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如何按发动机特性曲线去匹配变速箱齿轮比

程黎6天前公司动态977

某些汽车标榜以运动性为主打卖点的时候,常常在宣传自己的变速箱时,把它们称作密齿比变速箱。一时间密齿比这个词仿佛成了高性能变速箱的代表,很多人在选车的时候也将这一参数作为选择的参考之一。那么到底何谓密齿比呢?齿比的稀与密对于车辆的驾驶到底有哪些影响?是所有的车型都配备密齿比的变速箱更好吗?

密齿比是变速箱齿比分配的一种情况,其更多的出现在多挡变速箱中。一般说来,变速箱的各个挡位之间都是成等差数列的,也就是说,各个挡位之间的齿轮比差别在理论上是基本相等的,一般只会根据需要做适量的修改。而无论是四挡变速箱,还是6挡变速箱,它们在总的齿比差别基本上是一样的,也就是说它们的一挡齿比接近,而最高挡也都是超速挡,齿比一般也在1以下。那么很容易想到,挡位比较多的变速箱,这个等差的数值就相应比较小,也就是它们之间的齿比分配比较密,密齿比由此而来。实际上仅从密齿比本身的意思来说,是挡位与挡位之间的齿比差别很小,因而齿比的分配很密。

密齿比变速箱虽然匹配在一些高性能的车型上,但不一定是所有车最适合的变速箱。在日常驾驶中,密齿比变速箱的换挡频率要高一些,同样的,也就可以在更窄的区间内控制车辆的状况,达到理想的发动机转速和驾驶状态。对于某些车型而言,这种变速箱在某种意义上也可以说比较省油。而对于那些跑车和运动性车而言,采用密齿比的变速箱可以更好的发挥发动机的性能,获得更高的加速性和操控性。这样看来,似乎无论什么车,如果不考虑换挡时间的话,配备密齿比的才是优质的。如果这样看,那就错了,因为并不是所有的发动机都适合匹配密齿比变速箱。所谓的齿比越密越好,只是表面现象,真正好的变速箱是必须与发动机相匹配的,反之所会带来负面影响。

对于绝大多数民用车而言,发动机与变速箱做到好的匹配才是合适的。发动机的输出功率和扭矩并不是保持一成不变的关系,所谓的输出功率和扭矩的关系就是太阳2平台下载平常所看到的发动机特性曲线,不同诉求设计的发动机,不同排量的发动机,不同级别的车辆,甚至是同级别的车辆的发动机特性曲线都是有差别的。这些差别同样对于变速箱的性能提出了不同的需求,如何将它们很好的结合在一起,才是一套好的动力总成真正的需求。那么如何看待这一匹配上的区别呢?暂且把发动机大致分为高转速发动机和低转速发动机这两大类,真正的变速箱匹配肯定不会这么简单,但大体原理是这样。

高转速发动机适合配备密齿比的变速箱,这样可以很好的发挥发动机的性能,多数跑车和运动型车的发动机都是典型的高速发动机。这类发动机的扭矩曲线一般都比较陡峭,有些还会设计多个峰值,峰值区间较窄,其中最大扭矩一般是出现在发动机高转时,也就是车辆在后段发力。无论对于何种发动机,对于变速箱的匹配来说,尽可能的让升挡以后的发动机转速保持在扭矩充沛的区域,是最合适的。这种高转发动机的最高扭矩出现的比较晚,而且最高扭矩持续的时间也比较短。也就是说很多高转速发动机,其最大扭矩或功率看似非常可观,但实际上出现的转速范围段非常短,那么如果这个时候给它匹配一个稀齿比的变速箱,发动机转速冲上5500转以后升挡,然后转速会落到3000转,那此时还何谈加速性?如果为了使换挡后的转速落在4000转以上,在6500转换挡,那5500转到6500转这个区域,扭矩也很小,同样无法获得足够的加速性。显然,这个齿比的变速箱是无法满足这类发动机的性能需求的。那么给它换个变速箱,换个密齿比的,加速到5500转以后恰好到达扭矩峰值的末端,然后升挡,此时转速能保持在4000转以上,那么就可以充分利用这个高扭矩的平台,将高转速发动机的性能充分发挥出来。

所以,在购车选车的时候,不要盲目追求密齿变速箱,不同的车型,不同的发动机特性,决定了其配备怎样的变速箱。只有合理匹配的变速箱,才能真正将车子的性能最好的发挥出来,盲目追求密齿比多挡位,是要吃亏的。

