 | Эта статья в значительной степени или полностью основана на одном источнике . ( май 2012 г. ) |
Overdrive является операцией из автомобиля крейсерского при долговременной скорости с уменьшенным двигателем оборотами в минуту (RPM), что приводит к лучшему расходу топлива, снизить шум и износ ниже. [1] Термин употребляется неправильно, поскольку он применяется к нескольким различным, но связанным значениям. [1]
Наиболее фундаментальное значение - это общее передаточное число между двигателем и колесами, такое, что автомобиль имеет избыточную передачу и не может достичь своей потенциальной максимальной скорости, то есть автомобиль мог бы двигаться быстрее, если бы он был на более низкой передаче с двигателем. поворачивая на более высоких оборотах. [1]
Назначение такого снаряжения может быть не сразу очевидным. Мощности производится с помощью двигателя увеличивается с RPM двигателя до максимума, а затем спадает. Точка максимальной мощности несколько ниже , чем абсолютный максимум оборотов в минуту , к которой двигатель ограничен, « Redline » RPM. Скорость автомобиля ограничена мощностью, необходимой для преодоления сопротивления воздуха, которое увеличивается с увеличением скорости. На максимально возможной скорости двигатель работает на максимальной мощности или пиковой мощности , а автомобиль движется со скоростью, при которой сопротивление воздуха равно этой максимальной мощности. Таким образом, существует одно конкретное передаточное число, при котором автомобиль может достичь максимальной скорости: такое, которое соответствует этой скорости двигателя и этой скорости движения.[1] При скоростях движения ниже этого максимума существует ряд передаточных чисел, которые могут согласовывать мощность двигателя с сопротивлением воздуха, и наиболее экономичным считается тот, который приводит к самой низкой частоте вращения двигателя. Следовательно, автомобилю необходима одна передача для достижения максимальной скорости, а другая - для достижения максимальной топливной эффективности на более низкой скорости.
На раннем этапе развития автомобилей и почти универсальной компоновки заднего привода было выбрано передаточное число главной передачи (то есть задней оси ) для быстрых автомобилей, чтобы обеспечить передаточное отношение максимальной скорости. Коробка была разработана таким образом, что, для повышения эффективности, самый быстрый коэффициент будет «прямым приводом» или «сквозной» соотношении 1: 1, во избежание потерь на трение в зубчатых колес. Таким образом, для достижения повышенного передаточного числа для крейсерского движения требовалось еще более высокое передаточное число коробки передач, то есть выходной вал коробки передач вращался быстрее, чем двигатель. Таким образом, карданный вал, соединяющий коробку передач и задний мост, перегружен, и трансмиссия, способная делать это, получила название трансмиссии с повышающей передачей. [1]
Устройство для достижения повышающей передачи обычно представляло собой небольшую отдельную коробку передач, прикрепленную к задней части основной коробки передач и управляемую собственным рычагом переключения передач. [1] Они часто были необязательными на некоторых моделях одного и того же автомобиля.
По мере того, как популярные автомобили становились более быстрыми по сравнению с установленными законом пределами, а затраты на топливо становились все более важными, особенно после нефтяного кризиса 1973 года , использование пятиступенчатых коробок передач стало более распространенным в автомобилях массового потребления. У них была прямая (1: 1) четвертая передача с повышающей пятой передачей, что заменило необходимость в отдельной повышающей передаче. [1]
С ростом популярности переднеприводных автомобилей раздельная коробка передач и главная передача были объединены в единую коробку передач . Карданного вала больше нет, и поэтому одно значение слова «повышающая передача» больше не может применяться. Однако фундаментальное значение общего передаточного числа выше, чем передаточное число для максимальной скорости, по-прежнему применяется. [1] Хотя намеренное обозначение овердрайва сейчас редко, основная особенность теперь встречается во всех автомобилях.
Описание [ править ]
Фон [ править ]
Мощность, необходимая для приведения в движение автомобиля при любых условиях и скорости, легко вычислить, в первую очередь, на основе общего веса и скорости автомобиля. Они создают две основные силы, замедляющие автомобиль: сопротивление качению и сопротивление воздуха . Первое примерно зависит от скорости автомобиля, а второе - пропорционально квадрату скорости. Вычислить их из первых принципов, как правило, сложно из-за множества реальных факторов, поэтому они часто измеряются непосредственно в аэродинамических трубах и аналогичных системах.
