Etajarea cutiei de viteze

    Performanțele unui automobil, dinamice sau de consum, depind în mare măsură de motorul cu care acesta este echipat. De asemenea o influență considerabilă asupra acestor performanțe o are și etajarea cutiei de viteze.

    După cum am discutat în articolul dedicat construcției și funcționării unei cutii de viteze, elementele principale ale cutiei sunt angrenajele cu roți dințate. Fiecare angrenaj al fiecărei trepte este caracterizat printr-un raport de transmitere. Modul de variație a rapoartelor de transmitere de la o treaptă la alta reprezintă etajarea cutiei de viteze.

Criteriile de calcul a treptelor de viteză

    Rolul cutiei de viteze este să adapteze caracteristica de tracțiune a automobilului în funcție de condițiile de deplasare. Rapoartele de transmitere din cutia de viteze permit automobilului să îndeplinească următoarele criterii:

  1. să se deplaseze în condiții grele de deplasare (drum cu pantă foarte mare);
  2. să atingă viteza maximă de deplasare pentru care a fost proiectat;
  3. să funcționeze în domeniul de consum minim de combustibil al motorului cu ardere internă.

    Calculul raportului de transmitere al primei trepte de viteză (i1) se face pentru a îndeplini primul criteriu, cel al pantei maxime. Viteza maximă a automobilului este obținută de obicei cu ajutorul raportului de priză directă (1.00) sau similara acesteia (0.97 sau 1.03). Raportul minim de transmitere, cel al ultimei trepte, permite funcționarea motorului în domeniul turațiilor economice, care permit un consum redus de combustibil la deplasarea cu viteze relativ mari.

Limitele impuse rapoartelor cutiei de viteze

Foto: Limitele impuse rapoartelor cutiei de viteze

Tipuri de etajare ale unei cutii de viteze

    Treptele intermediare, cuprinse între treapta cu raport maxim și cea cu raport minim, sunt calculate în funcție de diferite criterii (accelerație, consum combustibil, fiabilitate). O cutie de viteze nu poate să fie proiectată optim atât din punct de vedere al accelerațiilor și din punct de vedere al consumului de combustibil.

    Automobilele în general au cutii de viteze proiectate astfel încât să realizeze un compromis între accelerația în fiecare treaptă, viteza maximă atinsă și consumul de combustibil. În schimb automobilele sport au cutii de viteze mai bine adaptate unui stil de conducere mai dinamic, ce permit accelerații mai puternice în fiecare treaptă.

Etajarea după criteriul intervalului constant de turație al motorului pentru fiecare treaptă

    La fiecare schimbare de treaptă în sus, de exemplu 1/2, turația motorului scade de la o valoarea n2 la o valoare n1. Din punct de vedere al tracțiunii, pentru a exploata la maxim cuplul motor, schimbarea treptei de viteză se face în jurul valorii de putere maximă (n2 = nPmax). La trecerea în noua treaptă de viteză este bine ca turația rezultată să nu fie mai mică de turația de cuplu maxim (n1 = nCmax), deoarece în jurul acestei valori rezerva de putere a motorului este cea mai mare.

    Etajarea cutiei de viteze după criteriul intervalului constant de turație al motorului pentru fiecare treaptă presupune că la fiecare schimbare în sus turația motorului va scădea de la valoarea n2 la valoarea n1.

Etajarea cutiei de viteze  după criteriul intervalului constant de turație al motorului pentru fiecare treaptă

Foto: Etajarea cutiei de viteze  după criteriul intervalului constant de turație al motorului pentru fiecare treaptă

    Particularitatea acestei etajări este dată de intervalul de viteză a automobilului între două trepte pentru aceeași turație (ΔV54 > ΔV43 > ΔV32 > ΔV21). Intervalul de viteză crește pe măsură ce treptele superioare sunt cuplate. Această proprietate este avantajoasă deoarece funcționarea într-o treaptă superioară asigură un consum mai mic de combustibil. Intervalele mai mari de viteză din ultimele trepte permit utilizarea un timp mai îndelungat a acestor trepte. Dezavantajul acestui tip de etajare este dat de performanțele de demarare reduse în domeniul treptelor superioare.

    Acest tip de etajare este utilizat în principal la cutiile vehiculelor utilitate deoarece prezintă avantajul consumului redus de combustibil în treptele superioare.

Etajarea după criteriul intervalului constant de viteză pentru fiecare treaptă

    Caracteristicile acestei etajări sunt date de același interval de viteză între trepte pentru aceeași turație a motorului (ΔV54 = ΔV43 = ΔV32 = ΔV21) și de intervale de turație reduse pentru treptele superioare, valoarea cea mai redusă fiind în ultima treaptă.

Etajarea cutiei de viteze  după criteriul intervalului constant de viteză pentru fiecare treaptă

Foto: Etajarea cutiei de viteze  după criteriul intervalului constant de viteză pentru fiecare treaptă

    Reducerea intervalului de turații din treptele superioare conduce la creșterea puterii medii utilizate în aceste trepte ce are ca efect capacitate de demarare superioară și la viteze mari. Avantajul acestui tip de etajare este constituit de accelerațiile mai energice din ultimele trepte. Dezavantajul este creșterea consumului de combustibil în treptele superioare.

    Acest tip de etajare se utilizează în cazul autoturismelor datorită capacităților de demarare în treptele superioare iar prin introducerea unei trepte suplimentare de supraviteză (i < 1) consumul de combustibil la viteze mari poate fi redus substanțial.