众所周知,变速箱内有许多组齿轮,相互啮合的两个齿轮组成一个齿轮组,之所以能够将输入轴的速度改变以后传递给输出轴是因为不同齿轮组的啮合。如果动力是从互相啮合两个齿轮中较小的齿轮输入的,那么作为动力输出的较大的齿轮就会将动力增大,两个齿轮的直径相差越多,车轮获得的扭力增加的就越多,同时大齿轮的转速会低于小齿轮的转速,两个齿轮的直径相差越多,转速降低的就越多。

变速箱的挡位数越少,每组齿轮比之间差的就越多,因为挡位之间的传动比是成等差数列的。举个例子说,如果是个四挡变速箱三挡定为直接档,传动比为1,一挡的传动比为2.6的话,那么二挡的传动比就可能为1.8;而如果要是个六挡变速箱将五挡定位直接挡,传动比为1,同样一挡的传动比为2.6,那么二挡、三挡、四挡的传动比则可能分别为2.2、1.8、1.4。从数值上可以直接的看出,四挡变速箱的二挡相当于六挡变速箱的三挡,因为这两个挡位的传动比同为1.8,就是说同样是起步加速到60km/h,四挡变速箱需要从一挡2500转到3000转换至二挡行驶,而六挡变速箱需要从一挡2000转左右经过二挡2000转左右换到三挡行驶。

变速箱分为两种:普通类和密齿类,发动机也分两种:低转速和高转速。他们之间怎么匹配好呢?对于高转速发动机,它扭矩曲线往往有两个峰值,假设第一个峰值出现在2000转左右,第二个峰值出现在最大转速附近。如果匹配普通类变速箱,以四速变速箱为例,发动机本身的特性在2000转和6000转有两个峰值。一般驾驶都会在3000转左右换挡,换完之后正好落在2000转这个峰值上,可以保证换挡以后车辆加速有力,而普通变速箱的挡位数较少,需要每个挡持续加速的时间较长,也就是换完挡要持续加速一定的时间,而对于高转速发动机来说,两个峰值间的平缓曲线不利于挡位之间持续加速;如果匹配密齿类变速箱,每次换挡之后的加速时间较短,就需要进行下一个挡位的更换,换挡之后不需要较长时间的加速,而是需要换挡之后落在一个扭矩较大的区间,所以,高转速发动机匹配密齿类变速箱比匹配普通变速箱更合适。对于低转速大扭矩的发动机来说,扭矩峰值持续时间较长,匹配普通变速箱正好合适,普通变速箱挡位之间加速时间较长正好满足发动机扭矩峰值持续时间较久的需要。通过上面的分析可以下这样一个结论:高转速发动机应匹配密齿类发动机也就是挡位数较多的,低转速大扭矩发动机应匹配挡位数较少的。

很多人认为追求速度,无非就是提高发动机动力,改避震,换轮胎,这些是没错,但对于提高车辆性能,变速箱与发动机的匹配是至关重要的。对与专业的车队,他们会针对每一条赛道来调整变速箱。而对于民用车来说,如果涉及到车辆的改装,特别是发动机的改装,变速箱的同步调整也是非常重要的。

变速箱与发动机达到合理匹配,才能真正发挥出车子的性能。一台发动机在按照设计诉求制造出来之后,就要按照发动机的动力输出曲线,确切说是扭矩曲线来匹配变速箱。为什么要按照扭矩曲线来匹配呢?因为汽车的提速主要是靠扭矩,极速才是靠功率。一般发动机的扭矩曲线,大致分为两类,一类是有明显峰值,整个成山峰状;另一类没有明显的峰值,大体成高原状。对于这两种不同的输出曲线,就需要匹配不同齿比的变速箱来充分发挥发动机的动力特性。对于山峰型的扭矩曲线,要搭配密齿型变速箱,所谓密齿型就是挡与挡之间的比率差较小。这种变速箱的特点是能利用扭矩曲线的爬升段,充分发挥加速性能。对于高原型的扭矩曲线,因为它比较平直,扭矩能一直维持在一个较恒定的值上,动力区间很宽,需要变速箱用密齿来迁就它较短的动力区间,对于这种类型的发动机搭配宽齿形变速箱,能获得更好的性能。因为宽齿型变速箱的每挡能拥有更宽广的转速区间,所以它能省去密齿型变速箱频繁换挡的时间。对于密齿型变速箱,挡位数越多越好,这能使它既加速快极速又不至于太低;而对于宽齿型变速箱,即使用一台3速或是4速变速箱,也能获得不错的加速性能,当然,前提条件是扭矩要足够的大。

