Оптимізація робочих ресурсів двигуна при управлінні займала розуми конструкторів з моменту випуску першого автомобіля. Це досягалося різними способами, але одним з базових було підвищення ефективності при взаємодії з коробкою перемикання передач (КПП). Сама механіка сполучення двох вузлів вимагає певних витрат динамічного зусилля, але без цієї функції обійтися неможливо. Однією з найбільш енергетично вигідних систем для зміни частоти крутного моменту є КПП кулачкова, яка, втім, має й істотні обмеження по застосуванню.

Особливості пристрою механізму

Хоча по цілому ряду характеристик кулачкові «коробки» перевершують стандартні трансмісії, їх конструкцію можна розглядати як спрощену щодо звичайної механіки. Головна особливість з точки зору технічного пристрою полягає в позбавленні від синхронізаторів. Разом з ними оптимизировалось пристрій цілої групи елементів, які повинні були робити управління передачею більш легким, але вони ж і подовжували період подачі команди через кілька вузлів. У результаті ціла інфраструктура з дрібними зубами була замінена набором кулачкового ряду. На КПП такого типу одна муфта може містити до 7 кулачків, що збільшує запас площі зчіпки по ширині. При цьому розмір шестерні в даній системі більше, ніж у стандартних КПП, не кажучи про заміну скошеної форми зубів на пряму. Останнє було обумовлено необхідністю зниження втрат на тертя і мінімізації осьового навантаження на вал.

Принцип дії

Техніка роботи може бути секвенційної або пошуковою. У першому випадку реалізується послідовне перемикання передач, а в другому – звичайне, як у стандартній КПП. На практиці частіше використовується саме секвенциальный принцип, оскільки він більшою мірою дозволяє відобразити можливості кулачковою конструкції. Перемикання може здійснюватися вгору і вниз, а також по сторонах. Управління від водія проводиться через важіль, пов’язаний з валом. Наприклад, перемикання кулачковою КПП на ВАЗ-2108 відрізняються жорсткістю, безвідмовністю і простотою. Важіль рухає вал з борознами хвилеподібної форми, прокручуючи його на певний градус. В результаті активізується або «нейтралка», або передача. До речі, в цілях додаткової економії часу сама ручка КПП робиться великою і високою, щоб водій менше часу витрачав на маніпуляції з механічним управлінням. У технічному відношенні найвищий щабель розвитку займають напівавтоматичні кулачкові системи, в роботі з якими водієві потрібно лише чекати потрібного перемикання електронікою.

Загрузка...

Експлуатаційні можливості

Робочий момент при поводженні з кулачковою системою перемикання передач істотно скорочується, що дає економію часу. Незалежно від характеристик двигуна, швидкість зміни крутного моменту у кулачковою КПП відбувається швидше, ніж у звичайної трансмісії. Час на виконання операції становить 0,4-0,6 с, що відчутно при порівнянні з вимиканням/включенням зчеплення на автомобілі зі стандартною «коробкою». Що ще важливо, конструкція секвенциальных механізмів розширює можливості для тюнінга. Це стосується випадків повного переобладнання автомобіля в гоночну модифікацію з ножним перемиканням швидкостей. В даному випадку потрібно встановлювати разом з парами КПП і основну пару диференціала, що може скорегувати динамічні якості машини. Знову ж пересічному водієві таке оновлення навряд чи знадобиться, але для цінителя спорт-тюнінгу забезпечить нову якість водіння.

Застосування кулачкових моделей КПП

На легкових машинах, призначених для доріг загального користування, такі механізми застосовують рідко. Для такого забезпечення повинні бути визначені підстави, пов’язані з підвищенням динаміки або спрощенням конструкційної бази трансмісійного агрегату. Нерідко кулачкові КПП використовують у поодиноких тюнінгових заходах для демонстрації тих чи інших можливостей концептуальних моделей. У випадку з японським спорткаром Mitsubishi Lancer Evolution поєднання секвенційної коробки і двигуна на 420 к. с., зокрема, дозволило розгін до 100 км/год виконати за 3,5 с.

