Εισαγωγή στις τεχνολογίες χειροκίνητου κιβωτίου ταχυτήτων

Εισαγωγή στις τεχνολογίες χειροκίνητου κιβωτίου ταχυτήτων

Επισκόπηση τύπου μετάδοσης

Μπορούμε να ορίσουμε 2 βασικούς τύπους μετάδοσης, το χειροκίνητο κιβώτιο ταχυτήτων (MT) και το αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων (AT). Ο τύπος αυτόματου κιβωτίου ταχυτήτων χωρίζεται στη συνέχεια σε 4 υποομάδες:

  • Κλασικό AT, με επικυκλικούς συρμούς ταχυτήτων (χωρίς απώλεια πρόσφυσης κατά την αλλαγή ταχυτήτων)
  • Συνεχώς μεταβλητό κιβώτιο ταχυτήτων (CVT), με κωνικές τροχαλίες και ωθούμενο ιμάντα (άπειρο σχέσεις μετάδοσης μεταξύ της χαμηλότερης και της υψηλότερης σχέσης)
  • Αυτόματο χειροκίνητο κιβώτιο ταχυτήτων (AMT). Είναι ένα χειροκίνητο κιβώτιο ταχυτήτων με αυτοματοποιημένους ενεργοποιητές για απελευθέρωση συμπλέκτη και αλλαγή ταχυτήτων (απώλεια πρόσφυσης κατά την αλλαγή ταχυτήτων)
  • Κιβώτιο ταχυτήτων διπλού συμπλέκτη (DCT ή DSG), με 2 συμπλέκτες που επιτρέπουν την προεπιλογή ταχύτητας (σχεδόν καμία απώλεια πρόσφυσης κατά την αλλαγή ταχυτήτων)

Οι διατάξεις του κιβωτίου ταχυτήτων είναι δύο ειδών:

  • FF (Μπροστινός κινητήρας, κίνηση στους μπροστινούς τροχούς)
  • FR/FR (Μπροστινός κινητήρας, κίνηση στους πίσω τροχούς)

Μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι όλοι αυτοί οι τύποι και οι διατάξεις επιτρέπουν την προσαρμογή της τετρακίνησης.

Μερίδια αγοράς μεταδόσεων

Λαμβάνοντας υπόψη όλους τους τύπους κιβωτίων ταχυτήτων, μπορούμε να πούμε ότι η τάση για τους όγκους μετάδοσης είναι η ίδια με τον όγκο των οχημάτων. Το παρακάτω γράφημα δείχνει τις παγκόσμιες τάσεις όγκου κατά τη διάρκεια των ετών, συμπεριλαμβανομένων των προσδοκιών μέχρι το 2015.διάσπαση μετάδοσης στη Δυτική ΕυρώπηΜεγάλη πτώση όγκου παρατηρείται γύρω στο 2008, λόγω της πρώτης κρίσης της αυτοκινητοβιομηχανίας. Ωστόσο, από το 2010, η τάση είναι πολύ υψηλότερη χάρη στην υψηλή παραγωγή οχημάτων στη Βραζιλία, τη Ρωσία, την Ινδία και την Κίνα (BRIC).



Το 2009, η παγκόσμια αγορά μεταδόσεων επιβατικών αυτοκινήτων εκτιμάται σε περίπου 60 εκατομμύρια μονάδες με ίση κατανομή μεταξύ AT και MT. Η αγορά των BRIC είναι η μεγαλύτερη με 19 εκατομμύρια μονάδες ακολουθούμενη από την Ευρώπη (16 εκατομμύρια), τη Βόρεια Αμερική (12 εκατομμύρια) και την Ιαπωνία με 5 εκατομμύρια μονάδες.

