güç sirkülasyonu" moduna girer ve verimliliği önemli ölçüde düşer, bu da bu tip hibrit araçların yüksek hızlarda yakıt tüketimini keskin bir şekilde göstermesini açıklar. Bu nedenle, bu teknoloji pratikte şehir trafiği için uygun bir uzlaşmadır, çünkü elektrik sisteminin klasik bir vites kutusunun yokluğunu tam olarak telafi edemeyeceği açıktır. Bu sorunu çözmek için Honda mühendisleri, Toyota ile rekabet edebilmek için yeni sofistike hibrit hibrit sistemlerinde basit ama dahiyane bir çözüm kullanıyorlar - sadece yüksek hızlı hibrit mekanizmanın yerine devreye giren altıncı bir manuel şanzıman ekliyorlar. Bütün bunlar bir vites kutusuna olan ihtiyacı gösterecek kadar ikna edici olabilir. Tabii ki, mümkünse çok sayıda vitesle - gerçek şu ki, manuel kontrolde çok sayıda vitese sahip olmak sürücü için rahat olmayacak ve fiyat artacaktır. Şu anda, Porsche (DSG'ye dayalı) ve Chevrolet Corvette'de bulunanlar gibi 7 vitesli düz şanzımanlar oldukça nadirdir.

Her şey zincirler ve kayışlarla başlar

Bu nedenle, farklı koşullar, hıza ve torka bağlı olarak gerekli gücün belirli değerlerini gerektirir. Ve bu denklemde, modern motor teknolojisine ek olarak verimli motor çalışması ve azaltılmış yakıt tüketimi ihtiyacı, şanzıman giderek daha önemli bir zorluk haline geliyor.

Doğal olarak, ortaya çıkan ilk sorun çalıştırmadır - ilk binek otomobillerde en yaygın dişli kutusu biçimi, bir bisikletten ödünç alınan bir zincir tahriki veya farklı çaplardaki kayış kasnaklarına etki eden bir kayış tahrikiydi. Uygulamada, kayış tahrikinde hoş olmayan sürprizler olmadı. Zincir ortakları kadar gürültülü olmakla kalmıyor, aynı zamanda diş kıramıyordu ki bu, o zamanlar sürücülerin "transmisyon marul" dediği ilkel dişli mekanizmalarından biliniyordu. Yüzyılın başından beri, debriyajı veya dişlisi olmayan ve toroidal dişli kutularında Nissan ve Mazda kullanan (daha sonra tartışılacak olan) sözde "sürtünmeli tekerlek tahriki" ile deneyler yapılıyor. Bununla birlikte, dişli çarklara alternatiflerin de bir takım ciddi dezavantajları vardı - kayışlar uzun süreli yüklere ve artan hızlara dayanamadı, hızla gevşedi ve yırtıldı ve sürtünme tekerleklerinin "pabuçları" çok hızlı aşınmaya maruz kaldı. Her halükarda, otomotiv endüstrisinin doğuşundan kısa bir süre sonra dişliler gerekli hale geldi ve bu aşamada oldukça uzun bir süre tork iletmek için tek seçenek olarak kaldı.

