Закрома автомобильной истории полны удивительных проектов, и мы не устаем делиться ими с нашими читателями. Сегодня на очереди футуристический проект авторства Эдмунда Румплера, пожалуй, первый в мире автомобиль, созданный с учетом аэродинамических показателей.
С небес на землю
Судьба герра Румплера богата событиями, а его карьера инженера несколько раз начиналась заново. Бодрый старт ей был на проекте мотоколяски Prasident (будущая Tatra), в котором также участвовал знаменитый Ганс Ледвинка. После его успешной презентации Румплера зачислили в штат инженеров компании Daimler.
В 1902-ом он был назначен уже техническим директором компании Adler, а через год получил патент на собственную разработку полунезависимой задней подвески с маятниковыми полуосями.
Спустя семь лет Румплер основал первую в Германии компанию по производству самолетов, посчитав конструкцию аэроплана Игнаца Этриха перспективной. Дело предприимчивого инженера процветало вплоть до конца Первой мировой войны, когда на этот вид деятельности был наложен запрет. Это, впрочем, никак не помешало промышленным амбициям Румплера – вместо самолетов он стал выпускать автомобили. Первый и единственный его проект назывался Rumpler Tropfenwagen, что в переводе с немецкого означает «автомобиль-капля».
На колесах и с крыльями
Любовь к авиации из Эдмунда Румплера было не вытравить. Это признавал каждый посетитель Берлинского автосалона 1921 года, на котором впервые представили каплевидный автомобиль. Его корпус напоминал фюзеляж самолета с обрезанными крыльями.
Хотя нет, они там тоже имелись, но совсем крошечные, что придавало автомобилю еще более чудаковатый вид. На самом деле эти крылышки нивелировали воздушные завихрения, поступавшие из-за колес, которые были открытыми и сильно выступали из-под корпуса.
В 1979 году инженеры компании Volkswagen вздумали протестировать один из двух уцелевших автомобилей Tropfenwagen в аэродинамической трубе, и с удивлением обнаружили, что его коэффициент лобового сопротивления составил впечатляющие 0,28! Для справки, сам концерн добился таких показателей для модели Passat только в 1988 году.
Как же был устроен «автомобиль-капля»? Он имел лестничное основание с полунезависимой задней маятниковой подвеской. Любопытно, что сама рама была выполнена в той же форме, что и кузов – в виде зауженного овала. За ведущей задней осью располагался верхнеклапанный (OHV) двигатель, разработанный самим Румплером.
Исполнение данного агрегата было заказано фирме Siemens & Halske. Мотор состоял из трёх блоков по два цилиндра, установленных под углом 60°, и имел водяное охлаждение. Изначально его объём составлял 2310 см³, позже был увеличен до 2580 см³, но мощность осталась прежней – всего 36 л.с. Впрочем, даже этой отдачи хватало, чтобы разогнать полуторатонный автомобиль до 110 км/ч. Сочетался агрегат с трехступенчатой механической коробкой передач. Более поздние экземпляры Tropfenwagen получили 4-цилиндровый двигатель Benz объёмом 2614 см³ и мощностью 50 л.с.
Кабина «автомобиля-капли» была закрытой, с цельногнутыми стеклами. Если верить историческим хроникам, данная технология в автомобилестроении была применена впервые. Широкая площадь остекления при высоте авто в 1950 мм давала прекрасный обзор, за что диковинный автомобиль особенно полюбился таксистам.
Принять на борт Tropfenwagen мог сразу пять человек. Причем водительское кресло занимало весь передний ряд салона, а пассажиры располагались на втором и третьем диванах.
Словом, автомобиль был полон инновационных технических решений, но и недостатки у него тоже были. Во-первых, рулевой механизм постоянно заклинивал. Во-вторых, мотор часто перегревался. Кроме того, никак не был решен вопрос со звукоизоляцией салона, из-за чего длительные поездки давались с трудом всему экипажу. В-третьих, воспринять дизайн «каплемобиля» всерьез у публики не получалось.
В итоге, конвейер Rumpler Werke остановился в 1925-ом, выпустив порядка 100 автомобилей. Проект Tropfenwagen заинтересовал главного инженера компании Benz & Cie Ганса Нибеля. Купив у Румплера лицензию, он позже разработает центральномоторный гоночный прототип Benz Tropfenwagen – по его образцу впоследствии будут строить болиды Auto Union.
***
Каплемобили можно увидеть в научно-фантастическом фильме Фрица Ланга «Метрополис», вышедшего на экраны в 1927 году. В кино два Tropfenwagen были уничтожены огнем. Во время Второй мировой войны схожая участь коснулась всего тиража этих авто. До наших дней уцелело всего два: один находится в Немецком музее в Мюнхене, другой – в Немецком техническом музее Берлина. Что касается Эдмунда Румплера, то он был убит в 1940 году фашистами из-за своего еврейского происхождения.
Сегодня ни у кого не возникает сомнений в том, что за полным приводом – абсолютное будущее. Но на осознание этого ушло более ста лет. Ещё в 1930 году профессор Иван Васильевич Грибов, один из самых уважаемых автомобильных экспертов молодой советской республики, писал: «Передача на все четыре колеса очень ненова». Но начать хотелось не с этого. В студенческие годы одной из любимых моих книжек стала совершенно случайно купленная в фирменном магазине издательства «Машиностроение» на Петровке «Шасси автомобиля. Типы приводов» Альфреда Пройкшата. В отличие от унылых советских учебников, приобретение изобиловало крупными иллюстрациями, в том числе так называемыми «рентгенами» (этого слова я ещё, правда, не знал). Разглядывать их было одно удовольствие. Содержание книги наглядно демонстрировало пропасть между нашим и западным автомобилестроением.
Садясь сейчас за рассказ о полном приводе, я вновь раскрыл изрядно потрёпанного временем «Пройкшата» и только теперь обратил внимание на то, что почему-то ускользало от моего внимания прежде: переводил книгу с немецкого Владимир Иванович Губа! Неужели?!
Инженер-конструктор АВТОВАЗа, начальник конструкторско-экспериментального отдела спортивных и специальных автомобилей, где в том числе в 1985 году была построена и первая в нашей стране полноприводная раллийная машина — ВАЗ-29084 («9» в отраслевой нормали обозначений советских автомобилей отводилась спецмашинам).
ВАЗ-2108 4х4 «Ралли» разработан в УГК «АвтоВАЗ» в 1985 году по техусловиям группы «Б» FIA. Ведущий конструктор — Владимир Иванович Губа, ведущий дизайнер Владислав Иванович Пашко.
Владимир Иванович Губа. Чемпион СССР по багги, неоднократный призёр Кубка дружбы соцстран по багги. На «АвтоВАЗе» с 1973 года. Возглавлял конструкторское бюро перспективных моделей УГК ВАЗа, руководил группой по проектированию спортивных версий ВАЗ-2108.
ВАЗ-29084, среднемоторная и полноприводная, создавалась в соответствии с требованиями FIA к автомобилям группы «Б». Автомобиль стал известен как ВАЗ-2108 4х4 «Ралли». Для омологации требовалось выпустить в открытую продажу не менее 200 таких машин — условие, выполненное, например, фирмой Peugeot, разработавшей раллийную Peugeot 205 Turbo-16. Шикарный «рентген» этой машины и отдельно — её трансмиссии — поместил в свою книгу Пройкшат. Увы, в конце 1986 году FIA закрыла группу «Б» из-за череды аварий. Хотя, это было объяснение «для галочки». Истинная причина крылась в другом — слишком уж забежали вперёд создатели этих машин. Гонки обязаны стимулировать интерес покупателей, а производителей вполне устраивал устойчивый спрос на моноприводные тачки.
