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Sep 04, 2023

Innenachsübersetzungen: Detaillierte Beschreibung der Downspeeding-Optionen

Jeder Straßen-Lkw, den Sie heute spezifizieren, wird wahrscheinlich bis zu einem gewissen Grad mit einer Geschwindigkeitsreduzierung ausgestattet sein

Jeder Straßen-Lkw, den Sie heute spezifizieren, wird wahrscheinlich bis zu einem gewissen Grad über ein Downspeeding verfügen. Die Quellen in dieser Geschichte stimmen alle darin überein, dass die meisten Lkw heute schnellere Gänge auf der Straße haben. Dieser Trend wird durch die zunehmende Innovation und Integration des Antriebsstrangs vorangetrieben, wobei automatisierte Schalt- und Automatikgetriebe eine Schlüsselrolle bei der kontinuierlichen Suche nach verbesserter Kraftstoffeffizienz spielen.

„Die Weiterentwicklung der Getriebe- und Motorkonstruktionen hat den Betrieb im kraftstoffeffizienten Drehzahlbereich bei Reisegeschwindigkeit ermöglicht“, erklärte Karl Mayer, Leiter Produktlinienmanagement, Hinterachsen, Nordamerika bei Meritor. „Schnellere Übersetzungsverhältnisse werden auch durch den Einsatz automatisierter Schaltgetriebe und Drehmomentkontrollen am Motor unterstützt. Darüber hinaus werden künftig höhere Kraftstoffpreise und anstehende Treibhausgasanforderungen für 2020 und darüber hinaus die Nachfrage nach Downspeeding erhöhen.“

Bevor wir uns mit den Downspeeding-Details befassen, stellen wir sicher, dass wir im gleichen Gang sind. Das Downspeeding des Motors wird durch schnellere Achsübersetzungen ermöglicht, die es dem Motor ermöglichen, eine niedrigere Drehzahl beizubehalten – und so Kraftstoff zu sparen – und gleichzeitig der Achse weiterhin die erforderliche Leistung zuzuführen.

Achsübersetzung wird als Verhältnis geschrieben, beispielsweise 2,16:1 im Fall von Detroits schnellstem Direktantriebs-Achsübersetzungsangebot. Aber was bedeutet 2,16:1? Das Verhältnis ist einfach die Anzahl der Zähne am Zahnkranz dividiert durch die Anzahl der Zähne am Ritzel. Beispielsweise könnte ein Übersetzungsverhältnis von 2,16 41 Zähne am Zahnrad und 19 Zähne am Ritzel haben: 19/41 = 2,159 Übersetzung. Damit alles funktioniert, muss das Getriebe auf die Motordrehzahl abgestimmt sein und eine Achse muss dafür bereit sein; Schnellere Übersetzungsverhältnisse ermöglichen es dem Motor, trotz niedrigerer Motordrehzahl die am Radende benötigten 200 PS aufrechtzuerhalten. Im Wesentlichen ist Downspeeding eine Funktion der Achsübersetzung und nicht der Achskonfiguration.

Bei der Spezifikation Ihres Antriebsstrangs müssen Sie sicherstellen, dass Sie das richtige Übersetzungsverhältnis für die Anwendung anfordern.

„Wenn ein Kunde das falsche Verhältnis für seine Anwendungen angibt, können die Folgen von schlechter Leistung bis hin zu geringeren als erwarteten Kraftstoffeffizienzsteigerungen reichen“, sagte Kelly Gedert, Managerin für Antriebsstrang- und Komponentenmarketing bei Daimler Trucks North America. „Der Grad der erzielten Kraftstoffeffizienz wird von mehreren Faktoren beeinflusst und kann stark variieren. Wenn ein Kunde den richtigen abgesenkten Antriebsstrang für seine Anwendung spezifiziert und über Fahrer verfügt, die sich mit der korrekten Funktionsweise dieser Antriebsstränge auskennen, insbesondere mit der Verwendung des Tempomaten, Dann besteht eine gute Chance, dass die Effizienzverbesserungen maximal ausfallen. Umgekehrt führt die Spezifikation des falschen heruntergeregelten Antriebsstrangs für die Anwendung und der Fahrer, der das Fahrzeug ineffizient betreibt, zu weniger als erwarteten Verbesserungen der Kraftstoffeffizienz.“

Es gibt zwei Arten des Downspeeding: aggressives mit Direktantriebsgetriebe (Übersetzungsverhältnisse von 2,15–2,47/2,64) und etwas schnelleres Übersetzungsverhältnis mit Overdrive-Getrieben.