Мощность, производимая двигателем, увеличивается с увеличением числа оборотов двигателя до максимума, а затем падает. Это известно как точка максимальной мощности . По кривой, описывающей общее сопротивление транспортного средства, легко найти скорость, при которой общие силы сопротивления будут такими же, как максимальная мощность двигателя. Это определяет максимальную скорость, которую может развивать автомобиль. Скорость вращения колес для данной скорости движения легко вычислить, умножив длину окружности шины на число оборотов в минуту. [a] Поскольку число оборотов шины на максимальной скорости не совпадает с числом оборотов двигателя при такой мощности, используется трансмиссия с передаточным числом для преобразования одного в другое. [b]
Даже на немного меньших скоростях, чем максимальная, общее сопротивление транспортного средства значительно меньше, и двигатель должен обеспечивать это значительно меньшее количество мощности. В этом случае частота вращения двигателя значительно изменилась, в то время как частота вращения колес изменилась очень мало. Очевидно, что это условие требует другого передаточного числа. Если он не поставляется, двигатель будет вынужден работать на более высоких оборотах, чем оптимальные. Поскольку двигателю требуется больше мощности для преодоления внутреннего трения на более высоких оборотах, это означает, что больше топлива используется просто для поддержания работы двигателя на этой скорости. Каждый цикл двигателя приводит к износу, поэтому поддержание высоких оборотов двигателя также неблагоприятно для срока службы двигателя. Кроме того, звук двигателя сильно зависит от оборотов, поэтому работа на более низких оборотах обычно тише. [1]
Если выполнить то же упражнение по передаче оборотов в минуту, описанное выше для максимальной скорости, но вместо этого установить «максимальную скорость» на крейсерскую скорость, на выходе будет более высокое передаточное число, обеспечивающее идеальный расход топлива. В эпоху, когда автомобили не могли двигаться очень быстро, точка максимальной мощности могла быть достаточно близкой к желаемой скорости, чтобы не было необходимости в дополнительных передачах. Но с появлением более мощных автомобилей, особенно в 1960-е годы, разница между максимальной мощностью и желаемой скоростью значительно увеличилась. Это означало, что автомобили часто работали далеко не в наиболее эффективном режиме. По мере того как росло стремление к большей экономии топлива , особенно после нефтяного кризиса 1973 года , потребность в «круизном снаряжении» становилась все более острой. [1]
Коробка передач против главной передачи [ править ]
Очевидным решением этой проблемы было бы добавить в трансмиссию больше передач. Действительно, в современных автомобилях это обычное дело. Однако в силу исторических особенностей это не всегда было практичным.
В традиционной схеме с задним приводом система трансмиссии обычно содержала две секции: «коробку передач» или «трансмиссию», установленную за двигателем, и «главную передачу», установленную на задней оси в задней части автомобиля. Причина такого разделения обязанностей между передней и задней частью автомобиля заключалась в том, чтобы позволить ведущему валу работать с меньшим крутящим моментом за счет использования более высоких оборотов. Поскольку мощность является продуктом числа оборотов в минуту и крутящего момента , вращение вала на более высоких оборотах позволяет передавать больше мощности при меньшем крутящем моменте. Это уменьшило крутящий момент, который должен был выдерживать карданный вал, и, следовательно, необходимую прочность и вес.
Хотя конструктор теоретически мог выбирать любое передаточное число для коробки передач и главной передачи, есть еще одно дополнительное соображение, означающее, что высшая передача большинства коробок передач была 1: 1 или «прямой привод». Это выбрано из соображений эффективности, поскольку для передачи мощности не требуются шестерни, что снижает потери ими мощности. Это было особенно важно на заре автомобилей, поскольку их прямозубые шестерни были плохо обработаны, шумно и неэффективно. Затем главная передача взяла этот выходной сигнал и отрегулировала его в трансмиссии с фиксированным передаточным числом, которую было намного проще построить. Передаточное число главной передачи 4: 1 было обычным явлением, [c] означало, что колеса поворачивались на четверть скорости, если бы они были напрямую связаны с двигателем.
Overdrive [ править ]
В эпоху, когда разные модели автомобилей с разными размерами колес можно было приспособить, просто изменяя передаточное число главной передачи, для всех трансмиссий имело смысл использовать прямой привод в качестве высшей передачи. Однако, как отмечалось ранее, это приведет к тому, что двигатель будет работать на слишком высоких оборотах для эффективного движения. Хотя добавление крейсерской передачи к основной коробке передач было возможно, в целом было проще добавить отдельную двухступенчатую систему повышающей передачи к существующей коробке передач. Это не только означало, что его можно было настраивать для разных автомобилей, но и иметь дополнительное преимущество, заключающееся в том, что его можно было предлагать как легко устанавливаемую опцию.