Mekanik bir şanzımanın doğuşu

Leonardo da Vinci, mekanizmaları için dişli çarklar tasarladı ve üretti, ancak yüksek kaliteli çelikler ve metal işleme makineleri oluşturmak için uygun metalürjik teknolojilerin mevcudiyeti sayesinde güçlü, makul derecede doğru ve dayanıklı dişli çarkların üretimi ancak 1880'de mümkün oldu. nispeten yüksek iş doğruluğu. Dişlilerdeki sürtünme kaybı sadece yüzde 2'ye düşürüldü! Bu, dişli kutusunun bir parçası olarak vazgeçilmez hale geldikleri andı, ancak sorun, genel mekanizmaya birleştirilmesi ve yerleştirilmesiyle kaldı. Yenilikçi bir çözüme bir örnek, bugünün anlayışına göre, çeşitli boyutlardaki dişlilerin gerçeğe "birleştirildiği", dört hıza ek olarak bir geri vitese sahip bir dişli kutusu olan 1897 Daimler Phoenix'tir. İki yıl sonra Packard, vites kolunun "H" harfinin sonundaki iyi bilinen konumunu kullanan ilk şirket oldu. İlerleyen yıllarda dişliler artık yoktu, ancak daha kolay çalışma adına mekanizmalar geliştirilmeye devam edildi. İlk üretim arabalarını bir planet dişli kutusuyla donatan Carl Benz, 1929'da Cadillac ve La Salle tarafından yaratılan ilk senkronize dişli kutularının görünümünden sağ çıkmayı başardı. İki yıl sonra, senkronizörler Mercedes, Mathis, Maybach ve Horch ve ardından başka bir Vauxhall, Ford ve Rolls-Royce tarafından zaten kullanılıyordu. Bir ayrıntı - hepsinde, sürücüleri büyük ölçüde rahatsız eden ve özel beceriler gerektiren senkronize olmayan bir birinci vites vardı. İlk tam senkronize şanzıman, Ekim 1933'te İngiliz Alvis Speed ​​​​Twenty tarafından kullanıldı ve hikayemizde sık sık değineceğimiz "Gear Factory" ZF adını hala taşıyan ünlü Alman şirketi tarafından yaratıldı. 30'ların ortalarına kadar senkronizörler diğer markalara kurulmaya başlamamıştı, ancak daha ucuz arabalarda ve kamyonlarda, sürücüler vites değiştirmek ve vites değiştirmek için vites koluyla mücadele etmeye devam etti. Aslında, bu tür rahatsızlık sorununa çok daha önce, dişli çiftlerini sürekli olarak birbirine geçirmeyi ve bunları mile bağlamayı amaçlayan çeşitli şanzıman yapılarının yardımıyla bir çözüm arandı - 1899'dan 1910'a kadar, De Dion Bouton dişlilerin sürekli birbirine geçtiği ve ikincil mile bağlantılarının küçük kaplinler kullanılarak gerçekleştirildiği ilginç bir şanzıman geliştirdi. Panhard-Levasseur benzer bir gelişmeye sahipti, ancak geliştirmelerinde, kalıcı olarak takılan dişliler, pimler kullanılarak mile sıkıca bağlandı. Tasarımcılar elbette sürücülerin işini nasıl kolaylaştıracaklarını ve arabaları gereksiz hasarlardan nasıl koruyacaklarını düşünmekten vazgeçmediler. 1914'te Cadillac mühendisleri, devasa motorlarının gücünden yararlanabileceklerine ve arabaları elektrikli olarak değişebilen ve dişli oranını 4,04: 2,5: 1'e değiştirebilen ayarlanabilir bir nihai tahrik ile donatabileceklerine karar verdiler.

20'li ve 30'lu yıllar, yıllar boyunca sürekli bilgi birikiminin bir parçası olan inanılmaz icatların zamanıydı. Örneğin, 1931'de Fransız şirketi Cotal, direksiyon simidindeki küçük bir kolla kontrol edilen elektromanyetik olarak kaydırılan bir manuel şanzıman yarattı ve bu da zemine yerleştirilmiş küçük bir rölanti koluyla birleştirildi. İkinci özellikten bahsediyoruz çünkü bu, arabanın tam olarak dört geri vitesi olduğu kadar çok ileri vitese sahip olmasını sağlıyor. O dönemde Delage, Delahaye, Salmson ve Voisin gibi prestijli markalar Kotal'ın icadıyla ilgilendi. Birçok modern arkadan çekişli vitesin yukarıda belirtilen tuhaf ve unutulmuş "avantajına" ek olarak, bu inanılmaz şanzıman aynı zamanda motor yükü nedeniyle hız düştükçe vites değiştiren bir Fleschel otomatik vites değiştirici ile "etkileşim" yeteneğine sahiptir ve aslında süreci otomatikleştirmeye yönelik ilk girişimlerden biri.

40'lı ve 50'li yılların çoğu otomobilinde üç vites vardı, çünkü motorlar 4000 rpm'den fazla geliştirmedi. Devir, tork ve güç eğrilerindeki artışla birlikte, üç vites artık devir aralığını kapsamadı. Sonuç, kaldırırken karakteristik "sersemletici" bir şanzımana sahip uyumsuz bir hareket ve daha alçak olana geçerken aşırı zorlamaydı. Sorunun mantıklı çözümü, 60'larda dört vitesli viteslere büyük bir geçiş oldu ve 70'lerde ilk beş vitesli vites kutuları, otomobildeki modelle birlikte böyle bir vites kutusunun varlığını gururla kaydeden üreticiler için önemli bir kilometre taşı oldu. Geçenlerde, klasik bir Opel Commodore'un sahibi bana arabayı satın aldığında 3 viteste olduğunu ve ortalama 20 l / 100 km olduğunu söyledi. Şanzımanı dört vitesli bir şanzımana değiştirdiğinde, tüketim 15 l / 100 km idi ve sonunda beş vitesli bir şanzımana sahip olduktan sonra ikincisi 10 litreye düştü.

Bugün, beşten az vitesli neredeyse hiç otomobil yok ve kompakt modellerin daha yüksek versiyonlarında altı hız norm haline geliyor. Çoğu durumda altıncı fikir, yüksek devirlerde hızda güçlü bir azalma ve bazı durumlarda, çok uzun olmadığında ve vites değiştirirken hızdaki azalmadır. Çok kademeli şanzımanlar, üniteleri yüksek torka sahip ancak dizel motorun temel yapısı nedeniyle önemli ölçüde azaltılmış çalışma aralığına sahip dizel motorlar üzerinde özellikle olumlu bir etkiye sahiptir.

(takip etmek)

Metin: Georgy Kolev