改装过的发动机,需要同期调整变速箱。许多热衷改装的车友,会将大量的精力花费在提升发动机性能方面。殊不知许多改装方法,都会改变发动机的动力曲线,特别是有些日系车,由于有现成的赛车ECU版本,很多改装迷都不惜重金将这些版本ECU装配到自己的民用车上,这是会明显改变发动机动力曲线的。根据前面说过的原理,此时民用版的变速箱就显得不适当了。当发动机的动力输出曲线,被调校得更加偏高转后,变速箱齿比也要相应的变密,在这一挡转速到达扭矩输出峰值时,换挡后的转速应落在一个较大的扭矩输出值上,这样的加速才有连贯性,不至于使发动机乏力,降低加速能力。假设有一台原厂发动机,从2500转到5000转,扭矩输出都基本维持在180牛米的水平,挡位的设置是按2500至5000这个区间进行匹配的,每次在5000转换档后,转速都回落到2500转左右。那么在发动机改装并重新调整动力输出区间后,能在6500转/分钟输出270牛米的扭矩的最大峰值,在5000转时输出150牛米的第一峰值,那么变速箱就要尽量利用这2000转,来充分发挥车辆性能,变速箱每次在6500转时,换完挡都落在4500转,提速肯定是最快的。这时,变速箱的齿比就要相应的调密,以适应现在较小的动力输出区间。

总传动比的不同,决定了车辆的加速能力或者极速表现,二者有一定的矛盾性,有时难以兼顾。变速箱的基本作用是充分的发挥出发动机的动力,还有一个重要作用就是,决定车辆的行驶极速和加速表现,以及车辆的行驶经济性。用较大的齿轮比不仅能提高车辆的轮端扭矩,还能有更为出色的加速表现。只要发动机本身的转速提升够快,用大齿比的1挡猛踩油门,肯定能获得最佳的推背感,同理,后面的每个挡都尽量的用大齿比,包括直接挡和超比挡都高于1的齿比,那么车辆的加速性能将非常出色。但这种过于密齿的变速箱虽说有凌厉的加速表现,却没有较高的的极速,这就是一把双刃剑,所谓鱼与熊掌不可得兼。对于一般手动的5挡民用车来说,4挡就是直接挡,一般齿比为1,5挡是超比挡,齿比小于1,主要用来高速行驶或是提高车辆行驶经济性。而1挡一般都是3或4点几,大齿比,输出大扭矩使车辆能满足满载情况下的爬坡能力,剩下的2、3挡介于1和4挡之间,并大致成等比。所以民用车的变速箱在保证发动机动力发挥的同时,要更多的兼顾应对各种路况和行驶的实用性、经济性。如果这台民用车现在的百公里加速时间为10秒,5挡最快能跑到200公里/每小时,在换装上面的密齿型大齿比变速箱后,可能百公里加速时间只需9秒,但是极速却会低至170公里每/小时。这就是变速箱的另一功用,是选择加速,还是极速,还是中和加速和极速。但对于一般的汽车改装来说,去调变速箱太麻烦,直接更换最终传动比齿轮也能在一定程度上调整车辆的加速性能或是极速。

变速箱的特性是让满足车辆不同工况下,对于轮端扭矩的不同需求,使得车辆可以顺利的起步、加速和巡航,不同挡位数的变速箱,其齿比密度是不一样的。汽车之所以要换挡是为了在低速时有足够的轮端扭矩来起步或者爬坡,此时需要变速箱采用更大的齿轮比来提升轮端扭矩。而在高速时,车辆只需要克服空气阻力和轮胎的滚动阻力,此时就不需要很大的轮端扭矩了,而是追求比较高的车速。这时就需要较小的齿轮比以实现高速下的发动机的功率,来使车跑的更快一些。当太阳2平台下载换挡时,其实就是在通过选择不同的齿轮比来达到上述目的的,当需要大扭矩时就用小齿带大齿,当需要提高转速时就用大齿带动小齿。一般齿轮比大的对应的是低速挡,齿轮比小的对应的是高速挡,比如以一款6速手动变速箱为例,它的一挡齿轮比为2.5,二挡的齿轮比为2.1,三挡的齿轮比为1.7,四挡的齿轮比为1.3,五挡的齿轮比为1,六挡的齿轮比为0.5。而四速手动变速箱它的一挡齿轮比为2.5,二挡齿轮比为1.9,三挡齿轮比为1,四挡齿轮比为0.5,从上述两款变速箱的齿轮比可以看出6挡手动变速箱它的齿轮比要比四挡手动箱要密,属于密齿型变速箱,比较适合高转速发动机。

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