Ο διαχωρισμός μεταξύ AT και MT ποικίλλει επίσης πολύ μεταξύ αυτών των περιοχών, κυρίως για ιστορικούς και πολιτιστικούς λόγους:

  • Ευρώπη: 77% MT / 23% AT
  • Βόρεια Αμερική: 9% MT / 91% AT
  • Ιαπωνία: 18% MT / 82% AT
  • BRIC: 83% MT / 17% AT

Ωστόσο, η διάσπαση αλλάζει σε ορισμένες περιοχές, κυρίως λόγω του οικολογικού πλαισίου. Για παράδειγμα, η διάσπαση το 2009 και η αναμενόμενη διάσπαση το 2015 συγκρίνονται στη Δυτική Ευρώπη στο ακόλουθο γράφημα:

Μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων Renault PK4

Μπορεί να ειπωθεί ότι το μέρος του MT πρόκειται να μειώνεται, προς όφελος της DCT. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η τεχνολογία DCT είναι σήμερα ώριμη και μπορεί να προσφέρει κάποια εξοικονόμηση καυσίμου σε σύγκριση με την MT.

Οι κύριοι κατασκευαστές MT μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες, τους ιστορικούς που βασίζονται στις ιστορικές αγορές και τους νέους κατασκευαστές που εμφανίζονται στις αναδυόμενες αγορές.

Στην Ευρώπη, οι αυτοκινητοβιομηχανίες κατασκεύαζαν τα δικά τους χειροκίνητα κιβώτια ταχυτήτων, ακόμη κι αν ορισμένοι προμηθευτές όπως η ZF ή η Getrag είναι ολοένα και περισσότερο παρόντες στην αγορά. Είναι η ίδια κατάσταση στην Ιαπωνία όπου η Toyota, η Honda ή η Nissan κατασκευάζουν MT, αλλά και η Aisin ή η Jatco ως προμηθευτές. Στα BRIC, οι νέοι που έρχονται είναι οι Tata, BYD, FAW, Tsingshan ή WIA.

Ορισμός και λειτουργία μιας συσκευής μετάδοσης

Το κιβώτιο ταχυτήτων είναι μια συσκευή μεταφοράς ισχύος ό,τι κι αν είναι MT ή AT. Επιτρέπει την απογείωση του οχήματος, τη μεταφορά της ισχύος του κινητήρα στους κινητήριους τροχούς, προς τα εμπρός και προς τα πίσω, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του οδηγού και επιτυγχάνει επαρκή κατανομή των ροπών και των ταχυτήτων περιστροφής μεταξύ δεξιά και αριστερά κινητήριους τροχούς.

Για την εκτέλεση αυτών των λειτουργιών, η συσκευή αποτελείται από:

  • Μια συσκευή ζεύξης/αποσύνδεσης (π.χ. συμπλέκτης ή μετατροπέας)
  • Μια σειρά από σιτηρέσια μείωσης (π.χ. γρανάζια ή τροχαλίες)
  • Μια συσκευή που επιτρέπει την αλλαγή αναλογιών (π.χ. συγχρονιστές, υδραυλικοί ενεργοποιητές,…)
  • Μια συσκευή διανομής ισχύος (το διαφορικό)
  • Σύνδεση με τους τροχούς με σεβασμό των βαθμών ελευθερίας τους (αρθρώσεις και κινητήριοι άξονες)
  • Μια συσκευή σύνδεσης με το πρόγραμμα οδήγησης (πόμολο, μαξιλαράκια,…)

Ένα παράδειγμα συσκευής μετάδοσης παρουσιάζεται παρακάτω (Εδώ ένα χειροκίνητο κιβώτιο ταχυτήτων Renault PK4):

Ας εστιάσουμε τώρα στα λειτουργικά αιτήματα του μηχανικού κιβωτίου ταχυτήτων.

Λειτουργικά αιτήματα χειροκίνητης μετάδοσης

Τα λειτουργικά αιτήματα χωρίζονται σε 5 τομείς:

  • Κατανάλωση καυσίμου και οδηγικές επιδόσεις
  • Συναρμολόγηση και διάταξη οχήματος
  • Ακουστική
  • Ποιότητα αλλαγής ταχυτήτων
  • Αξιοπιστία

Αυτό το άρθρο ασχολείται μόνο με την κατανάλωση καυσίμου και τις επιδόσεις οδήγησης. Ωστόσο, άλλα θέματα θα εξεταστούν σε ένα προσεχές ειδικό άρθρο.

