1. Переключение передач

Переключение передач

Простота - лишь кажущаяся

Преподаватели иностранных языков хорошо знают, что наибольшие трудности представляют собой слова, одинаково звучащие на разных языках, так называемые ложные друзья переводчика, Встретив такое слово, учащийся ленится посмотреть в словарь. Ему кажется, что он его знает. А на самом деле у слова на другом языке может быть совершенно иной смысл.

Аналогичная ситуация возникает и при переключении передач. За кажущейся простотой и очевидностью проблемы скрыты довольно сложные и мало кому известные закономерности, без знания которых правильно управлять автомобилем невозможно. Неопытные водители с трудом определяют, какую передачу нужно включить в конкретных условиях и не могут правильно выбрать момент для переключения.

Опытные водители вроде бы не испытывают таких затруднений, но многие пользуются коробкой передач тоже неправильно. При их стиле езды средняя скорость движения, расход топлива, износ машины и другие показатели часто бывают не оптимальными. Чтобы улучшить стиль, необходимы теоретические познания.

Для выработки правильных приемов пользования коробкой передач - механизмом автомобиля, наиболее трудным в управлении, также необходимо не приблизительное, а совершенно ясное представление о том, что в ней происходит. К сожалению, в литературе, предназначенной для водителей - любителей и профессионалов, популярного и достаточно подробного рассмотрения этих явлений автору встречать не приходилось.

Правильно переключать передачи особенно важно при движении по плохим дорогам и бездорожью. Ибо здесь часто все зависит от выбора "номера" передачи и умения в нужный момент ее включить.

Многие водители не только не решаются, но даже я не знают, что на ходу можно включить передачу, не имеющую синхронизатора, например первую. В этом их убеждают в заводские инструкции, рекомендующие "...во избежание поломки зубьев включать первую передачу при скорости движения, не превышающей 5 км/ч". А часто такой переход, кроме других выгод, - единственный способ предотвратить серьезную аварию. При неумелой технике переключения коробка передач преждевременно изнашивается, а иногда и выходит из строя. Чтобы разобраться в том, когда переключать и как это делать, нужно сначала усвоить несколько простых истин.

Итак, первый вопрос: зачем вообще нужна коробка передач на автомобиле? Ответ очевиден - для изменения передаточного отношения между двигателем и ведущими колесами и соответственно крутящего момента на них. Но почему же нет коробки передач на троллейбусе? Почему гам регулировать скорость движения можно одной педалью? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно знать характерные особенности автомобильных и электрических тяговых двигателей.

Тяговые характеристики

Основное различие между автомобильным и электрическим тяговым двигателем с интересующей нас точки зрения заключается в тяговых характеристиках, т. е. в том, как меняется мощность и крутящий момент (измеряемый произведением силы на радиус точки ее приложения) в зависимости от числа оборотов. У электродвигателя, а также у парового двигателя крутящий момент при уменьшении скорости (небольшие обороты) может быть довольно велик. По мере раскручивания момент падает. Для транспортной машины - автомобиля, трактора, мотоцикла, тягача такая характеристика наиболее благоприятна: при трогании с места и разгоне, когда приходится преодолевать значительные силы инерции, желательно иметь как можно больший крутящий момент. А для поддержания равномерного движения момент нужен уже намного меньше. Наехала машина на препятствие, ухудшилась дорога или начался подъем - сразу возрастает сопротивление движению и обороты падают. Зато соответственно увеличивается крутящий момент. Заметим, что мощность электродвигателя на любых оборотах может оставаться близкой к максимальной и на всех режимах используется почти полностью, т. е. он отлично приспособлен к дорожным условиям работы.

У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) все обстоит иначе: мощность при низких оборотах у него значительно понижена, а величина крутящего момента в пределах эксплуатационных чисел оборотов вообще мало изменяется. Это видно из рис. 1, где приведены значения крутящих моментов двигателя внутреннего сгорания автомобиля "Москвич-408" и примерно одинакового с ним по мощности тягового электродвигателя, работающего в таком же диапазоне чисел оборотов.

Рис. 1. Изменение крутящего момента при различной скорости вращения вала у тягового электродвигателя и у автомобильного двигателя внутреннего сгорания

График показывает, что если сопротивление движению увеличилось и обороты двигателя начинают падать, то у электродвигателя это сопровождается значительным (в несколько раз) увеличением крутящего момента, у автомобильного же Двигателя момент сначала немного растет (на 20-30%) - до галочки на кривой, а потом уменьшается - двигатель глохнет.

Компромиссное решение

Как видим, тяговая характеристика двигателя внутреннего сгорания совершенно неудовлетворительна. Но силовая установка с таким мотором по своей легкости, экономичности и другим качествам пока лучшая. Поэтому конструкторам пришлось примириться с недостатками ДВС и для их преодоления поставить на автомобиль коробку передач.