Полноприводная трансмиссия Peugeot 205 turbo-16, подготовленного по техусловиям группы «Б» международной федерации автоспорта. Похоже решена трансмиссия ВАЗ-29084. 1. Коробка передач. 2. Планетарный дифференциал с вискомуфтой. 3. Задний межколёсный самоблокирующийся дифференциал. 4. Вал привода передней оси в защитной трубе. 5. Передний межколёсный самоблокирующийся дифференциал.
Экипаж Бруно Саби/Жан-Франсуа Фошиль выступает на Peugeot 205 turbo 16 E2 за команду Peugeot-Talbot Sport на ралли «Акрополис» 1986 года.
Вообще, забегать вперёд — девиз конструкторов полноприводных машин. Ведь это всегда сверхзадача — сделать не так, как у большинства. Причём, стоит углубиться в историю, чтобы убедиться, как прав был профессор Грибов в 1930 году: не такая уж и новая штука, этот полный привод! Нет, конечно, большинство из нас слышало о «джипе», а кто-то — даже о полноприводных тягачах времён Великой войны (так в те годы называли Первую мировую). И всё же. Самый первый полноприводный самодвижущийся экипаж на поверку окажется ещё и водоплавающим, а из последовавших за ним два — ещё и со всеми управляемыми колёсами!
Британец Джозеф Брама Диплок получил 19 октября 1893 года патент GB 189319682 на «Улучшение передачи мощности на опорные колёса локомотива с зубчатой трансмиссией для обычных и железных дорог». Его тягач был полноприводным, полноуправляемым, да ещё и ротопедом — башмаки колёс, по замыслу, не только увеличивали опорную поверхность, но и отталкивались от неё! Тянул за собой 87 тонн. Построен в октябре 1899 года.
Полноприводный и полноуправляемый паровой автомобиль Чарльза Котта из Рокфорда, штат Иллинойс, 1901 г.
Первый в мире полноприводный электромобиль сконструировал Фердинанд Порше в сентябре 1900 года. Назывался он La Toujour Contente («Всегда довольный») в пику рекордному электромобилю Камилла Женаци «Вечно недовольная». Суммарная мощность электромоторов — 41,2 кВт, энергоотдача батареи из 70 аккумуляторов — 270 А·ч. Масса батареи 1807 кг, машины целиком — 4 тонны.
Напрашивается аналогия с детскими рисунками. Сколько в них непосредственности! Ребёнку не ведомы запреты, он просто не знает, как правильно и как неправильно рисовать. Это потом ему расскажут о композиции, перспективе, светотени, о том, какие цвета можно смешивать, а какие — нет. В результате ребёнку станет скучно, и он забросит рисование. Вот и конструкторы на заре транспортной эры с детской непосредственностью бросались решать увлекательный задачки, не зная, насколько они сложные! Они забегали вперёд, даже не подозревая, насколько далеко!
Голландский Spyker 60 PS конструкции Жозефа Валентэна Лавиольетта — первый полноприводный автомобиль современного типа: постоянный полный привод, мостовая раздача крутящего момента, межосевой дифференциал, сухарные шарниры, тормоза на всех колёсах. Показан в декабре 1903 года. Сегодня выставлен в одном из лучших музеев мира — Louwman Museum в Гааге.
Император Николай II осматривает тяжёлые грузовозы для Русской императорской армии, в том числе французский полноприводный тягач Panhard-Châtillon K11 возле Дома офицерского корпуса собственного ЕИВ конвоя, в рамках IV Международной автомобильной выставки в Санкт-Петербурге, в 1913 году.
А препятствий на этом пути поджидало конструкторов ничуть не меньше, чем неровностей на бездорожье, где такие машины предполагалось эксплуатировать. Если пролистать справочники конца 1920‑х — начала 1930‑х годов, в них чуть ли не главной проблемой полноприводных автомобилей называется передача вращения управляемым колёсам. Создав ШРУСы, с этим справились. Но это были ещё семечки! Куда серьёзнее оказалась проблема, сформулированная академиком Евгением Александровичем Чудаковым как «циркуляция паразитной мощности в механизмах бездифференциального автомобиля». Явление вызвано тем, что по неровной дороге или при движении по кривой колёса проходят неодинаковое расстояние. Чудаков упрощает схему до неожиданной модели: это как если насадить на одну ось колёса разного размера. Чем больше радиус качения, тем больший крутящий момент способно передать колесо. А пока оно его передаёт, меньшее колесо уже пробуксовывает, то есть, не передаёт никакого момента! И вся нереализованная мощность через ось возвращается к большему колесу. То же происходит и между двумя (тремя, четырьмя и т. д.) ведущими осями. Циркуляция мощности оборачивается потерей энергии, износом механизмов силовой передачи и ходовой части.
Шасси Panhard-Châtillon. Распределение крутящего момента происходит через раздаточную коробку с центральным (и единственным!) дифференциалом, четырьмя индивидуальными приводными валами (бортовая схема). Все колёса управляемые, равноудалены от дифференциала, что минимизирует циркуляцию мощности.
Американская фирма Four-Wheel Drive Auto Co. из Клинтонвилля, штат Висконсин, прославилась полноприводными грузовиками в годы Первой мировой войны — их построили более 16 тысяч. А в 1919 году построила экспериментальный легковой полноприводный автомобиль с паровым двигателем. Человечество ещё верило в силу пара, как сегодня — в ДВС.
Krupp-Daimler K.D.1 — наиболее успешный полноприводный артиллерийский тягач Германии времён Первой мировой войны. Оснащен авиамотором мощностью 100 л. с. С 1917 по 1919 год выпущено 1129 штук и еще 49 машин — до 1926 года. Состоял на снабжении Рейхсвера, закупался и для Красной Армии.
Berliet VPB с тремя равноразнесёнными осями и колёсной формулой 6х6. Проиграв в феврале 1925 года конкурс французской армии на штабной вездеход, фирма Марьюса Берлье тотчас попыталась втюхать неудачную машину… кому? Правильно — полякам!
Вопрос ждал своих исследователей. Силами кафедры боевых колёсных машин Военной академии механизации и моторизации (ВАММ РККА) и одного из ленинградских заводов в 1933 году был сконструирован и построен восьмиколёсный ходовой макет. Все колёса «восьмёрки» были ведущими и устанавливались на качающихся полуосях. На создателей машины явно повлияла конструкция броневика Фердинанда Порше, проходившего испытания в Казани. Порше минимизировал циркуляцию добавлением задних управляемых колёс, которые в повороте шли по следам передних, то есть, вращались с той же скоростью. У «восьмёрки» управлялась только первая пара колёс, остальные прокладывали свою колею. Испытания проводились как на типовых спицованных колёсах ЗиК-1 с шинами 5,50х19”, так и штампованных колёсах с пневматиками низкого давления «сверхбаллон» размерности 800х250 мм.
Макет 8х8 Военной академии механизации и моторизации РККА имел заднемоторную компоновку. Сзади под брезентом находился экспериментальный советский 6‑цил. дизель «КоДжу» мощностью 87 л. с. Радиатор, судя по форме, заимствовали у Buick. А кабину — от АМО-3.
