Автоматическая трансмиссия Dynaflow: История и особенности (1947-1963)

Введение

Автоматическая коробка передач, производившаяся компанией Buick с 1947 по 1963 год.

Dynaflow – это зарегистрированное торговое наименование типа автоматической коробки передач, разработанной и производившейся подразделением General Motors Buick Motor Division с конца 1947 года до середины 1963 года. Dynaflow, который был впервые представлен в 1948 модельном году как опция для моделей Roadmaster, прошёл серьёзные испытания на ранних этапах разработки на самоходной артиллерийской установке M18 Hellcat, собранной на заводе Buick в городе Флинт во время Второй мировой войны. Он также использовался в концепт-каре Le Sabre 1951 года.

Оригинальная версия

Dynaflow – автоматическая коробка передач, использовавшаяся в различных модификациях в автомобилях Buick корпорацией General Motors с 1947 по 1963 год. Изначально трансмиссия использовала пятиэлементный гидротрансформатор с двумя турбинами и двумя статорами, а также планетарный редуктор, обеспечивавший две передачи вперед и одну заднюю. В обычном режиме вождения Dynaflow начинал движение на повышенной передаче (прямой привод), полагаясь на 3,1:1 коэффициент умножения крутящего момента гидротрансформатора, согласно Руководству по обслуживанию Buick 1963 года, для разгона автомобиля. Пониженная передача, включаемая через планетарный редуктор, могла быть активирована вручную и удерживаться до приблизительно , что улучшало ускорение. Dynaflow был по своей сути неэффективной конструкцией из-за полной зависимости от гидротрансформатора в нормальных условиях вождения. Усугубляла ситуацию конструкция с двумя статорами, которая расходовала больше энергии, чем более простые трехэлементные гидротрансформаторы, используемые в других автоматических трансмиссиях, таких как TorqueFlite от Chrysler. Множественные статоры увеличивали турбулентность внутри гидротрансформатора, даже при работе в режиме сцепления.

Обоснование конструкции

Во время эпохи Dynaflow многие уникальные инженерные особенности Buick ставили плавность хода выше большинства других целей проектирования и маркетинга. Конструкция Dynaflow, не имеющая переключений, была заметно более плавной, чем рывковые автоматические коробки передач, доступные в то время. Более того, задняя подвеска Buick с трубкой крутящего момента и "живой осью", включавшая жесткий карданный вал с единственным универсальным шарниром ("крестовиной") на переднем конце вала, по мнению многих, усиливала жесткость современных автоматических трансмиссий. Конструкция Dynaflow, не имеющая переключений, решала эту проблему в силовой передаче Buick. Задняя подвеска с трубкой крутящего момента была простой конструкцией, которая позволила Buick использовать мягкие витые пружины, в то время как конкуренты, включая компании из той же корпорации, использовали более жесткие листовые рессоры и заднюю подвеску типа Hotchkiss. Плавный, но неэффективный пятиэлементный гидротрансформатор Dynaflow, передававший мощность через прямой привод без переключений (плюс одну ручную "пониженную передачу" с передаточным числом 1,8:1), был концептуальной противоположностью Hydra Matic, используемой подразделениями GM Oldsmobile, Cadillac и Pontiac. Современная Hydra Matic, первая в мире успешная автоматическая трансмиссия крупносерийного производства, использовала простое двухэлементное гидромуфтовое сцепление — более эффективное устройство, чем гидротрансформатор, но не обеспечивающее умножения крутящего момента — для передачи мощности на полностью автоматическую четырехступенчатую планетарную коробку передач. Большое количество передач Hydra Matic компенсировало отсутствие гидротрансформатора за счет исключительно низкой первой передачи с передаточным числом 4:1. Другие современные автоматические коробки передач занимали промежуточное положение, используя два или три автоматических передаточных числа вместе с относительно простым трехэлементным гидротрансформатором. Трехэлементные гидротрансформаторы остаются стандартом и сегодня, хотя и стали более "компактными", эффективными и менее склонными к увеличению крутящего момента, даже несмотря на то, что количество дискретных передаточных чисел в современных автоматических коробках передач 21-го века продолжает увеличиваться до десяти. Двухступенчатые автоматические коробки передач с трехэлементными гидротрансформаторами были распространены на более доступных автомобилях того времени, а также в Chrysler PowerFlite, используемом во всей модельной линейке Chrysler Corporation до 1956 года.

