Před podrobným rozborem principů ladění charakteristik motorů, tedy průběhu točivého momentu a výkonu v závislosti na otáčkách, je nutné zdůraznit oblast aplikace teoretických poznatků. Veškeré závěry vycházejí z předpokladu možnosti připojení vícestupňové převodovky s volně přizpůsobitelnými převodovými čísly.
Porovnání motorů s rozdílnými charakteristikami
Pro srovnání dvou motorů s odlišnými charakteristikami byly spočítány hodnoty točivého momentu na hnaných kolech při konstantní rychlosti vozidla. Oba motory byly osazeny převodovkami s rozdílnými převodovými čísly, avšak s identickými maximálními rychlostmi na prvním a posledním stupni. Tyto převodovky byly navrženy tak, aby provozní režimy motorů spadaly do definovaného rozsahu otáček (mezi nD a nH).
Výpočet převodových čísel
Pro konfiguraci motoru a převodovky dle případu a) s převodem iHa = 10 a při konstantní rychlosti platí podmínka (nD/nH)=(iD/iH). Z toho vyplývá převod iDa = 10 * 8.500 / 10.000 = 8.5.
Pro konfiguraci dle případu b) musí být z důvodu srovnatelnosti splněna podmínka (nHa/nHb)=(iHa/iHb). Z toho plyne iHb = 15.000 / 10.000 * 10 = 15 a dále iDb = 13.000 / 15.000 * 15 = 13.
Výpočet točivých momentů na hnaných kolech
Provozní režimy motorů byly určeny otáčkami nD a nH a pro výpočet točivých momentů na hnaných kolech byla použita rovnice (7):
- Případ a):
- TkD = (30/π) * PeD * (iD/nD) = (30/π) * 430exp+03 * (8.5/8500) = 4100 Nm
- TkH = (30/π) * PeH * (iH/nH) = (30/π) * 455exp+03 * (10/10000) = 4350 Nm
- Případ b):
- TkD = (30/π) * PeD * (iD/nD) = (30/π) * 460exp+03 * (13/13000) = 4400 Nm
- TkH = (30/π) * PeH * (iH/nH) = (30/π) * 490exp+03 * (15/15000) = 4650 Nm
Výsledky jasně ukazují, že konfigurace dle případu b) poskytuje vždy vyšší hodnoty točivého momentu na kolech, a to i přes nižší točivý moment motoru na klikové hřídeli. To potvrzuje, že hodnota točivého momentu motoru sama o sobě nevypovídá o jeho kvalitě. Klíčovým kritériem je výkon motoru.
T-w diagram a jeho interpretace
Další možností grafického znázornění trakce je tzv. T-w diagram, kde na ose x je rychlost vozidla (w [km/hod]) a na ose y je točivý moment na kolech (Tk [Nm]).
Analýza T-w diagramu
Grafika na obr. 10 zobrazuje křivky točivých momentů na kolech monopostu na jednotlivé rychlostní stupně (modré čáry), adhezní limit přeneseného točivého momentu (zelená čára) a tečnou křivku (obálku) jednotlivých momentových čar (červená plná čára), která představuje maximální možné využití motoru s variátorem.
Z grafu lze vyčíst například maximální točivý moment na hnaných kolech (5465 Nm na jedničku), který však není realizovatelný kvůli nedostatečné adhezi. Dále lze zjistit, že při rychlosti 190 km/hod může monopost jet na různé převodové stupně s různým točivým momentem na hnaných kolech (např. na sedmičku 2005 Nm, na trojku 3275 Nm).
Poznámka 7: Vliv otáček motoru na točivý moment na kolech
Maximální točivý moment na hnaných kolech (3275 Nm) je dosažen na třetím převodovém stupni při otáčkách motoru nm=18700, kdy motor produkuje točivý moment na klikové hřídeli Tm pouze 285 Nm. Naopak v režimu maximálního točivého momentu motoru Tm=320Nm (při 5. stupni a 14.500 ot/min) je točivý moment na hnaných kolech Tk pouze 2865 Nm.
Obálka momentových čar
Obálka křivek točivých momentů se tečně dotýká momentových čar v bodech, kde motor produkuje maximální výkon. Tato obálka má hyperbolický průběh a ukazuje maximum možného využití motoru. Naproti tomu ekvidistantní čára (červená čárkovaná) ilustruje situaci s variátorem připojeným k motoru naladěnému na maximum točivého momentu.