Идеальная коробка передач, способная плавно менять передаточное отношение между двигателем и колесами так, чтобы он всегда работал на оборотах, соответствующих максимальной мощности, в принципе позволила бы полностью избавиться от недостатков ДВС, связанных с его неблагоприятной тяговой характеристикой. Практически же удается достигнуть лишь компромиссного решения, поскольку бесступенчатую коробку, особенно недорогую и с хорошим к. п. д., до сих пор не удалось создать. Исправляют "дурной характер" автомобильного двигателя, как правило, трех-, четырех- и пятиступенчатые коробки передач, дешевые и надежные. Однако, как мы уже говорили, чтобы суметь наилучшим образом использовать возможности коробки передач, водитель должен знать характеристику двигателя своей машины.

Проиллюстрируем эти соображения конкретными числовыми примерами, для чего ознакомимся с графиком, показанным на рис. 2. Здесь видно, как изменяется мощность ДВС (при полностью открытой дроссельной заслонке) в зависимости от числа оборотов коленчатого вала. Сначала она быстро растет и достигает максимума. Соответствующие обороты обычно указывают в технических данных двигателя: например, 75 л. с. при 4000 об/мин, или 75/4000. Двигатель может и дальше увеличивать скорость вращения, но наполнение его цилиндров горючей смесью значительно ухудшается, а потери на трение все увеличиваются. В результате полезная мощность падает, расход топлива и износ возрастают. Ясно, что на правой, нисходящей ветви характеристики работать нерационально. Поэтому она показана пунктиром.

Рис. 2. Скоростные характеристики двигателей одинаковой мощности 'Волги-21' и 'Москвича-412'

Взглянем теперь на более подробный график (рис. 3), построенный для двигателя автомобиля "Волга" (здесь и далее, говоря об автомобиле "Волга", мы имеем в виду модель ГАЗ-21). На графике, кроме той же скоростной характеристики, имеется дополнительная шкала, показывающая, с какой скоростью движется машина в каждый рассматриваемый нами момент.

Рис. 3. Разгон автомобиля класса 'Волга' на различных передачах при трех- и пятиступенчатых коробках передач

Проследим по этому графику за разгоном автомобиля. Вот водитель включил первую передачу, тронулся, дал полный газ. При скорости 15 км/ч коленчатый вал делает 1700 об/мин - мощность двигателя примерно 40 л. с. (см. самую нижнюю наклонную прямую). Машина продолжает разгон. Скорость увеличилась до 25 км/ч (2700 об/мин), мощность возросла почти до 65 л. с.; при 35 км/ч (4000 об/мин) мощность достигла наибольшей величины - около 75 л. с. Дальше машина разгоняется все медленнее, и продолжающаяся (уже пунктирная) линия показывает, что на первой передаче можно достичь скорости около 50 км/ч. Однако мы видим, что после 40 км/ч мощность резко уменьшается, а число оборотов двигателя чрезмерно увеличивается. Он будет работать на правой (пунктирной) части характеристики, что нерационально.

Разумно после достижения максимальной мощности перейти на следующую - вторую передачу (см. стрелку "Переход") и продолжать разгон снова, используя двигатель на выгодных режимах левой части. Горизонтальный пунктир от точки конца разгона на первой передаче (35 км/ч, 4000 об/мин) приводит нас к точке начала разгона на второй, когда при той же скорости движения автомобиля двигатель работает с числом оборотов 2200 в минуту и отдает полезную мощность 52 л. с. Правда, продолжая разгон на первой передаче, мы могли еще некоторое время снимать почти такую же мощность, зайдя за 40 км/ч, но при числе оборотов почти 5000, что вдвое (!) больше. А это лишняя нагрузка для двигателя, повышенный его износ и перерасход топлива.

Но вернемся к рациональному вождению. Итак, продолжаем разгон на второй передаче также до 4000 об/мин (63 км/ч) и, достигнув наибольшей мощности, переходим на следующую передачу - третью: снова число оборотов 2200 и снова мощность 52 л. с. Теперь, используя по-прежнему наивыгоднейшие режимы двигателя, ведем разгон снова до наибольшей мощности, т. е. до скорости 110 км/ч.

Какую же среднюю мощность при таком идеальном разгоне мы получаем?

Возьмем диапазон - 10-110 км/ч. На первой передаче мы снимали от 26 до 75 л. с., что в среднем дает 50,5 л. с. Далее (остальные две трети) разгон проходил в диапазоне 52-75 л. с. или как бы с мощностью 63,5 л. с. Если учесть все эти факторы, то средняя мощность при таком разгоне составит (50,5+63,5×2):3 = 59 л. с. (79% от максимальной). Другими словами, если бы наш двигатель был способен при изменении скорости движения автомобиля (или скорости вращения коленчатого вала) сохранять свою мощность постоянной, то достаточно было бы иметь 59 л. с. вместо 75, чтобы увеличить скорость той же машины на 100 км/ч за такое же время.

