Многие из нас знают о том, что существует два основных типа коробок передач: механическая, когда водитель переключает передачу выжимая педаль сцепления и используя рычаг переключения передач, и автоматическая, которая выполняет эту работу за водителя посредством сцеплений, гидротрансформатора и наборов планетарных шестерен. Но существует также и альтернативный вариант, нечто среднее между двумя вышеприведенными и объединяющий их лучшие возможности – это коробка передач с двойным сцеплением, также известная как полуавтоматическая трансмиссия, автоматизированная трансмиссия, работающая без сцепления, или «безмуфтовая» механическая трансмиссия.
В мире гоночных автомобилей полуавтоматические трансмиссии, такие как секвентальная коробка передач (SMG), – привычное явление, но вот на рынок серийных автомобилей они вышли сравнительно недавно – в виде особой конструкции, известной как коробка передач прямого переключения или КП с двойным сцеплением.
С руками или без рук?
Коробка передач с двойным сцеплением действует как две механические коробки. Чтобы понять, что это означает, давайте вспомним, как работает традиционная механическая коробка передач. Когда водитель хочет переключить передачу в автомобиле с ручной КПП, он должен сначала выжать педаль сцепления, что приводит в движение диск сцепления, который отсоединяет двигатель от КПП и прерывает поток мощности на трансмиссию. Затем водитель использует рычаг для переключения передачи, при этом зубчатая муфта перемещается от одной шестерни к другой – другого размера. Устройства, называемые синхронизаторами, позволяют выровнять скорость вращения зубчатой муфты со скоростью зацепляемых шестерней, что снижает износ механического соединения. После переключения передачи, водитель отпускает педаль сцепления, в результате чего восстанавливается связь двигателя и трансмиссии и возобновляется передача крутящего момента к колесам.
Таким образом, в традиционной механической трансмиссии отсутствует непрерывный поток мощности от двигателя к колесам. Вместо этого подача мощности во время переключения передач сначала прерывается, а затем восстанавливается, что сопровождается ощутимым рывком. Особенно неприятно, если за рулем неопытный водитель, и пассажиров бросает взад-вперед при переключении передач.
В коробке передач с двойным сцеплением, в отличие от механики, присутствуют два сцепления, но педали сцепления нет. Сложная электроника и гидравлическая система управляют сцеплениями, как и в обычной автоматической коробке. Но в трансмиссии с двойным сцеплением сцепления работают независимо друг от друга. Одно сцепление контролирует нечетные передачи (первую, третью, пятую и заднюю), второе — четные (вторую, четвертую и шестую). Благодаря такому устройству переключение передач происходит без прерывания потока мощности от двигателя к коробке передач.
Валы коробки передач с двойным сцеплением
Двойной вал коробки передач является важнейшей частью трансмиссии с двойным сцеплением. В отличие от стандартной механики, в которой все шестерни расположены на одном входном валу, в коробке с двойным сцеплением шестерни четных и нечетных передач распределены по двум входным валам. Как такое возможно? Внешний вал сделан полым, чтобы в нем поместился внутренний вал. На внешнем валу закреплены шестерни второй и четвёртой передач, на внутреннем — первой, третьей и пятой. Такое устройство обеспечивает моментальное переключение скоростей и беспрерывную подачу мощности, чего невозможно достичь с обычной механической коробкой, так как в ней одно сцепление рассчитано как на четные, так и на нечетные передачи.
Многодисковое сцепление
Вы могли бы подумать, что, раз уж коробка передач с двойным сцеплением так похожа на автоматическую, то ей требуется гидротрансформатор для передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач, как это происходит в автоматике. Однако КПП с двойным сцеплением в гидротрансформаторе не нуждается – вместо этого в них используется мокрое многодисковое сцепление. «Мокрым» называют такое сцепление, компоненты которого работают в масляной ванне, чтобы уменьшить трение и сократить теплообразование. Некоторые изготовители разрабатывают КПП с двойным сцеплением сухого типа, как в механике, но на сегодняшний день все трансмиссии с двойным сцеплением на серийных автомобилях имеют сцепление мокрого типа. Многие мотоциклы оснащены одним многодисковым сцеплением.
Как и в гидротрансформаторе, в мокром многодисковом сцеплении шестерни приводятся в движение гидравлическим давлением. При включении сцепления винтовые пружины разжимаются под действием гидравлического давления в поршне муфты, в результате чего диски сцепления и фрикционные диски прижимаются к фиксированному нажимному диску. Фрикционные диски имеют внутренние зубья, форма и размер которых позволяет им входить в зацепление со шлицами барабана сцепления. Барабан, в свою очередь, соединен с набором шестерён, который передает крутящий момент. В коробке передач с двойным сцеплением мокрого типа Audi имеется как маленькая винтовая пружина, так и большая диафрагменная пружина.
При выключении сцепления давление жидкости в поршне снижается, что позволяет пружинам поршня разжаться и ослабить давление на диски сцепления и нажимной диск.
