Одним из основных источников вибрации является коленчатый вал, «хребет двигателя»: любой его дисбаланс сказывается на работе двигателя и автомобиля в целом. Научно-исследовательский центр General Motors в начале 1920-х годов приступил к решению проблемы балансировки двигателей. В 1924 году мы разработали первый станок по балансировке коленчатых валов и впервые применили его при производстве двигателей автомобилей Cadillac. Этот станок теперь используется во всем мире, но тогда это была эксклюзивная разработка General Motors, что позволило нам надолго стать лидером отрасли в области балансировки двигателей. Как и в случае с другими нашими передовыми разработками, мы наладили продажу этого оборудования другим производителям двигателей. Точная балансировка стала важным шагом для уменьшения износа и снижения опасности разрушения всей конструкции автомобиля. Она также способствовала более быстрому увеличению мощности и скорости вращения практически всех создаваемых нами двигателей.
Чем больше мы узнавали о детонации, тем ближе мы подходили к двигателям с высокой степенью сжатия. Со степеней сжатий «четыре к одному», которые практиковались в начале 1920-х годов, мы пришли к степеням сжатия «десять к одному» и более. Разработка топлива и двигателей проходила скачкообразно: двигатель с более высокой степенью сжатия требовал более качественного топлива, а наличие более качественного топлива стимулировало производство более эффективных двигателей. По настоянию автомобилестроителей инженеры нефтяной отрасли разработали виды топлива с более высоким октановым числом. Чтобы содействовать разработке топлива с более высоким октановым числом, General Motors предоставила коллегам из нефтяной отрасли большое количество двигателей для испытаний.
Таким образом, изобретение тетраэтилсвинца и высокооктановых видов топлива создали условия для совершенствования двигателя внутреннего сгорания в долгосрочной перспективе.
Разработка коробки передач
Полагаю, всем известно, что назначение коробки передач – передавать мощность двигателя на колеса автомобиля, и что она позволяет изменять соотношение скоростей двигателя и колес. Мощность, развиваемая двигателем, зависит от нескольких факторов, но главным образом – от частоты вращения коленчатого вала двигателя. На старых машинах с небольшой мощностью это было наглядно видно при движении в гору. Для получения необходимой мощности обычно требовалось существенно увеличить частоту вращения двигателя и перейти на более низкую передачу. В 1920-х годах ручное переключение передач, обычно через трехступенчатую коробку, как правило, сопровождалось существенным толчком, если только водитель не был достаточно искусным.
С момента основания научно-исследовательского центра General Motors в 1920 году коробки передач заняли важное место в его работе. Поначалу мы сосредоточились на электрических передачах разных типов, поскольку значительная часть первого состава инженеров имела электротехническое образование. Был разработан электрический привод, и один из его вариантов некоторое время мы применяли на автобусах General Motors. Электрическая передача, которая была испытана на очень раннем этапе автомобилестроения (на легковых автомобилях Columbia и Owen-Magnetic), в конечном итоге стала в основном применяться на крупных транспортных средствах. Эта особая форма трансмиссии используется сегодня на наших дизельных локомотивах.
С 1923 года интерес нашего научно-исследовательского подразделения к электрическим передачам для легковых автомобилей начал падать. Мы занялись автоматическими коробками передач, в том числе коробками «бесступенчатого» типа. Такие трансмиссии позволяли осуществлять переключение скоростей в непрерывной последовательности, в отличие от фиксированных шагов в стандартной коробке передач. Также мы рассматривали коробки ступенчатого типа, имеющие фиксированное количество скоростей, но они переключались автоматически. Уже в середине 1920-х годов в круг наших интересов попали полностью автоматические коробки передач, где использовалась трансмиссия гидравлического типа с лопастными турбинными колесами. Большинство общих принципов конструкции полностью автоматических коробок передач были нам известны – мы тщательно их исследовали еще пятнадцать лет до того, как их стали устанавливать на серийные автомобили.
В конце 1920-х годов General Motors разработала механическую коробку с синхронизатором, которая позволяла практически любому водителю переключаться с одной скорости на другую без толчков и ударов в редукторе.
