Почему 5- и 6-ступенчатые коробки передач обычно требуют разных передаточных чисел?

Вкратце: разные передаточные числа — это фича, а не баг. Некоторые автомобили используют больше передач для ускорения, некоторые используют их для лучшего расхода топлива. Вы не можете сделать оба.

Разве при 3300-3500 об/мин WRX не должен добиться лучшего расхода бензина, сохранив те же передаточные числа 5-ступенчатой ​​передачи, добавив дополнительную передачу для снижения оборотов до 2800-3000?

Вы разоблачили классический компромисс в трансмиссиях. Мы хотим, чтобы вращательное движение двигателя превратилось во вращательное движение колес. К сожалению, у двигателя есть максимальная скорость вращения (красная черта там неспроста).

Шестерни в трансмиссии на самом деле просто множители в уравнении скорости вращения.

Сначала картинка:

На этом изображении вы можете видеть, что большая шестерня A (приводимая в движение двигателем) приводит в движение меньшую шестерню B (используемую для вращения колес). Да, я знаю, что после этой шестерни есть еще биты, но ради обсуждения забудем бортовые редукторы и т. д.

В этом примере вы можете видеть, что каждый оборот шестерни А приводит к двум оборотам шестерни В. Это соответствует передаточному числу 1:2 или 0,5. Если бы в вашей машине была эта передача, вы могли бы ездить на очень низких оборотах по шоссе (но вы бы никогда не поднялись в гору!).

Еще раз повторю словами:

Шестерня с низким передаточным числом будет вращать шины автомобиля небольшое количество раз за каждый оборот двигателя. Высокое передаточное число будет поворачивать автомобиль несколько раз за один оборот двигателя. Таким образом, высокое передаточное число на верхнем конце обеспечивает высокую максимальную скорость. Это также означает, что на скоростях по шоссе двигатель меньше вращается на погонный метр дороги. Меньше оборотов == меньше сжигается бензина в секунду.

Примечание: иногда вы будете слышать «короткие» и «высокие» передачи. Короткие передачи предназначены для низких скоростей (с высокими передаточными числами), а высокие передачи предназначены для высоких скоростей (с низкими передаточными числами). Эта инверсия терминологии — одно из величайших удовольствий при обсуждении передач.

Однако высокое передаточное число имеет меньшее механическое преимущество. Это означает, что автомобиль сложнее разогнать (шины должны вращаться быстрее, чтобы машина ехала быстрее). Передаточное число с низким расходом топлива также не является забавным передаточным числом (меньше молнии).

Когда вы действительно хотите быстро разогнаться, добавление низких передаточных чисел (скажем, шестиступенчатой, а не пятиступенчатой) позволяет вам дольше сохранять более высокое механическое преимущество.

Однако, если вы сосредоточены на топливной экономичности, вы также можете взять то, что фактически является пятиступенчатой, и включить очень низкую передачу для движения по шоссе. Это увеличит количество миль на галлон, но будет крайне неинтересно (у вас могут быть даже обороты ниже минимальных, необходимых для раскрутки турбо).

Вернемся к конкретным рассматриваемым автомобилям:

Глядя на передаточные числа WRX и STI, становится ясно, что у WRX первая и вторая передачи с низким передаточным числом, поэтому вам нужно переключиться только один раз, чтобы разогнаться до 60 миль в час. Это просто попытка оптимизировать время 0-60 (маркетинг. Вздох). В шестиступенчатой ​​STI передаточные числа первых пяти передач довольно равномерно распределены между передаточными числами первых четырех передач WRX. Это означает, что STI не почувствует того утомления в первую и вторую секунды, через которое нам, пяти спидерам, приходится сталкиваться. Даже шестая передача STI по-прежнему имеет более высокое передаточное число, чем пятая передача WRX. Круиз не будет таким расслабленным, но вы сможете лучше разогнаться с 50 миль в час до более высокого числа....

