Gearhead 101へようこそ—自動車の新人のために車がどのように機能するかの基本に関するシリーズです。
Art of Manlinessを読んでいるので、スティックシフトを運転する方法を知っています。しかし、ギアをシフトするたびにボンネットの下で何が起こっているか知っていますか？
いいえ？
さて、今日はあなたの幸運な日です！
ギアヘッド101のこの版では、マニュアルトランスミッションがどのように機能するかについての詳細を見ていきます。この記事を読み終える頃には、車両の駆動列におけるこの重要な部分についての基本的な理解が必要です。
袖をまくり上げて始めましょう。
注：トランスミッションの仕組みを読む前に、エンジンと駆動列の内外でギアヘッド101を確認することを強くお勧めします。
マニュアルトランスミッションの仕組みの詳細に入る前に、トランスミッションが一般的に何をするかについて話しましょう。
車のエンジンの仕組みに関する入門書で説明したように、車のエンジンは回転力を生み出します。車を動かすには、その回転力を車輪に伝達する必要があります。これが、トランスミッションが含まれている車の駆動列が行うことです。
ただし、内燃エンジンによって生成される出力にはいくつかの問題があります。まず、特定のエンジン速度範囲（この範囲はエンジンのパワーバンドと呼ばれます）内でのみ、使用可能なパワーまたはトルクを提供します。遅すぎたり速すぎたりすると、車を動かすのに最適なトルクが得られません。第二に、自動車は、エンジンがそのパワーバンド内で最適に提供できるトルクよりも多かれ少なかれトルクを必要とすることがよくあります。
2番目の問題を理解するには、最初の問題を理解する必要があります。そして、最初の問題を理解するには、エンジンの速度の違いを理解する必要があります。 およびエンジントルク 。
エンジン速度は、エンジンのクランクシャフトが回転する速度です。これは、1分あたりの回転数（RPM）で測定されます。
エンジントルクとは、特定の回転速度でエンジンがシャフトに発生するねじり力のことです。
自動車整備士は、エンジン速度とエンジントルクの違いを理解するためにこの素晴らしい例えを与えました：
あなたがエンジンで、壁に釘を打ち込もうとしていると想像してみてください：
速度=1分間にネイルヘッドを叩く回数。
トルク=毎回釘を打つ強さ。
前回釘を打っていた時のことを思い出してください。非常に速くハンマーで叩いている場合は、あまり力を入れて釘を打っていないことに気付いたと思います。さらに、あなたは恐らくあまりにも多くの必死の揺れに疲れ果てていました。
逆に、各スイングの間に時間をかけたが、各スイングが可能な限り難しいことを確認した場合、より少ないスイングで釘を打ち込むことになりますが、そうでないため、少し時間がかかる可能性があります一定のテンポでスイングします。
理想的には、ハンマーで叩くペースで、疲れることなく、スイングするたびに十分な力で釘の頭を数回叩くことができます。速すぎず、遅すぎず、ただ 右。
ええと、私たちは車のエンジンに同じことをさせたいのです。私たちは、それがそれ自体を破壊するほど激しく働くことなく、必要なトルクを提供できる速度で回転することを望んでいます。エンジンはそのパワーバンド内にとどまる必要があります。
エンジンがパワーバンドを下回って回転している場合、車を前進させるために必要なトルクはありません。パワーバンドを超えると、トルクが低下し始め、ストレスのためにエンジンが壊れそうになっているように聞こえ始めます（ハンマーを速く叩きすぎた場合のように、少ないパワーで釘を打つと、実際に得られます。本当に疲れた）。タコメーターが赤くなるまでエンジンを回転させた場合、この概念を内臓的に理解しているはずです。エンジンはもうすぐ死ぬように聞こえますが、それ以上速く動いていません。
さて、あなたはそれが効果的に機能するためにそのパワーバンドで車両を走らせ続ける必要性を理解しています。
しかし、それは私たちの2番目の問題につながります。特定の状況では車は多かれ少なかれトルクを必要とします。
たとえば、停車中に車を始動する場合、車両を動かすには多くのパワーまたはトルクが必要です。アクセルペダルを床に置くと、エンジンのクランクシャフトが非常に速く回転し、エンジンがパワーバンドをはるかに超えてしまい、その過程でエンジン自体が破壊される可能性があります。そして、キッカーは、エンジンがパワーバンドを超えるとトルクが低下するため、車をそれほど動かすことさえないということです。この状況では、より多くのトルクが必要ですが、それを実現するには、速度をいくらか犠牲にする必要があります。
さて、ガスをほんの少し押すとどうなりますか？まあ、それはおそらく、エンジンが最初にパワーバンドに入るのに十分な速さで回転することはないので、車を動かすためのトルクを提供することができます。
別のシナリオを見てみましょう。高速道路をクルージングしているときのように、車が非常に速く動いているとします。車はすでに活発なペースで動いているので、エンジンからホイールにそれほど多くの電力を送る必要はありません。まったくの勢いが多くの仕事をしています。そのため、ホイールに供給されるパワーの量をそれほど気にすることなく、エンジンをより高速で回転させることができます。もっと回転速度が必要です 車輪に行き、回転力が少ない 。
必要なのは、必要なときにエンジンによって生成される電力を増やす（停止から開始する、丘を登るなど）だけでなく、必要のないときにエンジンから送信される電力の量を減らす方法です（下り坂または非常に速く進みます。
トランスミッションを入力してください。
トランスミッションは、エンジンが最適な速度（遅すぎたり速すぎたりしない）で回転することを保証すると同時に、状況に関係なく、車の移動と停止に必要な適切な量のパワーをホイールに提供します。
ギア比のパワーを活用する一連の異なるサイズのギアを介して、この効果的なパワーの伝達を行うことができます。
トランスミッションの内部には、トルクを生成する一連のさまざまなサイズの歯車があります。相互作用するギアはサイズが異なるため、エンジンの回転数をそれほど変えずにトルクを増減できます。これはギア比のおかげです。
ギア比は、ギアのサイズの相互関係を表します。さまざまなサイズの歯車が噛み合うと、さまざまな速度で回転し、さまざまな量の動力を供給することができます。
これを説明するために、動作中のギアのダムダウンバージョンを見てみましょう。 10歯の入力ギア（入力ギアとは、電力を生成しているギアを意味します）が、20歯のより大きな出力（出力ギアとは、電力を受け取っているギアを意味します）に接続されているとします。その20歯の歯車を1回回転させるには、10歯の歯車は20歯の歯車の半分の大きさであるため、2回回転する必要があります。つまり、10歯の歯車は速く回転していますが、20歯の歯車はゆっくりと回転しています。また、20歯の歯車はゆっくりと回転しますが、大きいため、より多くの力または力を提供します。この配置の比率は1：2です。これは低いギア比です。
または、互いに接続されている2つの歯車が同じサイズ（10歯と10歯）であるとします。どちらも同じ速度で回転し、どちらも同じ量の電力を供給します。ここでのギア比は1：1です。これは、2つのギアが同じ量の動力を伝達しているため、「ダイレクトドライブ」比と呼ばれます。
または、入力ギアが大きく（20歯）、出力ギアが小さかった（10歯）としましょう。 10歯の歯車を一度回転させるには、20歯の歯車を半分だけ回転させる必要があります。これは、20歯の入力ギアがゆっくりとより大きな力で回転している場合でも、10歯の出力ギアは高速で回転し、より少ない電力を供給していることを意味します。ここでのギア比は2：1です。これはハイギア比と呼ばれます。
そのコンセプトをトランスミッションの目的に戻しましょう。
以下に、5速マニュアルトランスミッション車のさまざまなギアが噛み合っているときのパワーフローの図を示します。
ファーストギア。 トランスミッションの中で最大のギアであり、小さなギアと噛み合っています。車が1速になっているときの一般的なギア比は3.166：1です。ファーストギアが入っているとき、低速ですが、高出力が供給されます。このギア比は、停止状態から車を始動するのに最適です。
セカンドギア。 2速ギアは1速ギアよりわずかに小さいですが、それでも小さいギアと噛み合っています。典型的なギア比は1.882：1です。速度が上がり、パワーがわずかに下がります。
サードギア。 3番目のギアは2番目のギアよりわずかに小さいですが、それでも小さいギアと噛み合っています。一般的なギア比は1.296：1です。
フォースギア。 4速は3速より少し小さいです。多くの車両では、車が4速になるまでに、出力シャフトは入力シャフトと同じ速度で移動しています。この配置は「ダイレクトドライブ」と呼ばれます。一般的なギア比は0.972：1
フィフスギア。 5速ギア（「オーバードライブ」とも呼ばれます）を搭載した車両では、かなり大きいギアに接続されます。これにより、5速ギアは、動力を供給するギアよりもはるかに速く回転することができます。典型的なギア比は0.78：1です。
したがって、これまでに、トランスミッションの目的の基本を理解している必要があります。これにより、エンジンが最適な速度（遅すぎたり速すぎたりしない）で回転すると同時に、ホイールの移動と停止に必要な適切な量のパワーが供給されます。どんな状況でも車です。
これを可能にするトランスミッションの部分を見てみましょう：
入力シャフト。 入力シャフトはエンジンから来ています。これは、エンジンと同じ速度と出力で回転します。
カウンターシャフト。 カウンターシャフト（別名レイシャフト）は、出力シャフトのすぐ下にあります。カウンターシャフトは、固定速度ギアを介して入力シャフトに直接接続します。入力シャフトが回転するときはいつでも、カウンターシャフトも回転し、入力シャフトと同じ速度で回転します。
入力シャフトから動力を受け取るギアに加えて、カウンターシャフトには、リバースを含む、車の「ギア」（1〜5番目）ごとに1つずつ、いくつかのギアがあります。
出力シャフト。 出力シャフトは、カウンターシャフトの上で平行に走っています。これは、残りの駆動列に動力を供給するシャフトです。出力シャフトが提供するパワーの量は、どのギアがそれに接続されているかによって異なります。出力軸には、ボールベアリングによって取り付けられた自由に回転する歯車があります。出力シャフトの速度は、5つのギアのどれが「ギア」にあるか、または噛み合っているかによって決まります。
1〜5速 これらは、ベアリングによって出力シャフトに取り付けられ、車がどの「ギア」にあるかを決定するギアです。これらの各ギアは、カウンターシャフトのギアの1つと常に噛み合っており、常に回転しています。この絶えず絡み合った配置は、ほとんどの最新の車両が使用する同期トランスミッションまたはコンスタントメッシュトランスミッションに見られるものです。 （ここでは、すべてのギアが常に回転しているのに、そのうちの1つだけが実際に駆動列に電力を供給している方法について説明します。）
1速は最大のギアであり、5速になるとギアは徐々に小さくなります。ギア比を忘れないでください。最初のギアは接続されているカウンターシャフトギアよりも大きいため、入力シャフトよりも低速で回転する可能性がありますが（カウンターシャフトは入力シャフトと同じ速度で移動することを忘れないでください）、出力シャフトにより多くの電力を供給します。ギアを上げると、入力シャフトと出力シャフトが同じ速度で移動し、同じ量の動力を供給するポイントに達するまで、ギア比が低下します。
アイドラーギア。 アイドラーギア（「リバースアイドラーギア」と呼ばれることもあります）は、出力シャフトのリバースギアとカウンターシャフトのギアの間にあります。アイドラーギアはあなたの車が後進することを可能にするものです。リバースギアは、同期トランスミッションの唯一のギアであり、カウンターシャフトギアと常に噛み合ったり回転したりするわけではありません。実際に車両を後進にシフトするたびにのみ移動します。
シンクロナイザーの襟/袖。 最近のほとんどの車両はシンクロナイズドトランスミッションを備えています。つまり、出力シャフトに動力を供給するギアは、カウンターシャフトのギアと常に噛み合っており、常に回転しています。しかし、「5つの歯車すべてを絶えず噛み合わせ、絶えず回転させるにはどうすればよいのかと思うかもしれませんが、実際に出力シャフトに動力を供給しているのはそのうちの1つだけですか？」
ギアが常に回転することで発生するもう1つの問題は、ドライブギアが、ギアが接続されている出力シャフトとは異なる速度で回転していることが多いことです。出力シャフトとは異なる速度で、多くの研削を引き起こさないスムーズな方法で回転するギアをどのように同期させますか？
両方の質問への答え：シンクロナイザーカラー。
上記のように、ギア1〜5はボールベアリングを介して出力シャフトに取り付けられています。これにより、エンジンの運転中にすべてのギアを同時に自由に回転させることができます。これらのギアの1つを噛み合わせるには、それを出力シャフトにしっかりと接続する必要があります。これにより、出力シャフトに電力が供給され、次にドライブトレインの残りの部分に電力が供給されます。
各ギアの間には、シンクロナイザーカラーと呼ばれるリングがあります。 5速トランスミッションでは、1速と2速の間、3速と4速の間、および5速と後進ギアの間にカラーがあります。
車をギアにシフトするときはいつでも、シンクロナイザーカラーはあなたがかみ合わせようとしている移動ギアにシフトします。歯車の外側には、一連の円錐形の歯があります。シンクロナイザーカラーには、これらの歯を受け入れるための溝があります。いくつかの優れた機械工学のおかげで、シンクロナイザーカラーはギアが動いている間でもほとんどノイズや摩擦なしでギアに接続でき、ギアの速度を入力シャフトと同期させることができます。シンクロナイザーカラーが駆動ギアと噛み合うと、その駆動ギアは出力シャフトに動力を供給します。
車が「ニュートラル」であるときはいつでも、シンクロナイザーカラーのどれもドライビングギアと噛み合っていません。
シンクロナイザーカラーも視覚的にわかりやすいものです。これは、何が起こっているのかを説明する素晴らしい仕事をする短い小さなクリップです（約1:59マークから始まります）：
ギアシフト。 ギアシフトは、車をギアに入れるために動かすものです。
シフトロッド。 シフトロッドは、シンクロナイザーカラーを噛み合わせたいギアに向かって動かすものです。ほとんどの5速車両には、3本のシフトロッドがあります。シフトロッドの一端はギアシフトに接続されています。シフトロッドのもう一方の端には、シンクロナイザーカラーを保持するシフトフォークがあります。
シフトフォーク。 シフトフォークはシンクロナイザーカラーを保持します。
クラッチ。 クラッチはエンジンとトランスミッションのギアボックスの間にあります。クラッチが切断されると、エンジンとトランスミッションギアボックス間のパワーフローが切断されます。この電源の切断により、車の残りのドライブトレインに電力が供給されていなくても、エンジンは動作し続けることができます。エンジン出力がトランスミッションから切り離されているため、ギアのシフトがはるかに簡単になり、トランスミッションギアの損傷を防ぐことができます。そのため、ギアをシフトするたびに、クラッチペダルを踏み、クラッチを切断します。
クラッチが接続されると（足がペダルから外れる）、エンジンとトランスミッションの間の動力が回復します。
それでは、これをすべてまとめて、車両のギアをシフトするたびに何が起こるかを見ていきましょう。まず、車を始動して2速にシフトアップします。
マニュアルトランスミッション車を始動するときは、キーを回す前に、クラッチを切断します。 クラッチペダルを踏みます。これにより、エンジンの入力シャフトとトランスミッションの間のパワーフローが切断されます。これにより、車両の他の部分に電力を供給せずにエンジンを実行できます。
クラッチを切断した状態で、ギアシフトを動かします 最初のギアに。これにより、シフトロッドが発生します トランスミッションのギアボックスでシフトフォークを動かす 出力シャフトに取り付けられている1速ギアに向かって ボールベアリング経由。
出力シャフトのこの最初のギアは、カウンターシャフトに接続されているギアと噛み合っています。 。カウンターシャフトはギアを介してエンジンの入力シャフトに接続され、エンジンの入力シャフトと同じ速度で回転します。
シフティングフォークに取り付けられているのはシンクロナイザーカラーです。 。シンクロナイザーカラーは2つのことを行います。1）駆動ギアを出力シャフトにしっかりと取り付けて、ギアが出力シャフトに動力を供給できるようにします。2）ギアが出力シャフトの速度と同期するようにします。
シンクロナイザーカラーが最初のギアと噛み合うと、ギアは出力シャフトにしっかりと接続され、車両はギアになります。
車を動かすには、ガスを少し押し下げて（エンジン出力を上げる）、ゆっくりと足をクラッチから離します（クラッチを接続し、エンジンとトランスミッションギアボックスの間で電源を再接続します）。
最初のギアが大きいため、出力シャフトはエンジンの入力シャフトよりもゆっくりと回転しますが、残りの駆動列により多くのパワーを供給します。これは、ギア比の驚異のおかげです。 。
すべてを正しく行うと、車はゆっくりと前進し始めます。
車を動かしたら、もっと速く行きたいと思うでしょう。しかし、1速の車では、ギア比によって出力シャフトが特定の速度で回転するため、あまり速く進むことはできません。車を1速にした状態でアクセルペダルを床に置くと、エンジンの入力シャフトが非常に速く回転します（そして、その過程でモーターが損傷する可能性があります）が、車速の上昇は見られません。
出力軸の速度を上げるには、2速にシフトアップする必要があります。そこで、クラッチを踏んでエンジンとトランスミッションのギアボックス間の電源を切断し、2速にシフトします。これにより、シフトフォークとシンクロナイザーカラーを備えたシフティングロッドが2速に移動します。シンクロナイザーカラーは、2速ギアの速度を出力シャフトと同期させ、出力シャフトにしっかりと取り付けます。エンジンの入力シャフトが激しく回転して車が必要とするパワーを生み出すことなく、出力シャフトがより速く回転できるようになりました。
残りの5つのギアについては、すすぎ、洗浄、繰り返しを行います。
リバースギアは例外です。車を完全に停止せずにシフトアップできる他のドライビングギアとは異なり、リバースにシフトするには、停止している必要があります。これは、リバースギアがカウンターシャフトのギアと常に噛み合っているわけではないためです。リバースギアを対応するカウンターシャフトギアにスライドさせるには、カウンターシャフトが動いていないことを確認する必要があります。カウンターシャフトが回転しないようにするには、車を完全に停止させる必要があります。
確かに、前進する車を後進ギアに強制することはできますが、音が鳴ったりきれいに感じたりすることはなく、トランスミッションに大きな損傷を与える可能性があります。
これで、車をギアにシフトするたびに、ボンネットの下で何が起こっているかがわかります。次は、オートマチックトランスミッションです。