„Aggressives Downspeeding sollte auf Langstreckenkunden beschränkt werden, die 80 bis 90 % in den oberen beiden Gängen verbringen und zwischen den Stopps mindestens 30 Meilen zurücklegen müssen“, sagte Mayer von Meritor. „Etwas schnellere Übersetzungsverhältnisse mit Overdrive-Getrieben sind vielseitiger bei Anwendungen wie Linientransporten, Regional- und Stadtlieferungen mit Übersetzungsverhältnissen zwischen 2,64 und 4,11.“

Es gibt keine Abkürzung für die Auswahl des richtigen Verhältnisses und es hängt von den Variablen innerhalb Ihrer Arbeitszyklen ab. Anwendungen außerhalb von Fernstraßen auf Autobahnen würden im Allgemeinen nicht von den Effizienzgewinnen des Downspeedings profitieren.

„Es gibt auch Einschränkungen aufgrund der Start- und Steigfähigkeitsanforderungen“, betonte Patrick Dean, Chefingenieur von Kenworth. „Zum Beispiel können Anwendungen mit schwereren Lasten möglicherweise von verringerten Motordrehzahlen auf der Autobahn profitieren, aber nicht die gewünschte Leistung erreichen. Alternativ gilt das auch, wenn der Lkw nicht in den höchsten Gang kommen und dort bleiben kann.“ ein No-Go für Downspeeding. Letztlich kommt es auf die Motordrehzahl an. Fahrzeuggeschwindigkeit, Reifengröße, Getriebegang und Hinterachsübersetzung bestimmen die endgültige Motordrehzahl.“

„Achsübersetzungen werden nicht isoliert ausgewählt“, begann Steve Slesinski, Leiter der Produktplanung für den Nutzfahrzeugmarkt bei Dana Inc. „Wir arbeiten eng mit Lkw-Herstellern zusammen, um sicherzustellen, dass Motor, Getriebe, Antriebswelle und Achsen einwandfrei funktionieren.“ abgestimmte, integrierte Einheit, um die spezifische Leistung zu liefern, die für jede bestimmte Anwendung erforderlich ist.

„Für Straßen-Lkw im Fernverkehr“, fuhr er fort, „erfordern Direktantriebsgetriebe die niedrigsten numerischen Übersetzungsverhältnisse. Overdrive-Getriebe mit Small-Step-Technologie ermöglichen eine zusätzliche Reduzierung der Geschwindigkeit im Overdrive und Effizienz im Direktantrieb, um den Motor auf verschiedenen Autobahnen im Spitzenbereich zu halten.“ Geschwindigkeiten.“

Laut Slesinski liegen die Achsübersetzungsbereiche von Lkw der Klasse 8, die die meiste Zeit mit Reisegeschwindigkeit auf der Autobahn unterwegs sind, üblicherweise zwischen 2,26 und 3,36:1, je nach Einschaltdauer, Geschwindigkeit und Getriebetyp. Die Achsübersetzungen für Schwerlastanwendungen auf der Autobahn liegen zwischen 3,08 und 4,10:1. Natürlich ist es wichtig, dass Sie mit Ihrem OEM und den Lieferanten Ihrer Wahl zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass Sie das richtige Verhältnis für Ihre Anwendungen auswählen.

„Wenn eine Flotte einen neuen Lkw mit einer Konfiguration ausstattet, die das Downspeeding des Motors unterstützt“, sagte er, „ist eine gute allgemeine Annahme, dass sie pro 100 U/min, die der Motor zu einem bestimmten Zeitpunkt verlangsamt wird, eine Steigerung der Kraftstoffeffizienz um 1 % erreichen können.“ Arbeitsgeschwindigkeit."

„Der Prozentsatz der Kraftstoffeffizienzsteigerung hängt davon ab, wie aggressiv der Kunde das Downspeeding anwendet, von der Anwendung und vom gewählten Verhältnis“, sagte Mayer von Meritor. „In einem herkömmlichen Szenario, in dem ein Lkw mit Reisegeschwindigkeiten von 1450 U/min bis hinunter zu 1125 U/min (effektiv eine Reduzierung um 300 U/min) betrieben wird, kann der Kunde mit einer Kraftstoffeffizienzsteigerung von etwa 3 % rechnen. Dies kann jedoch je nach Motor und Anwendung variieren Fahrzeug."