Итак, трехступенчатая коробка передач позволила нам использовать 59 л. с. из 75. А если бы коробки передач не было совсем? Давайте рассмотрим (теоретически, конечно) разгон той же машины, но без коробки, т. е. просто на прямой передаче. В этом случае средняя арифметическая мощность составит (см. рис. 3) всего 50,5 л. с. В реальных же условиях средняя мощность разгона окажется еще меньше: ведь вначале машина набирает скорость медленно, так что по времени большая часть разгона происходит с малой мощностью. Следовательно, коробка передач как бы повышает эффективную мощность двигателя.

Без коробки, передач трудно было бы вообще тронуться с места. На подъеме двигатель бы вовсе заглох. Нельзя было бы преодолевать тяжелые участки дорог.

Трехступенчатая коробка позволяет использовать для разгона почти 80% мощности двигателя. А четырехступенчатая? Расчет показывает, что уже 90%. Это и понятно. Пять ступеней сужают диапазон используемых мощностей (см, рис. 3) до 67-75 л. с. В пределе, если число ступеней бесконечно (например, при бесступенчатой коробке передач), двигатель, достигнув максимальной мощности, так и не снизит ее - из него будет выжато все возможное. А как используется мощность в других случаях? Когда, на какой передаче следует двигаться? Пусть, например, скорость нашей машины 30 км/ч. Если на графике, приведенном на рис. 4, через точку, соответствующую этой скорости, провести горизонтальную линию, то она пересечет в диапазоне рабочих чисел оборотов все наклонные линии разгона, т. е. оказывается, что можно двигаться на любой из передач пятиступенчатой коробки, получая от 75-сильного двигателя при полном дросселе соответственно 23, 32, 42, 58 или даже 70 л. с. График показывает также, что при скорости 30 км/ч можно двигаться и на любой из передач трехступенчатой коробки, получая 23, 45 или те же 70 л. с. Значит, от выбора водителем "номера" передачи зависит мощность, которой он будет располагать. К умению выбрать правильную передачу и сводится в значительной степени мастерство вождения.

Рис. 4. Движение с одинаковой постоянной скоростью на различных передачах. Чем ниже передача, тем больше число оборотов двигателя и располагаемая мощность. От точек пересечения горизонтальной линии 'скорость автомобиля равна 30 км/ч' с наклонными линиями каждой передачи проведены пунктиры: вниз - находим соответствующее число оборотов двигателя; вверх - величину мощности при данном числе оборотов (полный дроссель)

Конечно, на хорошей горизонтальной дороге редко кто будет "пилить" на первой передаче, держа двигатель на больших оборотах. Но какая в этих условиях передача лучше, например при трехступенчатой коробке, вторая или третья? Какую выбрать в четырехступенчатой - вторую, третью или, наконец, прямую - четвертую? Чем руководствоваться, выбирая "номер" передачи при движении в других условиях, при выполнении маневров? Разберем это на нескольких конкретных примерах.

Конкретные случаи

Обгон - маневр опасный, но необходимый. Его часто приходится проводить форсированно. Как правило, обгон начинают с выезда налево из-за находящейся впереди и медленно движущейся машины. Значит, и обгоняющий вынужден какое-то время также иметь малую скорость порядка 30, 40 или 50 км/ч.

Если на обгон выходит "Волга", шедшая, допустим, за грузовиком на прямой передаче, то мы уже знаем (см. рисунки 3 и 4), что ее водитель начинает маневр как бы с двигателем соответственно в 25, 35 или 40 л. с. Мы знаем также, что это только часть имеющейся мощности. В результате его машина будет очень медленно набирать скорость, долго и упорно догонять, а затем медленно обгонять грузовик. Время и путь такого обгона велики, а дорога слева не каждый раз будет так долго свободна. Обгон получается тяжелый, опасный.

Другой водитель в этой же обстановке быстро переходит на ступень ниже (в нашем случае на вторую передачу), и, переведя двигатель на большее число оборотов, получает для разгона (см. те же графики) примерно 45, 55 и 65 л. с., т. е. значительно большую мощность. Переключение у умелого шофера занимает 1-2 сек, и его можно и должно выполнить перед началом маневра. Тогда обгон произойдет быстро.

Иногда водитель принимает решение перейти на две ступени ниже. Действительно, если (при пятиступенчатой коробке) перейти с пятой на четвертую передачу, то выигрыш не очень велик - примерно 10 л. с. А вот переход на третью прибавляет сразу 25-30 л. с., что резко увеличит способность машины набирать скорость. Как видим, зная характеристику двигателя, водитель может лучше использовать его.

Мы не нанесли на графики линии разгона для четырехступенчатой коробки. В разобранном случае выхода на обгон переход с прямой передачи на одну ступень, ниже - на третью дал бы при четырехступенчатой коробке большую прибавку мощности, чем при пятиступенчатой, и меньшую, чем при трехступенчатой. В большинстве случаев третья передача - четырехступенчатой коробки позволяет быстро и легко произвести обгон, что подтверждает эксплуатация "Москвичей" моделей 407 и 408.

И вообще быстрый обгон требует мощности. Чем она больше, тем маневр безопаснее. Недаром двигатели дорогих автомобилей имеют много "лишних" лошадиных сил. Кроме всего прочего, они предназначены для быстрого разгона при обгоне.

