На стыке механики и электроники

Расшифровываем аббревиатуры DCT и DSG.

Если бегло просмотреть предложения автодилеров, то в графе «коробка передач» все чаще встречается сложное название «преселективная» или «роботизированная механическая» КПП. Авто с такими агрегатами находятся в верхнем ценовом диапазоне, поэтому указанная опция считается «крутым наворотом» для обеспеченных покупателей и высокотехнологичной «фишкой» для энтузиастов. Но, по всей видимости, уже скоро мы увидим такие трансмиссии на более доступных иномарках (инженерная мысль отечественного автопрома не может осилить даже толковую АКПП), поэтому самое время разобраться с принципом их работы.

Не путаемся в сокращениях

Латинское сокращенное обозначение преселективной или коробки передач с двойным сцеплением — DCT (от англ. dual clutch transmission). Но пионером в серийном внедрении подобных КПП стала компания Volkswagen. Именно поэтому преселективные коробки часто обобщенно называют DSG (Direct-Shift Gearbox) — от маркетингового названия, придуманного немецкой компанией.

Вторым крупнейшим «внедренцем» технологии стала компания Ford, европейское подразделение которой совместно со специалистами фирмы Getrag разработало линейку Powershift, которая концептуально базируется на тех же принципах, что и DSG.

Но чтобы рекламные буклеты выглядели солиднее, автопроизводители используют разные сокращения для обозначения одного и того же агрегата: PDK (Porsche), SST (Mitsubishi), DCG (BMW). К примеру, Audi эксплуатирует название S-tronic, хотя эти КПП практически не отличаются от фольксвагеновских DSG (обе компании входят в Volkswagen Audi Group).

Вспоминаем матчасть

Гигантская мировая индустрия автопрома до сих пор не разобралась с проблемой оптимальной передачи крутящего момента с двигателя на колеса. А именно на этом этапе происходит наибольшая потеря КПД и без того не самого эффективного двигателя внутреннего сгорания.

Советские авто безальтернативно комплектовались механическими КПП, поэтому они исторически ближе отечественному автолюбителю. Переключение передачи в них происходит путем нажатия педали сцепления, которая отсоединяет двигатель от КПП и прекращает подачу силового потока к коробке. С помощью рычага водитель выбирает нужную передачу, зубчатая муфта перемещается от одной шестерни к другой, синхронизаторы выравнивают скорость вращения муфты, передача безударно включается, а водитель отпускает педаль сцепления, повторно соединяя двигатель с трансмиссией.

С появлением у нас иномарок в жизнь автолюбителей стали входить гидромеханические «автоматы», сразу полюбившиеся новичкам и любителям комфорта. За передачу силового потока тут отвечает электроника при участии муфты сцепления, конвертора и набора планетарной передачи, а пульсацию тяги сглаживает гидротрансформатор. Однако гидравлические потери съедают изрядную долю мощности, увеличивают расход топлива.

В последнее время многие автопроизводители вплотную занялись модернизацией и внедрением вариаторов (бесступенчатых КПП) — одним из видов «автоматов», который использует подвижную систему шкивов и ремень для создания бесконечного множества передаточных соотношений на широком диапазоне оборотов. Однако они по-прежнему не справляются с передачей большого крутящего момента.

Сухие и мокрые

Коробка передач с двойным сцеплением — второе поколение роботизированных механических (полуавтоматических) КПП. Она имеет входной и промежуточный валы для размещения шестерен, сцепление и синхронизаторы, чем очень напоминает стандартную «механику». Но ее главная особенность — двойной вал (как известно, у стандартной механической трансмиссии все шестерни передач находятся на одном входном валу). Конструктивно внутренний вал расположен внутри полого внешнего. На последний «повешены» четные передачи, в то время как на внутренний — нечетные. Для каждого вала предусмотрено независимое сцепление.

Таким образом, во время разгона на нечетной передаче следующая, четная, уже «воткнута» (отсюда и название — преселективная). В ходе переключения поток мощности не прекращается: нечетное сцепление размыкается, а четное синхронно замыкается. Далее — аналогично, но на ступень выше. Этот процесс происходит при участии компьютера, соленоидов и гидравлики, поэтому педали сцепления в авто с DCT нет.

Первые преселективные коробки (совместного производства Borg-Warner и VW) оснащались «мокрыми» сцеплениями, то есть многослойными наборами фрикционных дисков, которые используют гидравлическое давление для включения. Когда сцепление включено, давление внутри поршня разжимает пружины и набор дисков сцепления прижимается к фиксированной пластине давления. Фрикционные диски имеют зубцы такого же размера и такой же формы, что и пазы барабана сцепления. Он, в свою очередь, соединен с набором шестерен, которые получают крутящий момент. При разъединении сцепления давление жидкости внутри поршня снижается, пружины поршня сжимаются, давление набора дисков ослабевает.

