自从1886年卡尔苯次发明汽车后,内燃机就开始进入了人类交通工具的舞台,卡尔苯次在发明蒸汽机车的时候,他并没有为汽车匹配变速箱,所以变速箱不是和汽车发明的时候一起出现的。直到1904年,一款通过手动操控滑动齿轮的变速器出现在了汽车上,变速箱至此进入汽车舞台。
汽车百年历史上,无论蒸汽机还是内燃机,都需要燃烧燃料来驱动发动机做功,进而驱动汽车行驶。但内燃机有个无法弥补的缺点,就是输入的转速和扭矩并不能保持一致。车辆在起步时,需要力量来驱动;在高速匀速行驶时,只要一小部分力量来平衡阻力即可;单凭发动机无法完成这种需求。在加入变速箱后,改变发动机的转速和扭矩,适应车辆在各种情况下的需求。
发动机输出特性并不能适用汽车的需求
那变速箱到底有什么作用呢?变速箱的核心三大作用:1.改变发动机扭矩和转速,使其满足车辆在动力和转速上的需求;2.提供倒档,因为发动机只能向单侧选择;3.提供空挡,发动机在运转时会一直转动,使发动机能怠速运转。
变速箱为车辆提供空挡和倒挡,是变速箱的基本作用。最核心的作用,还是通过改变发动机转速和扭矩,使其能满足车辆行驶的需求。变速箱是如何改变发动机扭矩和转速的呢?
在车辆起步时,汽车需要的是高扭矩低转速,而这时的发动机处于低转速状态,发动机产生的扭矩也比较低。此时发动机提供的动力不足以满足汽车的起步需求。有了变速箱,可以通过变速箱把发动机的转速降低,与此同时降低转速后经过变速箱输出的扭矩却增了,这就能为汽车起步提供足够的动力。例如发动机每转5圈,变速箱变速后只转1圈,那转速降低5倍后,相应的扭矩就增大了5倍(不考虑损失的情况下),变速箱的作用就体现出来了。
在车辆高速行驶时,汽车需要的是低扭矩高转速。发动机自身在提高转速的同时扭矩也相应增大,此时汽车并不需要太大的扭矩。例如发动机每转5圈,变速箱变速后可以输8出圈,那提供给汽车的转速增加了,而且扭矩减小了,使得发动机和汽车都能适合当前工况工作。
为了适应汽车的各种工况,变速箱可以提供多个变速箱档位,大家耳熟能详的4速、5速、6速、7速、8速、无级变速等就是这样产生的。档位越高,变速箱输出后的转速越高、扭矩越低,对应的汽车行驶速度越高,牵引力越小。
现在的变速箱主要有AT、DCT、CVT、AMT、MT等,他们各有优缺点,正所谓存在即合理。但在可预见的未来,变速可能箱会退出汽车的舞台,因为电动车无需使用变速箱,电动机可以把驱动力直接输入到轮胎上,无需考虑转速和扭矩这些情况。变速箱是在人们发现发动机的缺点后再发明的,就是说变速箱只是为了解决发动机的不足而存在,当发动机也不存在时,变速箱也不会存在了。
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