Автоматические коробки передач

Автоматические коробки передач обеспечивают несколько иную характеристику, более точно соответствующую идеальной, поскольку на входе есть преобразователь крутящего момента (вариатор, torque converter). Преобразователи крутящего момента представляют собой гидравлические муфты, которые используют гидродинамические принципы для усиления входного крутящего момента для передачи за счёт скорости. На Рисунке 2.5 показаны характеристики соотношения крутящего момента и коэффициента полезного действия типичного преобразователя крутящего момента в зависимости от передаточного отношения (отношение выходной/входной скорости). При нулевой скорости на выходе (нулевом передаточном отношении), крутящий момент на выходе будет в несколько раз больше, чем на входе. Таким образом, входной крутящий момент для коробки передач будет в два раза больше крутящего момента, выходящего из двигателя, когда коробка передач находится в нейтрали, обеспечивая хорошую характеристику ускорения с "холостого хода" ("off-the-line"). Поскольку скорость возрастает, а момент на входе коробки передач зависит от оборотов двигателя, соотношение крутящих моментов падает до единицы.

Рис. 2.6. Характеристики типичный преобразователя крутящего момента.

Усиление крутящего момента обеспечивает более благоприятную связь тягового усилия и скорости, как показано для четырёх-ступенчатой ​​автоматической коробки передач на Рисунке 2.6. Из-за возможности проскальзывания в гидромуфте кривые крутящего момента на каждой передаче можно расширить вплоть до нулевой скорости без остановки двигателя. На низкой скорости на первой передаче влияние преобразователя крутящего момента становится особенно очевидным, так как тяговое усилие возрастает с падением скорости вплоть до нуля.

Рис. 2.6. Зависимость тягового усилия от скорости для автоматической коробки передач.

Также на этом рисунке показаны силы сопротивления движению, возникающие из сопротивления качению, аэродинамического сопротивления и уклона дороги (0, 5, 10, 15 и 20%). При заданной скорости и передаче, разница между кривой тягового усилия и соответствующей кривой сопротивления движению показывает тяговое усилие, доступное для ускорения транспортного средства (и его вращающихся компонентов). Пересечение кривых сопротивления движению и любой из кривых тягового усилия показывает максимальную скорость, которая может поддерживаться на данной передаче.

Фактические соотношения, выбранные для передачи, могут быть адаптированы для работы в определённых режимах, оптимальными для старта на первой передаче, набора скорости на второй или третьей передаче, и для экономии топлива на скоростях движения, соответствующих высшей передаче. Наилучшие передаточные отношения обычно находятся вблизи к геометрической прогрессии, в которой эти соотношения изменяются на постоянный процент от передачи к передаче. Отношения оборотов двигателя к скорости движения, полученные с помощью геометрической прогрессии, иллюстрирует Рисунок 2.7. На Рисунке 2.8 показано отношение оборотов двигателя к скорости движения реально производимого автомобиля. Обратите внимание, что хотя она близка к геометрической прогрессии, наблюдаются некоторые отличия.

Рис. 2.7. Выбор передаточных отношений на основе геометрической прогрессии.

Рис. 2.8. Передаточные отношения типичного легкового автомобиля.

В то же время выбор, сделанный в подборе передаточных отношений коробки передачи, должен соответствовать требованиям по экономии топлива и вредным выбросам. Чтобы количественно оценить параметры двигателя по отношению к двум этим требованиям, нанесём эти характеристики на график. Пример карты расхода топлива для двигателя V-8 показан на Рисунке 2.9. На этом рисунке показаны линии постоянного расхода топлива (фунтов на эффективную мощность двигателя в лошадиных силах в час) в зависимости от среднего эффективного тормозного давления (показателя крутящего момента) и оборотов двигателя. Вблизи границ удельный расход топлива является самым высоким. В середине находится небольшой островок минимального расхода топлива внутри линии 0.46 фунт/э.л.с.-час. Для максимальной экономии топлива транспортное средство и трансмиссия должны быть сконструированы для работы в этой области. Для наилучшей экономии во всём диапазоне режимов вождения коробка передач должна быть сконструирована для работы вдоль жирной линии, которая остаётся в пределах границ минимального расхода топлива в широком диапазоне оборотов двигателя.

Рис. 2.9. Карта удельного расхода топлива двигателя V-8 (300 кубических дюймов).

Что качается выбросов, то чтобы охарактеризовать параметры по выбросам, могут быть разработаны подобные карты характеристик двигателя, и для определения характеристик коробки передачи, которые позволили бы свести выбросы к минимуму, будет использоваться аналогичная логика.