На суміжжі механіки та електроніки
Розшифровуємо абревіатури DCT і DSG.
Якщо швидко переглянути пропозиції автодилерів, то в графі «коробки передач» усе частіше зустрічається складна назва «преселективна» або «роботизована механічна» КПП. Авто з такими агрегатами перебувають у верхньому ціновому діапазоні, тому ця опція вважається «крутим наворотом» для забезпечених покупців і високотехнологічною «фішкою» для ентузіастів. Але, певне, уже незабаром ми побачимо такі трансмісії на більш доступних іномарках (інженерна думка вітчизняного автопрому не може подужати навіть розумну АКПП), тому час розібратися із принципом їхньої роботи.
Не плутаймося у скороченнях
Латинське скорочене позначення преселективної або коробки передач із подвійним зчепленням — DCT (від англ. dual clutch transmission). Але піонером у серійному впровадженні таких КПП стала компанія Volkswagen. Саме тому преселективні коробки часто узагальнено називають DSG (Direct-Shift Gearbox) — від маркетингової назви, придуманої німецькою компанією.
Другим найбільшим упроваджувачем технології стала компанія Ford, європейський підрозділ якої спільно з фахівцями фірми Getrag розробив лінійку Powershift, яка концептуально ґрунтується на тих же принципах, що й DSG.
Але щоб рекламні буклети виглядали більш солідно, автовиробники використовують різні скорочення для позначення одного й того ж агрегата: PDK (Porsche), SST (Mitsubishi), DCG (BMW). Приміром, Audi експлуатує назву S-tronic, хоча ці КПП майже не відрізняються від фольксвагенівських DSG (обидві компанії входять до Volkswagen Audi Group).
Згадуємо матчастину
Гігантська світова індустрія автопрому досі не розібралася із проблемою оптимальної передачі крутного моменту із двигуна на колеса. А саме на цьому етапі відбувається найбільша втрата КПП, і без того не найефективнішого двигуна внутрішнього згоряння.
Радянські авто безальтернативно комплектувалися механічними КПП, тому вони історично ближче вітчизняному автолюбителеві. Перемикання передачі в ній відбувається шляхом натискання педалі зчеплення, яке від’єднує двигун від КПП і припиняє подачу силового потоку до коробки. За допомогою важеля водій вибирає потрібну передачу, зубчаста муфта переміщається від однієї шестірні до іншої, синхронізатори вирівнюють швидкість обертання муфти, передача безударно вмикається, а водій відпускає педаль зчеплення, повторно з’єднуючи двигун із трансмісією.
Із появою в нас іномарок у життя автолюбителів входять гідромеханічні «автомати», які відразу полюбили новачки й ті, хто любить комфорт. За передачу силового потоку тут відповідає електроніка за участю муфти зчеплення, конвертора й набору планетарної передачі, а пульсацію тяги згладжує гідротрансформатор. Однак гідравлічні втрати з’їдають багато потужності, збільшують витрату палива.
Останнім часом багато автовиробників упритул зайнялися модернізацією та впровадженням варіаторів (безступеневих КПП) — одним із видів «автоматів», що використовує рухливу систему шківів і ремінь для створення нескінченної безлічі передатних співвідношень на широкому діапазоні обертів. Однак вони, як і раніше, не справляються з передачею великого крутного моменту.
Сухі й мокрі
Коробка передач із подвійним зчепленням — друге покоління роботизованих механічних (півавтоматичних) КПП. Вона має вхідний і проміжний вали для розміщення шестірень, зчеплення й синхронізатори, чим дуже нагадує стандартну «механіку». Але її головна особливість — подвійний вал (як відомо, у стандартної механічної трансмісії всі шестірні передач розташовані на одному вхідному валу). Конструктивно внутрішній вал розташований усередині порожнього зовнішнього. На останній «повішені» парні передачі, у той час як на внутрішній — непарні. Для кожного вала передбачене незалежне зчеплення.
Таким чином, під час розгону на непарній передачі наступна, парна, уже ввімкнена (звідси й назва — преселективна). Під час перемикання потік потужності не припиняється: непарне зчеплення розмикається, а парне синхронно замикається. Далі — аналогічно, але на рівень вище. Цей процес відбувається за участю комп’ютера, соленоїдів і гідравліки, тому педалі зчеплення в авто з DCT немає.
Перші преселективні коробки (спільного виробництва Borg-Warner і VW) оснащувалися «мокрими» зчепленнями, тобто багатошаровими наборами фрикційних дисків, які використовують гідравлічний тиск для ввімкнення. Коли зчеплення ввімкнене, тиск усередині поршня розтискає пружини й набір дисків зчеплення притискається до фіксованої пластини тиску. Фрикційні диски мають зубці такого ж розміру й такої ж форми, що й пази барабана зчеплення. Він, у свою чергу, з’єднаний із набором шестірень, які одержують крутний момент. Після роз’єднання зчеплення тиск рідини усередині поршня знижується, пружини поршня стискаються, тиск набору дисків слабшає.