Κατανάλωση καυσίμου και οδηγικές επιδόσεις

Τα οχήματα είναι γενικά εξοπλισμένα με ένα μηχανή εσωτερικής καύσης που αποδίδει τη μέγιστη ροπή ή ισχύ του σε περιορισμένο εύρος στροφών. Ως εκ τούτου, με μία μόνο αναλογία μείωσης μεταξύ κινητήρα και τροχών, ο οδηγός θα έφτανε τα όρια του κινητήρα σε ένα περιορισμένο εύρος στροφών του οχήματος. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να επιτευχθεί η μέγιστη ισχύς κινητήρα σε ένα ευρύ φάσμα στροφών του οχήματος:

  • Χαμηλές ταχύτητες: Απογείωση, αναρρίχηση σε λόφο
  • Υψηλές ταχύτητες: Αυτοκινητόδρομοι
  • Μεσαίες ταχύτητες: προσπέραση, ανάβαση σε λόφο

Τότε είναι απαραίτητο να παρεμβληθεί μεταξύ του κινητήρα και των κινητήριων τροχών ένα κιβώτιο ταχυτήτων που προσφέρει διάφορους λόγους μείωσης της ταχύτητας και της ροπής. Αυτή η διακύμανση των στροφών επιτρέπει την ορθολογική χρήση του κινητήρα χάρη στις κατάλληλα τοποθετημένες ταχύτητες στο εσωτερικό του κιβωτίου ταχυτήτων.

Η μεθοδολογία για το σχεδιασμό των αναλογιών μείωσης σύμφωνα με τις προδιαγραφές του οχήματος και του κινητήρα θα είναι σύντομα διαθέσιμη στο άρθροΜεθοδολογία σχεδιασμού σχέσεων χειροκίνητου κιβωτίου ταχυτήτων.

Τα κριτήρια για την αξιολόγηση του σχεδιασμού των σχέσεων μετάδοσης είναι:

  • Κατανάλωση καυσίμου σε σταθεροποιημένη ταχύτητα (90 km/h, 120 km/h και 150 km/h)
  • Κατανάλωση καυσίμου ενεργοποιημένηκύκλους οδήγησης(NEDC, κύκλος πελατών,…)
  • Δείκτης απόδοσης (κριτήρια Renault που λαμβάνουν υπόψη τη μάζα του οχήματος, τη μέγιστη ισχύ και ροπή κινητήρα, το S.Cx και την ταχύτητα του οχήματος στις 1000 rpm στις 2 υψηλότερες σχέσεις)
  • Παραστάσεις:
    • Ικανότητα απογείωσης και ικανότητα οδήγησης
    • Επιτάχυνση απογείωσης (0 έως 100 km/h, 0 έως 400 m ή 0 έως 1000 m)
    • Μέγιστη ταχύτητα στην τελική αναλογία
    • Επιτάχυνση μεσαίας εμβέλειας (30 έως 60 km/h στην 3η, 80 έως 120 km/h στην 4η, στην 5η ή στην 6η)

Κατά την επιλογή της πρώτης σχέσης μετάδοσης, πρέπει να λάβετε υπόψη την ικανότητα απογείωσης, συμπεριλαμβανομένων των συνθηκών ρυμούλκησης. Οι κλασικές τιμές για μια σχέση 1ης μετάδοσης είναι από 18 έως 12 που σημαίνει ότι το όχημα είναι περίπου μεταξύ 6,5 και 10 km/h στις 1000 rpm.

Για τον σχεδιασμό της τελικής σχέσης μετάδοσης, λαμβάνονται υπόψη η μέγιστη ταχύτητα, η κατανάλωση καυσίμου και οι εκπομπές ρύπων στους κύκλους. Οι κλασικές τιμές για την τελική σχέση μετάδοσης είναι από 3 έως 2,2, δηλαδή μεταξύ 40 και 55 km/h στις 1000 rpm.

