Короткая передача или длинная? Как передаточные числа работают вместе с двигателем

Короткая передача соответствует большому числовому коэффициенту; длинная передача - малому числовому коэффициенту: короткое передаточное число передаёт на колёса больший крутящий момент и делает автомобиль отзывчивым, тогда как длинное число позволяет двигателю вращаться медленнее при той же скорости, обеспечивая экономию топлива и тихий ход. Какой из них "лучше", само по себе спрашивать нельзя; правильный вопрос - как передаточное число сочетается с характером двигателя.

Что именно измеряет передаточное число?

Каждая передача в коробке передач - это множитель. Крутящий момент, создаваемый двигателем, умножается или уменьшается этим множителем, прежде чем попасть на колёса. Число в дифференциале - последнее звено этой цепи: оно вычисляется делением числа зубьев ведущей шестерни на число зубьев короны. Когда корона с 41 зубом сочетается с шестернёй с 10 зубьями, получается число 4.10:1; то есть за каждые 4,1 оборота двигателя колесо делает лишь один оборот.

Что означает это число? Большое числовое значение - то есть короткая передача - сильнее умножает крутящий момент: больше тяги при трогании и в подъём. Малое числовое значение - длинная передача - позволяет двигателю вращаться медленнее при той же скорости; взамен даёт меньше ощущения "резкости" при трогании. Функция передаточных чисел вкратце такова: определить, как мощность двигателя распределяется на колёса.

Почему число главной передачи влияет на все передачи одновременно?

У каждой передачи есть своё число, но все они проходят через дифференциал. Увеличение числа главной передачи повышает крутящий момент на колёсах на каждой передаче одновременно - жертвуя максимальной скоростью. Уменьшение делает обратное: больше скорости на верхнем диапазоне, меньше живости на нижнем. То есть главная передача действует как потенциометр, сдвигающий весь характер коробки передач вперёд или назад одним регулятором.

Та же логика работает и в вопросе экономии. Малое числовое значение главной передачи означает, что двигатель делает меньше оборотов при той же крейсерской скорости; это даёт лучший расход топлива. Плата - потеря мгновенной тяги в момент трогания. Кроме того, изменение главной передачи на более высокое число может вызвать отклонения показаний спидометра и одометра - на автомобилях, где эти приборы питаются от оборотов колёс, это неизбежный побочный эффект.

Почему один и тот же двигатель с коротким числом кажется живым, а с длинным - спокойным?

Это суть вопроса. Представьте два автомобиля с одинаковым двигателем: один с коротким, другой с длинным передаточным отношением коробки передач. Вариант с короткими передаточными числами переводит больше оборотов двигателя на один оборот колеса на каждой передаче - принцип «больше оборотов двигателя / оборотов колеса». Результат - измеримо более быстрый разгон и то бодрое ощущение вождения, которое водитель описывает как «безумное», с постоянными прыжками с передачи на передачу. Это не иллюзия; это прямое физическое действие крутящего момента, но и его психологический эффект силён.

Его собрат с длинными передаточными числами демонстрирует совсем иной характер: более медленный разгон, лучшая экономия топлива, меньше шума. Для обгона водителю придётся переключаться на одну-две передачи ниже; мощность не всегда под рукой - её нужно «вызывать» по мере необходимости.

Производители сознательно используют эту настройку

Некоторые производители выбирают короткие передаточные числа для городской эксплуатации, из-за чего автомобиль кажется проворнее, чем есть на самом деле. Другие отдают приоритет экономии на трассе и выбирают длинные передаточные числа. Спор о том, какой подход «правильный», продолжается, ведь оба по-своему правы в своём сценарии использования. Насколько критичен этот баланс, можно увидеть на конкретном примере.

Урок Fiat Uno: передаточные числа важны даже с учётом высоты

В Южной Африке Fiat Uno изначально продавался с длинными, ориентированными на трассу передаточными числами, подходящими для европейского рынка. Однако высота Йоханнесбурга, около 1200 метров над уровнем моря, сделала эти передаточные числа недостаточными для местного рынка. Решением стало укорачивание главной пары и перенастройка 4-й и 5-й передач. Результат: более короткие «ноги», более живая и отзывчивая езда - но всё же разумная экономичность при обычной эксплуатации. Интересная деталь: версия объёмом 1000 куб. см продавалась с оригинальной полностью импортной коробкой с длинными передаточными числами, которая была «длиннее», чем у южноафриканской версии объёмом 1400 куб. см; это означало более частые переключения передач и необходимость понижать передачу на подъёмах.

Это легко представить по аналогии из повседневной жизни: велосипед с передачами. Длинное передаточное число «душит» динамику в гору, но на ровной дороге и при спуске оно экономично и приятно. Разница с автомобилем - лишь в масштабе.

Как передаточные числа определяют разгон и расход топлива?

Выбор передаточных чисел сам по себе недостаточен; он должен соответствовать характеру двигателя. Разница между передачами (разрыв) определяет, насколько упадут обороты при переключении с одной передачи на другую. Если этот разрыв шире полезного диапазона мощности двигателя, каждое переключение сбрасывает мотор в неэффективную зону. Цель - найти такие передаточные числа, чтобы при разгоне на каждой передаче двигатель работал на максимальной площади под кривой крутящего момента между минимальными и максимальными оборотами. Правильно подобранный набор передаточных чисел удерживает двигатель в зоне, где крутящий момент наиболее богат.