При использовании переднеприводной компоновки коробка передач и главная передача объединены в единую коробку передач. Между ними больше нет приводного вала, поэтому понятие «прямой привод» неприменимо. Хотя «повышающая передача» все еще упоминается, в настоящее время это в основном маркетинговый термин, обозначающий любое сверхвысокое передаточное число для эффективного движения, независимо от того, достигается ли оно за счет передаточных чисел коробки передач или за счет необычно высокой главной передачи. [d]
Использование [ править ]
Вообще говоря, повышающая передача - это самая высокая передача в трансмиссии. Повышающая передача позволяет двигателю работать на более низких оборотах при заданной скорости движения. Это позволяет автомобилю достичь более высокой топливной экономичности и часто более тихой работы на шоссе. Когда она включена, автоматическая трансмиссия может переключиться в режим повышенной передачи после достижения определенной скорости (обычно 70+ км / ч [40-45 миль / ч или более] в зависимости от нагрузки). Когда он выключен, переключение АКПП ограничивается низшими передачами. Повышенную передачу обычно следует выбирать, когда средняя скорость превышает 70 км / ч (40-45 миль / ч).
Автоматическая трансмиссия автоматически переключается с OD на прямой привод при увеличении нагрузки. Когда нагрузка меньше, он переключается обратно на OD. В определенных условиях, например, при движении в гору или буксировке прицепа, трансмиссия может «рыскать» между OD и следующей высшей передачей, переключаясь вперед и назад. В этом случае его выключение может помочь трансмиссии «решить». Также может быть полезно выключить его, если требуется торможение двигателем , например, при движении под гору. Руководство по эксплуатации транспортного средства часто содержит информацию и подходящие процедуры, касающиеся таких ситуаций, для каждого конкретного транспортного средства.
Практически все автомобили (легковые и грузовые) сегодня имеют повышенную передачу, будь то механическая коробка передач или автомат. На рынке автозапчастей вы также можете дооснастить существующие ранние трансмиссии. Овердрайв широко использовался в европейских автомобилях с механической коробкой передач в 60-х и 70-х годах для увеличения пробега и спортивного вождения в качестве варианта с болтовым креплением, но в более поздних трансмиссиях все чаще использовалась встроенная передача. Если автомобиль оборудован овердрайв с болтовым креплением (например, GKN или поставщики передач), в отличие от встроенного овердрайва, обычно имеет возможность использовать повышающую передачу на большем количестве передач, чем только на высшей передаче. В этом случае переключение передач возможно на всех передачах даже при отключенной повышающей передаче. Овердрайв просто добавляет эффективный диапазон передач, таким образом, действуют третья и четвертая повышающая передача »третья с половиной "и пятая передачи. На практике это дает водителю больше передаточных чисел, которые ближе друг к другу, обеспечивая большую гибкость, особенно в автомобилях с высокими характеристиками.
Как работает овердрайв [ править ]
Повышающая передача состоит из планетарной зубчатой передачи с электрическим или гидравлическим приводом, закрепленной болтами за трансмиссией . Он может либо соединять первичный приводной вал непосредственно с выходным валом (или карданным валом ) (1: 1), либо увеличивать выходную скорость так, чтобы он вращался быстрее, чем первичный вал (1: 1 + n ). Таким образом, выходной вал может быть «перегружен» относительно входного вала. В более новых трансмиссиях повышенная (ые) скорость (ы) обычно является результатом комбинаций планетарных / планетарных передач, которые интегрированы в трансмиссию. Например, трансмиссия ZF 8HPимеет 8 передач переднего хода, две из которых являются повышающими (<1: 1) передаточными числами. В более старых автомобилях он иногда приводится в действие ручкой или кнопкой, часто встроенной в ручку переключения передач, и не требует включения сцепления . В новых автомобилях есть электронная повышающая передача, при которой компьютер автоматически подстраивается под условия потребности в мощности и нагрузке.
В Европе [ править ]
Подавляющее большинство овердрайвов в европейских автомобилях были изобретены и разработаны капитан Эдгар Дж де Normanville (1882-1968) , [2] и выпускаемый английской компанией Laycock Engineering (позже GKN Laycock) на своем сайте Маленький Лондон - роуд в Шеффилде. Система, разработанная де Норманвиллем, была принята и изготовлена Laycock после его случайной встречи с инженером Laycock Products. Овердрайвы De Normanville были обнаружены в автомобилях, произведенных Standard-Triumph , которые были первыми, за ними следовали Ford , BMC и British Leyland , Jaguar , Rootes Group и Volvo.чтобы назвать лишь несколько. Другая британская компания, бывшая авиастроительная компания Fairey , построила успешный полностью механический агрегат для Land Rover , который до сих пор производится в Америке.
