Warum benötigen 5- und 6-Gang-Getriebe typischerweise unterschiedliche Übersetzungen?

tl;dr: Unterschiedliche Übersetzungen sind ein Feature, kein Bug. Einige Autos verwenden mehr Gänge zum Beschleunigen, andere verwenden sie für einen besseren Benzinverbrauch. Beides geht nicht.

Sollte der WRX bei 3300-3500 U/min nicht in der Lage sein, eine bessere Gasmeilenzahl zu erreichen, indem er die gleichen 5-Gang-Übersetzungsverhältnisse beibehält, während er einen zusätzlichen Gang hinzufügt, um die U/min auf 2800-3000 zu senken?

Sie haben den klassischen Kompromiss bei Übertragungen aufgedeckt. Wir möchten, dass sich die Drehbewegung des Motors in eine Drehbewegung der Räder verwandelt. Leider hat der Motor eine maximale Drehzahl (die rote Linie ist aus einem bestimmten Grund da).

Die Zahnräder im Getriebe sind eigentlich nur Multiplikatoren in der Drehzahlgleichung.

Zuerst ein Bild:

In diesem Bild können Sie sehen, dass das größere Zahnrad A (das vom Motor angetrieben wird) das kleinere Zahnrad B antreibt (das zum Drehen der Räder verwendet wird). Ja, ich weiß, dass es nach diesem Gang noch mehr Bits gibt, aber der Diskussion halber vergessen wir Achsantriebe usw.

In diesem Beispiel sehen Sie, dass jede Umdrehung von Zahnrad A zu zwei Umdrehungen von Zahnrad B führt. Dies entspricht einem Übersetzungsverhältnis von 1:2 oder 0,5. Wenn Sie diese Ausrüstung in Ihrem Auto hätten, könnten Sie mit sehr niedrigen Drehzahlen auf der Autobahn fahren (aber Sie würden niemals einen Hügel hinaufkommen!).

Um es noch einmal in Worten zu sagen:

Ein Gang mit niedrigem Übersetzungsverhältnis lässt die Autoreifen bei jeder Motorumdrehung nur wenige Male drehen. Ein hohes Verhältnis dreht das Auto mehrmals pro Motorumdrehung. So ermöglicht eine hohe Übersetzung am oberen Ende eine hohe Endgeschwindigkeit. Das bedeutet auch, dass der Motor bei Autobahngeschwindigkeit pro laufenden Meter Straße weniger dreht. Weniger Umdrehungen == weniger Benzinverbrauch pro Sekunde.

Hinweis: Manchmal werden Sie „kurze“ und „lange“ Gänge hören. Kurze Gänge sind die langsamen Gänge (mit hohen Übersetzungen) und lange Gänge sind für hohe Geschwindigkeiten (mit niedrigen Übersetzungen). Diese Umkehrung der Terminologie ist eine der großen Freuden beim Versuch, Übertragungen zu diskutieren.

Ein hohes Übersetzungsverhältnis hat jedoch einen geringeren mechanischen Vorteil. Das bedeutet, dass es schwieriger ist, das Fahrzeug zu beschleunigen (Reifen müssen sich schneller drehen, damit das Auto schneller fährt). Eine kraftstoffsparende Übersetzung ist auch keine lustige Übersetzung (weniger Reißverschluss).

Wenn Sie wirklich schnell beschleunigen möchten, können Sie durch Hinzufügen niedrigerer Übersetzungsverhältnisse (z. B. Sechsgang statt Fünfgang) länger bei einem höheren mechanischen Vorteil bleiben.

Wenn Sie sich jedoch auf Kraftstoffeffizienz konzentrieren, können Sie auch einen effektiven Fünfgang nehmen und einen wirklich niedrigen Gang für Autobahnkreuzfahrten einlegen. Dadurch werden Ihre mpg-Zahlen erhöht, aber es wird extrem keinen Spaß machen (Sie könnten sogar unter der Mindestdrehzahl liegen, die erforderlich ist, um den Turbo zu drehen).

Zurück zu den jeweiligen Fahrzeugen:

Wenn man sich die Übersetzungsverhältnisse zwischen WRX und STI ansieht, ist klar, dass der WRX einen niedrigen ersten und zweiten Gang hat, sodass Sie nur einmal schalten müssen, um 60 Meilen pro Stunde zu erreichen. Dies ist ein reiner Versuch, die 0-60-Zeit zu optimieren (Marketing. Seufz). Beim STI-Sechsgang sind die Übersetzungsverhältnisse der ersten fünf Gänge ziemlich gleichmäßig zwischen den Übersetzungsverhältnissen der ersten vier des WRX verteilt. Das bedeutet, dass der STI nicht das Gefühl hat, sich erstens und zweitens durchzuschlagen, durch das wir fünf Raser uns quälen müssen. Auch der sechste Gang des STI ist noch höher übersetzt als der fünfte Gang des WRX. Das Cruisen wird nicht so entspannt sein, aber Sie werden besser in der Lage sein, von 80 km/h auf eine höhere Zahl zu beschleunigen....

