Рубрика:

Техзона

 Журнал: 8 (2012)

«Автомат» – инженерная мутация




 

«Автомат» – инженерная мутация

 

   Одна передача за другой, вверх или вниз… С точки зрения многих водителей, прежде всего американцев, переключение передач – это совершенно бесполезная и вызывающая раздражение процедура. Поэтому практически с начала эры моторизации инженеры искали всевозможные способы, позволяющие избавить водителя от необходимости постоянно переключать передачи.

Один из первых скутеров с вариатором CVT – DKW Hobby 1954 г.

Видны детали центробежного вариатора. Соединение самого двигателя с трансмиссией не было автоматическим и контролировалось пилотом.

   Любой, кто из любопытства или по необходимости решит снять центробежный вариатор (CVT) с обычного скутера, будет удивлен абсолютной простотой системы. По сути, устройство состоит из двух шкивов с изменяемой шириной канавки, ремня, что их соединяет, муфты ведущего шкива с роликами, которые могут перемещаться по специальным каналам под действием центробежной силы, и, наконец, пружины, которая прижимает один к другому два диска ведомого шкива. Совокупность этих деталей представляет собой очень надёжный, долговечный и исключительно эффективный механизм, который к тому же, имеет очень низкую себестоимость производства. Принцип его работы такой же, как и у знаменитого центробежного регулятора Уатта, который шотландский гений впервые применил в 1788 году на своих машинах с целью автоматического регулирования открытия впускных паровых клапанов. Это простое, и в то же время фундаментальное изобретение, нашло свое применение не только в тепловых двигателях, но и в других областях: оно использовалось на флоте, в сельскохозяйственных машинах, ветряных мельницах, граммофонах, пока не появилась идея применить этот принцип для создания устройства автоматического изменения передаточного отношения в трансмиссии на двух- и четырёхколесных транспортных средствах. Следующим шагом стало добавление автоматического сцепления. Исторические документы отдают первенство изобретения братьям Стёртевант (Sturtevant) из Бостона, которые в 1904 г. получили патент № 766551 на двухскоростную коробку передач с центробежной муфтой сцепления. Идея была правильной и успешно реализованной, однако гарантировать надежность и точность работы механизма не могли доступные на то время материалы.

   Так что на долгие годы (если не считать безуспешных попыток её использования) идея автоматической трансмиссии была предана забвению и снова появилась на сцене, став серийным оборудованием только в 1948 году, когда компания Oldsmobile начала выпускать модель с автоматическим изменением передаточного числа с помощью системы Hydra-Matic, разработанной инженером компании General Motors Эрлом Томсоном. Это был первый гидравлический преобразователь момента (гидротрансформатор), соединенный с планетарной коробкой и представляющий собой довольно сложное устройство, которое не имеет ничего общего с простой, эффективной и недорогой системой CVT.

Сложная, но эффективная

   В коробке Hydra-Matic, как и во всех коробках подобного рода, гидротрансформатор выполнял функцию сцепления: центробежный насос, приводимый в действие двигателем, направлял жидкость (специальное масло с низкой вязкостью) на лопатки соединённой с коробкой турбины, заставляя её вращаться, после чего масло возвращалось обратно в насос. При такой системе соединение двигателя с трансмиссией было гарантировано на режимах, превышающих минимальную частоту вращения вала двигателя, тогда как при сбросе газа производительность насоса падала практически до нуля и её не хватало для прокручивания турбины – трансмиссия разъединялась. Таким образом, достигался эффект работы обычного сцепления.
   Объяснить работу автоматической планетарной коробки не так-то просто, а данная статья – не научный труд. Поэтому скажем лишь, что речь идёт о совокупности шестерён: центральная шестерня, называемая «солнечной», периферийная шестерня с внутренними зубьями, называемая «коронной», и три или более промежуточные шестерни – «сателлиты», которые соединяют центральную и периферийную шестерни и крепятся к водилу.