Вращаясь в масле, фрикционные диски эффективно охлаждаются и обеспечивают передачу большого крутящего момента, но расходуют много энергии. Поэтому такая трансмиссия в паре со «слабыми» моторами не дает выигрыша в расходе топлива (один из основных плюсов DCT). К примеру, в Volkswagen Group ее устанавливали только на автомобили минимум со 140-сильными двигателями.

Более слабые моторы обычно агрегируются с преселективными «семиступками» с двухмассовым маховиком и «сухими» сцеплениями, которые технологически мало чем отличаются от используемых в МКПП. Основное новшество трансмиссии — маслонасос с электроприводом, который включается только при падении давления ниже критического минимума, не отнимая без необходимости мощность от двигателя. Однако эта совместная разработка компаний VW и LuK может справиться только с 250 Н·м крутящего момента.

«Pro», но не без «contra»

КПП с двойным сцеплением экономит топливо благодаря практически непрерывному потоку мощности от двигателя к трансмиссии. Согласно различным исследованиям, DCT-коробка может экономить от 5 до 10—15% топлива. В реальных показателях это порядка 800 л на 100 тыс. км пробега, хотя на практике эти цифры несколько меньше.

Другая положительная характеристика — динамика разгона авто. Переключение передачи вверх укладывается в 8 мс, в то время как на «механике» даже опытному водителю требуется до 0,5 с. Подобно автоматической коробке, на небольших подъемах машину удерживает «антиоткатка», а на горизонтальных участках она катится на минимальной скорости. Однако DCT достался по наследству недостаток АКПП, вызывающий раздражение у многих водителей, — инертность, или, проще говоря, «тупость» работы КПП. При резком ускорении, например, с пятой передачи «мехатроника» пытается перейти согласно заложенному алгоритму на ступень выше, в то время как для требуемого водителю ускорения необходима пониженная передача. Получается секундная (а иногда и более) задержка и ощутимый толчок, поскольку автоматика, «осознав» ошибку, меняет предварительно включенную шестую передачу на вторую или третью. С другой стороны, почти во всех подобных КПП предусмотрен ручной режим переключения, реализованный с помощью привычного рычага КПП или экзотических подрулевых «лепестков», как, например, в автомобилях VW.

Кроме того, полуавтоматические коробки, в отличие от обычного «автомата», не выдерживают продолжительной пробуксовки; они подвержены механическому износу в начале движения или при движении с малой скоростью. Однако датчики постоянно следят за нагревом дисков и нагрузкой, задействуя сцепления поочередно (авто трогается с первой или второй передачи); иногда на короткое время могут замыкаться даже оба (например, при старте в гору). Однако проблема «замены сцепления» каждые 100—150 тыс. км пробега, с которой сталкиваются владельцы авто с «ручкой», у «мехатроники» отсутствует: агрегат делается неразборным и ремонту не подлежит. В то же время толщина накладок допускает износ фрикционного материала на 3,5 мм (на примере DSG-7) в расчете на 250—300 тыс. км при аккуратном стиле вождения.

Очевидно, что прецизионная электроника коробок с двойным сцеплением сложнее своих механических «коллег», поэтому стоимость ее выше. Впрочем, разница не такая существенная, как несколько лет назад, и «мехатроника» уже находится в ценовой категории АКПП. К примеру, стоимость Skoda Octavia A5 1.8 TSI с МКПП, АКПП и DSG в киевских автосалонах — около $24000, $25300 и $26800 соответственно. Кстати, линейка последнего поколения VW вообще не комплектуется гидромеханическими «автоматами».

Справка «УТГ»

Идею КПП с двойным сцеплением в 30-х годах прошлого века сформулировал Адольф Кегресс, более известный «подвеской Кегресса» (резиновые гусеницы вместо ведущих колес заднего моста). Audi и Porsche взяли эту концепцию на вооружение лишь в середине 80-х и только для гоночных автомобилей. В 1985 году Quattro Sport S1 с DCT выиграл Pikes Peak— гонку-подъем на высоту 4300 м. А в 1986-м Porsche 962C победил в 1000-километровом заезде прототипов в Монце — это была первая победа автомобиля, оснащенного полуавтоматической КПП, переключаемой «лепестками» на руле.