Разобранный пример показывает, какой выигрыш может получить водитель, умело пользующийся "услугами" коробки передач. Но это не означает, что всегда перед обгоном следует с прямой передачи переходить на низшую. Если путь для обгона не ограничен и нет нужды провести маневр обязательно быстро, можно (и нужно) продолжать движение на прямой, дав полный газ.

Принимая решение о том, стоит ли переключать передачу перед обгоном или нет, следует учесть также, какова скорость нашего автомобиля. Если это 30 км/ч, то от перехода "вниз" получится значительный выигрыш. Но когда мы имеем 50, а тем более 55-60 км/ч, то с такой скорости "Волга" и на прямой передаче хорошо "раскручивается" и, значит, переходить ниже на ступень нет необходимости.

Разгон. Часто можно наблюдать такой стиль езды: водитель мало разгоняет машину на низших ступенях коробки - стремится скорее достичь прямой. Как это отражается на пути и на времени разгона? Проследим такой разгон по графику. "Волга" на первой разгоняется до 15 км/ч, затем водитель переходит на вторую, ведет разгон до 25-30 км/ч и включает прямую передачу.

Какова средняя мощность, которая используется при таком способе разгона, даже если условно считать, что он проходит при полном дросселе? На первой передаче она составляет около 20 л. с., на второй - 20-25 л. с., на третьей (прямой) разгон начинается также с 20-25 л. с. и продолжается медленно. Похоже, что под капотом у этой "Волги" находится не 75-сильный автомобильный двигатель, а мотоциклетный.

Для быстрого разгона (а это особенно важно при езде в городе) надо как можно полнее использовать мощность двигателя, т. е. разгонять машину на каждой передаче до оборотов максимальной мощности и даже немного их превосходить, так как мощность возле максимума падает слабо (см. рисунки 2, 3, 4).

Конечно, можно и не торопиться с разгоном. Мы просто разобрали два крайних случая. Кстати, многие водители считают, что если они разгоняются медленно, то этим сохраняют машину. Ошибочное мнение. На самом деле все наоборот. Работа двигателя при слишком малом числе оборотов (в разобранном нами случае разгон на каждой передаче начинался примерно с 800 об/мин) сопровождается повышенным трением из-за плохой смазки и вибрацией, изнашивающей вдобавок механизмы трансмиссии.

Тяжелый участок дороги. Для его преодоления также нужен запас мощности. Водитель переходит на одну ступень ниже, и поначалу двигатель вроде бы справляется с нагрузкой. Но обороты продолжают падать. Приходится снова перейти на ступень ниже. На плохой дороге такое частое переключение может окончиться полной потерей скорости, после которой не во всех случаях удается возобновить движение.

Грамотный водитель в подобных случаях по одному виду труднопроходимого участка (песок, глина, снег) быстро принимает правильное решение и без задержки переходит через ступень вниз (с четвертой передачи на вторую, с третьей - на первую), обеспечивая себе значительный запас мощности, гарантирующий преодоление неожиданных препятствий и достаточную скорость.

Железнодорожный переезд. Здесь возможность случайной остановки должна быть исключена. Известно, что при малой скорости движения запас мощности больше на низших передачах. Если включена, допустим, прямая передача, то даже при полном дросселе мощность мала - какая-нибудь треть от полной. Непредвиденное резкое увеличение сопротивления движению - и мотор заглохнет. Но останавливаться ни в коем случае нельзя. Пусть спустила шина, заклинили колодки, на пути оказался камень - движение должно продолжаться. Вот тут-то и выручает низшая передача. Имея большие обороты, мотор сразу не заглохнет. Водителю стоит лишь нажать на газ, и автомобиль "выскочит", несмотря ни на какие препятствия.

Равномерное движение. Путь свободен. Дорога ровная, горизонтальная. Пусть машина ("Волга") идет со скоростью 30 км/ч. Можно ехать на первой передаче. Мотор работает на 3300 об/мин. Водитель держит небольшой газ. Прибавишь газ - "Волга" пойдет быстрее. Если же ехать на второй передаче, то двигатель будет развивать 1900 об/мин. На третьей - 1000 об/мин. Что же лучше?

Мы уже говорили, что слишком малые обороты увеличивают износ. Поэтому, конечно, двигаться на третьей передаче не следует. Кроме того, даже расход топлива не будет ощутимо меньшим, хотя при данной скорости на этой передаче дроссель открыт больше, чем на первой или второй, и наполнение цилиндров хорошее. А чем больше наполнение, тем экономичнее работает двигатель. Однако уменьшение оборотов увеличивает длительность рабочего цикла - возрастают потери тепла.

На первой передаче в этих условиях дроссель открыт меньше - двигатель очень слабо нагружен и его к. п. д. низок. Значит, расход топлива возрастет. Правда, смазка при больших оборотах будет отличная, но и число оборотов на каждый километр пути будет большим. Это увеличивает взносы.