Vliv počtu převodových stupňů
Při optimálním řazení se na hnaná kola přenáší výsledný točivý moment podle schodovitě navazující křivky. Čím jemnější zpřevodování a více stupňů, tím lépe se tato křivka přibližuje ideální 'variátorové' čáře. Použití pouze pěti rychlostních stupňů místo sedmi může vést ke ztrátě na točivém momentu na kolech v důsledku vyššího otáčkového spádu při přeřazení.
Případová studie: Mitsubishi Lancer Evo X
Pro ilustraci principů trakce byl analyzován motor z rallyového speciálu Mitsubishi Lancer Evo X s homologovanou převodovkou. V horní části obr. 12 je charakteristika motoru s téměř plochým výkonem a T-w diagram spočítaný pro homologované převody.
Optimalizace převodovky
Přepočet převodovky pro dif.n = konst a vytvoření T-w diagramu pro tento případ ukázalo, že snížením počtu řazených rychlostí na čtyři nedošlo ke ztrátě na točivém momentu na kolech. V některých případech dokonce došlo k nárůstu točivého momentu.
Tato modifikace byla možná pouze díky tomu, že motor ve využívaném provozním režimu dává téměř konstantní výkon. V takovém případě je možné dosáhnout maxima hnací síly na kolech bez nutnosti použití variátoru, což potvrzuje i hyperbolický průběh čáry provozních momentů Tk.
Ladění motorů F1 a vliv převodovek
Při ladění motorů F1 s ohledem na sofistikovanou techniku je klíčové optimalizovat provozní režim vymezený spadem otáček po přeřazení (dif.n).
Možnosti ladění výkonových křivek
- Křivka b (zelená): Optimální transformace výchozí výkonové charakteristiky se zachovaným výkonem. Pro atmosférické motory je obtížně dosažitelná, u turbomotorů je reálná.
- Křivka c (modrá): Reálná konfigurace, která by vedla k rychlejšímu jízdnímu výkonu.
- Křivka d (oranžová): Dává největší točivý moment na klikové hřídeli, ale absence výkonové špičky by zhoršila jízdní výkon.
- Křivka e: Zlepšení jízdního výkonu je zaručeno pouze zúžením provozního režimu motoru, což by vedlo k častějšímu řazení a vyšším nárokům na pilota.
Principy převodového poměru
V strojírenství je převodový poměr definován jako míra poměru otáček dvou nebo více propojených ozubených kol. Pokud je hnací převod větší než hnaný, otáčí se hnaný převod rychleji a naopak.
Výpočet převodového poměru
Pro určení převodového poměru je nutné znát počet zubů hnacího a hnaného ozubeného kola. Převodový poměr se vypočítá vydělením počtu zubů hnaného ozubeného kola počtem zubů hnacího ozubeného kola.
Příklad: Hnací kolo má 20 zubů, hnané kolo 30 zubů. Převodový poměr = 30/20 = 1,5. To znamená, že hnací kolo se musí otočit 1,5x, aby se hnané kolo otočilo jednou.
Vícekolové převody
U převodových soustav s více než dvěma koly záleží na celkovém převodovém poměru pouze první (hnací) a poslední (hnané) kolo. Volnoběžná kola neovlivňují celkový převodový poměr.
Výpočet otáček hnaného kola
Pomocí vzorce lze vypočítat otáčky hnaného kola na základě otáček hnacího kola a počtu zubů:
S1 * T1 = S2 * T2
kde S1 jsou otáčky hnacího kola, T1 počet zubů hnacího kola, S2 otáčky hnaného kola a T2 počet zubů hnaného kola.
Příklad: Hnací kolo (7 zubů) se otáčí rychlostí 130 ot/min, hnané kolo má 30 zubů. Otáčky hnaného kola S2 = (130 * 7) / 30 ≈ 30,33 ot/min.
Konstrukční omezení převodovek
Většina dnešních automobilů s motorem uloženým napříč má omezený prostor pro převodovku. Šestistupňová dvouhřídelová převodovka by se tam často nevešla, pouze tříhřídelová, která je těžší a má větší odpory.
Benzínové motory s velkým rozsahem použitelných otáček si často vystačí s pěti stupni, přičemž pátý převod lze "natáhnout" pro nízké otáčky na dálnici. Šestistupňové převodovky jsou běžnější u turbodieselů, kde kvůli robustnější konstrukci a vyššímu točivému momentu je tříhřídelová převodovka často jediným řešením.
tags: #jak #narysovat #prevodovku