Эта значимая новинка была внедрена в производство на предприятии Cadillac в 1928 году, а затем ее переняли инженеры других автомобильных подразделений General Motors. После усовершенствований мы запустили это изделие в крупносерийное производство на нашем старом предприятии Muncie Products. К 1932 году мы устанавливали коробки передач с синхронизатором на все выпускаемые General Motors модели легковых автомобилей Chevrolet.
К 1928 году наше научно-исследовательское подразделение разработало автоматическую коробку, которая устроила всех: трансмиссия бесступенчатого типа с использованием механического принципа передачи усилия через трение «сталь по стали», как в шарикоподшипнике. Эту трансмиссию мы поручили сконструировать подразделению Buick, поскольку у нас на тот момент не было собственной инженерной службы. Они изготовили и испытали множество образцов, и в 1932 году, наконец, мы запустили этот тип трансмиссии в производство. Однако, несмотря на все наши усилия, мы так и не смогли устранить все возникшие проблемы, поэтому эта коробка передач не получила массового распространения – ее никогда не устанавливали на серийные автомобили General Motors, хотя многие экспериментальные образцы мы опробовали на наших испытательных моделях автомобилей. Конечно, хорошо, что мы изучили все особенности, присущие бесступенчатым коробкам передач, однако оказалось, что применение столь специфического типа взаимодействия «сталь по стали» не решало проблему. Я был убежден, что такая коробка окажется слишком дорогой и лучше отказаться от ее применения для наших автомобилей.
Наши исследователи и инженеры продолжали работать над различными типами автоматических коробок передач. К 1934 году группа инженеров из подразделения Cadillac вплотную подошла к созданию первой массовой автоматической коробки передач Hydra-Matic для легковых автомобилей, которая стала прообразом современной автоматической трансмиссии. Эта группа была создана в инженерной службе корпорации в конце 1934 года, затем ее преобразовали в группу по разработке коробок передач. Они занимались трансмиссией ступенчатого, а не бесступенчатого типа, однако она автоматически переключалась под действием крутящего момента, как и все современные автоматические приводы. (Момент – это сила вращения, передаваемая двигателем на вал привода.) Эта группа инженеров также подготовила планы производства таких устройств с различными типоразмерами, предназначенными для использования их на разных моделях автомобилей General Motors в зависимости от мощности и требований к нагрузке.
Был изготовлен ряд пилотных моделей, которые передали инженерам Oldsmobile для испытаний. На протяжении 1935 и 1936 годов автомобили, на которых были установлены различные экспериментальные изделия, накатали тысячи миль – от одного побережья Соединенных Штатов до другого. В 1937 году такие полуавтоматические коробки передач мы стали устанавливать на автомобили Oldsmobile и Buick (1938 года выпуска) (в полуавтоматической коробке передач имеется несколько ступеней переключения, одну или несколько из которых можно выбрать вручную, а одна или более выбираются автоматически.) Эти коробки, которые производило подразделение Buick, все еще требовали использования педали сцепления при запуске и останове. Вскоре наши инженеры обнаружили, что от сцепления и педали можно отказаться за счет использования гидромуфты, встроенной в коробку передач. Такая возможность и разработка полнофункциональной системы автоматического управления привели к созданию трансмиссии Hydra-Matic, которую начало выпускать вновь созданное подразделение Detroit Transmission. Выпуск трансмиссии был анонсирован в октябре 1939 года, и ее впервые установили на автомобиль Oldsmobile 1940 года выпуска. Далее новую трансмиссию применило подразделение Cadillac в своих моделях выпуска 1941 года.
Между тем инженеры подразделения GMC Truck & Coach разрабатывали другой тип автоматической коробки передач – так называемый преобразователь крутящего момента на базе гидротурбины. Такие устройства имели несколько колес с лопастями, причем лопасти устанавливали под такими углами, что одно колесо, непосредственно приводимое во вращение двигателем, могло направлять объем жидкости на второе колесо, соединенное с выходным валом, тем самым передавая на этот вал вращающее усилие. Также предусматривались дополнительные колеса с лопастями, изменяющие характер потока жидкости и, таким образом, влияющие на разность скоростей между двигателем и выходным валом (другими словами, передаточное число). При этом переключение скоростей происходило очень плавно.