Становится ясно, что в разбираемом случае лучше всего включить вторую передачу: число оборотов достаточно для обеспечения надлежащей смазки деталей, нет вибрации, двигатель загружен больше, чём на первой передаче, время рабочего цикла увеличено незначительно, что не ухудшит к. п. д.

Кратко все изложенное можно обобщить так.

В особых условиях - быстрый разгон, движение по сильно пересеченной местности, в очень ответственных местах или при бездорожье - водитель главное внимание обращает на наиболее успешное выполнение маневра или на прохождение определенного участка. Поэтому он стремится получить от двигателя наибольшую мощность или обеспечить наибольший ее запас. Лучшее средство для этого - использование низших передач.

На хороших горизонтальных участках дорог, когда нет необходимости специально форсировать движение, на передний план выходят уменьшение износов и экономия топлива. А для этого нужно двигаться на высших передачах, следя лишь за тем, чтобы не слишком уменьшилось число оборотов двигателя.

С небольшой погрешностью можно сказать, что диапазон числа оборотов, которым следует преимущественно пользоваться при эксплуатации, должен располагаться между максимумом крутящего момента и максимумом мощности. Для двигателя "Волги", например, это будет от 2000 до 4000 об/мин. Если руководствоваться этим правилом при выборе "номера" передачи в нашем примере (скорость 30 км/ч), то сразу выпадает третья (1000 об/мин), а из оставшихся двух - 1900 и 3300 об/мин выбираем ту, при которой число оборотов двигателя меньше (практически 1900, это ведь те же 2000), ибо получается меньше оборотов на километр пути и большая загрузка двигателя. Заметим еще, что расход топлива имеет решающее значение только при больших мощностях. Действительно, пусть мы сэкономим даже 10% бензина у микролитражного автомобиля, расходующего всего 5 л на 100 км пути. Наш выигрыш - пол-литра бензина.

Чаще всего другие соображения - скорость, динамика, уменьшение износа - гораздо важнее. Известно, что при низких оборотах исчезает гидродинамический клин и вместо жидкостного трения, надолго сохраняющего трущиеся поверхности, появляется полужидкостное и даже полусухое. У двигателей, изношенных на этих режимах, сильно ухудшается смазка. При низких оборотах у всех двигателей, а у изношенных особенно, начинается значительный прорыв газов, на что теряется мощность, резко ускоряется износ. Большая неравномерность вращения, рывки, характерные для малых оборотов, изнашивают трансмиссию. Поэтому двигатель современного легкового автомобиля не должен работать в таком режиме. Лучше не опускаться ниже 1500 об/мин. Например, на "Волге" ГАЗ-21 (да и на "Москвичах" 407, 408) лучше не двигаться на прямой передаче при скорости ниже 40 км/ч.

И тем более не следует на ней "тащиться" со скоростью 20-30 км/ч в потоках городского транспорта. Здесь машина с включенной высшей передачей, как мы видели, не сможет быстро разгоняться - будет всем мешать. Для такой езды лучше подходит третья передача четырехступенчатой коробки или вторая трехступенчатой.

А когда скорость по шоссе не 30, а 60-70 км/ч? Вторая или прямая? Конечно, прямая. Обороты - 2200-2500. Значит, нет вибрации, хорошая смазка, минимальный расход топлива.

Крутой затяжной подъем. Тут у водителя должен быть особый расчет. Ибо подъем требует мощности, и еще раз мощности. Преодоление подъемов - трудное дело даже для опытных водителей. На горизонтальном участке при движении на одной из высших передач, если скорость машины снизилась и обороты упали, положение можно выправить и без переключения - медленным прибавлением газа и таким же медленным, "нудным" набором скорости. На подъеме такое не выйдет. Бывает, переключишь передачу, а двигатель все равно "не тянет", скорость падает. Переход еще ниже на ступень, "съедает" и оставшуюся скорость, и время.

Дело в том, что, снижая в начале трудного подъема число оборотов, наш двигатель слабо (см. рис. 1) увеличивает крутящий момент. Обороты еще больше падают, доходят (у двигателя "Волги") до 2000 в минуту, после чего начинает резко падать и крутящий момент. Скорость снижается уже катастрофически. Конечно, водитель срочно переходит на низшую передачу, но:

на это уходит дополнительное время, в течение которого машина вообще лишена тяги;

за это время она так сильно замедляется (сила тяжести, тянущая ее обратно, не "дремлет"), что даже переход на ступень ниже часто уже не переводит двигатель на обороты за максимум момента, т. е. за 2000 об/мин. Оставшихся оборотов недостаточно, чтобы тянуть почти остановившуюся машину, а прогрессирующее уменьшение скорости (и оборотов) снова снижает и без того недостаточный момент.

Поэтому водитель "Волги" с трехступенчатой коробкой, например, идя на крутой подъем и чувствуя, что скорость падает, должен уже при 65-60 км/ч начинать переход на вторую передачу (см. рисунки 3 и 4). Тогда он получит запас и момента, и мощности, а машина с приятным рокотом пойдет в гору. Снижение до 60-50 км/ч (учитывая потерю скорости за время переключения) может плохо обернуться, так как мы пропустим максимум момента - 2000 об/мин.