   Принцип её работы заключается в следующем: при постепенном приложении движущей силы от одного элемента системы к другому посредством механического зацепления, на выходе получается изменение конечного передаточного отношения трансмиссии. Автоматическое управление процессом возложено на сложную гидравлическую систему с насосами и клапанами. Описанный механизм используется на автомобилях, и в течение многих лет он совершенствовался, претерпев множество изменений, особенно после начала использования электронного управления.

Мотоциклы с гидротрансформаторами

   Что касается мотоциклов, то случаев использования на них автоматических коробок с гидротрансформатором очень мало. Самая знаменитая модификация – Moto Guzzi V7 1000 I-Convert. Модель 1974 года имела кроме гидротрансформатора, также обычное сцепление, располагая двумя вариантами режимов работы (от 0 до 130 км/ч и от 0 до 170 км/ч), которые выбирались педалью.
   С той же целью компания Honda представила в 1975 году сначала в Канаде, а потом и в США имевшую подобные характеристики модель СВ750А «Hondamatic», на которую устанавливался гидротрансформатор, заменявший сцепление, и классическая управляемая пилотом двухскоростная коробка. Таким образом, речь идет о полуавтоматической системе, которая в 1978 году была установлена также на СВ400А.

   Ни одна их этих моделей не имела коммерческого успеха в Америке и, тем более, в Европе. В Старом Свете автоматическая коробка всегда была синонимом плохих технических характеристик и технического решения, пригодного только для использования на скутерах с малым объёмом двигателя. Естественно, речь идет о классической системе CVT, то есть, коробке с центробежным вариатором, соединённым с автоматической центробежной муфтой сцепления, которая в мотоциклетной сфере имела самое широкое распространение и постоянное развитие, особенно на мопедах, начиная с послевоенного периода.

Военным нравится автоматика

   Попытки развеять миф о том, что систему CVT можно применять только на скутерах, пусть не часто, но предпринимались. В связи с этим следует выделить две компании: шведскую и американскую. В 70-х годах они производили мотоциклы, имевшие существенный спрос, который был вызван конструктивной оригинальностью и заложенным в них потенциалом. Шведская компания Hagglund с 1972 по 1978 годы производила модель ХМ, которая отличалась суперсовременными решениями, такими как безрамный корпус с однорычажным маятником, и боковой моноамортизатор. Эта модель, разработанная для армии, была оснащена двухтактным двигателем Rotax объемом 347 см3 и CVT типа Daf-Variomatic с автоматической центробежной муфтой сцепления. В тот же период американская компания Rokon выпускала странный мотоцикл, разработанный для экстремальных соревнований по мотокроссу: он отличался огромными зубастыми покрышками, приводом на все колёса, двигателем, разработанным на основе двигателя снегохода, и CVT. Также его оценили прежде всего военные, однако определённый успех он имел и среди любителей мото. Компания Rokon продолжает свою деятельность и производит гамму из трёх моделей мотоциклов собственной разработки.

Эра мотоциклов с автоматической трансмиссией

   В условиях взрыва популярности скутеров в конце 80-х годов и роста спроса в этом сегменте на модели с увеличенным объёмом двигателя и улучшенными техническими показателями, система CVT показала, что может намного превзойти приписываемые ей возможности – в частности, касательно долговечности ремней, работающих при высоких мощностях и с большими крутящими моментами. Первым, кто «разбил лёд» в этой области, в 2003 году стала компания Piaggio, представившая прототип первого настоящего «автоматического мотоцикла» Gilera с абсурдным названием Ferro (Железо), достаточно инновационный с точки зрения характеристик и технических показателей. Его мощный двухцилиндровый двигатель объемом 850 см3 был совмещён с «продвинутой» трансмиссией CVT, в которой изменение внутреннего диаметра шкива шаговым электродвигателем с электронным управлением. Японцы с 2003 года устанавливали на максискутер Suzuki Burgman 650, отличную от вышеописанной систему с более совершенной электронной системой, которая существенно улучшила рабочие характеристики трансмиссии CVT и даже позволяла имитировать работу селективной КПП, управляемой пилотом. На базе Ferro была создана Aprilia Mana, до сих пор сходящая с конвейера, трансмиссию которой можно считать вершиной развития системы CVT. Последним выдающимся явлением в области автоматических трансмиссий была модель Honda VFR1200F со сложной технической начинкой, пришедшей из автомобильной сферы. Yamaha и сейчас выпускает спорт-турист FJR1300A, в котором благодаря электронике обычная механическая мото КПП работает либо в режиме ножного/ручного переключения, либо как «автомат».