Конструкцию гидравлического преобразователя крутящего момента (гидротрансформатора), с которым инженеры General Motors работали поначалу, придумали в Европе. Было разработано устройство, которое наилучшим образом соответствовало эксплуатационным стандартам для американских автобусов. Мы впервые начали использовать такую трансмиссию в 1937 году на своих автобусах, и вскоре она получила широкое распространение. Накануне вступления США во Вторую мировую войну, в октябре 1941 года, наша группа по разработке коробок передач решала задачу адаптации гидротрансформатора к легковым автомобилям.
Когда США вступили в войну, мы приостановили разработку автоматических коробок передач для легковых автомобилей. Однако для применения автоматических коробок передач открылось новая обширная область. Водителей легковых автомобилей автоматическая коробка передач привлекала удобством и простотой в эксплуатации – при вождении не приходилось задумываться о переключении скоростей. Что касается автобусов, грузовиков, танков, тракторов и других крупных транспортных средств военного применения, то здесь автоматические трансмиссии необходимы для обеспечения плавности хода. Уже в 1938 году военные инженеры убеждали нас заняться разработкой трансмиссий для больших машин, таких как танки М-3 и М-4. На тот момент ими управляли при помощи рычагов, и в ряде случаев водителю для переключения передачи приходилось отпускать один из рычагов управления. Кроме того, скорость машины в момент переключения передачи могла резко упасть и привести к остановке двигателя. Неподвижная машина превращалась в отличную мишень.
Я пошел против распространенного среди экономистов мнения о том, что после войны экономике грозит кризис.
Инженерная группа по разработке коробок передач сконструировала для таких танков мощную трансмиссию Hydra-Matic. Однако военные планировали выпуск тяжелых танков, оснащенных более мощными орудиями и имеющих более толстую броню. Для них мы изучали возможность применения гидротрансформатора. Вскоре после вступления США в войну мы создали пилотную модель гидротрансформатора, которая решала проблему сохранения движения при изменении соотношения между скоростью двигателя и скоростью транспортного средства. В годы Второй мировой войны подразделения General Motors произвели большое количество таких трансмиссий.
Корпорации также принадлежит авторство специализированной танковой трансмиссии и системы управления, известной как поперечная передача. Она позволяет водителю более точно и с относительно небольшими усилиями управлять машинами массой более пятидесяти тонн, а также рулить, тормозить и автоматически переключать скорость при помощи сервоприводов. Такие приводы с поперечной передачей используются в самоходных артиллерийских установках, амфибиях, тяжелых грузовиках и других транспортных средствах большой массы. Мы продолжили разработки в этой области и после войны.
В послевоенный период инженерная служба приступила к программе адаптации гидротрансформатора к легковым автомобилям. Программа имела успех, ее результатом стало появление моделей автомобилей Buick Dynaflow в 1948 году и Chevrolet Powerglide в 1950 году. Модель Dynaflow стала первым серийным автомобилем с гидротрансформатором для легковых автомобилей.
Таким образом, к 1948 году после долгих лет исследований и инженерных разработок General Motors предложила для массового применения две различные модели полностью автоматических коробок передач (Hydra-Matic и гидротрансформатор), которые было выгодно ставить даже на недорогие автомобили. С самого начала покупатели оценили автоматические коробки передач во всех наших моделях автомобилей – и активно голосовали кошельком. Другие производители автомобилей по мере возможности также использовали подобные устройства в своих машинах, и в некоторых случаях автоматические коробки передач изготавливала для них компания General Motors. Если говорить о моделях 1962 года, то около 74 % всех легковых автомобилей, продаваемых в США, включая автомобили General Motors, были оснащены автоматическими коробками передач. Из легковых автомобилей General Motors автоматическую коробку передач имеют 67 % автомобилей Chevrolet, 91 % автомобилей Pontiacs, 95 % автомобилей Buicks, 97 % автомобилей Oldsmobile и 100 % автомобилей Cadillacs. За 1962 год в отрасли было произведено порядка 5 млн автоматических коробок передач, из которых около 2,7 млн были установлены на автомобили General Motors. Так это устройство, которое поначалу считалось экзотическим, стало неотъемлемой частью американского автомобиля.
ebooksa