У большинства транспортных средств будет только одна повышающая передача, где от предпоследней передачи будет передаточное число 1:1 (или что-то близкое к этому). Примечательным моментом здесь являются 6-ступенчатые коробки передач Tremec (используемые в Camaro, Viper, Corvette, Mustang и других), которые имеют двойную повышающую передачу.

Основная цель большего количества передач - позволить автомобилю оставаться в диапазоне крутящего момента / л.с. в обмен на экономию топлива. Больше передач означает, что двигатель можно настроить так, чтобы он работал лучше всего в меньшем диапазоне оборотов. Например, при большем количестве передач рассматриваемый диапазон оборотов может составлять 1500-2250 об/мин, а не 1000-3000 об/мин (для нормальной работы... здесь мы исключаем энергичную езду ). Если производитель настроен на меньший диапазон, он может получить больше от двигателя, сохраняя при этом лучшую топливную экономичность. С более широким диапазоном двигатель должен быть в состоянии работать во всем диапазоне, поэтому необходимо выполнить настройку, чтобы приспособиться.

У большинства автомобилей нет двойной повышающей передачи, потому что у них нет крутящего момента для поддержания скорости на более низких оборотах. Учитывая 4-цилиндровый двигатель, который, хотя и имеет большую мощность на более высоких оборотах, не имеет крутящего момента, необходимого для успешного движения автомобиля, если бы он двигался со скоростью 1500 об / мин и скоростью 70+ миль в час. Машину либо нужно было бы опустить на одну передачу, чтобы приспособиться, либо двигатель будет тянуться, а водитель будет давить на педаль ... и то, и другое противоречит цели иметь больше передач в первую очередь ... это для увеличения расхода топлива и управляемости.

В большинстве спортивных (и тяжелых для буксировки) автомобилей смысл дополнительной передачи заключается в том, чтобы поддерживать работу двигателя между его пиковым крутящим моментом и пиком мощности. Таким образом, большинство моделей транспортных средств, которые являются базовыми моделями, будут иметь 5-ступенчатую механическую коробку передач (или 3-ступенчатую автоматическую), в то время как более спортивные или тяжелые версии будут иметь больше передач на выбор.
Многие 6-ступенчатые коробки передач имеют относительно схожие передаточные числа 1-й (возможно, чуть ниже) и 6-й передач (возможно, чуть выше) по сравнению с их 5-ступенчатыми аналогами. Если вы хотите пройти через усилие, вы можете изменить передаточное число главной передачи или размер шин, чтобы двигаться немного быстрее при заданной частоте вращения двигателя.

Полуприцепы имеют 10-18 передач, потому что они должны быть в состоянии оставаться на идеальных оборотах, чтобы получить максимальный крутящий момент, и иметь возможность перейти на следующую передачу (пока грузовик замедляется) и при этом быть близкими к идеальным. . Полутрансмиссии, как правило, на самом деле представляют собой 2 передачи подряд, и очень пристальное внимание уделяется передаточному числу главной передачи, так что обе трансмиссии находятся на передаче 1: 1 на скорости 60 миль в час, а двигатель работает на максимальной эффективности использования топлива . Каждый раз, когда мощность должен пройти через набор передач, некоторые из них теряются в виде тепла, и большинство передач на любой передаче, кроме 4-й, вся мощность должна проходить через ДВА набора ... теперь умножьте на 2 передачи, и вы можете легко потерять 30% своей мощности. (и соответственно экономия топлива)

Наконец, только потому, что ваш двигатель не вращается так быстро, не гарантирует, что он будет более экономичным. Как правило, чем больший крутящий момент должен создавать двигатель, тем больше топлива ему потребуется на объем воздуха, что снижает его топливную экономичность. а более высокие передачи снизят обороты вашего двигателя, но повысят нагрузку на него, и он тоже не будет так быстро разгоняться.

ТАНСТАФЛ.. Бесплатных обедов не бывает

Если у вас есть 20 передач, вам придется «укоротить» каждую передачу (передаточное число), чтобы «соответствовать» передаче, из которой она пришла, и передаче, в которой она находится.

Таким образом, вы проходите «меньшие передачи» быстрее (больше передач).