Die fortschrittlichen Motoren von heute sind das Herzstück der abgespeckten Optionen. Nehmen Sie zum Beispiel die PACCAR-Motorenpalette. Wesley Slavin, Marketingleiter für den Bereich On-Highway bei Peterbilt Motors Co., sagte, dass die PACCAR MX-13 und MX-11 flache Drehmomentkurven aufweisen und in der Lage sind, ihr Spitzendrehmoment bei viel niedrigeren Drehzahlen zu erreichen. „Dank dieser Funktion ist ein Downspeeding-Lkw in der Lage, eine gute Leistung und Startfähigkeit bei niedrigen Geschwindigkeiten aufrechtzuerhalten“, erklärte er. „Um die Geschwindigkeit bei Reisegeschwindigkeit mit einem niedrigeren Gang zu halten, muss bei wechselndem Straßengelände geschaltet werden.“

Hier kommen AMTs mit ihrer Fähigkeit ins Spiel, das Getriebe präzise zu steuern. „Für eine effektive Motorreduzierung muss der Motor hauptsächlich innerhalb seines maximalen Effizienzbereichs arbeiten, was im Allgemeinen mehr Gangwechsel im Getriebe erfordert, um einen bestimmten Drehzahlbereich aufrechtzuerhalten“, sagte Slesinski von Dana.

Wichtig ist auch die Integration von Antriebswelle und Verbindungsachse. „Schnellere Achsübersetzungen erfordern robustere Antriebswellen, um das zusätzliche Drehmoment zu bewältigen. Antriebswellen sind größer und schwerer geworden, um den Anforderungen gerecht zu werden“, erklärte Gedert aus Detroit.

Bei jeder Reduzierung der Motordrehzahl um 100 U/min, um Kraftstoff zu sparen, steigt das Drehmoment deutlich an, um die volle Leistung aufrechtzuerhalten. Bei seinen Tests von Achsanwendungen mit hohem Drehmoment stellte Dana fest, dass die Verringerung der Motordrehzahl bei Reisegeschwindigkeit von 1450 U/min für den typischen Motor auf 1125 U/min für einen abgesenkten Motor die Drehmomentbelastung im Antriebsstrang um 29 % erhöhte. Diese höheren Drehmomente belasten die Achse, die Antriebswelle und die Zwischenachswelle zusätzlich und verkürzen die Lebensdauer dieser Komponenten, insbesondere der U-Gelenke, erheblich.

„Wenn ständig mehr Drehmoment durch die Antriebswelle und die Achse geleitet wird, könnte dies zu vorzeitigem Verschleiß führen“, warnte Tom Bosler, Leiter der globalen Produktplanung für den Nutzfahrzeugmarkt bei Dana Inc. „Jeder OEM hat spezifische Anforderungen an die Drehmomentbewältigung Passend zur Achsübersetzung sollte die richtige Antriebswelle spezifiziert werden.“

Ebenso wie sich die Motoröle auf niedrigviskose Qualitäten verlagert haben, so hat sich auch die Achsenschmierung verändert. Letztes Jahr stellte Detroit sein Axle Lubrication Management (ALM)-System vor, das laut Gedert eine effizientere Nutzung der Achsschmierung und zusätzliche Verbesserungen des Kraftstoffverbrauchs ermöglicht, die ausschließlich auf die Achsen zurückzuführen sind.

Während der Einführung der 14X HE-Tandemachse von Meritor erläuterte Ken Hogan den Schmierstoffmanagementprozess von Meritor. „Der Hauptvorteil des Schmiermittelmanagementsystems besteht darin, dass es unserer Achse ermöglicht, den Schmiermittelstand zu senken, während sie sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt“, sagte er. „Es nimmt das Öl auf, lässt es durch einige Rohre laufen und leitet es an die Radenden weiter. Dort hält es es dann an Ort und Stelle, wodurch der Schmiermittelstand effektiv gesenkt wird, wodurch die Ölumwälzverluste aufgrund des verringerten Ölstands im Hauptölsumpf reduziert werden.“ . Die Reduzierung der Fluchverluste ist einer der Hauptfaktoren für den Effizienzgewinn.“

„Meritor hat einen Trend zu Schmiermitteln mit niedrigerer Viskosität festgestellt, was zu weniger Reibung und einer höheren Achseffizienz führt“, berichtete Mayer. „Diese Verringerung der Schmierstoffviskosität kann einer Verbesserung der Gesamteffizienz der Achse um 0,3 bis 0,5 % entsprechen. Schmierstoffhersteller müssen sich weiterhin auf die Entwicklung von Schmierstoffen konzentrieren, die Hitze standhalten und die gleiche Lebensdauer haben, um ein Ölwechselintervall von 500.000 Meilen oder vier Jahren zu ermöglichen.“ .