Руководствуясь приведенными соображениями, нетрудно правильно определить момент для переключения передач. Как это сделать при любой скорости движения без шума и скрежета, уже другой специальный вопрос. Его мы подробно разберем в следующих разделах.

Ответ - в коробке

Чтобы понять, зачем нужна, например, подгазовка или, наоборот, выдержка, чтобы уметь сознательно применять и варьировать в различных условиях вождения технику переключения, надо знать, что при этом происходит в коробке передач.

Прежде всего напомним (рис. 5), что при переходе с одной передачи на другую в коробке разъединяются и задам соединяются шестерни или муфты, через которые передастся крутящий момент. При движении автомобиля упомянутые детали чаще всего, вращаются с разными скоростями. Поскольку включение любой передачи в конечном счете сводится к соединению, зацеплению двух деталей - или шестерен, или муфты с шестерней, успешное включение возможно лишь в том случае, когда разность окружных скоростей их зубьев будет незначительна. Зацепить между собой шестерни, вращающиеся так, что их зубья с большой скоростью проносятся Друг мимо друга, невозможно. Известно, какой шум, удары и треск сопровождают включение передачи, когда разность окружных скоростей близка к предельной.

Рис. 5. Трехступенчатая, коробка передач и сцепление автомобиля 'Волга': А - ведущая шестерня; Б - шестерня постоянного зацепления промежуточного вала; В - шестерня второй передачи промежуточного вала; Г - шестерня второй передачи ведомого вала; 1 - ведущий вал коробки; 2 - ведомый диск сцепления; 3 - зубчатый венец ведущей шестерни; 4 - блокировочное кольцо синхронизатора третьей передаче; 5 - скользящая муфта включения второй и третьей передач; б - вилка переключения; 7 - кольцо синхронизатора второй передачи; 8 - зубчатый венец шестерни передачи; 9 - шестерня первой передачи ведомого вала; 10 - ведомый вал; 11 - промежуточный вал; 12 - шестерня первой передачи промежуточного вала

В коробке передач одна группа деталей постоянно связана с промежуточным валом, а через него с ведущим валом и ведомым диском сцепления. Эта "система" (так ее и будем называть) при включенном сцеплении получает вращение непосредственно от двигателя. Она обладает значительной инерцией и поэтому нелегко поддается раскручиванию. На рис. 5 детали системы выделены темным цветом.

К другой группе относятся детали, одна из которых при включении передачи должна соединиться (войти в зацепление) с соответствующей шестерней, кулачковой или зубчатой муфтой из системы. Все детали этой группы сидят на ведомом валу, вращаясь вместе с ним, а значит, и с карданным валом, и связаны с движением всего автомобиля. Отсюда следует, что детали второй группы во время переключения (несколько секунд) практически не изменяют скорости вращения. Система же, будучи отключена от двигателя, быстро снижает число оборотов из-за потерь на трение и "перебалтывание" находящегося в картере масла.

На использовании замедления вращения деталей "системы" при разгоне и основан способ бесшумного переключения с низшей передачи на высшую.

Выдержка

Допустим, что, двигаясь на первой, второй или третьей передаче, мы хотим перейти на ступень выше. К концу разгона наш двигатель делает, к примеру, 3000 об/мин. На такой же скорости при включенной следующей передаче его коленвал вращался бы медленнее со скоростью 2000 об/мин. Ведомый же вал в обоих случаях вращается с одинаковым числом оборотов, так как он жестко связан с колесами машины, которая практически не изменяет скорости. Поэтому обе детали второй группы - и та, через которую передавалось вращение на низшей ступени, и та, которая должна соединиться для получения следующей по номеру передачи, имеют пока одинаковое число оборотов в минуту.

Но поскольку после включения передачи вал двигателя будет вращаться медленнее, деталь системы, которая для этого должна зацепиться, должна на столько же снизить скорость вращения, т. е. надо снизить скорость вращения всей системы, ведь ее детали постоянно соединены и вращаются вместе. Практически для этого во время переключения надо немного подождать в нейтральном положении - сделать выдержку: система замедлится, ее обороты упадут, включение произойдет легко и бесшумно.

Правило: чем больше разница между передаточными числами соседних передач в данной коробке и чем больше скорость, до которой произведен разгон автомобиля перед переходом на высшую ступень, тем дольше надо делать выдержку в нейтральном положении.

Руководствуясь только что приведенным правилом, водитель вырабатывает опытным путем конкретное определение времени выдержки.

Двойной выжим

Время выдержки можно сократить, если искусственно замедлять систему. Для этого можно использовать двигатель. После сбрасывания газа у него резко падают обороты. И если в нейтральном положении на мгновение отпустить сцепление, его ведомый диск прижмется к маховику, и тогда вместе с диском ведущий вал коробки передач и вся система сразу притормозятся.