Για την επιλογή των ενδιάμεσων σχέσεων, οι μηχανικοί λαμβάνουν υπόψη την οδηγική ικανότητα και τις επιταχύνσεις μεσαίας εμβέλειας αλλά και την κατανάλωση καυσίμου στον κύκλο.

Όταν επιλέγονται όλες οι σχέσεις μετάδοσης, ο δείκτης εύρους σχέσης υπολογίζεται ως η σχέση 1ης μετάδοσης διαιρούμενη με την τελική σχέση μετάδοσης. Αυτή η ένδειξη εκφράζει τον τύπο σχεδίασης του χειροκίνητου κιβωτίου ταχυτήτων. Οι κλασικές τιμές είναι γενικά μεταξύ 4 (σχεδιασμός απόδοσης) έως 7 (σχεδιασμός οικονομίας καυσίμου). Ένα παράδειγμα τιμών σχέσης μετάδοσης για το κιβώτιο ταχυτήτων Renault PK4 φαίνεται στον παρακάτω πίνακα:Εκτός από τη σχεδίαση των σχέσεων, δύο άλλοι παράγοντες επηρεάζουν την κατανάλωση καυσίμου του οχήματος, η μάζα του κιβωτίου ταχυτήτων και η απόδοσή του. Όσον αφορά τη μάζα, είναι λίγο πολύ ανάλογη με τη ροπή που μπορεί να μεταδώσει το κιβώτιο ταχυτήτων. Λέγεται ότι η σχέση είναι περίπου 1 kg / 10 Nm. Η απόδοση του κιβωτίου ταχυτήτων εξαρτάται από τις απώλειες λόγω τριβής με γρανάζια και ρουλεμάν, απώλειες αναδόμησης… Η αξιολόγηση αυτών των απωλειών επιτρέπει τον υπολογισμό της κατανάλωσης καυσίμου του οχήματος που οφείλεται στο MT.

Το παρακάτω γράφημα παρουσιάζει τη ροπή οπισθέλκουσας έναντι της ικανότητας ροπής ενός κιβωτίου ταχυτήτων (στην 5η ταχύτητα στις 2000 rpm με ροπή 30 Nm στους 50°C):Μπορεί να ειπωθεί ότι η ροπή οπισθέλκουσας αυξάνεται αναλογικά με την ικανότητα ροπής. Με το τρέχον MT, το μέρος της κατανάλωσης καυσίμου λόγω απωλειών MT είναι μεταξύ 3 και 5%, και η απόδοσή του κυμαίνεται μεταξύ 85 και 90%. Συγκριτικά, ένα κλασικό AT μπορεί να αντιπροσωπεύει έως και το 20% της συνολικής κατανάλωσης καυσίμου.

συμπέρασμα

Η τεχνολογία χειροκίνητου κιβωτίου ταχυτήτων είναι γνωστή από τον 18ο αιώνα και τώρα κυριαρχείται από τους κατασκευαστές αυτοκινήτων. Είναι ένας φθηνός και αποτελεσματικός τρόπος διασφάλισης των λειτουργιών μετάδοσης. Για τη σωστή σχεδίαση λαμβάνονται υπόψη αρκετές παράμετροι όπως η οικονομία καυσίμου, οι επιδόσεις, η ακουστική ή η συσκευασία. Ο σχεδιασμός της σχέσης μετάδοσης είναι ο τρόπος για να φτάσετε στην επιθυμητή κατανάλωση καυσίμου και επιδόσεις. Πράγματι, η πρώτη και η τελευταία σχέση έχουν μεγάλη σημασία για τη μέγιστη ταχύτητα, την απογείωση και την οικονομία καυσίμου. Και τέλος, η απόδοση του κιβωτίου ταχυτήτων αξιολογείται και μειώνεται καθώς συμβάλλει επίσης στην πλήρη απόδοση καυσίμου του συστήματος μετάδοσης κίνησης.