Первым серийным автомобилем, оснащенным системой Laycock, был Standard Vanguard Saloon 1948 года. Первым созданным устройством был овердрайв A-типа, который устанавливался на многих спортивных автомобилях в 1950-х и в конце 1960-х годов. Несколько известных марок использовали овердрайв A-типа, включая Jaguar, Aston Martin, Ferrari, Austin-Healey, Jensen, Bristol, AC, Armstrong Siddeley и линейку спортивных автомобилей Triumph TR, начиная с TR2 и до конца 1972 модельного года. TR6.
В 1959 году Laycock Engineering Company представила овердрайв D-типа, который устанавливался на различных легковых автомобилях, включая Volvo 120 и 1800-х годов , Sunbeam Alpines и Rapiers , Triumph Spitfires , а также MGB 1962–1967 годов (автомобили с 3-синхронизирующими коробками передач). ).
С 1967 года был представлен овердрайв LH-типа, который использовался во множестве моделей, включая MGB 1968–1980 годов , MGC , Ford Zephyr , ранние модели Reliant Scimitars , TVR и Gilberns .
Овердрайв J-типа был представлен в конце 1960-х годов и был адаптирован для автомобилей Volvo, Triumph, Vauxhall / Opel, American Motors и Chrysler, а также фургонов Ford Transit .
Овердрайв P-типа отмечен последними обновлениями и включал в себя как версию Gear Vendors для США, так и версию Volvo. Версия Volvo сохранила тот же размер пакета, что и J-тип, но с обновленным 18-элементным механизмом свободного хода и более прочными шлицами через водило планетарной передачи. Версия Gear Vendors для США использует выходной вал большего диаметра 1,375 для большей производительности и более длинной задней части.
За 40 лет компания Laycock Engineering произвела более трех с половиной миллионов единиц повышающей передачи, и более миллиона из них были установлены на автомобили Volvo.
В 2008 году американская компания Gear Vendors, Inc. [3] из Эль-Кахона, штат Калифорния, приобрела все овердрайвные активы GKN, чтобы продолжить производство американской версии и всех запчастей для типов J и P по всему миру.
Система оснащена устройством, работающим под давлением масла, прикрепленным к задней части стандартной коробки передач, работающим на выходном валу коробки передач. Благодаря системе давления масла, соленоидов и поршней, повышающая передача понижала обороты на любых передачах, на которых он использовался, на 22% (0,778). Например, система повышающей передачи, применяемая в Triumph TR5, работает на 2-й, 3-й и высшей передаче. При включении повышающая передача снизит обороты с 3000 на 666 об / мин, или с 3500 - с 777 об / мин до 2723 об / мин. Преимущество этого снижения числа оборотов в расходе топлива чаще всего сводилось к снижению почти на 22% во время движения по шоссе.
В Северной Америке [ править ]
До того, как автоматические трансмиссии стали обычным явлением, особенно в 1950-х годах, многие американские автомобили с задним приводом были доступны с опцией повышающей передачи . С существенными улучшениями, разработанными в Манси, штат Индиана , Уильямом Б. Барнсом для производства его Warner Gear Division, BorgWarner предоставила коробку, которая была установлена на заводе между трансмиссией и карданным валом с укороченным углом. Поскольку функция ускоренной передачи, если она включена, можно было переключить, просто ослабив акселератор, не нажимая педаль сцепления , действие было очень похоже на полуавтоматический. Кроме того, соленоид с электрическим приводом отключит устройство с помощью переключателя под педалью акселератора, обеспечивая эквивалент кикдауна.автомат. Ручка, соединенная с тросом Боудена , как и в некоторых системах аварийного торможения, также была предусмотрена для механической блокировки устройства. Использование повышающей передачи с основной 3-ступенчатой трансмиссией на 2-й передаче было аналогично передаточному отношению 3-й передачи, а с основной трансмиссией на 3-й передаче общее передаточное число было дробным (то есть «истинным перегрузом»). Это было важно для уменьшения износа, шума и трудностей с управлением.
Такие дополнительные овердрайв-боксы были доступны с 1930-х по 1970-е годы для легковых и легких грузовиков.