На крайностях тоже есть цена. Слишком высокие передаточные числа заставляют двигатель перенапрягаться на определённых скоростях; слишком низкие числа необоснованно поднимают обороты. Обе крайности ухудшают экономичность - поэтому задача инженерии состоит в том, чтобы, измерив, найти средний путь. Точки переключения передач определяются по той же логике: зависимость между оборотами двигателя и оборотами колеса работает в обратном направлении, и при понижении передачи крутящий момент умножается. Самый быстрый разгон, на какой бы передаче он ни происходил, проходит через точку максимального крутящего момента на колёсах.

Для чего нужен Overdrive?

Overdrive - это планетарная (эпициклическая) зубчатая передача, которая позволяет автомобилю двигаться на крейсерской скорости с пониженными оборотами двигателя. Функционально это «режим повышенной передачи»: передаточное число опускается ниже 1:1, и механизм действует как дополнительная передача, расширяющая диапазон передаточных чисел коробки передач. Его цель - не увеличение скорости, а низкооборотистое, комфортное движение.

В старых автоматических коробках overdrive можно было включать и выключать кнопкой; он удерживал двигатель на более низких оборотах при постоянном движении на скоростях шоссе. Исторически он определяется как «дополнительная, обычно пятая передача». Причина отсутствия отдельного понятия overdrive в новых автомобилях проста: эта функция интегрирована в коробку передач. Высшие передачи современных автоматов на шесть, восемь, десять ступеней уже включили в себя функцию overdrive.

Почему автомобили с длинными передачами едут на низких оборотах - и всегда ли это хорошо?

Вопрос справедлив, а ответ арифметичен: с длинными передаточными числами на той же скорости двигатель вращается медленнее. Меньше оборотов - меньше топлива и меньше износ. Наиболее экономичный расход обычно достигается на самой длинной передаче, на оборотах чуть ниже пика крутящего момента и на скоростях, при которых аэродинамическое сопротивление ещё не слишком возросло. Производитель это знает и настраивает соответствующим образом; именно поэтому современные автоматы на восемь и десять передач движутся на шоссе на неожиданно низких оборотах.

Риск работы «в натяг»: тёмная сторона низких оборотов

Но не каждый низкий оборот является экономичным. Движение на оборотах, настолько низких, что двигатель перегружается, - «lugging» - в долгосрочной перспективе может привести к повреждению двигателя. Пока водитель думает, что экономит топливо, двигатель испытывает механическое напряжение от переноса очень высокой нагрузки на очень низких оборотах. Оптимальная точка спорна; некоторые до сих пор спорят, вредны ли для двигателя чрезмерно низкие крейсерские обороты, создаваемые очень длинной шестой передачей вроде 0.5:1. Практическое правило: если при падении оборотов двигатель начинает дрожать и не тянет - переключайтесь на передачу ниже - экономия не компенсирует lugging.

Как тип коробки передач меняет характер?

Передаточные числа нельзя рассматривать в отрыве от коробки передач. Существует три основных подхода: механическая коробка с педалью сцепления и рычагом передач даёт водителю в любой момент контроль над мощностью и скоростью; автоматическая самостоятельно переключается между фиксированными передачами; а CVT с системой ремень/цепь-шкив предлагает бесконечное число передаточных отношений - работает как бесступенчатая коробка. Поэтому спор о «короткой и длинной передаче» в CVT имеет иной масштаб: система теоретически пытается в любой момент удерживать двигатель на самых эффективных оборотах.

Число передач, прогрессия передаточных отношений и передаточное число главной пары работают в связке; баланс между топливной экономичностью и производительностью - это совместный результат этих трёх переменных. Большее число передач означает, что каждая передача имеет более узкое соотношение, плотнее прилегающее к диапазону мощности двигателя - вопрос «короткая или длинная» сводится не к одному ответу, а к грамотно выстроенной лестнице передаточных отношений.

Короткая или длинная? Практическая сводка для принятия решения

Взаимное положение двух подходов можно свести в одну таблицу:

Не забывайте об одном исключении: на автомобилях с турбонаддувом короткие передаточные отношения не всегда являются преимуществом. Частые переключения передач в зоне полного газа могут выводить двигатель из зоны наддува и требовать повторного входа в неё; это превращает короткие отношения в недостаток в некоторых турбированных применениях. Точно так же слишком длинная шестая передача может опустить крейсерские обороты до границы работы «внатяг». Выбор делается исходя из характера «дыхания» двигателя и основного назначения автомобиля - а не по одному-единственному числу на странице характеристик.

Источники

• Передаточные числа: объяснение
• Передаточные числа главной пары - погружение в передаточные числа трансмиссии
• Что такое передаточные числа и как они влияют на ваш автомобиль
• Что происходит, если передаточные числа слишком высокие или низкие?
• Овердрайв (механика)
• Что такое овердрайв в автомобиле?
• Как работает автоматический овердрайв?
• Что такое овердрайв и почему новые автомобили его не имеют?
• Как подбор передач может изменить характер автомобиля
• Как выбрать подходящее передаточное число для ваших нужд
• Оптимальные точки переключения передач
• Коробка передач / передаточные числа главной пары и диапазон мощности
• Какая настройка быстрее? короткие передачи против длинных
• Длинные передачи против коротких : турбо
• Как изменение передаточного числа главной пары влияет на характеристики автомобиля?
• Моделирование влияния количества передач, прогрессии передаточных чисел и передаточного числа главной пары на топливную экономичность и характеристики с использованием ALPHA
• Когда переключать передачи для максимальной экономии топлива