    Однако это уже не история, а наша действительность. И, вероятно, в ближайшем будущем мы будем вспоминать о мотоциклах с ножной лапкой переключения передач, как о странном ретро-анахронизме...


Автоматическое сцепление

   Гениальное по своей простоте изобретение! К внутреннему барабану за один край крепятся колодки (такие же, как в барабанном тормозе), второй их конец соединен с ним через пружины. При вращении внутреннего барабана под действием центробежной силы колодки расходятся и прижимаются к внешнему барабану, передавая ему момент. Система настолько эффективна, что пережила многие годы, и мы найдем её внутри любого современного скутера.

1904

Первый патент на КПП-«автомат» был выдан ещё в 1904 году, однако материалы того времени не гарантировали надёжности устройства.


1911

    Первый патент на коробку-автомат с центробежным сцеплением был выдан братьям Стёртевант. Её концепция была очень продвинутой, однако надёжность оставляла желать лучшего.
 Первые мотоциклы, подобные этому одноцилиндровому Harley-Davidson 7А, имели прямую ременную передачу без возможности менять передаточное отношение.

Гидротрансформатор  – что это?

   Его основное отличие от простой гидромуфты заключается в наличии третьего колеса с лопатками (называемого реакторным). Его профилированные лопасти меняют направление потока масла от турбинного колеса к насосному. Скорость потока из-за возросшего сопротивления замедляется, однако при этом величина крутящего момента возрастает и… меняется передаточное отношение! При высоких оборотах коленвала, когда помощь реакторного колеса становится помехой, оно блокируется отдельной муфтой и вращается синхронно с насосным, а передаточное число становится равным единице – это и есть прямая передача. А такая трансмиссия потому и называется гидромеханической, что крутящий момент в ней от коленвала передается на приводные валы (или кардан) при помощи кинетической энергии жидкости.
 


1952
 
Компания Ducati представила скутер Cruiser 175 с гидромеханической коробкой передач. Однако решение оказалось слишком сырым и дорогим.

Гидростатическая  трансмиссия

Здесь передача крутящего момента происходит не вращением лопаток, а непосредственно давлением жидкости. Конструктивно такое устройство выглядит, как несколько поршней, закрепленных на подвижной шайбе и находящихся в цилиндрах. Благодаря шарнирному соединению шайба вращается не строго перпендикулярно валам, а по эллипсоиде, перекашиваясь относительно поперечной плоскости вала и изменяя, таким образом, передаваемый момент. Такая трансмиссия, фактически являясь гидромотором, массово применяется на строительной и сельскохозяйственной технике – из-за немалых размеров и веса. Второй её недостаток – необходимость применения сложных и дорогих уплотнений и шлангов. Но итальянский инженер Бадалини скрестил гидромотор и гидронасос воедино в компактном корпусе, что по размерам сопоставим с КПП мотоцикла. Патент купили японцы из Honda и в начале 60-х внедрили изобретение на скутерах Juno.
 


