Коробка передач с двойным сцеплением: сложный механизм с большими амбициями

Современный автомобильный рынок разнообразен и многогранен. Все автомобили давно стали различаться не только по типу двигателя, сцепления, но и по устройству трансмиссии. Наиболее распространённой является механическая КПП, но с ней тесно конкурирует «автомат».

Можно услышать от автолюбителей различные доводы о том, какая коробка переключения скоростей лучше, какие преимущества и недостатки каждой из них. А вот если создать идеальный симбиоз двух КПП? Взять из «механики» и «автомата» самое лучшее и создать автомобиль с совершенной трансмиссией. До недавних пор это считалось нереальным.

История создания КПП с двойным сцеплением

Первые мысли о том, как создать непрерывную связь двигателя автомобиля и трансмиссии, посетили Адольфа Кегресса в далёком 1939 году. Но из-за отсутствия денежных средств, изобретение не получило своего воплощения в реальность, а осталось на бумаге. С развитием автоспорта, когда гоночному болиду необходимо быстро переключать передачи без утраты мощности и связи с колёсами, инженерам немецких автомобилестроительных компаний пришлось подымать архивы. Найти и усовершенствовать разработку Кегресса.

Боевое крещение коробка передач с двойным сцеплением прошла на знаменитой гонке в Монце. Porshe 962, оснащённый этой КПП не оставил шансов конкурентам. Время на переключение скоростей занимало десятые доли секунды. И это без потери мощности.

Плюсы и минусы роботизированных трансмиссий с двумя сцеплениями

Начнем с преимуществ:

• экономичность, одно из главных достоинств данных трансмиссий, причем стоит отметить, что показатели расхода топлива на версиях с сухим сцеплением ниже, чем на мокрых;
• плавность хода. Из-за особенности переключения передач, которые идут одна за одной удалось полностью избавиться от легких толчков, которые присуще классическому автомату;
• динамика;
• возможность выбрать режим работы трансмиссии ;

Теперь поговорим о недостатках

• одним из главных является ненадежность и выход из строя мехатроника. По большей части это проблема DSG-7;
• дорогая в ремонте и обслуживании;
• чувствительна к тяжелым дорожным условиям.
• металлический лязг при проезде лежачих полицейских или неровностей (речь о DSG-7)
• стоимость производства роботизированной трансмиссии с двумя сцеплениями достаточно дорога.

Устройство коробки

Если разобрать эту КПП и посмотреть на её устройство, то сразу можно заметить, что коробка с двойным сцеплением состоит из двух классических «механик». Двойной вал является главным рабочим органом устройства. Собственно, почему коробка называется с двойным сцеплением? Всё потому, что в ней одно сцепление передаёт крутящий момент на первый (внешний) вал, а второе передаёт энергию на внутренний вал. Внешний вал отвечает за четные передачи, а внутренний за нечетные. Но педаль сцепления отсутствует, а управляет механизм электроникой и гидравликой, как в АКПП.

Всё это позволяет комфортно и плавно переключать передачи, без рывков и затруднений. При этом не происходит потери мощности и обеспечивается непрерывная связь с двигателем. Есть некоторая схожесть с автоматической КПП, но двойное сцепление работает без гидротрансформатора. Всю кропотливую работу выполняет «мокрый» многодисковый механизм.

Устройство механизма

Чтобы более детально ознакомится с представленным узлом необходимо изучить устройство самого механизма, обеспечивающего плавное переключение передач.

В отличие от всех остальных типов сцепления, данная разновидность отличается наличием целого ряда уникальных узлов и элементов.

Итак, данная система включает в себя следующие ключевые компоненты:

• пакет фрикционных дисков;
• корпус с сухим или масляным картером;
• мехатроник.

Если два первых узла достаточно знакомы автолюбителям, то третий производит впечатление чего-то доселе неизвестного.

Итак, мехатроник, это высокотехнологичный узел сцепления, позволяющий преобразовывать электрические сигналы в механическую работу исполнительных узлов.

Статья по теме: Лямбда-зонд, что это, признаки неисправности и способы проверки

Мехатроник современного автомобиля, как правило, включает в себя два составных элемента: электромагнитный блок и управляющую плату.

Первый представляет собой набор электромагнитных клапанов, так называемых соленоидов. Ранее, вместо соленоидов использовались гидрораспределительные механизмы, так называемые гидроблоки. Но ввиду их низкой производительности, им на смену пришли более совершенные электромагнитные устройства.