Обертаючись у мастилі, фрикційні диски ефективно охолоджуються й забезпечують передачу великого крутного моменту, але витрачають багато енергії. Тому така трансмісія в парі зі «слабкими» моторами не дає виграшу у витраті палива (один з основних плюсів DCT). Приміром, у Volkswagen Group її встановлювали тільки на автомобілі мінімум із 140-сильними двигунами.
Слабші мотори звичайно агрегуються із преселективними «семиступками» із двомасовим маховиком і «сухими» зчепленнями, які технологічно мало чим відрізняються від використовуваних у МКПП. Основне нововведення трансмісії — мастилонасос із електроприводом, який вмикається тільки коли тиск падає нижче критичного мінімуму, не забираючи без необхідності потужність у двигуна. Однак ця спільна розробка компаній VW і LuK може впоратися тільки з 250 Н·м крутного моменту.
«Pro», але не без «contra»
КПП із подвійним зчепленням заощаджує паливо завдяки майже безперервному потоку потужності від двигуна до трансмісії. Відповідно до різних досліджень, DCT-коробка може заощаджувати від 5% до 10—15% палива. У реальних показниках це близько 800 л на 100 тис. км пробігу, хоча на практиці ці цифри трохи менше.
Інша позитивна характеристика — динаміка розгону авто. Перемикання передачі вгору укладається у 8 мс, у той час як на «механіку» навіть досвідченому водієві потрібно до 0,5 с. Подібно до автоматичної коробки, на невеликих підйомах машину втримує «антивідкочування», а на горизонтальних ділянках вона котиться на мінімальній швидкості. Однак DCT успадкувала недолік АКПП, який дратує багатьох водіїв, — інертність, або, простіше кажучи, «тупість» роботи КПП. Під час різкого прискорення, наприклад, із п’ятої передачі «мехатроніка» намагається перейти відповідно до закладеного алгоритму на щабель вище, у той час як для необхідного водію прискорення необхідна знижена передача. Виходить секундна (а іноді й більше) затримка й відчутний поштовх, оскільки автоматика, «усвідомивши» помилку, змінює попередньо ввімкнену шосту передачу на другу або третю. З іншого боку, майже в усіх таких КПП передбачений ручний режим перемикання, реалізований через звичний важіль КПП або екзотичними підкермовими «пелюстками», як, наприклад, у автомобілях VW.
Крім того, півавтоматичні коробки, на відміну від звичайного «автомата», не витримують тривалого пробуксовування; вони піддані механічному зношуванню на початку руху або під час руху з малою швидкістю. Однак датчики весь час стежать за нагріванням дисків і навантаженням, задіюючи зчеплення по черзі (авто рушає з першої або другої передачі); іноді на короткий час можуть замикатися навіть обидва (наприклад, під час старту в гору). Однак проблеми «заміни зчеплення» кожні 100—150 тис. км пробігу, з якою мають справу власники авто з «ручкою», у «мехатроніки» немає: агрегат робиться нерозбірним і ремонту не підлягає. У той же час товщина накладок допускає зношування фрикційного матеріалу на 3,5 мм (на прикладі DSG-7) у розрахунку на 250—300 тис. км за умови акуратного стилю водіння.
Очевидно, що прецизійна електроніка коробок із подвійним зчепленням складніше своїх механічних «колег», тому вартість її вище. Утім, різниця не така істотна, як кілька років тому, і «мехатроніка» уже перебуває в ціновій категорії АКПП. Приміром, вартість Skoda Octavia A5 1.8 TSI із МКПП, АКПП і DSG у київських автосалонах — близько $24000, $25300 і $26800 відповідно. До речі, лінійка останнього покоління VW узагалі не комплектується гідромеханічними «автоматами».
Довідка «УТГ»
Ідею КПП із подвійним зчепленням у 30-х роках минулого століття сформулював Адольф Кегресс, більш відомий «підвіскою Кегресса» (гумові гусениці замість ведучих коліс заднього моста). Audi і Porsche взяли цю концепцію на озброєння лише в середині 80-х і тільки для гоночних автомобілів. У 1985 році Quattro Sport S1 з DCT виграв Pikes Peak- перегони-підйом на висоту 4300 м. А в 1986-му Porsche 962C переміг у 1000-кілометровому заїзді прототипів у Монці — це була перша перемога автомобіля, оснащеного напівавтоматичною КПП, яка перемикається «пелюстками» на кермі.