1974

   Спроектированная для американского рынка модель Moto Guzzi V7 I-Convert стала первым мотоциклом, оснащенным гидротрансформатором и автоматической коробкой с двухступенчатой диапазонами передаточного отношения
   Для американцев переключение передач во время езды было абсурдом, поэтому Moto Guzzi и решила предложить им первый мотоцикл с гидротрансформаторной АКПП.
 


1976
 
   Компания Honda также решительно вывела на американский рынок модели с объёмом 750, а позже 400 и 450 см3, оснащавшиеся коробкой Hondamatic, однако её работа не была полностью автоматической.
   Сегодня, когда появилось немало мотоциклов с автоматическими коробками, «продвинутые» CVT все ещё противостоят сложным автомобильным технологиям.
 


1974
 
   На фото рекламный плакат модели для мотокросса компании Rokon, которая запустила в производство этот двухколесный «тракторок» с CVT, продаваемый до сих пор!

АЛЬТЕРНАТИВЫ ОТ HUSQVARNA и HONDA

1. HUSQVARNA

   В 1978 году компания Husquarna переняла эстафетную палочку от Hagglung и разработала двухколёсное транспортное средство для шведской армии. Его разработка на базе одной из двух своих великолепных 250-кубовых моделей для мотокросса не представляла для компании особой сложности, однако военным требовался мотоцикл для новичков, которым пришлось бы научиться водить его не более, чем за пять дней. Проблема была решена посредством установки оригинальной автоматической коробки: она представляла собой систему шестерёнчатых пар, которые автоматически выбирались последовательно с помощью центробежных муфт сцепления, по одной на каждую пару. Система оказалась настолько практичной и надёжной, что Husquarna решила использовать её не только в армейских мотоциклах, но и в некоторых моделях, которые в течение многих лет были доступны в линейке шведского производителя.

2. HONDA

   Разработанная для использования на станках, эта гидростатическая КПП перед установкой её на модель DN-01применялась компанией Honda на различных экспериментальных мотоциклах, среди которых некоторые модели для мотокросса. Эффективность агрегата была максимально увеличена за счёт использования электронного управления. Схема Badalini-Honda представляет собой соосно соединённые насос и гидравлический двигатель. Передаточное отношение меняется в зависимости от рабочего объёма цилиндров гидравлического двигателя, регулируемого диском, который расположен перпендикулярно оси вращения. Он может отклоняться на угол до 20°, что позволяет изменять (вплоть до нулевого значения) ход поршней гидравлического двигателя. Угол наклона диска в 90° соответствует нулевому рабочему объёму гидравлического двигателя и прямой передаче момента на шестерню, установленную на выходе из коробки. По мере того, как диск наклоняется по отношению к оси вращения, рабочий объём цилиндров гидравлического двигателя увеличивается, гидронасос нагнетает масло под высоким давлением в двигатель и происходит постоянное изменение передаточного отношения до тех пор, пока не будет достигнуто его наименьшее значение. Сцепление также гидравлического типа.
 


2003

   Gilera Ferro 850, прототип, от компании Piaggio, развенчал миф о том, что система CVT не может применяться на ТС со значительной мощностью и высоким крутящим моментом.
 


2007

   Вариатор модели Gilera Ferro 850, на базе которой появилась Aprilia Mana 850, сильно модернизировали. Основное отличие от обычного CVT в том, что перемещение подвижного диска шкива осуществляется не под действием центробежной силы, а посредством шагового двигателя, управляемого отдельным блоком.
   Коробка Honda-Badalini, установленная на DN-01 в 2008 году. Представляет собой сложную и дорогостоящую гидромеханическую систему с электронным управлением.
 


2010
 
Разрез двигателя Honda VFR1200F, первой модели мотоцикла, имеющей автоматическую трансмиссию с двойным сцеплением (DCT).
 

Текст и фото: Николай Гусев
 

Полное или частичное копирование статьи возможно только с активной ссылкой на http://motodrive.com.ua
Подписной индекс издания  90693


 

Все, что связано с МОТОКРОССом - здесь!
   Наши партнеры