Чудаков, организовавший автомобильные кафедры сразу в трёх высших учебных заведениях страны, лично, в звании бригадного инженера (сегодня это генерал-майор инженерно-технической службы) участвовал в испытаниях, вышагивал в длиннополой комбриговской шинели по раскисшей пашне рядом с макетом.
Исследования продолжались. В 1950‑е годы профессор Александр Сергеевич Антонов разработал метод полного исследования силового потока многоосного автомобиля. Это был шаг к появлению многоопорных шасси оперативно-тактических и стратегических ракетных комплексов. С каждым таким шагом высшей математики в расчётах становилось всё больше. Многое в этом направлении сделал доктор технических наук и заместитель начальника НИИ-21 по научной работе Павел Васильевич Аксёнов.
ЗиС-32 — первый отечественный серийный полноприводный грузовик. Передний мост — подключаемый. В 1941 году построено 197 штук.
Выяснились важные особенности движения полноприводного автомобиля по твёрдой поверхности и на деформируемых грунтах. Если в первом случае стремятся к равномерному распределению нагрузки по осям и подведению к колёсам одинакового (пропорционального нагрузке) крутящего момента, то во втором это правило не работает! К передним колёсам, прокладывающим колею на грунте, нужно подводить больший момент! И чем мягче грунт и глубже колея — тем больше. Например, на суглинистой пахоте для автомобиля с колёсной формулой 4х4 при одинаковой нагрузке на оси, вперед надо направлять до 80 % крутящего момента. Задние колёса в этом случае движутся уже по почве, уплотнённой передними. На сухом песке — иначе, поскольку он практически не уплотняется, и задние колёса преодолевают такое же сопротивление, как передние. А вот на заболоченном лугу (а в своё время в НИИ-21 любили затевать «гонки вездеходов» по заболоченному лугу) больший крутящий момент требуется задним колёсам. Но все описываемые случаи касаются только прямолинейного движения. А стоит только повернуть руль… Сколько сразу всплывёт нюансов!
Никита Сергеевич Хрущёв посещает стройку Борисоглебской ГЭС на границе СССР и Норвегии 17 июля 1962 года на полноприводном ЗиС-110П. Это первый в мире полноприводный автомобиль высшего класса. Привод — подключаемый, с демультипликатором. Использованы узлы от грузовика ГАЗ-63 и форсированный до 162 л. с. двигатель.
Представьте себе многоопорное шасси МЗКТ-79221 стратегического комплекса «Тополь-М» в повороте. Колёсная формула 16х16, три передние и три задние оси управляемые, колёсная база между передней и задней осями (хотя, в данном случае, не совсем важных замер) — 15,3 м! Когда этот монстр поворачивает, каждая пара колёс начинает жить своею жизнью, и о том, что подбор характеристик силового потока (это секретные данные) был делом непростым, можно судить по косвенному признаку — между соседними осями ракетовоза далеко не равное расстояние. Притом, МЗКТ-79221 — не вездеход! Полный привод ему нужен, чтобы уверенно нести на своих плечах 27 «хиросим» по дорогам с твёрдым покрытием.
Апофеоз полноприводных технологий — подвижный грунтовый ракетный комплекс «Тополь-М» на шасси МЗКТ-79221. Колёсная формула 16х16, три передние и три задние оси управляемые. Радиус поворота — около 18 м.
Массив проведённой исследователями работы поражает воображение. Мастодонты! На их фоне к «научным работам» о циркуляции мощности какого-нибудь Института сферы обслуживания и предпринимательства города Шахты или Воронежского государственного лесотехнического университета относишься снисходительно. Буковки другие в формулы подставили… Тоска-а…
Популярный среди московских торговцев мандаринами Nissan GT-R отличается самой оригинальной полноприводной трансмиссией в мире — ATTESA E-TS. Выпускается с 2007 года. Сделано уже более 40 000 штук — это один из лучших результатов среди спорткаров в мире.
Ведущий конструктор Nissan GT-R (R35) Кадзутоси Мидзуно хитроумно направил полезный силовой поток в направлении, по какому в автомобиле 4х4 циркулирует паразитная мощность: от задних колёс к передним. Первый карданный вал передаёт вращение от двигателя на коробку передач, сблокированную с задней главной передачей, второй — от коробки передач на переднюю ось. Перераспределением крутящего момента занимается электроника.
Теория, а затем и практика доказала, что распределение силового потока по всем колёсам более выгодно, нежели привод только одной (или, как у многих грузовиков, двух и более задних осей). А переход на электротягу разом перечёркивает все прежние теории: компактные мотор-колёса не требуют подведения силового потока. Никакой трансмиссии — кинь пару проводков от батареи, и только! Ну а тем, что мотор в ступице колеса увеличивает неподрессоренные массы, вполне можно пренебречь, компенсируя увеличение более энергоёмкими и прочными элементами подвески. Будут ли нас удивлять такие конструкции? Полный привод на протяжении всей своей истории только и делал, что удивлял нас.
Передний привод считается более современным по сравнению с классической или заднемоторной компоновками. Давайте перестанем так считать! «Cовременность» переднего привода весьма преувеличена.
Как у всех инженеров, у автомобильных конструкторов есть нелюбимые детали. Пожалуй, самая ненавистная — карданный вал. На первый взгляд — труба трубой. Просто считается, просто вычерчивается. Ничего сверхъестественного в изготовлении. Но это полсотни кэгэ к снаряженной массе, в лучшем случае. А биение? Герой Олега Табакова говорит героине Алентовой в фильме «Москва слезам не верит»: «Слушай, у тебя кардан стучит!». А ещё карданы обрывает на полном ходу. Долгое время этим болели грузовики ЗиС-150.
Вездеход ГАЗ-61-40 конструкции В.А. Грачёва на испытаниях в Молитовских песках под Горьким, 1939 г. В приводе передних колёс использовались шарниры типа «Бендикс-Вейсс», секрет которых удалось разгадать.
Словом, в отличие от поэтов, конструкторы вовсе не собирались наматывать мили на кардан. Идея укоротить трансмиссию на длину карданного вала витала в их умах с самого начала. Можно даже сказать, она там поселилась, когда ещё карданного вала на автомобилях не применяли, а использовали цепную передачу. Понятно, что ведущими были задние колёса.
Но почему не передние? Тянуть лучше, чем толкать! Лошадь тащит за собой повозку, паровоз — вагоны. Редактор портала, узнав, что я собираюсь писать о переднем приводе, строго-настрого запретил упоминать про паровую телегу Кюньо 1769 года постройки. И не буду! На лавры создателей первого переднеприводного автомобиля с ДВС претендовали венские механики братья Грэф (Франц, Генрих и Карл). Когда подавляющее большинство самодвижущихся экипажей имело ведущие колёса сзади при заднем же расположении силового агрегата, братья поступили точно наоборот. На их уникальный аппарат можно посмотреть в Венском техническом музее.
Французский граф Анри де Рианси в 1899 году освоил выпуск voiturette (лёгких автомобильчиков) с l’Avant-train, моторным передком. Силовой агрегат сидел на передней оси без подрессоривания. У лёгких машин такое прокатывало. С экипажной частью передок соединялся массивным шкворнем. Сверху к нему прикручивался управляющий румпель, как у шлюпки. Остряки прозвали его «коровьим хвостом». Легкомысленная конструкция, хотя вуатюретку de Riancey хвалили за удобство управления и способность брать подъёмы. У графа де Рианси даже нашлись последователи.