Рассмотрим принципиальные особенности мокрого и сухого сцепления.

«Мокрое» двойное

Если проводить экскурс в историю рассматриваемого узла, то прародителем двойного принято считать так называемый «мокрый тип».

Оно представляет из себя набор двух секций дисков «феродо», погруженных в масляную ванну в корпусе кожуха сцепления.

В данном случае, принято различать две разновидности «мокрой муфты» в зависимости от типа привода автомобиля. Так для переднеприводных авто используется сцепление с концентрическим расположением дисков «феродо». У обладателей заднеприводных машин, особенность этого устройства проявляется в параллельном расположении ведомых дисков.

Это интересно: 5 самых хороших автомобильных колонок для качественного звука

Составные части обеих разновидностей «мокрого сцепления» одинаковы. К ним относятся:

• входной фланец;
• главный фланец;
• ведущий диск;
• пакет фрикционных дисков первого и второго порядка;
• пружина диафрагмы, вспомогательная пружина;
• плунжер;
• гидравлические цилиндры;
• первичный вал первого и второго порядка.

«Сухое» двойное

Помимо «мокрого» сцепления существует и так называемое «сухое». Нельзя сказать, что оно хуже или лучше предыдущего. В данном случае будет уместно подчеркнуть, что каждое из них эффективно применяется в предусмотренных для них условиях эксплуатации.

В отличие от предыдущего типа, особенность конструкции «сухого» сцепления не предусматривают использования смазочных материалов. Ведомые диски находятся непосредственно в зацеплении с первичными валами каждой из КПП.

К сведению: Как сделать пеногенератор для автомойки из подручных вещей своими руками

К рабочим элементам такого механизма можно отнести:

• первичные валы;
• выжимные подшипники;
• фрикционные диски;
• ведущий диск;
• два вспомогательных диска;
• маховик;
• пружины диафрагмы.

Указанная конструкция рассчитана на передачу меньшего (в отличие от «мокрого») крутящего момента, ввиду низкого коэффициента теплоотдачи.

Тем не менее, из-за отсутствия необходимости использования масляного насоса, что неминуемо приводит к потерям мощности, эффективности данного типа муфты существенно превосходит ранее рассмотренную разновидность.

Принцип работы КПП

Переключение скоростей осуществляется путём интуитивного определения электроникой различных факторов, а именно:

1. Определяется положение акселератора. На основании этого электроника делает вывод, что происходит ускорение или торможение;
2. Определяется скорость вращения колёс автомобиля;
3. Количество оборотов трансмиссионных валов.

Всё это можно объяснить следующим образом: как только автомобиль начал движение на первой передаче, система подготавливает следующую. Первое сцепление размыкается, что вынуждает второе замкнуться. Есть момент в работе КП, когда оба механизма оказываются в замкнутом положении, но это занимает всего лишь сотые доли секунды. За это время потери крутящего момента не происходит.

В видео показан принцип работы коробки передач с двойным сцеплением (DSG):

Это создаёт динамически идеальное движение автомобиля. Наиболее популярной коробкой передач с двойным сцепление сегодня считается устройство от BorgWarner. Компания тесно сотрудничает с автомобильным гигантом Volkswagen. Такой коробкой переключения передач с двойным сцеплением оснащают престижные автомобили. Самой экологически чистой считается разработка от компании Getrag, их трансмиссии способствуют выбросу в атмосферу мизерного количества углекислого газа.

Устройство и принцип работы сцепления автомобиля

Сцеплением называется механизм трансмиссии, передающий крутящий момент от двигателя к коробке передач за счет силы трения. Также оно позволяет кратковременно отсоединить двигатель от трансмиссии и вновь их плавно соединить. Существует достаточно много разновидностей муфт сцепления. Они различаются по количеству ведомых дисков (однодисковое, двухдисковое или многодисковое), по типу рабочей среды (сухое или мокрое) и по типу привода. Разные виды сцеплений имеют соответствующие преимущества и недостатки, но наибольшее распространение на современных автомобилях получило однодисковое сухое сцепление либо с механическим, либо гидравлическим приводом.