Практически при этом способе водитель, как обычно, сбрасывает газ и одновременно выжимает педаль сцепления, а рычаг переключения переводит в нейтральное положение. Затем отпускает педаль сцепления, снова выжимает ее, включает высшую передачу и, добавляя немного газа, отпускает педаль.

Переключение с двойным выжимом требует меньшей точности в определении времени выдержки и, как правило, обеспечивает легкое включение. Оно облегчает работу синхронизаторов - почти сводит ее к нулю, что сохраняет их работоспособность. Однако правило: чем больше скорость разгона, тем дольше выдержка справедливо и здесь. Когда разгон большой, водитель интуитивно дольше задерживает ногу на отпущенной педали сцепления.

На низшую ступень

При переходе с высших передач на низшие число оборотов двигателя, наоборот, увеличивается. Поэтому систему: следует "подгонять", раскручивать. Причем тем сильнее, чем больше скорость автомобиля в момент переключения и чем больше разность в передаточных числах между передачами (все то же правило).

Но как заставить систему, обладающую значительной инерцией, буквально в доли секунды сильно увеличить скорость вращения? На передачах, оборудованных синхронизаторами, это делают они, используя энергию катящегося по инерции автомобиля. Нагрузка на синхронизаторы при переключении "вниз" очень большая. Она еще увеличивается из-за того, что раскрутку наиболее "упрямого" звена системы - ведомого диска сцепления, обладающего наибольшим моментом инерции, кольцам синхронизаторов приходится производить с передаточным числом, значительно большим единицы. Словом, при переключениях вниз синхронизаторы надо больше беречь.

Подгазовка

С включением несинхронизированных передач дело обстоит сложнее. Тем более когда переход "вниз" делают заблаговременно перед тяжелым подъемом или трудной дорогой. В таких случаях сохранение большой скорости автомобиля - использование его инерции - бывает решающим. Но тогда и "подгонять" систему надо сильно.

Оказывается, и здесь можно использовать двигатель. В нейтральном положении (тем же путем двойного выжима) вместо выдержки нужно добавить газ. Двигатель быстро увеличит обороты и "подкрутит" систему. Двойной выжим с промежуточным газом существенно разгружает синхронизаторы, сохраняет их. Когда величина газа подобрана точно, они совсем освобождаются от работы. Если водитель сделал неточную подгазовку, синхронизатор немного подправит скорость вращения системы, но его работа и соответственно износ будут ничтожны.

Промежуточный газ на больших скоростях движения ощутимо сокращает время переключения. Если водитель хорошо владеет описанным приемом, он может при необходимости, дав очень большой промежуточный газ, перескочить и через ступень вниз, например, с четвертой передачи на вторую. Так можно поступить на крутом подъеме или для использования двигателя в качестве тормоза, если внезапно "провалилась" тормозная педаль.

График переключения

Наши рассуждения о приемах переключения логически вытекали из устройства коробки передач. Мы нашли, что полезно делать выдержки и подгазовки, которые меняются в зависимости от скорости автомобиля. А насколько?

Точно установить количественную сторону и наглядно представить соотношение скоростей вращения соединяемых деталей коробки нам поможет график переключения, приведенный на рис. 6. Кроме того, он раскроет некоторые, "скрытые за металлическим картером коробки", дополнительные возможности ее использования. Так, например, мы выясним, что можно легко и безболезненно переходить при переключении через ступень, или увидим на графике, что можно включить несинхронизированную первую передачу при скорости движения 40 км/ч и более, на что, не зная этого, не решится даже опытный водитель. А как важно знать об этой возможности и применить такое переключение в трудных условиях!

Рис. 6. 'График переключения' - разница в числе оборотов коленчатого вала двигателя автомобиля 'Волга' при переходе с одной передачи на другую в зависимости от скорости движения в момент переключения; I, II и III - первая, вторая и третья (прямая) передачи

Итак, познакомимся с графиком. На нем вертикальные стрелы показывают разность чисел оборотов коленчатого вала. Например, при скорости 20 км/ч, когда переходим с первой передачи на вторую (разгон), двигатель должен снизить скорость вращения на 1000 об/мин. На той же скорости движения, если переходить со второй передачи на третью, быстрота вращения коленчатого вала уменьшится только на 500 оборотов. То же самое мы видим и при переключении, когда стрелка спидометра стоит на цифре 40 км/ч.

Разность чисел оборотов уменьшилась вдвое, потому что таково (округленно) соотношение между передаточными числами первой и второй, а также второй и третьей передач (3,12 - 1,77 = 1,35 и 1,77 - 1,00 = 0,77). Значит, и выдержка в нейтральном положении (и некоторая задержка педали сцепления при двойном выжиме) в случае перехода с первой на вторую передачу примерно вдвое больше. В одинаковой степени это относится и к величине подгазовки.

