『整理版』日系重型车超大排量高转速发动机和少档位变速箱是邪道

乌鸦123

【原帖由friedrich于2011-6-22 22:12发表在17楼】
发动机扭矩小了，对变速箱要求降低了，其实对驱动桥的要求也变小了。

车桥都有一个最大输入扭矩的限制值，这个数值，很重要。

奔驰第一代ACTROS的旗舰车型 1857LS，用的是4.833的双级减速后桥搭配变速比 9.57- ...

何方高人啊！！写的太好了！！！明天静待下文 ！！！！

friedrich

继续昨天的内容：


因此，日系商用车，用1档速比相对较小兼较小速比超速挡7-10档变速箱，结合相对较大的减速比的设计输入扭矩相对较小的后桥，结合扭矩较小转速较高的大排气量发动机，造就符合日本g情（限速较低，负载较轻）的商用卡车。

然而，这种设计，是无视了商用车技术发展趋势，闭门造车的产物，日系商用车丢失了5-10年的宝贵发展时间，或者说是这5-10年都用到了错误的方向上，最终导致了新世纪后，日系商用车技术的全面落伍，最终导致日系车厂被欧洲对手击败，并有部分车厂被收购，欧洲商用车大量进入日本市场的结局。

friedrich

关于发动机

增压技术，可以使得比较小排量的发动机，比如11公升的，在一定转速下获得相当于22公升发动机的输出功率。
日系三菱非增压的8M21 22公升柴油机，最大功率430马力，而11公升的康明斯ISM轻而易举的达到440马力。

发动机增压技术，分为废气涡轮增压和机械增压两种
后者技术门槛较低，但是增压器的动力源是发动机的曲轴，会消耗掉相当一部分的发动机功率
前者不消耗发动机的功率，利用排气管的高温废气做工，而且废气涡轮增压对高海拔气压下降导致发动机功率下降有一定的自动补偿功能，但是对材料工艺，金属表面加工工艺和润滑介质的要求非常高。大型发动机的增压器，全球的供应商屈指可数。
大多数现代商用车的增压器都是废气涡轮增压器，简称涡轮增压。

为什么前面我说到是在一定转速下？那是因为发动机在怠速或者低于800rpm的低转速下，涡轮增压器未能发挥出作用。

譬如说：
两台奔驰ACTROS重型卡车
一台是 12公升发动机的1848LS
一台是16公升发动机的1851LS
两者的发动机分别是
V6 12公升的 OM501LA和V8 16公升的OM502LA
前者输出功率476马力@1800rpm,输出扭矩是2300Nm@1080rpm
后者输出功率510马力@1800rpm，输出扭矩2400Nm@1080rpm
两台发动机缸径冲程相同，只是相差两个汽缸

表面上看，两者的功率只相差7%，最大扭矩只相差4.3%
但是在600rpm转速上的扭矩差别，高达30%以上
这是因为在极低转速下，涡轮增压器是不起作用的，只能凭借活塞冲程，压缩比和排气量说话。

也正是如此，我在前面一直提到的日系车虽然最大扭矩不高，而且变速箱速比小档位不多，但是起步能力不差，主要就是因为其怠速下的扭矩不小。

friedrich

再说到变速箱：

一般来说，家用小车和大巴士使用的3-7速变速箱，采用的是 步进级差 的设计
什么叫做步进级差？英文叫做 Progressive Gear Steps

我们来看一个典型的步进级差变速箱的设计：
ZF Volvo
6S-1380BD  
1st gear ......................... 6.98:1
2nd gear ........................ 4.06:1  
3rd gear ......................... 2.74:1
4th gear ......................... 1.89:1  
5th gear ......................... 1.31:1  
6th gear ......................... 1.00:1  

