换挡时机,与速度匹配的换挡技巧

2016/11/265415℃

何时换挡是随着换挡的目的的不同而变化的,是出于想发挥发动机最好性能的目的,还是出于节约燃油的目的,或是出于尽可能爱护车子的目的。不同的换挡目的要求的操作技术是不一样的。

对于汽油发动机,如果要使燃油消耗量最小,就应清楚地知道发动机在大负荷的情况下,燃油消耗率会变好的道理。也就是说,车速一定的条件下,发动机的转速较低时,燃油消耗的相对较少。比如高挡位时,将阻风门开大,比在低挡位时关小阻风门使发动机保持高转速运行时所消耗的燃油要少。因此,为了最大限度地减小燃油的消耗,在不降低发动机效率的转速范围内尽量降低发动机的转速。要使发动机保持较好的工作效率,则应使发动机的工作转速保持在产生最大扭矩所在的转速附近。如果发动机的工作转速低于该转速范围,发动机的工作效率就会降低,燃油消耗增加。由于气门的最佳开合时间在设计时不会与发动机低转速状态相匹配,发动机在低转速时,汽缸里的混合气不能充分燃烧就被排出,另外汽缸的进气也不充分。

不过,从燃油经济性的角度来考虑,为了使发动机能保持在产生最大扭矩的转速范围内运转就要适时换挡。但另一方面又要考虑到换挡后车速增加.空气阻力相应增加,燃油消耗也会增加。

从尽量减少机械磨损的角度来考虑,当然应使发动机保持中速运转,同时,在发动机转速没有达到发动机最高转速的30%时,不要打开阻风门。发动机以较高转速运转时,阻风门全开,高的燃烧压力会与机械部分的一部分惯性力相平衡,燃烧压力施加在曲轴轴承上的载荷减小。但发动机转速过高产生的惯性力(与转速成二次方比例)就急速增加,结果会造成所有机械部分的应力增加。发动机于低速状态猛然加速时,汽缸内混合气的压力变得非常高,高温燃气作用于低速开闭的气门上,气门会因过热而烧损。

那么,对于竟赛时的驾驶员来说,最关心的是最好地发挥车子的最高性能。当车子的驱动轮所受到的驱动力增大,加速时加速度就会增大,当车轮半径一定时,驱动力与施加在驱动轴上的扭矩的大小成正比。如果不考虑机械损失,驱动轴上的扭矩应等于发动机所产生的扭矩除以变速箱的速比和后轮轴(前轮驱动的车子为前轮轴)的减速比。

举例说明:如果发动机产生的扭矩为150Nm,变速箱最高挡位时的变速比为1:1,驱动轴的减速比为4:1,那么驱动轴产生为600Nm,此时如果驱动轮的半径为0.3m,那么驱动轮产生的驱动力为2000N。除去约10%的机械损失,实际驱动轮产生的驱动力约为1800N。变速比越大,机械损失也就越多。以下为了说明上的方便,不考虑机损失。

人们一直认为,书本上也说:要想得到最快的加速度,应当使发动机在各挡位时都在产生最大扭矩的转速下工作:事实上,我们通过实际操作就可以明白,这种说法是完全错误的。

以保时捷·卡雷拉车为例,通过计算来对这种说法进行验证。保时捷·卡雷拉发动机的外特性是:发动机的转速在4500r/min到5800r/min之间时,产生的扭矩近似相等;4800r/min时产生的最大扭矩为315Nm。齿轮传动比:4挡时为1.086:1,5挡时为0.868:1,常啮合齿轮齿数比3.44:1,那么总变速比4挡时为3.71:1,5挡时为2.99:1。驱动轮的半径为0.307m,为计算方便可简化为0.3m。

不考虑扭矩传递时的机械损失(约10%),驱动轮的最大驱动力可过下式计算:

扭矩×总变速比/驱动轮半径

那么发动机转速为4800r/min,4挡时,驱动轮的驱动力为3930(N),如果要变到高挡位5挡时,发动机的转速则要降到3837(r/min),发动机在此转速下的扭矩为303Nm,那么后轮产生的驱动力为3020(N)。

可见,在发动机产生最大扭矩的转速时向高挡位换挡,车子所产生的加速力则大大下降了。

那么我们可以计算出发动机换到高挡位时的最佳转速。通过粗略的计算即可得出变到高挡位时的最佳转速为6600r/min。发动机在6600r/min的转速下产生的扭矩为271Nm,4挡时驱动轮所产生的驱动力为3380(N)。

此时,要换到5挡,发动机的转速应降到5276r/min,发动机在5276r/min的转速下产生的扭矩为307Nm,驱动轮产生的驱动力为3060N。更精确的计算可得出换到高挡位时发动机的最理想转速为6620r/min。在此转速下换到5挡后,5挡时驱动力与4挡时的驱动力完全相等。对于保时捷·卡雷拉发动机来说,换到高挡位时的理想转速应略低于发动机的最高转速,两者之间的差值应控制在80r/min以内。以上是以4挡和5挡为例进行计算的,低挡位时,各挡的传动比与1挡和4挡以上相差很大(这是所有汽车共同遵守的准则),但无论如何要想发挥车子的最大加速性能,换到高挡位时都应使发动机转速接近其最高允许转速。

但对于最大扭矩下的转速比最大功率下的转速要低很多(例如产生最大扭矩时的转速是发出最大功率时的转速的30%)的发动机来说,应尽早进行换挡。当然,对于赛车发动机来说是完全相反的,这类发动机最大扭矩下的转速与最大功率下的转速是非常接近的。

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