Analiza unei etajări de cutie de viteză

    Dacă cunoaștem rapoartele unei cutii de viteze putem face o scurtă analiză a aceste pe baza rapoartelor de transmitere. Pentru analiză considerăm o cutie de viteză reală cu următoarele rapoarte de transmitere:

Treapta de viteză Rapoarte reale* Etajare Δn const Etajare ΔV const
1 4.05 4.05 4.05
2 2.40 2.85 2.30
3 1.58 2.01 1.60
4 1.19 1.42 1.23
5 1.00 1.00 1.00
6 0.87 0.87 0.87

* BMW 135i

    Cunoscând rapoartele primei trepte (i1 = 4.05) și a treptei de priză directă (i5 = 1.00) se calculează etajarea pentru cele două criterii: interval de turație constant (Δn const) și interval de viteze constant (ΔV const) pentru fiecare treaptă. Valorile obținute ne arată că etajarea reală este mult mai apropiată de etajarea cu interval de viteză constant.

    Micile diferențe apar datorită unor optimizări, corecții pe care constructorii de automobile le aplică în scopul atingerii criteriilor de dinamică, consum de combustibil sau fiabilitate. Exemplul de mai sus confirmă faptul că etajarea cutiilor de viteze pentru autoturisme se face ținând cont de condiția de interval de viteză constant pentru fiecare treaptă.

    Printre caracteristicile unei cutii de viteze cu rapoarte fixe mai putem enumera gama de variație a rapoartelor și saltul între trepte.

    Gama de variație a rapoartelor este calculată prin împărțirea raportului de transmitere al primei trepte la ultima treaptă (i1/i6). Valoare raportului i1/i6 depinde de puterea specifică (CP/tonă) a automobilului și de destinația acestuia. Vehiculele comerciale, care au putere specifică scăzută au nevoie de o gamă de variație a rapoartelor mai largă. De asemenea motoarele diesel datorită plajei mai înguste de turație au o gamă de variație mai largă.

Treapta de viteză

Rapoarte de transmitere

(motor pe benzină)

Saltul între trepte

(motor pe benzină)

Rapoarte de transmitere

(motor diesel)

Saltul între trepte

(motor diesel)

1 3.450 i1/i2 = 1.675 3.538 i1/i2 = 1.849
2 2.060 i2/i3 = 1.482 1.913 i1/i2 = 1.571
3 1.390 i3/i4 = 1.349 1.218 i1/i2 = 1.416
4 1.030 i4/i5 = 1.226 0.860 i1/i2 = 1.089
5 0.840 i5/i6 = 1.167 0.790 i1/i2 = 1.174
6 0.720 - 0.673 -

Gama de variaţie

a rapoartelor (i1/i6)

4.792 - 5.25 -

    Exemplul prezentat în tabel conține rapoartele de transmitere a două automobile, primul echipat cu motor pe benzină, al doilea fiind diesel. Ambele motoare au capacitatea cilindrică în jurul valorii de 2000 cm3, cu valori apropiate ale puterii maxime. Putem observa că automobilul echipat cu un motor diesel are gama de variație a rapoartelor de 5.25 care este cu aproximativ 10% mai mare decât gama automobilului cu motor pe benzină. Această gamă mai largă are rolul de a compensa domeniul de turații mai mic al motorului diesel, ceea ce permite atingerea unei viteze maxime similare pentru cele două automobile.

    Dacă facem raportul între valorile a două trepte vecine (ex. i1 și i2) obținem saltul între trepte. Acest coeficient ne permite să facem o evaluare a calității procesului de schimbare dintr-o treaptă în alta pentru o anumită cutie de viteze. Saltul între trepte se calculează pentru fiecare schimbare de treaptă prin împărțirea valorilor treptei curente la treapta învecinată. De exemplu, pentru automobilul echipat cu motorul pe benzină, saltul între prima și a doua treaptă este de i1/i2 = 1.675.

    Cu cât saltul între trepte are valori mai mici, cu atât schimbarea treptei de viteză se face mai ușor și mai confortabil. de asemenea energia disipată prin procesul de sincronizare depinde de valoarea saltului între trepte. Dacă saltul între trepte are valori mari atunci sincronizatoarele trebuie să elimine o diferență de turații mai mare între arbori deci procesul de schimbare va fi mai intens din punct de vedere al frecărilor.

    Din exemplul prezentat mai sus observă că saltul între trepte scade cu cât ne apropiem de treptele superioare deci procesul de schimbare a rapoartelor superioare va fi mai confortabil și mai ușor. De asemenea se observă că pentru automobilul echipat cu motor diesel saltul între trepte are valori superioare comparat cu varianta pe benzină ceea ce se traduce într-o calitate un pic redusă a procesului de schimbare a treptelor.

    Cutia de viteze, prin etajarea rapoartelor de viteze, are un rol esențial în ceea ce privește adaptarea caracteristicilor motorului la condițiile de trafic și de drum. Rapoarte de transmitere sunt atent calculate și optimizate pentru a face cel mai bun compromis între performanțele dinamice și cele de consum. Pentru autoturismele sport acestea sunt calculate pentru a oferi accelerațiile cele mai bune în fiecare treaptă, performanțele de consum fiind pe plan secundar. O cutie etajată prost, neadaptată motorului împreună cu care echipează automobilul, poate avea efecte negative importante asupra performanțelor unui automobil.

De reținut!

  1. Etajarea unei cutii de viteze nu poate fi făcută optim pentru a avea cel mai bun consum de combustibil și în același timp cele mai bune reprize de accelerație în fiecare treaptă. De obicei constructorii optează pentru un compromis, accelerații bune în primele trepte și consum redus în treptele superioare;
  2. Pentru a exploata la maxim potențialul de tracțiune al motorului schimbarea treptei de viteză este recomandat să se facă în jurul valorii de putere maximă. În acest fel motorul rămâne în banda de putere iar accelerațiile în fiecare treaptă vor atinge maximul posibil.

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

Login

Logo motorul anului