Reverse ......................... 6.43:1  

大家可以看到，随着档位提升，档位之间的级差越来越小，从1-2档之间的1.72倍 到 5-6档之间的 1.31倍

这样的设计，考虑到了空气阻力和滚动阻力的因素，车速越快，换档的级差越小，发动机因为换档以后下降的转速越少，发动机动力下降也越小。

因此，大多数的乘用车和中轻量级的商用车，采用了这种设计。

friedrich

下面来列举一个 有步进级差特性的8档变速箱：

Volvo EGS-VR
1st gear ......................... 9.13:1
2nd gear ........................ 6.42:1
3rd gear ......................... 4.77:1
4th gear ......................... 3.75:1
5th gear ......................... 2.44:1
6th gear ......................... 1.71:1
7th gear ..........................1.27:1
8th gear ..........................1.00:1
Reverse ......................... 13.69:1

这个变速箱，是一个4速主箱加2速高低档变速箱组合而成的变速箱

1-2档，级差 1.42
2-3         1.34
3-4         1.27
4-5         1.53
5-6档，级差 1.42
6-7         1.34
7-8         1.27


这个变速箱，是带有步进级差限制的早期的组合式变速箱。

另外一种 叫做 几何级差设计，英文叫做
geometrical Gear Steps
几何级差变速箱，常见于重型车的8档位以上的变速箱

friedrich

MB ACTROS的
G281-12  
1st  14.93   9th 2.05
2nd 11.64  10th 1.60
3rd  9.02    11th  1.28
4th  7.03    12th  1.00
5th5.64       1st Reverse 16.39
6th 4.40       2nd Reverse 12.74
7th 3.39      3rd Reverse 3.72
8th 2.65      4th Reverse  2.9

这是一个典型的几何级差变速箱

各个档位的级差在1.25-1.28之间徘徊

friedrich

几何级差变速箱，相对于步进级差变速箱来说，更适合于重负荷的重型卡车和一部分大重量的大型长途或旅游巴士。
我们来具体分析一下吧！

friedrich

根据已知的情况
奔驰ACTROS 1844LS，最大扭矩2100，变速箱按照G281的速比计算
后桥速比 2.846 车胎直径 295/80 R22.5，车货总重
1档行驶中的爬坡能力约为39%,推算的1档起步能力大约在30%
12档爬坡能力最大为 2.61%

国内道路设计的标准基本如下：

设计速度(km/h)        120        100        80        60        40        30        20
最大纵坡(%)        3        4        5        6        7        8        9

那么，在上述坡度上，ACTROS 1844LS的爬坡能力，基本上可以保证以
11档爬上 3.34%的坡度，最保守估计，发动机转速1080，车速58kmh，在保留一定余量，使用10档情况下，爬坡能力 4.18%

基本上，挂在10档，用1080rpm的发动机转速，折合45kmh车速，爬上4%的坡度并不困难

如果是国内限速20kmh的9%坡度上，挂在6档，用1080rpm发动机转速，16.5kmh的车速爬上去也很轻松，绰绰有余。

friedrich

如果换成了使用8M21 420马力发动机的三菱车，会怎么样呢?

最大马力316KW/430ps@2200rpm，扭矩 1519Nm@1200rpm
假设其7速变速箱速比是
1st=6.833 2nd=4.734 3rd=2.783 4th=1.822 5th=1.307 6th=1 7th=0.728 R=5.82
后桥速比 4.875，总重也是40吨，车轮也是295/80 R22.5
那么其最高档爬坡能力大约相当于 2.356%
1档爬坡能力相当于 22.11% ，推算的怠速起步能力，应该在18%左右

同样在国内限速在120kmh 纵坡为3%的高速公路上
可以保证用6档，转速1200rpm爬上 3.23%的坡度，根据卡车之家车速计算器，车速仅为48kmh
如果是千分之9的坡道，那么就只有很勉强的用3档，同样1200rpm最大扭矩转速下爬坡，车速17kmh

实际上，考虑到车辆磨损和风阻，一般只能用2档，为了简化计算，用同样的最大扭矩转速爬坡，车速只有10kmh，实际上考虑到日系车扭矩储备系数，估计可以以12kmh的速度爬上去

friedrich

通过分析可以发现，典型的日系车大排量自然吸气加少档位变速箱的配置，就是见坡即死