„Das richtige Achsschmiermittel kann die Wartungsintervalle verlängern, die Lebensdauer der Achse optimieren und Reibung und Drehverlust reduzieren“, stimmte Bosler von Dana zu. „Dana spezifiziert seine Achsen mit bestimmten Schmierstoffen, um die Ölwechselintervalle zu maximieren. Von Dana spezifizierte Schmierstoffe qualifizieren sich für ein anfängliches Wechselintervall für die Antriebsachsenschmierung von 500.000 Meilen. Wir spezifizieren auch synthetische Schmierstoffe, um die maximale Lebensdauer, Effizienz und Leistung aus der Achse herauszuholen.“

Darüber hinaus ist die Aufrechterhaltung des richtigen Schmierniveaus innerhalb der Achsen unerlässlich. Slavin von Peterbilt sagte, dass zu viel Öl zu einer übermäßigen Fluktuation führen und die Betriebseffizienz und den Kraftstoffverbrauch verringern könnte. „Die PACCAR 40K-Achse verfügt beispielsweise über ein internes Schmiersystem, das eine ordnungsgemäße Schmierung mit weniger Öl ermöglicht und so diese Planschverluste reduziert“, sagte er.

Noch vor wenigen Jahren wäre es undenkbar gewesen, dass sich die Achsübersetzungen künftig auf weniger als 2,0:1 beschleunigen würden. Heute stehen wir am Rande dieser Realität.

„Um die Drehzahl auf weniger als 2,0:1 zu senken“, begann Mayer von Meritor, „entwickeln Motoren- und Getriebelieferanten Produkte, die mit 900 U/min oder weniger laufen können und dennoch eine angemessene Leistung bieten. OEMs müssen sich auf die Weiterentwicklung und Tests auf Geräusche und Vibrationen konzentrieren.“ und Handling sowie die Auswirkungen eines höheren Drehmoments im gesamten Antriebsstrang. Allerdings haben OEMs von Meritor derzeit Anfragen nach Übersetzungsverhältnissen im Bereich zwischen 1,8 und 1,9, daher ist es wahrscheinlich, dass ein Verhältnis unter 2,0 früher als später kommen wird.“

Dies gilt insbesondere, da steigende Kraftstoffpreise und zusätzlicher gesetzgeberischer Druck OEMs und Zulieferer dazu zwingen werden, tiefer in das Downspeeding einzusteigen, um weitere Effizienzgewinne zu erzielen.

Slesinski von Dana sieht zwei Faktoren, die die Achsübersetzungen schneller vorantreiben werden: technische Fähigkeiten und finanzielle Machbarkeit.

„Auch Motor- und Getriebetechnologien spielen eine Rolle, und Dana verfügt über langjährige Kooperationspartnerschaften mit führenden Branchenzulieferern, um einen umfassenden Systemansatz zu verfolgen“, sagte er. „Motoren müssen in der Lage sein, mit einer niedrigeren Drehzahl zu laufen und gleichzeitig das Drehmoment bereitzustellen, das zum Vorwärtsbewegen des Fahrzeugs erforderlich ist. Die Lücke im Bereich zwischen Kupplungseingriff, Drehzahl und Reisegeschwindigkeit auf der Autobahn schließt sich. Sobald dies erreichbar wird und wir es automatisch können.“ Schaltgetriebe, um sicherzustellen, dass der Motor immer im optimalen Wirkungsgrad läuft, niedrigere Achsübersetzungen sind möglich.

„Andererseits wird eine breitere Akzeptanz der derzeit reduzierten Optionen zu einer beschleunigten Einführung führen“, schloss er. „Wenn sich die Flotten daran gewöhnen, mit einem Verhältnis von 2,26:1 zu fahren, wird die Branche alles daran setzen, nach unten zu gehen.“