График показывает также, что если при скорости 40 км/ч дать такую большую подгазовку, которая компенсирует и подкрутку, необходимую для перехода с третьей передачи на вторую (1000 об/мин), и ту, которая нужна для переключения со второй на первую (2000 об/мин), т. е. на величину 3000 об/мин, отмеченную стрелкой, можно легко (как обычно) перейти с прямой передачи на первую. Причем этот график показывает, что, делая такую "суммарную" подгазовку, мы не увеличиваем число оборотов двигателя сверх того, при котором "Волга" движется с наибольшей указанной в ее "паспорте" скоростью.

А если сравнить цифры на стрелах при рассмотренных нами скоростях движения 20 и 40 км/ч, нетрудно заметить подтверждение и второй части правил переключения - разница в числе оборотов тем больше, чем большую скорость имеет автомобиль в момент переключения. Значит, тем больше и выдержки и подгазовки.

На графике можно заметить подтверждение и другим тонкостям переключения: цифра 400 об/мин при скорости 15 км/ч (около 7 об/сек) раскрывает, почему при сильном снижении скорости любому водителю удается перейти на низшую передачу без особого шума; график показывает соотношение величин подгазовок (и соответственно выдержек) при различных условиях переключения. Это помогает водителю находить практически оптимальное время выдержек, величины подгазовок и лучше чувствовать время срабатывания синхронизаторов. График теоретически доказывает возможность рассмотренных переключений и позволяет установить правила перехода с одних передач на другие, раскрыть возможности данной коробки передач для наилучшего использования двигателя, с которым и для которого она работает.

Секунды синхронизации

Достаточно даже просто сравнить маленькие блокировочные кольца синхронизатора (см. рис. 5) и внушительных размеров систему, которую они раскручивают или тормозят при переключениях, чтобы понять, что нагрузка на эти кольца приходится огромная и они быстро изнашиваются. Недаром синхронизаторы - самое слабое место коробки перемены передач - больше других страдают от неумелых или неряшливых действий шофера.

Мы уже говорили, что двойной выжим педали сцепления значительно разгружает синхронизаторы. Можно добавить, что и простые выдержки в нейтральном положении при переходах вверх также избавляют их от большей части нагрузки. Синхронизаторы не следует перегружать грубым переключением. Когда мы ведем рычаг на включение определенной передачи, на какой-то части его хода кольцо подходит к конической поверхности детали, подлежащей соединению, и начинает свою полезную работу. Оно либо притормаживает, либо разгоняет, "подкручивает" эту деталь. Ну а для разгона или торможения необходимо какое-то время.

Рычагом водитель должен чуть-чуть прижать кольцо, но не более. Почувствовав какое-то сопротивление при дальнейшем движении рычага по направлению включения, шофер должен примириться с необходимой остановкой рычага в этом положении, продолжая умеренно его поджимать. Не пускает же рычат дальше специальное блокировочное устройство синхронизатора. Когда скорости соединяемых деталей уравняются, осевое усилие на кольце уменьшится, а затем и совсем пропадет. Тогда водитель легко сможет дослать рычаг до конца.

Если же на рычаг надавить сильнее, синхронизация произойдет быстрее, однако износ резко увеличится. Словом, "овчинка не стоит выделки". И совсем уж недопустимо вбивать рычаг силой, не дав синхронизатору необходимой рабочей паузы. В результате он может выйти из строя.

Все это показано на рисунках 7 и 8, где приведены правильные и встречающиеся ошибочные способы переключения передач, В каждом дано по четыре ключевых положения рычага переключения и проиллюстрировано, как водителю надо поступать в эти моменты. На рисунках раскрыта суть блокировочного действия синхронизатора и истоки той силы на рычаге, которая противодействует попытке включить раньше времени "недосинхронизированную" передачу.

Рис. 7. Действия водителя при переходе с высших передач на низшие: М - мастерское переключение с двойным выжимом и промежуточным газом. При идеальной подгазовке синхронизатору не нужно работать (маленькой ступеньки на рисунке не будет вовсе). Практически же он хоть и незначительное время, но работает (отрезок на рисунке), поскольку в подгазовке бывает какая-то неточность; П - правильное переключение (полностью используем синхронизатор); О - ошибочное переключение с ненужной, вредной задержкой в нейтрали. Синхронизатору приходится дополнительно разгонять замедлившиеся детали 'системы'; Н - недопустимо резкий перевод рычага ('вбивание' передачи); 1 - шестерня второй передачи; 2 - зубчатый венец шестерни второй передачи; 3 - кольцо синхронизатора второй передачи; 4 - ползун; 5 - зуб скользящей муфты включения второй и третьей передач

Рис. 8. Переход с низших передач на высшие: M₁ - мастерское переключение с выдержкой в нейтрали. При идеальной выдержке синхронизатору не нужно работать (маленькой ступеньки на рисунке не будет). Минимальное время работы синхронизатора (горизонтальные отрезки на рисунке) определяется естественной неточностью выдержки; М₂ - мастерское переключение о двойным выжимом не только разгружает синхронизатор, но и уменьшает время переключения; П - правильное переключение (полностью используем синхронизатор); Н - недопустимо резкий перевод рычага ('вбивание' передачи)