Сегодня большинство легковых и грузовых автомобилей с бензиновым и дизельным двигателем оснащаются трансмиссией с повышающей передачей из-за экономии топлива. [ необходима цитата ] Овердрайв включен как в автоматические, так и в механические трансмиссии в качестве дополнительной передачи (или двух в некоторых случаях).
Экономия топлива и износ трансмиссии [ править ]
При использовании повышающей передачи частота вращения двигателя падает, что снижает износ и обычно экономит топливо. Начиная с 1981 года, принятый в США корпоративный закон о средней экономии топлива (CAFE), практически все отечественные автомобили имеют повышенную передачу для экономии топлива. Следует обратиться к руководству по эксплуатации автомобиля, чтобы определить правильную скорость для работы с перегрузкой. Все двигатели имеют диапазон пикового КПД, и использование повышающей передачи позволяет удерживать двигатель вне этого диапазона в течение всего или части времени его использования, если используется на несоответствующих скоростях, тем самым сокращая любую экономию топлива за счет более низких скорость двигателя.
Общее снижение трансмиссии сводится к трем основным факторам: передаче трансмиссии (включая повышающую передачу), передаче дифференциала (в оси) и размеру шин. Проблема скорости вращения возникает, когда дифференциальная передача имеет высокое передаточное число и для компенсации используется повышающая передача. Это может вызвать неприятные вибрации на высоких скоростях и возможное разрушение приводного вала из-за центростремительных сил или неравномерного баланса.
Приводной вал обычно представляет собой полую металлическую трубку, которая требует балансировки для уменьшения вибрации и не содержит внутренних распорок.
Более высокие скорости на приводном валу и связанных с ним деталях могут вызвать проблемы с нагревом и износом, если объединить повышающую передачу и высокую дифференциальную передачу (или даже очень маленькие шины), и создать ненужное трение. Это особенно важно, потому что дифференциальные шестерни залиты тяжелым маслом и редко имеют какое-либо охлаждение, кроме обдува корпуса воздухом.
Стимул состоит в том, чтобы свести к минимуму использование перегрузки и обеспечить первую передачу с более высоким передаточным числом, что означает большее количество передач между первой и последней, чтобы двигатель оставался на наиболее эффективной скорости. Это одна из причин того, что современные автомобили, как правило, имеют в трансмиссиях большее количество передач. Это также является причиной того, что в транспортном средстве редко встречается более одной повышающей передачи, за исключением особых обстоятельств, например, когда требуется высокая (числовая) дифференциальная передача, чтобы заставить транспортное средство двигаться, как в грузовиках или высокопроизводительных автомобилях, хотя двойные повышающие передачи распространены в других транспортных средствах, часто с небольшим числом на редукторе оси, но обычно включаются только на скоростях, превышающих 100 километров в час (62 мили в час).
Примечания [ править ]
- ^ Например, 15-дюймовое колесо с шинами 215/65 имеет диаметр около 26 дюймов или окружность около 82 дюймов. На скорости 100 миль в час или 1760 дюймов в секунду колесо будет вращаться 21,5 раза в секунду, или чуть менее 1300 оборотов в минуту.
- ^ Используя приведенный выше пример, на скорости 100 миль в час двигателю может потребоваться скорость 5000 об / мин для выработки мощности, необходимой для поворота шин со скоростью 1300 об / мин. В этом случае подойдет трансмиссия с передаточным числом 4: 1.
- ^ Это соотношение варьируется между автомобилями от 3,5: 1 до 5: 1. Американские автомобили с крупно-медленными двигателями будут использовать более высокие передаточные числа, европейские компактные автомобили с небольшими высокооборотными двигателями будут ниже. Часто передаточное число главной передачи варьировалось между моделями в пределах диапазона, «спортивная» модель имела меньшее передаточное число.
- ^ Небольшие автомобили Volkswagen 1980-х годов, такие как Polo, продавались на экологически сознательном рынке с максимальным передаточным числом повышающей передачи, обозначенным на переключателе передач как «E», по-разному описываемым как «Эффективность», «Экономичность» или «Экология».
Ссылки [ править ]
- ^ Б с д е е г ч я J Setright, LJK (1976). «Овердрайв». В Яне Уорде (ред.). Анатомия автомобиля . Орбис. С. 93–95. ISBN 0 85613 230 6.
- ^ "Некролог: E, J.de Normanville". Мотор . 27 января 1968 г. с. 112.
- ^ "gearvendors.com" . gearvendors.com . Проверено 17 сентября 2011 года .
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме овердрайвов . |
- «Как работают автоматические трансмиссии - Overdrive» (с интерактивной Flash- анимацией ) на сайте How Stuff Works