During the Dynaflow era, many of Buick's unique engineering features ranked smoothness above most other design and marketing objectives. Dynaflow's non shifting design was demonstrably smoother than the rough shifting automatics then available. Moreover, Buick's torque tube "live axle" rear suspension design, which incorporated a rigid drive shaft with just one single universal joint ("U joint") at the front end of the driveshaft, was said to amplify the harshness of contemporary automatic shifting transmissions. Dynaflow's non shifting design addressed this characteristic of Buick's driveline. Torque tube rear suspension was a simple design that enabled Buick to use soft coil springs while its competitors, including its corporate cousins, used harsher, firmer leaf spring, Hotchkiss drive rear suspension. Dynaflow's smooth but inefficient five element torque converter which fed power through a non shifting direct drive (plus one manually selectable "Low gear" of 1.8:1) was the conceptual polar opposite from the Hydra Matic used by its sister GM divisions Oldsmobile, Cadillac and then Pontiac. The contemporary Hydra Matic, the world's first large scale successful automatic transmission, used a simple two element fluid coupling — a more efficient device than a torque converter but which provided no torque multiplication — to feed power to its fully automatic four speed planetary gearbox. Hydra Matic's high number of gear ratios for the day compensated lack of a torque converter by including an exceptionally low first gear of 4:1. Other contemporary automatics followed the middle ground by using two or three automatic shifting gear ratios along with a relatively simple three element torque converter. Three element torque converters continue to be the norm — albeit "tighter", more efficient and less torque multiplying torque converters — even as the number of discrete gear ratios in modern 21st Century automatics continues to increase to as many as ten. Two speed automatics with three element torque converters were common for lower priced cars of the day and in the Chrysler PowerFlite as used in the entire Chrysler Corporation lineup through 1956.

Выступление

Неэффективность Dynaflow принесла Buick репутацию "прожорливого" автомобиля, даже по сравнению с тяжелыми, мощными роскошными машинами 1950-х и начала 1960-х годов. Но в то время бензин был дешев, а об экологических выбросах никто не беспокоился, и Buick считались автомобилями высокого класса, поэтому репутация "прожорливого" не была серьезным препятствием для продаж. Ручное "переключение вниз" от прямого привода в диапазоне “Drive” к диапазону 1.8:1 “Low” позволяло мощным двигателям Buick обеспечивать очень хорошее ускорение, хотя частое "переключение вниз" серьезно снижало надежность трансмиссии. Пожалуй, "семейному автомобилю" Buick не повезло бы во время еженедельных "пятничных свиданий" сына-подростка. Обороты двигателя, казалось, больше зависели от положения педали акселератора, чем от фактической скорости автомобиля. Полное нажатие на педаль акселератора (“в пол”) приводило к резкому подъему оборотов двигателя (даже при отсутствии автоматического понижения передачи и разблокировки гидротрансформатора). По мере ускорения автомобиля обороты продолжали расти, но уже в несоразмерно меньшей степени. Еще более странно, что ручное переключение вниз (см. выше) при уже полностью нажатой педали газа не увеличивало обороты пропорционально изменению передаточного числа на 1.8:1. Ощущения от работы Dynaflow были схожи с ощущениями от вариатора (CVT), хотя современные электронно-управляемые CVT решают эту проблему зависимости оборотов двигателя от положения дроссельной заслонки, искусственно вставляя ступенчатые изменения передаточного числа вместо действительно непрерывного изменения, чтобы имитировать более привычные для водителя переключения передач.

1953 перепроектирование

В 1953 году компания Buick переработала Dynaflow, назвав его "Twin Turbine Dynaflow". Преобразователь теперь включал в себя две турбины и планетарный ряд передач с одним реактором. Первая турбина была соединена с зубчатым венцом, а вторая – с планетарными шестернями, что обеспечивало увеличение крутящего момента в 2,5:1, которое теперь было частично механическим. Это привело к повышению эффективности, особенно на высоких скоростях, и улучшению динамических характеристик без ущерба для фирменной плавности хода. В 1955 году Buick также внедрил реактор с изменяемым шагом для большей гибкости. Несмотря на то, что эти изменения улучшили общую производительность и эффективность трансмиссии, Dynaflow все еще уступал другим конструкциям, использующим трехэлементные гидротрансформаторы с автоматическим переключением передач.

1956 перепроектирование

В 1956 году в гидротрансформатор был добавлен второй статор, расположенный на внешнем диаметре турбин. Это обеспечило коэффициент усиления крутящего момента 3,5:1, что сделало характеристики сопоставимыми с другими автоматическими трансмиссиями того времени. Эта конструкция использовалась до прекращения производства Twin Turbine Drive в 1963 году. Однако производство Triple Turbine было остановлено в конце 1959 модельного года, оставив оригинальную Dynaflow Twin Turbine единственной доступной автоматической трансмиссией для полноразмерных автомобилей Buick.

1958 перепроектирование

Окончательная версия появилась в 1958 году и включала три турбины, которые Buick назвала Flight Pitch Dynaflow. Компания Buick установила эту трансмиссию в стандартную комплектацию своих топовых моделей Roadmaster 75 и Limited, а для всех остальных она предлагалась как опция. Эта версия была доработана в 1959 году и переименована в Triple Turbine, но предлагалась только как опция для всех моделей (Buick отказался от названия "Dynaflow" после 1958 года). Этот агрегат был схож с Twin Turbine, но имел статор с переменным шагом, который увеличивал коэффициент умножения крутящего момента до 3:1. Статорный элемент гидротрансформатора имеет два положения лопастей, управляемых водителем через педаль акселератора для обеспечения "передачи для обгона" и повышенной отзывчивости на любой скорости при интенсивном нажатии на педаль газа. В нормальном режиме вождения лопасти статора установлены под углом "круиз", что обеспечивает повышенную эффективность и отзывчивость при легком нажатии на педаль газа. При открытии дроссельной заслонки угол наклона лопастей статора гидравлически изменяется на "угол производительности", что позволяет гидротрансформатору достичь провала крутящего момента на 1000 об/мин выше, чем в режиме "круиз". В этой ситуации масло перенаправляется на воздействие на следующую понижающую приводную турбину, что эффективно снижает передаточное число и позволяет оборотам двигателя возрастать до скорости, при которой достигается максимальная мощность. Несколько отличительных особенностей: более ранняя модель Twin Turbine была оснащена задним насосом, что позволяло запустить автомобиль "с толкача" (в то время это считалось преимуществом). Кроме того, Twin Turbine позволяла включать пониженную передачу до , и имела селектор передач с обозначениями P N D L R. В отличие от нее, агрегат Triple Turbine не имел заднего насоса и не мог быть запущен "с толкача". Он позволял включать пониженную передачу до , и имел селектор передач с обозначениями P R N D G (где "G" обозначало "торможение на спуске"). Функция торможения на спуске не была предназначена для использования в качестве пониженной или прямой передачи для ускорения и предназначалась только для использования на длинных спусках для создания определенного уровня торможения двигателем. Производство Triple Turbine было прекращено после 1959 года из-за технических проблем и низких продаж, и только Twin Turbine производилась до 1963 года. В конце 1950-х годов подразделение Buick компании GM сотрудничало с Darby Buick из Сарасоты, штат Флорида, для изучения потенциального использования трансмиссии Dynaflow в морских целях. Испытательная лодка была 21-футовой Correct Craft. Двигатель был 364 CID Buick с четырехкамерным карбюратором Rochester мощностью около 300 л.с. Лодка могла развивать скорость около 60 миль в час (96 км/ч), что было весьма значительно для того времени, но трансмиссия имела две проблемы. Во-первых, крутящий момент на заднем ходу был чрезмерным, хотя это можно было бы смягчить, используя другие передаточные числа. Во-вторых, режим "Парк" в автомобиле требовал полной остановки трансмиссии. Без заблокированных колес автомобиля было сложно перевести трансмиссию в эквивалент режима "Парк".

A final version appeared in 1958 incorporating three turbines that Buick named the Flight Pitch Dynaflow. Buick made this transmission standard on its top of the line Roadmaster 75 and Limited models and optional on all others. This version was further refined for 1959 and renamed the Triple Turbine but was offered only as an option on all models (Buick dropped the "Dynaflow" name after 1958). This unit was similar to the Twin Turbine, but had a variable pitch stator that increased converter's torque multiplication to 3:1. The stator element of the torque converter has two blade positions, controlled by the driver via the accelerator pedal to offer a 'passing gear' and extra response at any speed from heavy throttle application. In normal driving the stator blades are arranged at 'cruise' angle, with improved efficiency and response at light throttle. Opening the throttle changes the angle of the stator vanes hydraulically to 'performance angle', which permits the converter to achieve stall about 1000 rpm higher than in 'cruise'. In this situation oil is redirected to strike the next lowest drive turbine, which effectively lowers the drive ratio, and allows engine speed to flare to a speed where output is greatest. A few identifying features: the older Twin Turbine model was fitted with a rear pump, which meant the vehicle could be push started (considered desirable at the time). Also, the Twin Turbine would allow engagement of low gear up to , and had a shift quadrant that read P N D L R. In contrast, the Triple Turbine unit did not have a rear pump, and could not be push started. It would allow engagement of low gear up to , and had a shift quadrant that read P R N D G (where "G" stood for "grade retard"). The grade retard feature was not designed as a low or forward acceleration gear and was meant to be used only on long declines to generate a degree of engine braking. The Triple Turbine was cancelled after 1959 due to technical problems and poor sales with only the Twin Turbine being produced until 1963. In the late 1950s the Buick division of GM collaborated with Darby Buick of Sarasota, Florida to investigate potential marine uses of the Dynaflow transmission. The test boat was a 21 foot Correct Craft. The engine was a 364 CID Buick with a four barrel Rochester carburetor of nominal 300 gross hp. The boat could attain a speed of about 60 mph (96 km/h), which was considerable for the time, but the transmission suffered from two problems. First, the torque in reverse was excessive, although this could have been alleviated with different gear ratios. Second, the state of "Park" in a car necessitated a stopped drivetrain. Without the locked in place tires of a car, it was difficult to put the transmission into the equivalent of "Park."

Прекращение

В 1964 году выпуск Dynaflow был прекращен в пользу более эффективных двухступенчатых и трехступенчатых трансмиссий Super Turbine 300 и Super Turbine 400, при этом Super Turbine 400 являлось торговой маркой Buick для Turbo Hydramatic. Одна из особенностей Dynaflow – статор гидротрансформатора с изменяемым шагом, неофициально называемый "Switch Pitch", сохранилась в версиях Turbo Hydramatic (Super Turbine 400), устанавливаемых на полноразмерные Buick, Oldsmobile и Cadillac, выпускавшиеся с 1965 по 1967 год, а также на Buick Super Turbine 300 и Oldsmobile Jetaway с 1964 по 1967 год.

Кадиллак Дайнафлоу

В начале 1950-х годов автомобили Cadillac обычно комплектовались автоматическими коробками передач Hydramatic. В 1953 году завод General Motors по производству Hydramatic сгорел дотла, лишив Cadillac поставщика трансмиссий. Трансмиссии Buick Dynaflow были в спешке адаптированы к точкам крепления Cadillac, и примерно 19 000 автомобилей Cadillac Series 62 1953 года выпуска, а также около 28 000 Cadillac всех моделей, были оснащены трансмиссиями Dynaflow. Несколько тысяч Oldsmobile 1953 года также были оснащены Dynaflow.