Достоинства и недостатки

По мнению многих автомобильных экспертов, автомобили оснащенные коробками с двойным сцеплением в скором времени выйдут на новый уровень и займут уверенные позиции на рынке. Так как подобные трансмиссии отличаются:

• Плавностью хода, динамичность, постоянной связью с двигателем;
• Повышенной экономией топлива;
• Переключением передач в двух режимах: ручной или автомат;
• Нет необходимости в перегазовке, двойном выжиме.

Все эти преимущества стали действенным решением многих проблем для гоночных автомобилей, где цена времени слишком высока. Но для автомобилей общего пользования, кроме достоинств, такое устройство переключения скоростей принесёт некоторые трудности для владельца, за счет:

• Сложности механизма;
• Дорогостоящего обслуживания и ремонта;
• Отсутствие специализированных сервисов.

Механизм очень сложный в своей конструкции. К тому же КПП не получила глобального распространения в России, следовательно, найти понимающего специалиста сегодня, который смог бы провести качественный ремонт механизма, очень сложно. Но, в будущем, скорее всего, ситуация изменится кардинально.

Чем больше, тем лучше

Cовременный «робот» с двумя сцеплениями показывает отличные результаты по скорости переключений, но его распространение связано в первую очередь со снижением расхода топлива. По данным концерна VW на примере Golf со 122-сильным мотором TSI, версия с DSG расходует в среднем на 8,7% меньше бензина, чем аналогичная с обычной «механикой». А по сравнению с гидромеханическим «автоматом» выигрыш «робота» достигает внушительных 22%. Снижение расхода топлива означает повышение экологических показателей – чем меньше машина сжигает топлива, тем меньше выбрасывает углекислого газа и отравляющих веществ. Улучшение экологичности автомобиля – очень модная сейчас тема, и одним из путей достижения успеха в данном направлении является увеличение числа ступеней. Это веяние не обошло стороной и коробки с двумя сцеплениями. Семь передач – это уже не считается «много». В то время как концерн VW посчитал, что нет смысла разрабатывать 10-ступенчатую DSG, Acura все-таки создала для спортивного купе NSX девятиступенчатую. Более того, Honda запатентовала 11-ступенчатую коробку с тремя (!) сцеплениями, вероятно рассчитывая в будущем достичь суперзеленых показателей.

Не спешите при переключениях

Переключения рычага между основными режимами «паркинг» и «драйв» должны происходить на стоящем авто при полностью выжатой педали тормоза. Начинать движение следует после полного включения передачи.

Дергать селектор DSG во время смены режимов не рекомендуется – все следует делать не торопливо, а плавно для того, электронике коробке требуется 1-2 секунды, дабы понять, чего от нее хотят. Встречается информация о том, что столь нехитрого способа бывает достаточно для увеличения ресурса агрегата.

Принцип работы

Принцип работы сцепления основан на жестком соединении ведомого диска сцепления и маховика двигателя за счет возникающей силы трения от усилия, которое создает диафрагменная пружина. Сцепление имеет два режима: «включено» и «выключено». Основное время работы ведомый диск прижат к маховику. Крутящий момент от маховика передаётся ведомому диску, а от него через шлицевое соединение на первичный вал коробки передач.

Схема работы диафрагменной пружины

Для выключения муфты водитель нажимает на педаль, которая соединена с вилкой механическим или гидравлическим приводом. Вилка перемещает выжимной подшипник, который, нажимая на концы лепестков диафрагменной пружины, прекращает её давление на нажимной диск, а он, в свою очередь, освобождает ведомый. В этот момент двигатель разъединен с трансмиссией.

Особенности керамического сцепления

Ресурс сцепления и эффективность его работы на пределе нагрузок зависит и от свойств материала, обеспечивающего зацепление дисков. Стандартный состав накладок дисков сцепления большинства автомобилей включает спрессованную смесь стеклянных и металлических волокон, смолы и каучука. Поскольку принцип работы сцепления базируется на силе трения, фрикционные накладки ведомого диска рассчитаны на работу при высоких температурах, доходящих до 300-400 градусов Цельсия.

Диск сцепления с керамическими фрикционными накладками

В мощных спортивных автомобилях нагрузки на сцепление намного превышают обычные нормы. Для некоторых трансмиссий может применяться керамическое и металлокерамическое сцепление. В состав материала таких накладок входит керамика и кевлар. Металлокерамический фрикционный материал менее подвержен износу и выдерживает нагрев до 600 градусов без потери рабочих качеств.