Плюсы и минусы коробок передач с двойным сцеплением (DSG)
Надеюсь, вы начинаете понимать, почему КПП с двойным сцеплением относят к автоматизированным механическим трансмиссиям. В принципе, она и ведет себя, как традиционная механика. У нее есть ведущий и промежуточный валы с шестернями, а также синхронизаторы и сцепление. Вот чего в ней нет – так это педали сцепления, так как ее роль выполняют компьютеры, соленоиды и гидравлическая система. Даже без педали сцепления водитель может «отдавать приказы» компьютеру посредством подрулевых переключателей скоростей, кнопок и рычага переключения передач.
Итак, трансмиссия с двойным сцеплением принимает на себя часть водительских функций, но это лишь одно из многих ее преимуществ. Включение повышающей передачи занимает всего 8 миллисекунд, и это дает многим основание полагать, что именно эта трансмиссия из всех, что имеются на рынке, обеспечивает самое динамическое ускорение. Ускорение стало плавным благодаря устранению рывка, которым неизменно сопровождается переключение передач в механической и даже в некоторых автоматических коробках. И, что самое приятное, она позволяет водителю роскошь выбирать, самому ли контролировать переключение передач, или предоставить делать всю работу компьютеру.
Пожалуй, самым главным преимуществом КПП с двойным сцеплением стала экономия топлива. Благодаря отсутствию прерываний потока мощности топливная экономичность двигателя значительно возрастает. По словам некоторых экспертов, шестискоростная КПП с двойным сцеплением увеличивает эффективность использования топлива на 10 % по сравнению с традиционной пятискоростной автоматикой.
Многие автопроизводители заинтересованы в использовании технологии производства КПП с двойным сцеплением, однако, некоторые смотрят на это настороженно ввиду необходимости дополнительных затрат, связанных с модификацией производственных линий под новый тип трансмиссии. Это может поначалу привести к росту стоимости автомобилей, оснащенных КПП с двойным сцеплением, что отпугнет чувствительных к цене покупателей.
Кроме того, производители вкладывают большие средства в технологии производства альтернативных типов трансмиссий. Одной из самых примечательных является бесступенчатая коробка передач, или вариатор (CVT). Вариатор – это тип автоматической трансмиссии, в котором используется система подвижных шкивов с ремнем или цепью для постоянного регулирования передаточного числа на широком диапазоне оборотов. Вариатор также уменьшает толчки при переключении передач и существенно снижает расход топлива. Но с высоким крутящим моментом спортивных автомобилей такая коробка не справится.
Трансмиссия с двойным сцеплением таких ограничений не имеет и потому является идеальным вариантом для автомобилей с высокими динамическими и скоростными качествами. Европейцы, которые отдают предпочтение механическим коробкам благодаря их эксплуатационным качествам и топливной экономичности, предрекают, что к 2012 году трансмиссии с двойным сцеплением захватят 25 % рынка, и только 1 % автомобилей, произведенных в Западной Европе, будут оснащаться бесступенчатой коробкой передач.
Далее мы вспомним историю развития трансмиссии с двойным сцеплением и посмотрим, что сулит ей будущее.
Трансмиссия с двойным сцеплением: прошлое, настоящее, будущее
Человек, который изобрел КПП с двойным сцеплением, – пионер автостроения. Адольф Кегресс больше всего известен тем, что разработал полугусеничный автомобиль, оборудованный бесконечной резиновой лентой, который мог передвигаться по бездорожью по различным типам местности. В 1939 году у Кегресса зародилась идея о создании коробки передач с двойным сцеплением, которую он надеялся использовать на легендарном Citroën «Traction». К сожалению, дальнейшей разработке воспрепятствовали неблагоприятные условия для бизнеса.
Концепцию двух сцеплений подхватили компании Audi и Porsche, хотя ее применение поначалу было ограничено гоночными автомобилями. Гоночные автомобили 956 и 962C были оборудованы трансмиссиями Porsche Dual Klutch, или PDK. В 1986 году гоночный Porsche 962 выиграл гонку на 1000 километров на Мировом чемпионате спортпрототипов в Монце. Это была первая победа автомобиля, оснащенного полуавтоматической трансмиссией PDK с лепестковым переключением передач. Audi также вошла в историю в 1985 году, когда раллийный автомобиль Sport quattro S1, оборудованный КПП с двойным сцеплением, выиграл соревнования по скоростному подъёму на гору Пайкс-Пик высотой 4300 метров.
Промышленное внедрение трансмиссии с двойным сцеплением до недавнего времени было невозможно. Продвижению ее на рынок положила начало корпорация Volkswagen, которая получила лицензию на использование технологии DualTronic компании BorgWarner. Такие европейские автомобили, как Volkswagen Beetle, Golf, Touran, и Jetta, Audi TT и A3, Skoda Octavia, Seat Altea, Toledo и Leon оснащены КПП с двойным сцеплением (DSG).
Компания Ford стала вторым крупным автопроизводителем, который принял решение использовать трансмиссии с двойным сцеплением, изготовленные Ford of Europe (дочерней компанией Ford) и совместным предприятием по производству трансмиссий GETRAG-Ford с равным долевым участием сторон (50/50). В 2005 году на международной автомобильной выставке во Франкфурте она представила систему силового переключения передач Powershift System – шестискоростную трансмиссию с двойным сцеплением. Однако первое поколение трансмиссии Powershift появилось в серийных автомобилях лишь в 2008 году.