Кулачковий механізм КПП на ВАЗ

У Росії виготовленням компонентів для кулачкових вузлів трансмісії займається завод Lada Special Transmission. Дана група випускає секвенциальные механізми, відповідні для автомобілів ВАЗ. Як відзначають користувачі, вітчизняна продукція демонструє високу стійкість, чіткість роботи і надійність. Але також можна звертатися до рішень від східноєвропейських виробників зразок TST і Dogbox. У лінійках цих компаній можна зустріти найбільш близькі по влаштуванню секвенциальные КПП на ВАЗ. Кулачкові механізми іноземного виробництва зазвичай поставляються в розбірному вигляді. Наприклад, часто пропонуються набори без кріпильної оснастки, що змушує шукати додатково комплектуючі для фіксації агрегату до несучої базі. Іноді в якості донорських комплектів беруться і автоматичні трансмісії.

Кулачкові КПП на «класику»

Зрозуміло, вітчизняними автомобілями потреби в оснащенні кулачковими «коробками» не обмежуються. Класичні седани і хетчбеки, які використовуються на громадських дорогах, можуть переобладнатися під секвентальный принцип перемикання передач. Для цього використовують спеціальні модифікації кулачкових КПП на ВАЗ і «класику» в тій чи іншій конфігурації. Як правило, це механізми з кулачковою муфтою і шестерными вузлами по 5-7 елементів на поверхні. Чим більше кулачків, тим вище ресурс агрегату в парі муфти-шестерні. З іншого боку, ускладнення конструкції підвищує ціну і ускладнює процес інтеграції пристрою. І навіть якщо основа вироби за параметрами вписується в монтажну базу, то додаткові складнощі може викликати доопрацювання вилки перемикача передач. Нерідко для цих цілей залучаються штатні пристосування, які доопрацьовуються зварюванням або фрезеруванням. Цілком можуть застосовуватися і готові «коробки» в зборі, але це стосується в основному застарілих 5-кулачкових механізмів.

Кулачкові «коробки» і гоночна механіка

Все ж цільової нішею для використання кулачкових механізмів перемикання передач є спортивні автомобілі. Вже наводився приклад спорткара від «Мітцубісі», і цим застосування даного вузла в машинах не обмежується. Цю практику продовжує Subaru Impreza, забезпечена секвенційної «коробкою». І щодо цієї моделі варто відзначити відмінності в підходах до комплектації кулачковим агрегатом. У цивільних версії спорткара застосовується послідовний принцип зміни крутного моменту. Але в ралійної модифікації це рішення заборонено, тому залишається базовий механізм пошукового перемикання. Яскравим прикладом використання даної конструкції є і кулачковий ряд КПП «Тойота MR2». Це двомісний спорткар, останні модифікації якого отримали п’ятиступінчасту секвенциальную «коробку» SMT. До особливостей цього сайту відносять те, що він здатний витримувати навантаження від двигунів потужністю близько 800 л. с.

Обмеження по застосуванню секвенциальных КПП

Якщо навіть відкинути той факт, що звертатися з кулачковими «коробками» можуть тільки водії з відповідним досвідом фізичної управління трансмісією, існує кілька принципово важливих кінематичних нюансів експлуатації таких пристроїв. Послідовне перемикання знижує маневреність автомобіля при виконанні складних перестроювань на дорогах загального користування. Іншими словами, навіть спритний гоночний пілот буде мати великий програш при перемиканні вилки з-за необхідності перегазовки з різкими переходами від нижніх до верхніх щаблів. На прямій трасі, де необхідно постійне і впевнене підтримання високого швидкісного режиму, КПП кулачкова проявляє себе з кращих сторін, однак у цивільній машині її переваги переходять в недоліки.

Висновок

Концепція секвенційного перемикання передач при всіх своїх особливостях зберігає перспективи технологічного розвитку. Це підтверджує і активне зрощення подібних трансмісійних механізмів з електронікою. Приміром, сьогодні з’являються кулачкові агрегати, що працюють по командам програмує комп’ютера Motec. Однією з головних функцій електронного блоку в автомобілі з такою начинкою, як заявляють розробники, автоматичне керування роботою системи запалювання і вчинення перегазовок.

Також цікаве: