Как работает коробка передач с двойным сцеплением?

Большинство из нас знает, что существует два типа коробок передач: механическая, когда водитель переключает передачи, выжимая педаль сцепления и перемещая рычаг переключения передач, и автоматическая, которая переключает передачи автоматически, используя муфты, гидротрансформатор и планетарную передачу. Но есть еще один тип, который занял место между механикой и автоматом, и объединил достоинства обеих коробок - трансмиссия с двойным сцеплением, также известная, как полуавтоматическая трансмиссия, механическая трансмиссия без сцепления и роботизированная коробка передач.

В мире гоночных автомобилей полуавтоматические трансмиссии, такие как секвентальная коробка передач (или SMG) используются уже давно. Но в мире серийных автомобилей они появились сравнительно недавно - это трансмиссии новой конструкции, называемые коробка передач с двойным сцеплением или прямого переключения.

В этой статье мы расскажем о том, как устроена коробка передач с двойным сцеплением, сравним ее с другими типами коробок, а также расскажем, почему некоторые считают ее трансмиссией будущего.

Механическая или автоматическая?

Коробка передач с двойным сцеплением сочетает функции двух механических коробок. Для того, чтобы понять это, нужно вспомнить, как работает традиционная механическая коробка передач. Когда водитель хочет перейти на другую передачу, он сперва должен нажать на педаль сцепления. Выжатое сцепление позволяет разорвать связь двигателя и коробки передач, прерывая тем самым поток мощности на трансмиссию. Когда водитель переводит рычаг КПП в другое положение, зубчатая муфта перемещается от одной шестерни к другой. Устройства, называемые синхронизаторами, уравнивают окружную скорость шестерни и муфты до их соединения, что обеспечивает безударное переключение. После переключения передачи, водитель убирает ногу с педали сцепления, в результате чего восстанавливается связь двигателя и коробки.

Таким образом, в традиционной механической трансмиссии отсутствует непрерывная передача мощности от двигателя на колеса. Вместо этого, передача мощности изменяется от полного значения до нулевого во время переключения передачи, вызывая "сброс газа при переключении" или "прерывание крутящего момента". У неопытного водителя такой эффект может привести к тому, что пассажиров будет кидать вперед-назад при переключении передач.

В коробке передач с двойным сцеплением, в отличие от механики, используется два сцепления, но сама педаль сцепления отсутствует. Сложная электроника и гидравлика управляют сцеплениями, как и в обычной автоматической коробке. Но в трансмиссии с двойным сцеплением, сцепления работают независимо друг от друга. Одно сцепление отвечает за работу нечетных передач (первая, третья, пятая и задняя), второе - за работу четных передач (вторая, четвертая и шестая). Такое устройство обеспечивает переключение передач без прерывания потока мощности от двигателя на трансмиссию.

Валы трансмиссии с двойным сцеплением

Двойной трансмиссионный вал является основным компонентом коробки передач с двойным сцеплением. В отличие от стандартной механической коробки, в которой все шестерни расположены на одном входном валу, в коробке с двойным сцеплением четные и нечетные передачи расположены на двух входных валах. Разве это возможно? Во внешнем валу есть отверстие, в котором установлен внутренний вал. Внешний вал с осевым отверстием отвечает за работу второй и четвертой передачи, в то время как внутренний вал включает первую, третью и пятую.

На рисунке представлено устройство типовой пятиступенчатой коробки с двойным сцеплением. Обратите внимание, что одно сцепление отвечает за включение второй и четвертой передач, а второе независимое сцепление - за включение первой, третьей и пятой. Такое устройство обеспечивает практически мгновенное переключение передач без прерывания потока мощности. Стандартная механическая коробка не обеспечивает такой плавности, т.к. одно сцепление отвечает как за четные, так нечетные передачи.

Многодисковое сцепление

Из-за сходства с автоматической коробкой передач, Вы можете подумать, что в ней тоже должен стоять гидротрансформатор для автоматической передачи крутящего момента от двигателя на коробку. Но для работы коробки с двойным сцеплением, гидротрансформатор не требуется. Вместо него используются "мокрые" многодисковые сцепления. "Мокрое" сцепление работает в масляной ванне, что обеспечивает смазку компонентов сцепления с целью снижения трения и выделения тепла. Некоторые производители работают над трансмиссиями с двойным сцеплением, в которых используются обычные сцепления, как в механической трансмиссии, но, на сегодняшний день, во всех автомобилях с автоматизированной КПП используются "мокрые" сцепления. Во многих мотоциклах стоит одно многодисковое сцепление.

Как и гидротрансформаторы, "мокрые" многодисковые сцепления используют гидравлическое давление для управления передачами. Рабочая жидкость поступает в поршень сцепления, как показано на рисунке. При срабатывании сцепления, гидравлическое давление в поршне активирует спиральные пружины, которые толкают диски сцепления и фрикционные диски к корзине сцепления. Зубцы фрикционных дисков имеют размер и форму, совпадающие со шлицами барабана сцепления. В свою очередь, барабан соединяется с комплектом шестерен, который принимает передаточное усилие. Audi в своей трансмиссии с двойным сцеплением использует как маленькую спиральную пружину и большую диафрагменную пружину.

Для выключения сцепления, давление жидкости внутри поршня сбрасывается. Благодаря этому, сжатие пружин поршня ослабляется, и давление на корзину сцепления снижается.