Вуатюретка графа Анри де Рианси, 1899 г.
Затем наступил период забвения. Добрых три десятилетия в автомобильном мире безраздельно властвовала компоновка с передним расположением силового агрегата и задними ведущими колёсами. Так и заслужила название классической. Братьев Грэф и их завод Gräf & Stift прославила машина классической компоновки, в которой 28 июня 1914 года убьют эрцгерцога Франца Фердинанда, после чего начнётся Первая мировая война.
Gräf-Front 1895 года, экспонат Венского технического музея. Оснащён одноцилиндровым 400‑кубовым двигателем De Dion мощностью 3,5 л. с. На привод братьями Грэф получен патент № 3183 от 11 февраля 1900 года.
Переднеприводную вуатюретку «Эврика» французской фирмы Victoria Combination (1900 г.) каким-то боком занесло даже в Российскую империю! На «коровьем хвосте» у шофёра — в том числе рычаг переключения передач и тяги управления топливоподачей.
Меж тем, инженерная мысль затаилась перед качественным рывком. И он состоялся. Отказ от карданного вала и заднего ведущего моста уменьшал массу автомобиля (а, значит, и его стоимость). Получался более просторный салон, с низким полом, без тоннеля в ногах пассажиров. Все механизмы объединялись в один блок, и некоторые заводы предлагали выкатывать его из-под автомобиля для обслуживания и ремонта.
Создатель быстроходных танков Уолтер Кристи начинал с переднеприводных автомобилей с поперечным расположением силового агрегата. Американский патент № 761657 выдан ему 7 июня 1904 года.
Не прошло незамеченным, что переднеприводные машины более устойчивы в поворотах – это достоинство переднего привода первыми оценили спортсмены. Инженер Гарри Арминиус Миллер, некоронованный король гонок «Инди-500» (в иные годы до 85% машин на стартовой решётке этих соревнований были его конструкции), в 1926 году создал болид Miller 91, названный так из-за ограничения максимального рабочего объёма двигателя (91,5 куб. дюймов или 1,5 л). Мастерская Миллера построила 9 таких болидов в классической компоновке и 10 – в переднеприводной. В 1929 году пилот Леон Дюрей (настоящее имя Джордж Гарднер Стюарт) в ходе квалификации установил на переднеприводном Miller 91 рекорд скорости прохождения «старой кирпичницы», 199,59 км/ч, продержавшийся семь лет.
Модная тема овладевала миром. Из 244 690 приобретённых в 1936 году немцами легковых автомобилей передние ведущие колёса имели около 55 тысяч. Перечень марок впечатляет. Это прежде всего DKW, стоявшая в Германии на втором месте по производству автомобилей, после Opel. Дальше можно загибать пальцы: Adler, Audi, Ihle, NAG-Voran, Stoewer, Tempo, Tornax. В соперничающей Франции не отставали Citroen и Rosengart. В Чехословакии пользовались популярностью Aero и Jawa. В Великобритании пробовал силы Alvis, в Бельгии – Imperia. Сенсацией Нью-Йоркского автосалона в ноябре 1935 года стал футуристический Cord 810 – первый в мире автомобиль, у которого фары прятались в крылья.
Cord L-29 (то есть, модель 1929 года с мотором Lycoming) называют первым серийным переднеприводным легковым автомобилем. Именно с условием не участвовать в гонках Гарри Миллер продал лицензию фирме Эррета Корда, чтобы тот обогнал своего соперника, Арчибальда Эндрюса с его Ruxton. Конструктор — Корнелиус Уиллет ван Ранст. Из-за того, что силовой агрегат развёрнут коробкой передач вперёд, база L-29 — 3493 мм. Диаметр разворота — 13 метров! Выпущено 5010 штук.
Остромодность темы подчеркивалась в названиях, по-всякому обыгрывающих слова «передний привод». Audi Front, DKW Front, Bucciali TAV (Traction AVant), Citroen Traction Avant, Tracta, Voran (VORderrad-ANtrieb) и так далее. Впрочем, при таком невероятном внимании к новинке, случались и курьёзы. Так, в 1932 году в фирме Adler параллельно запустили в производство передне- и заднеприводную модели одного класса, с одинаковыми моторами и кузовами — Adler Trumph и Adler Primus. Так, на всякий пожарный — вдруг с передним приводом не задастся? (Хотя провалился именно классический Primus).
Ruxton Model A, 1929 год. Машину назвали по фамилии биржевого брокера Уильяма Ракстона, участника «корпоративных авантюр» Арчибальда Эндрюса. Характерную краску автомобилю придумал модный австрийский художник-декоратор Йозеф Урбан, работавший в стилях модерн и ар-деко. Считалось, что «полосатость» дополнительно зрительно удлиняет автомобиль. Фары тоже модные, типа «кошачий глаз», марки Wood-Lite. Всего было построено 96 «ракстонов». Данный экземпляр продан с аукциона RM Sotheby’s в Монтерее в 2022 году за $313 000.
Всем им требовался шарнир. Через эволюцию шарнира можно проследить всю инженерную историю человечества, от Карданова подвеса Филона Византийского (III век до н. э.) к Джироламо Кардано (XVI век) и Роберту Гуку (XVII век). Универсальные шарниры, находившиеся в распоряжении автомобилестроителей в начале ХХ века, обладали существенным недостатком — с увеличением угла между ведущим к ведомым валами вращение начинало передаваться неравномерно.
Поначалу с этим недостатком мирились, поскольку волнообразное изменение скорости вращения валов в определённой степени поглощалось полуосевыми шестернями дифференциала (при замедлении одной противоположная начинала вращаться быстрее, и наоборот). Однако с ростом скоростей и комфорта терпеть постоянные толчки на руле и износ шин более было невозможно.
Механики готовят к заезду на кольцевой трассе полигона Packard Motor Car Co. в Утике, штат Мичиган, гоночный болид Miller 91 пилота Леона Дюрея, 14 июня 1928 года. Тормоза вынесены к главной передаче — у колёс им просто не осталось места. В «конюшне» фирмы Packard Cable Co. (родственной автомобильному «Паккарду») было три Miller-91, причём один из них — заднеприводный, на всякий случай…
Итак, принципиальным условием для шарниров привода управляемых колёс является равенство угловых скоростей между соединяемыми валами. Это обеспечивает равномерное вращение колеса и снижает нагрузку на трансмиссию. Одиночный универсальный шарнир с крестовиной (шарнир Гука или простой кардан) этому условию не соответствует, однако сдвоенные шарниры взаимно компенсируют несоответствие и, с некоторыми оговорками, могут претендовать на звание ШРУСа. Коэффициент неравномерности вращения не столь велик, а технологическая простота шарнира, напротив, велика. Поэтому такие шарниры долгое время оставались очень привлекательными для автомобилестроителей. Их можно встретить как на первом серийном легковом переднеприводном автомобиле Cord L29 выпуска 1929 года, так и на Renault 16, которую некоторые особо восторженные советские инженеры поспешно прочили на роль «Жигулей». Изучая Renault 16, удивляешься, как вообще он заслужил титул «Автомобиля 1966 года»? Понимаю, что его создателям очень не хотелось расставаться с отлаженной коробкой передач заднемоторной Renault 10. Но не до такой же степени! Не ездят во второй половине ХХ века автомобили коробкой передач вперед!
В 1930 году Жан-Альбер Грегуар и Фернан Валлон на Tracta Type A победили в классе 1,1 л и стали 8‑ми в абсолютном зачёте 24‑часовых гонок в Мане (именно так следовало бы говорить вместо «в Ле Мане», поскольку le — определённый артикль, указывающий на город («этот Ман») и когда сообщают, где устраиваются гонки, французы меняют его на du («в Мане»)).
Для переднеприводных машин критична нагрузка на ведущие колёса, что особенно даёт о себе знать на подъёмах. Долматовский вспоминал, как из-за перераспределения нагрузки назад не смог на Mini взобраться на смоченную дождём эстакаду в новгородском кемпинге. Сцепной вес уменьшался настолько, что колёса буксовали. Тут, правда, стоит оговориться, что Долматовский собирался «протягивать» длиннобазный Mini Traveller — размер колёсной базы сказывается на развесовке. Обычный Mini, может, и въехал бы на эстакаду.
Встретить машину марки Bucciali — всё равно что увидеть «Джоконду» Леонардо да Винчи. Марку основали братья Анжело и Поль-Альбер Буччиали, такие же офранцуженные итальянцы, как Этторе Бугатти. Всего было построено 38 машин переднеприводного семейства TAV, и TAV-8‑32 выпуска 1932 года с мотором V12 мощностью 110 л. с. — самая шикарная.
Незаслуженно забытая германская фирма Stoewer из города Штеттин (теперь — польский Щецин) выпускала несколько переднеприводных моделей, в том числе с мотором V8. На снимке — четырёхцилиндровый Stoewer R150 (1934–1935 гг.). А самый первый Stoewer, 1899 года, стал трофеем Красной Армии, и теперь его можно увидеть в московском Политехническом музее.
Испытания, проведённые в конце 1960‑х годов на кафедре «Автомобили» Запорожского машиностроительного института, показали, что при распределении 55 % веса на переднюю ось автомобиль идёт на подъём одинаково бодро, вне зависимости от компоновки. Столько было у Renault 16 с двумя пассажирами на передних сиденьях, однако при полной рассадке передняя ось заметно разгружалась (50,4 %) — сказывалась немалая колёсная база. Она, кстати, из-за торсионной подвески неодинакова слева (2720 мм) и справа (2650 мм). Впрочем, и чрезмерное перераспределение веса вперёд плохо: усиливается недостаточная поворачиваемость, чем грешили «ситроены» в 1960‑е и «ауди» в 1990‑е.
Завод Adlerwerke vorm. H. Kleyer AG во Франкфурте-на-Майне с 1932 года выпускал переднеприводную модель Trumpf, то есть, «Туз». Она имела успех, и в 1934‑м к ней добавили «молодёжную» Trumpf Junior, тоже весьма успешную. Как известно, от слова Trumpf происходит фамилия Трамп.
Aero 30 с 1934 по 1947 год выпускал авиазавод Aero — továrna létadel в Праге-Высочанах. Автомобиль оснащался 2‑тактным двигателем (999 куб. см, 2 цил., 28 л. с.) и развивал скорость до 100 км/ч. На таком чехословацкий гонщик Богумил Турек и журналист Вацлав Кёниг в мае-июне 1935 года проехали 10 000 км по маршруту Прага — Москва — Тифлис. А в 1988 году коллекционер Йозеф Чермак из Брно приехал в Ригу на инаугурацию первого в СССР автомобильного музея.
Если вспомнить, что у американских пионеров переднего привода, Cord L29 и Ruxton Model A на переднюю ось приходилось примерно 40‑44 % веса, то прогресс, конечно, есть. Однако ещё в 1904 году американец Уолтер Кристи (чей танк мы в начале 1930‑х превратим в БТ) запатентовал переднеприводный автомобиль с поперечным силовым агрегатом. И построил несколько образцов.
Шарнир «Тракта» был относительно недорогим в изготовлении, на него шла углерод-молибденовая сталь, упрочняемая цементированием. Требования к допускам также были менее строгими, чем у шариковых шарниров.
Кулачковый шарнир, отличный от шарнира Тракта, можно увидеть на грузовиках ЯАЗ, КрАЗ и «Урал». Название «сухарный» подходит ему в большей степени. Детали, установленные в вилках полуосей, действительно похожи на кулаки. А между ними зажат сухарь в форме диска. Он выполняет роль промежуточного звена сдвоенного шарнира.
Жан-Альбер Грегуар 8 декабря 1926 года подал во французское патентное ведомство заявку на изобретение «двойного сферического кардана для автомобилей с передними ведущими и управляемыми колёсами». Патент № 628309 был выдан 27 июня 1927 года… Пьеру Фенею, который оплачивал интеллектуальный труд Грегуара. Так появился кулачковый шарнир Tracta. Его ещё именуют сухарным. На вилки ведущей и ведомой полуосей насажены два кулака, сцепленные меж собой парой «шип-паз».
Патент США № 2010899, выданный 13 августа 1935 года Альфреду Шеппе на шарнир равных угловых скоростей.
Шарнир Альфреда Ханса Шеппы (фордовского инженера, чью фамилию у нас воспроизводят буквально, Рцеппа), по принципу действия напоминает шариковый подшипник. Только шарики в нем не зажаты обоймами в одной плоскости, а имеют возможность обкатываться по дуге с радиусом, отмеряемым от центра шарнира. Шарнир компактен настолько, что его корпус среди механиков метко прозвали «гранатой». Как и у шарикоподшипника, внутри предусмотрен сепаратор, назначение которого — при повороте колеса удерживать все шарики в срединной (биссекторной, гомокинетической) плоскости шарнира. То есть, сепаратор отклоняется на угол, равный половине угла скрещивания ведущего и ведомого валов. За это отвечает направляющий механизм, состоящий из делительного рычажка и сферической чашки.
Создатель Renault 16 Гастон Жюшэ постарался максимально нагрузить передние ведущие колёса, выдвинув коробку передач за переднюю ось. Архаичность трансмиссии — не единственное уязвимое место Renault 16. Гораздо серьёзнее была затруднённость создания других модификаций кузовов.
Доказательством невероятной надёжности первого французского массового переднеприводного автомобиля Citroen Traction Avant стал приезд в Москву в июле 1984 года огромной колонны этих автомобилей. Так европейские клубы владельцев этой модели отметили 50‑летие памятного пробега Франсуа Леко на Citroen 11CV Traction Avant по маршруту Париж — Москва — Париж. А всего за 1934 год мосье Леко накатал на своём «ситроэне» 400 000 км! Модель (конструктор Андре Лефевр) выпускали с 1934 по 1957 год (с перерывом на войну), изготовив около 760 тысяч.
В 1950‑е британская фирма Birfield Industries существенно упростит шарнир Шеппы, выкинув из него и сферическую чашку, и рычажок-делитель. Теперь шарики выстраивались в срединной плоскости благодаря хитроумно рассчитанному профилю канавок обойм шарнира. Шарнир типа Бирфильд под маркой Hardy-Spicer начал широкое шествие по миру, от Mini до Toyota Land Cruiser.
В шарнире нью-йоркца Карла Вейса усилие передают всего 4 шарика, а не шесть, как у Шеппы. Да и в целом деталей меньше. Но простота эта кажущаяся. Знаменитый конструктор вездеходов Виталий Андреевич Грачёв вспоминал, как на Горьковском автозаводе в 1939 году разгадывали конфигурацию канавок, по которым перекатываются эти шарики, поскольку фирма Bendix отказалась продать в СССР патент на шарнир Weiss. Оказалось, каждая канавка имеет форму тора, осевые плоскости которых пересекаются не совсем под прямым углом, а под углом 90 град. 44 мин. Да и профиль канавок не радиусный, а арочный, то есть, шарики перемещаются внатяг. Разгадали — и назло американцам освоили самостоятельное изготовление кулаков «вейссов» на зуборезных станках «Глиссон», закупленных ещё под «полуторку». Эти шарниры нашли применение на целом ряде наших вездеходов: ГАЗ-61, ГАЗ-64, ГАЗ-67, ГАЗ-62, ГАЗ-63, ГАЗ-66, «уазиках». Ну а полноприводные автомобили заслуживают отдельного рассказа...
Один из самых удачных советских автомобилей, Lada Niva, увидел свет 5 апреля 1977 года. Как говорится, воды с тех пор утекло немало, однако легендарный внедорожник по-прежнему ценят даже за границей, о чем мы неоднократно упоминали. Немалую роль в пиаре данной модели сыграл небезызвестный проект, названный Lada Gorbi, к созданию которого приложил руку одиозный представитель автодизайна Луиджи Колани.
При чем здесь биодизайн
Художник Луиджи Колани сделал себе имя на безумных проектах в необычном авторском стиле, который позже был назван биодизайном. Данный персонаж мог проектировать и моделировать абсолютно все, за что хорошо платили: от зубных щеток до предметов одежды. И конечно, не обошел он вниманием и автомобили.
Родившись в Германии под фамилией Лутц, он быстро смекнул, что в автобизнесе больше доверяют итальянским мастерам стиля, поэтому сменил имя и даже придумал биографию. Свои плоды это принесло, за продолжительную карьеру Луиджи Колани сумел поработать с такими марками, как Mercedes-Benz, Fiat и Opel, создавая футуристические концепты.
В своих работах Колани опирался на природные формы, стараясь воплотить в железе и пластике журчание воды и порывы ветра. Порой это доходило да какого-то гротеска: транспортные средства, выполненные в таком стиле, походили на что угодно, только не на автомобили. Сам же дизайнер свое стремление выделиться в безликой массе одинаковых авто называл «протестом против типовой урбанизации». И Lada Gorbi по праву считал одним из самых выдающихся своих проектов.
Результат экономической реформы
В конце 1980-х СССР возглавил сторонник демократических преобразований Михаил Горбачев. Его политика вызвала позитивный ажиотаж на Западе, чем не преминул воспользоваться и создатель биодизайна. Подобная популярность Горби, как называли Горбачева западные коллеги, вызвала у различных ателье небывалый интерес к советскому автопрому. Лидером по кастомным переделкам тогда являлась «Нива», поэтому Колани счел своим долгом «хайпануть» на этой теме.
При создании необычного проекта в расчет пошло всё и былые успехи СССР в космической программе, и смена политического курса страны, и ее сложный природный ландшафт. Собрав достаточное количество вводных данных, Колани приступил к делу и представив в 1987 году на суд публики поистине необычный автомобиль.
Впрочем, от родных агрегатов «Нивы» осталось лишь шасси, да и то переделанное таким образом, чтобы задние колеса тоже сделать управляемыми. Вместо чахлой вазовской «четверки» 1.6 дизайнер установил в середину платформы 200-сильный мотор, способный разогнать автомобиль до 200 км/ч, – во всяком случае именно такие цифры были заявлены в технических характеристиках проекта.
Стеклопластиковый кузов-монокок представлял собой лаконичную оболочку с огромным круглым лобовым стеклом. При этом пространства в салоне хватало лишь для двоих человек, размещались они на своих местах в позиции полулежа. А еще Колани сделал чрезмерно выдающиеся колесные арки открытыми, а громадные колеса «обул» во внедорожные шины с большим протектором. Футуристичная оптика и зауженная корма гармонично завершали сформировавшийся образ.
Багги-луноход
«Земля круглая, все небесные тела тоже круглые, так как они движутся по эллиптическим орбитам. Поэтому мой мир тоже круглый», – комментировал Луиджи необычный форм-фактор своего нового проекта. На различных автошоу тот и правда выглядел космическим транспортом, способным преодолеть за счет большого дорожного просвета и марсианский ландшафт, и лунные кратеры.
Назвав до неузнаваемости измененную «Ниву» Lada Gorbi, Колани отправил свой проект на плановую Выставку достижений народного хозяйства 1987 года, где автомобиль сорвал максимальное количество оваций. Пожалуй, в то время не было ни одного журнала, посвященного автомобилям, который проигнорировал бы столь необычную премьеру.
По слухам, Колани пытался вести переговоры с Волжским автозаводом о мелкосерийном выпуске своего детища. Но проект был слишком сложным для того, чтобы оказаться на конвейере.
Помимо этого, Луиджи лично встречался с Михаилом Горбачевым, показав тому авторский проект по производству биометрических суперскоростных поездов, которые можно было бы строить и эксплуатировать в СССР. Но сделка не состоялась – по всей видимости, у генсека ЦК КПСС тогда были другие планы.
***
Несмотря на коммерческую гибель Lada Gorbi, Колани вовсе не переживал за судьбу проекта. Построив его на собственные средства, дизайнер успешно выставлял его на различных автосалонах до середины 1990-х годов, заслуженно пользуясь всеобщим вниманием. Впрочем, даже спустя столько лет «космический» багги притягивает к себе взгляд, а значит, всё, возможно, было не зря.
В 1965 году бывший инженер-ракетчик, работавший в Ford Motor Company, решил заново изобрести рулевое колесо, чтобы водители могли управлять своими автомобилями более удобно и безопасно.
Его изобретение получило название "Wrist Twist" (что в переводе означает рулевое управление поворотом запястья). Новая система давала некоторые преимущества, но в итоге так и не прижилась. Она также вошла в историю автомобилестроения как одна из самых странных попыток реинжиниринга всех времен.
На приведенном выше патентном чертеже показана внутренняя работа механизма Twist Wrist. Левый и правый пятидюймовые маховики работают синхронно, что позволяет водителю использовать один или оба маховика для управления автомобилем , используя вращательные движения запястий. Согласно патентной литературе, устройство может работать с различными передаточными числами, чтобы изменить конечное передаточное число для рулевого управления.
Mercury Park Lane был первым автомобилем, оснащенным Wrist Twist, состоящим из двух 5-дюймовых колец, каждое из которых имело собственный упор для руки. Чтобы управлять транспортным средством, водителю приходилось одновременно поворачивать оба кольца. Преимущества такого рулевого управления заключались в том, что оно было компактней стандартного руля, давало большем пространства в салоне и предоставляло лучший обзор на дорогу и приборы. Однако водители-испытатели никогда не были так впечатлены, как ожидал производитель.
Журналист Popular Mechanics написал:
С рулевыми кольцами низко над моими коленями и моими локтями, лежащими на встроенных подлокотниках сиденья, я чувствовал себя комфортно, но странно. Обзорность была великолепная, но мне не хватало поддержки руля. Я чувствовал себя первым космонавтом.