Производители используют различные конструкции муфты сцепления, оптимальные для определенного автомобиля, исходя из его назначения и стоимости. Сухое однодисковое сцепление остается достаточно эффективной и недорогой в изготовлении конструкцией. Данная схема широко применяется на легковых автомобилях бюджетного и среднего классов, а также на внедорожниках и грузовиках.

Разновидность механизмов

Двойное сцепление как уже понятно работает согласовано с коробкой передач. В роботизированных кпп с двойным сцеплением, для нечетных и четных передач используется разное сцепление. Можно сказать, что по сути это две разные коробки, которые находятся в одном корпусе и работают как одно целое.

Впервые использование двойного сцепления упоминается в 1980 году в компании Audi и Porsche, которые использовали свои разработки для своих же спорткарах. В наши дни оно перекочевало в серийные модели и получило название:

Это еще не полный список производителей, которые используют подобную технологию для своих автомобилей.

Несмотря на название компании автопроизводителя, совсем другой. Ввиду сложности технологии работы такого механизма выделяют производителей:

Часто бывает, что автопроизводители совмещают запчасти и отдельные системы от разных производителей. К примеру компания BMW от BorgWarner берут двойное сцепление, а от Getrag коробку передач.

«Мокрое» двойное

Различают два вида сцепления, сухое и мокрое (оно же многодисковое в масле). Так называемое «мокрое» имеет лучшее охлаждение. Чаще всего ставится на коробки передач, крутящий момент которых от 250 Нм и выше. Примером может быть автомобиль Bugatti Veyron, крутящий момент которого достигает 1250 Нм.

Вторая набор дисков закреплен на отдельных ступицах, которые находятся на первичном вале соответственного ряда передач. В нормальном положении механизм будет разомкнутым. Что касается замыкания, то производится это благодаря гидроцилиндрам под управлением модуля электрогидравлики. Исходное положение диски принимают за счет пружин.

Зависимо от конструкции двойного сцепления, пакеты фрикционных дисков могут располагаться по-разному, концентрически или параллельно. Концентрически когда муфты будут расположены в одной плоскости и перпендикулярны первичному валу. В таком положении муфты более компактны. Обычно применяют в кпп с передним приводом колес и поперечным расположением двигателя.Как правило, внутренняя муфта отвечает за переключение четных передач, а внешняя за нечетные передачи. Становится ясно, что такой набор рассчитан на передачу большого крутящего момента.

Параллельное — когда муфты располагаются друг за другом. Как правило, такое расположение используют для заднеприводных автомобилей.

Резкие старты и низкие полеты

«Гонщикам», практикующим старт с двух педалей на гражданской машине следует помнить о наличии защитного механизма, который препятствует смыканию диска сцепления с маховиком. Обороты попросту не будут расти. Если подобной защиты не предусмотрено, то диски сомкнутся, но произойдет их пробуксовка, поскольку педаль тормоза не позволит машине тронуться с места.

Также сервисмены предупреждают о негативном влиянии езды с частыми ускорениями и торможениями – управление коробки передач может не успевать за частой сменой настроения водителя, который резко и поочередно происходит нажатие на педаль акселератора и тормоза. Если уж решили предаться агрессивному пилотажу, то выбирайте ручной режим.

Графические схемы мокрого и сухого сцеплений

Схема мокрого двойного сцепления:

1. Ступица входная;
2. Ступица муфты первой;
3. Ступица муфты второй;
4. Диск ведущий;
5. Пакет дисков муфты второй;
6. Пакет дисков муфты первой;
7. Пружина диафрагменная;
8. Поршень;
9. Гидроцилиндр муфты первой;
10. Первичный вал для 1 ряда;
11. Первичный вал для 2 ряда;
12. Ступица главная;
13. Поршень;
14. Пружина витковая;
15. Гидроцилиндр муфты второй.

Схема сухого двойного сцепления:

1. первичный вал 1;
2. выжимной подшипник 2;
3. диафрагменная пружина 2;
4. нажимной диск первый;
5. диск ведущий;
6. маховик двухмассовый;
7. диск сцепления 2;
8. нажимной диск 2;
9. диск сцепления 1;
10. диафрагменная пружина 1;
11. выжимной подшипник 1;
12. первичный вал 2.

Видео принципа работы системы S-Tronic на Audi:

Источник статьи: https://fastmb.ru/auto_shem/1038-dvoynoe-sceplenie-opisanie-i-princip-raboty.html