Далее мы рассмотрим преимущества и недостатки трансмиссии с двойным сцеплением.

Преимущества и недостатки трансмиссии с двойным сцеплением

Мы надеемся, что Вам становится более или менее понятно, почему КПП с двойным сцеплением относят к автоматизированным механическим трансмиссиям. В принципе, коробка с двойным сцеплением работает как обычная механическая КПП: У нее есть входной и промежуточный валы с шестернями, синхронизаторы и сцепление. Но у такой трансмиссии нет педали сцепления, т.к. за переключение передач отвечают компьютеры, сервоприводы и гидравлика. Даже без педали сцепления, водитель может указывать компьютеру, когда переключать передачи, перейдя в ручной режим.

От опыта водителя зависит, насколько Вы будете ощущать преимущества такой КПП. Переход на повышенную передачу занимает лишь 8 мс, благодаря чему многие отмечают, что у машин с такой КПП наиболее динамическое ускорение. Плавный разгон достигается благодаря устранению сброса газа при переключении, что ощущается на автомобилях с механической коробкой и даже на некоторых автоматах. Одним из наиболее важных преимуществ коробок с двойным сцеплением является то, что они позволяют водителю выбирать между ручным переключением передач и автоматическим.

Также к важным достоинствам стоит отнести уменьшенный расход топлива. Благодаря тому, что поток мощности от двигателя на трансмиссию не прерывается, наблюдается значительное понижение расхода топлива. По утверждению некоторых экспертов, расход топлива шестиступенчатой коробки с двойным сцеплением на 10% ниже по сравнению с обычной пятиступенчатой АКПП.

Многие производители автомобилей заинтересованы в развитии технологии трансмиссии с двойным сцеплением. Тем не менее, некоторые производители автомобилей обеспокоены дополнительными затратами, связанными с модификацией производственных линий для выпуска нового типа трансмиссии. Это может привести к повышению цен на автомобили в КПП с двойным сцеплением, что, в свою очередь, может оттолкнуть бережливых покупателей.

Помимо этого, многие производители автомобилей уже занимаются активным финансированием развития других типов КПП. Одним из новых типов КПП является бесступенчатая коробка передач или вариатор. Вариатор - это тип КПП, в которой для бесступенчатого переключения передач используется система подвижных шкивов и ремень или цепь. Вариаторы также устраняют сброс газа при переключении и понижают расход топлива. Но вариаторы не соответствуют требованиям высокого крутящего момента спортивных автомобилей.

Коробки с двойным сцеплением не имеют подобных проблем и идеально подходят для легковых автомобилей с высокими динамическими характеристиками. В Европе, где механические КПП более популярны благодаря их экономичности, некоторые эксперты предсказывают, что в ближайшее время доля автомобилей с КПП с двойным сцеплением возрастет до 25%. В 2012 г. лишь 1% автомобилей, производимых в Западной Европе, имели вариатор.

Далее мы расскажем об истории трансмиссии с двойным сцеплением и рассмотрим прогнозы на будущее.

Коробка передач с двойным сцеплением: прошлое, настоящее и будущее

Человек, который изобрел коробку с двойным сцеплением, сделал прорыв в области автомобилестроения. Адольф Кегресс больше известен как инженер, сконструировавший полугусеничный автомобиль, оборудованный резиновой гусеничной лентой, что позволяет эксплуатировать его в различных типах бездорожья. В 1939 г. Кегресс сконструировал прототип коробки с двойным сцеплением, которая, как он надеялся, будет использоваться в легендарном автомобиле Citroën Traction. К несчастью, в связи со сложными условиями в сфере бизнеса, эта идея не получила дальнейшего развития.

Audi и Porsche продолжили работу над коробкой с двойным сцеплением, однако данная технология использовалась только в гоночных автомобилях. В гоночных автомобилях 956 и 962C использовалась коробка Porsche Dual Klutch или PDK. В 1986 г. Porsche 962 выиграл гонку World Sports Prototype Championship (Мировой чемпионат опытных автомобилей) на автодроме в г. Монца - первый автомобиль, оборудованный полуавтоматической КПП PDK с возможностью ручного переключения. Audi также вошла в историю в 1985 г. раллийный автомобиль Sport quattro S1, оборудованный КПП с двойным сцеплением, выиграл в американских соревнованиях по скоростному подъему на гору Пайкс-Пик высотой 4300м в Колорадо.

Однако серийное производство автомобилей с КПП с двойным сцеплением началось лишь недавно. Volkswagen стала пионером в производстве серийных автомобилей с КПП с двойным сцеплением BorgWarner DualTronic. Компания устанавливала КПП с двойным сцеплением на следующие автомобили: Volkswagen Beetle, Golf, Touran, и Jetta, а такде Audi TT и A3; Skoda Octavia; Seat Altea, Toledo и Leon.

Ford стала второй крупной компанией, которая признала КПП с двойным сцеплением, и начала выпуск автомобилей с такой КПП в Европе, благодаря совместному предприятию 50/50 по производству трансмиссий GETRAG-Ford. Компания представила систему силового переключения передач Powershift System, шестиступенчатую КПП с двойным сцеплением, на международной выставке Frankfurt International Motor Show во Франкфурте в 2005 г. Тем не менее, Ford опоздала со своей новой КПП примерно на два года - коробка не была инновационной.