…Я завел двигатель, начал мысленный обратный отсчет и провел Mercury через ворота, осторожно, как нудист на кактусовой грядке. На улице я поймал себя на том, что затаил дыхание. Каждое движение запястья приводило к рывку. Машина была похожа на кенгуру с икотой.
Приближается поворот. Я надавил на одно кольцо и поднял другое, пытаясь повернуть все ярмо. Машину неловко виляло, и она продолжала ехать прямо. Когда мы подошли к следующему повороту, я очень сильно сконцентрировался. «Только браслетики крутить, — подумал я, — не весь руль». Я дернулся, и машина качнулась вправо. Она почти перелезла через бордюр, прежде чем я исправился.
Тем не менее, в конце концов, журналист признал, что стал «поклонником» Wrist Twist.
General Motors настолько заинтересовалась этой концепцией, что использовала аналогичное рулевое управление на своем концепт-грузовике с газовой турбиной, Chevrolet Turbo Titan III 1965 года.
1965 Chevrolet Turbo Titan III
Wrist Twist имел большой плюс - его можно было легко адаптировать к существующим рулевым колонкам, быстро заменив обычное рулевое колесо. Но есть и один недостаток, который, вероятно, был фатальным для запуска системы в производство. В случае отказа гидравлического усилителя рулевого управления — скажем, из-за разрыва шланга или даже просто намокшего приводного ремня — рулевое управление будет полностью потеряно из-за минимального рычага, доступного водителю от крошечных 5-дюймовых штурвалов. У водителя просто не хватит сил, чтобы провернуть крошечные кольца.
Позже Ford смог решил эту проблему, добавив вспомогательный насос гидроусилителя, который служил резервом при поломке. Но иметь две системы гидроусилителя уже было слишком накладно, тем более, что производитель не был до конца уверен действительно ли Wrist Twist лучше обычного рулевого колеса.
Как и следовало ожидать, Ford Wrist-Twist так и не был запущен в серийное производство.
Кто хоть раз не засматривался на эти грозные внедорожники на улицах своего города? Свежие модели ассоциируются с успехом, достатком владельца и практически безграничной властью на дороге. Первые поколения каенов так же пытаются из-за всех сил подражать этой неосязаемой "ауре". Но что по факту? Что в этих кроссоверах такого особенного, кроме цены?
Порш в который раз пытается нас удивить и выкатывает новое поколение кроссовера, подробности и фото тут
Однако меня интересует другое, почему до официального релиза в апреле 2023 года, производитель решил практически полностью рассекретить новую внешность? Зачем давать журналистам практически готовую машину без камуфляжа. Разрешать им снимать свои обзоры рассказывать об ощущениях от вождения, заведомо зная что ничего инновационного они не скажут. Да они скрыли салон завесив его непрозрачными материями, ну в чем смысл?
По утверждениям самого Porsche новая модель Cayenne будет Мега инновационной, куча новых систем абсолютная переработка подвески, трансмиссии двигателей. Если это такая важная модель которая возможно должна изменить всё наше представление о современных кросоверах класса люкс, зачем тогда спрашивается рассекречивать её за два месяца до премьеры. Когда действительно можно будет произвести фурор, имея козырь в виде новый внешности. У меня возникает два резонных ответа.
Первый.
Ничего в Cayenne кардинально не изменилось. И всё это просто большая маркетинговая компания по привлечению интереса к обновлённой модели. В апреле они просто откроют те части кузова которые сейчас скрыты. Расскажут нам о новых двигателях, но в целом все останется так же как и в предыдущем поколении. Поэтому и выгодно сейчас нагнать ажиотаж вокруг модели и всё. Допустим если третий Touareg выходил действительно инновационным автомобилем то никаких фотографий не говоря уже о предоставлении тест-драйва для журналистов. И даже когда в сеть утекли шпионские фото нового Туарега, Volkswagen всячески отрицал причастность нового поколения к этим фотографиям, а тут просто фактически готовый автомобиль показывают всему миру включая журналистов. Этот вариант мне кажется более правдоподобным, но у меня есть и второй
Второй
Практически фантастический вариант, в который я, скажу честно, не совсем верю, это то что Porsche всех обманет. И выкатят в апреле 23-го года совершенно другую машину не с той внешностью который мы видели сейчас на фото. А что-то действительно кардинально отличающиеся. Да возможно какие-то элементы, которые увидели сегодня останутся. Такие как задние и передние фары, но в остальном это будет абсолютно другое поколение другой кузов. Этот вариант мне кажется практически нереальным, потому что слишком много усилий и такие перфомансы автопроизводители устраивают крайне редко
Что вы думаете о новом Каене, в частности о том который мы увидели на фотографиях, и стали бы вы покупать новый Кайен будь у вас достаточное количество денег, хватит ли тех обновлений который претендует на Porsche для замены существующего поколения на новое?
Для инженеров-пикабучников: здесь осознанно происходит подача информации качеством сильно ниже высокоточной инженерной мысли исключительно в целях осуществления ликбеза. Формулы, векторы силы - это мы специально бытовыми словами расскажем.
"Иногда важнее уметь объяснить своими словами, чем не суметь объяснить научными." - Гераклит Виссарионович Цзы.
И так, в прошлой части мы начали с вентиляторов и получили гидромуфту.
На самом деле объяснить работу гидротрансформатора точно очень сложно словами, не рассказав о работе гидромуфты, потому что конструкция гидротрансформатора есть решение проблем гидромуфты.
Штош...
Состоит гидромуфта (рисунок выше) из двух примерно одинаковых крыльчаток с лопатками, которые выполняют абсолютно различные функции: - центробежного гидронасоса* (2) с приваренным (прикрученным болтами) к нему внешним корпусом муфты (9), который вращает двигатель. - гидравлической турбины (4), которая находится внутри корпуса муфты. Зазоры между ними минимальны, но жесткой механической связи нет. Внутри объём заполнен маслом без воздуха.
* - центробежный насос гидромуфты (и гидротрансформатора) никогда не является насосом высокого давления для работы внешних механизмов и агрегатов, с которыми эта муфта работает. То есть, в АКПП, например, есть отдельный насос, который отвечает за давление в гидравлике коробки.
Работа гидромуфты При вращении насоса двигателем масло из его центральной части под действием центробежной силы разлетается по каналам, образованным лопатками, на периферию, и вылетает на лопатки турбины. Масло отдаёт свою кинетическую энергию и создаёт на турбине радиальное усилие.
Отработавшее масло, двигаясь по каналам между лопатками турбины, возвращается к её центру и вылетает на лопатки насоса. Лопатки насоса захватывают сливающееся с турбины масло и оно снова разгоняется центробежной силой к периферии. Так происходит бесконечный обмен маслом между крыльчатками.
Слева - подача момента двигателя на насос, справа - выход с турбины. Круговые стрелки между крыльчатками - направление вращения потоков жидкости между лопатками крыльчаток.
Чтобы дальше разбираться, запомним краткие определения двух конкретных потоков, влияющих на работу агрегата:
1. Давление насоса (дальние от валов стрелки) - давление масла с лопаток насоса на лопатки турбины
2. Слив турбины (ближние к валам стрелки) слив масла с турбины на насос.
Очень давно одни умные люди решили, что это может разгонять автомобиль бесступенчато без коробки передач, присобачили гидромуфту на самодвижущуюся раскорячку и... о-па, она еле стартует с места, но едет потом относительно надёжно. Хмммм....