Die meisten Fahrzeuge haben nur einen einzigen Overdrive, bei dem der zweite bis letzte Gang ein Verhältnis von 1: 1 hat (oder etwas in der Nähe davon). Das Bemerkenswerte hier sind die Tremec 6-Gang-Getriebe (verwendet in Camaro, Viper, Corvette, Mustang und anderen), die den doppelten Overdrive haben.

Der Hauptzweck von mehr Gängen besteht darin, dem Fahrzeug zu ermöglichen, im Drehmoment-/PS-Bereich zu bleiben, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Mehr Gänge bedeuten, dass der Motor so eingestellt werden kann, dass er im kleineren Drehzahlbereich seine beste Leistung erbringt. Bei mehr Gängen kann der fragliche Drehzahlbereich beispielsweise eher von 1500 bis 2250 U / min als von 1000 bis 3000 U / min reichen (für den normalen Betrieb ... schließen wir hier temperamentvolles Fahren aus). Wenn der Hersteller auf die kleinere Reichweite abstimmt, kann er mehr aus dem Motor herausholen und gleichzeitig eine bessere Kraftstoffeffizienz beibehalten. Mit dem breiteren Bereich muss der Motor in der Lage sein, über den gesamten Bereich zu arbeiten, daher muss die Abstimmung angepasst werden.

Die meisten Fahrzeuge haben keinen doppelten Overdrive, da sie nicht das Drehmoment haben, um die Geschwindigkeit bei den niedrigeren Drehzahlen zu halten. Angesichts eines 4-Zylinder-Motors, der zwar eine große PS-Leistung bei höheren Drehzahlen hat, aber nicht das Drehmoment hat, das erforderlich ist, um ein Auto erfolgreich anzutreiben, wenn es mit 1500 U / min und über 70 km / h gefahren würde. Das Auto müsste entweder einen Gang heruntergelassen werden, um Platz zu schaffen, oder der Motor würde mit dem Fahrer geschleppt, der auf das Pedal drückt ... was den Zweck, überhaupt mehr Gänge zu haben, zunichte machen würde ... das heißt Kraftstoffverbrauch und Fahrbarkeit zu gewinnen.

Bei den meisten sportlich orientierten (und schwer zu ziehenden) Fahrzeugen besteht der Sinn eines zusätzlichen Getriebegangs darin, den Motor zwischen seiner Drehmomentspitze und seiner PS-Spitze am Laufen zu halten. Daher haben die meisten Fahrzeugmodelle, die Basismodelle sind, ein 5-Gang-Schaltgetriebe (oder 3-Gang-Automatik), während die sportlicheren oder Hochleistungsversionen mehr Gänge zur Auswahl haben.
Viele 6-Gang-Getriebe haben im Vergleich zu ihren 5-Gang-Pendants relativ ähnliche Übersetzungsverhältnisse im 1. (vielleicht etwas niedriger) und im 6. Gang (vielleicht etwas höher). Wenn Sie sich die Mühe machen möchten, können Sie die Achsübersetzung oder die Reifengröße ändern, um bei einer bestimmten Motordrehzahl etwas schneller zu fahren.

Semi-Trucks haben 10-18 Gänge, weil sie in der Lage sein müssen, genau die perfekte Drehzahl zu halten, um das maximale Drehmoment zu erreichen, und in der Lage zu sein, in den nächsten Gang zu schalten (während der Truck langsamer wird) und immer noch nahezu perfekt zu sein . Bei Halbgetrieben handelt es sich in der Regel um 2 hintereinander geschaltete Getriebe, und es wird sehr genau auf das Achsübersetzungsverhältnis geachtet, sodass beide Getriebe bei 60 km/h in einem 1:1-Gang sind und der Motor seine maximale Kraftstoffeffizienz erreicht . Jedes Mal die Leistung muss durch einen Satz von Gängen gehen, einige werden als Wärme verschwendet, und die meisten Getriebe in jedem Gang außer dem 4. müssen die gesamte Leistung durch ZWEI Sätze fließen. Jetzt multipliziert mit 2 Getrieben, und Sie können leicht 30% Ihrer Leistung verlieren (und damit Kraftstoffverbrauch)

Nur weil Ihr Motor nicht so schnell dreht, garantiert dies nicht, dass er kraftstoffsparender ist. Je mehr Drehmoment der Motor erzeugen muss, desto mehr Kraftstoff benötigt er normalerweise pro Luftvolumen, wodurch die Kraftstoffeffizienz verringert wird. und höhere Gänge verringern die Motordrehzahl, erhöhen jedoch die Belastung und beschleunigen auch nicht so schnell.

TANSTAAFL.. So etwas wie ein kostenloses Mittagessen gibt es nicht

Wenn Sie 20 Gänge haben, müssten Sie jeden Gang (Verhältnis) "kürzen", um den Gang, aus dem er stammt, und den Gang, in den er geht, "anzupassen".

So gehen Sie schneller durch "kleinere Gänge" (mehr Gänge).