В чем проблема Когда турбина еще не вращается или вращается на низких оборотах, слив отработавшего масла с неё бьёт в крыльчатку насоса практически под прямым углом. И на то, чтобы это масло в момент захвата лопатками насоса разгонялось до его угловой скорости, у двигателя тратится часть энергии.
Во-первых, это подтормаживает вращение двигателя, во-вторых превращает часть его мощности в излишний нагрев масла и в-третьих ухудшает подачу масла на насос. Потоки в насосе не развивают необходимых скоростей и КПД муфты далёк от максимума.
По мере разгона турбины влияние слива с неё на насос уменьшается, потоки в крыльчатках разгоняются и КПД подскакивает.
Гидротрансформатор крутящего момента
Проблему решили, установив на пути слива турбины сначала полностью неподвижную (запомним это) крыльчатку с направляющими лопатками для изменения траектории потока и направления его в плоскость движения лопаток насоса. Таким образом, насос избавили от гидравлического сопротивления при захвате масла.
Эта крыльчатка называется "реакторная крыльчатка" или "реактор", так как она (крыльчатка) является реактивной опорой для изменения направления потока под воздействием внешних сил:
Стрелка - направление потока "Слив с турбины" --> "Слив (с реактора) на насос (Impeller)". Создавая реактивный момент для изменения траектории движения масла с турбины, крыльчатка реактора испытывает потребность провернуться против часовой стрелки. Запомним это. Но пока она закреплена у нас жёстко.
Когда конструкторы присобачили эту штуку внутрь гидромуфты, можно предположить что радость была несусветная. Но то, что не долгая - факт.
Радость в том, что на выходе из гидротрансформатора в момент старта турбины под нагрузкой не просто получили шустрый её разгон, но и обнаружили повышение крутящего момента. В современных гидротрансформаторах он равен примерно 2-3,5. Его назвали "коэффициент трансформации", что довольно близко к понятию "передаточное число" у шестеренчатых передач.
Не долгой радость была после того, как при разгоне турбины после ~50% оборотов, вся система начинает усиленно тормозить, душить двигатель, а момент на турбине падает почти до нуля, пока она не сбавит обороты. Далее всё начинается заново: большой момент, разгон и кирдык.
И так, у нас есть два агрегата: древняя гидромуфта, которая при старте - хер, а потом прёт, и гидротрансформатор, который со старта прёт, а дальше - хер. Выходит, что нам надо как-то сделать чтобы наши "карета не превращалась в тыкву, а тыква превратилась в карету": гидротрансформатор как-то превращался в гидромуфту. Хмммм....
Короче. Они установили реактор на обгонную муфту и проблема была решена без сложных дополнительных механизмов: после разгона турбины до ~50% оборотов реактор, заблокированный от вращения против часовой стрелки обгонной муфтой, перестаёт влиять на систему, а система давлением слива турбины начинает влиять на реактор, увлекая его в свободное вращение на обгонной муфте по часовой стрелке. И гидротрансформатор автоматически переходит в режим гидромуфты.
Обгонная муфта реактора.
И так я описал вам два режима работы гидротрансформатора из четырёх.
Интересный факт. При разгоне, в АКПП гидротрансформатор проходит каждый раз оба режима, на каждой передаче: гидротрансформатор --> гидромуфта --> переключение -->гидротрансформатор --> гидромуфта --> переключение...
Процесс увеличения крутящего момента. (Сейчас будет объяснение, от которого слабонервные технари и прочие инженеры будут блевать и, к сожалению ставить минусы и срать в комментах) :)
Допустим, наше авто стоит на месте. Двигатель запущен, передача включена, турбина в гидротрансформаторе у нас неподвижна и мы вжали газ в пол. Двигатель выходит на обороты, близкие к пику максимального крутящего момента.
Тут надо вспомнить, что у технически подкованных людей есть такое понятие, как "работа на единицу времени". Сымитируем собой технически подкованного человека...
Замедлим время в 100500 раз и поместим себя на одну лопатку турбины с отличным видом на проносящиеся мимо нас лопатки насоса.
Возьмём единицу времени типа "секунда". В течении этого времени мы с вами будем наблюдать (можно даже открыть прохладное пивко и жевать попкорн), как мимо нас плавно, из стороны в сторону, проносятся лопатки насоса, между которыми из движущегося между ними канала брызжет в рожу под давлением масло. Вжуххххх...
Масло ударяется в нашу с вами лопатку, отдаёт свою кинетическую энергию и канал насоса "уезжает" куда-то в сторону. Влияние канала на нашу лопатку закончено, работа проделана. Но наша с вами секунда ещё не закончилась.
Затем, с той же стороны, откуда появился прошлый, "приезжает" следующий канал, отдавая нам новую порцию масла, которая отдаёт нашей лопатке ещё энергию. И так, кратковременными ударами нашей лопатке отдаётся одна и та же сила множество раз. (Примерно так же работает ударный гайковёрт, перфоратор, отбойный молоток и т.д.)
Таким образом, в момент превращения кинетической энергии масла в механическую работу множество раз, на выходе мы получаем увеличенную в несколько раз энергию, которая создаёт на турбине повышенный момент. То, во сколько раз он увеличился, называется "коэффициент трансформации" момента. Его, конечно, можно попробовать конструктивно увеличить, но это может потянуть за собой тучу проблем, как минимум с перегревом масла. Поэтому с этим давно не экспериментируют.
По мере разгона с нуля и перехода в режим гидромуфты коэффициент трансформации мгновенно начинает падать, как только турбина начала вращение и в итоге с 2-3,5 единиц достигает своего минимума - 0,9.
Что это значит? "Коэффициент трансформации" аналогичен передаточному числу редуктора. Только у редуктора он постоянный, а в нашем случае - переменный. Однако, при его максимуме какой бы момент ни выдавал ваш двигатель - 50 Нм на холостых оборотах или 200 Нм при нажатии на газ, можно вычислить что мы получаем на выходе из гидротрансформатора при коэффициенте "3".
Если двигатель работает на холостых, выдавая 50 Нм, вы включили передачу и отпустили тормоз, то на выходе гидротрансформатора вы получили 150 Нм и ваша машина начинает уверенно катиться вперёд.
Ели вы нажали с места газ и двигатель выдал 200 Нм, то на выходе гидротрансформатора мы получим 600 Нм. Такого не будет, если у вас "механика".
Поэтому, часто один и тот же автомобиль в комплектации с АКПП имеет на одну передачу меньше, чем в комплектации с "механикой".
В принципе, гидротрансформатор можно смело называть гидродинамическим вариатором. И опытные автомобили в начале прошлого века, у которых вместо коробки передач стоял только гидротрансформатор, в истории автомобилестроения - были.
Падение КПД из-за падения коэффициента трансформации по мере разгона Пока турбина имела небольшие обороты, отработавшее масло легко поднималось вдоль её лопаток от периферии в центр. При разгоне турбины возникает центробежная сила, которая начинает останавливать эти потоки, тем самым создавая сопротивление давлению с насоса на турбину. А так как система работает когда с насоса идёт большое давление, то эффективность падает.
Спасибо за внимание, продолжение - в следующей части. Дальше будет уже короче и проще.
P.S.: В моих постах нет ни одной копипасты изначально. Попытаетесь обвинить - кидайте пруфы (не сможете).