Коробка передач с двойным сцеплением: устройство, принцип работы, особенности

Человек, который внедрил DSG

Во второй половине 1990-х Фердинанд Пих, успевший дорасти до топ-менеджера концерна VW, стал усиленно продвигать схему с двумя сцеплениями под фирменным названием DSG (Direkt Schalt Getriebe по-немецки или Direct-Shift Gearbox по-английски) для «гражданских» моделей. Занималась новой трансмиссией известная американская компания BorgWarner, и работы в этом направлении шли восемь лет. И вот в конце 2002 года было объявлено о начале серийного производства шестиступенчатой коробки с двумя сцеплениями на модели Volkswagen Golf R32 2003 модельного года. Так 15 лет назад ТДС вышла, что называется, в мир. Как это часто бывает, название первопроходца – DSG – нередко используют как нарицательное для всех аналогов, хотя это фирменное обозначение ТДС группы Volkswagen.

Первую DSG – DQ250 (код в каталоге запчастей 02E) начали устанавливать на спортивную модификацию VW Golf , которая называлась R32. Машина оснащалась 3,2-литровым мотором, развивавшим 241 л.с. Для самой мощной и быстрой версии Golf особенно важны были два преимущества ТДС: будучи, по сути, механической трансмиссией, по КПД она выигрывает у гидромеханического «автомата», по максимальному моменту и диапазону передаточных чисел – у вариатора, ну а по сравнению с ручным управлением «робот» – у водителя по скорости смены передач (в некоторых случаях переключение занимает всего несколько сотых секунды). Перемена ступени происходит практически без разрыва потока мощности.

Для реализации схемы с двумя сцеплениями DSG имеет двойной ведущий вал. Первое сцепление передает момент на его внешнюю часть, связанную с четными передачами, а второе – на внутреннюю, на которой сидят нечетные. Пока включена одна передача, автоматика готовит следующую, ориентируясь на положение дросселя, скорость, ускорение машины и обороты двигателя, – благо в современном автомобиле информация об этом стекается в компьютер. Смена ступеней происходит либо автоматически, либо по команде водителя – селектором ручного режима или подрулевыми лепестками. На первой DSG фрикционы работают в масляной ванне, ими управляет давление от гидронасоса. Мокрые фрикционы хорошо держат высокие нагрузки и противостоят износу, а циркулирующее масло эффективно отводит тепло от пар трения. Правда, сложный гидроблок сделал стоимость DSG соизмеримой со стоимостью гидромеханического «автомата», а насос отбирал несколько лошадиных сил. Это было приемлемо для мощных и дорогих автомобилей, а более бюджетным пришлось подбирать другой вариант конструкции.

Сухие сцепления

В 2008 году появилась следующая версия DSG – семиступенчатая DQ200 (0AM) с двумя сухими сцеплениями, которая рассчитана на крутящий момент до 250 Нм. Внутренние потери здесь заметно меньше, а в помощь упрощенной гидравлике подключили электромеханику. «Сухой» вариант работал экономичнее, но более шумно и менее плавно, чем «мокрый», иногда даже с толчками и задержками, что проявлялось обычно в городском трафике. Также известно, что неисправности с мехатроникой, управляющей сухими сцеплениями, отмечались чаще. После нескольких модернизаций ситуация улучшилась.

В течение следующих двух лет было создано еще два варианта DSG, в которых предпочтение отдали мокрым сцеплениям. Это S-Tronic для Audi с допустимым крутящим моментом 600 Нм и версия DSG для поперечного силового агрегата, переваривающая момент до 500 Нм.

Несколько позже, в 2012 году, Porsche вспомнила свой спортивный опыт и совместно с ZF довела свою PDK до серийного применения на моделях 911 Carrera и Carrera S. Она семиступенчатая, с мокрыми сцеплениями и усиленными синхронизаторами.

Принцип работы и устройство трехвальной МКПП

Основополагающим принципом функционирования МКПП является зубчатое взаимодействие шестеренок, которые обволакиваются трансмиссионной жидкостью, находящейся в картере коробки.

В состав такой МКПП входят:

• ведущий и ведомый валы;
• промежуточный и дополнительный валы;
• корпус;
• синхронизаторы;
• комплекты шестеренок;
• механизм переключения ступеней с замками и блокирующими механизмами;
• рычаг переключения ступеней.

Подшипники, расположенные в корпусе, обеспечивают вращение валов. На каждом валу имеется комплект шестеренок с различным числом зубьев.

Ведущий вал примыкается к двигателю посредством корзины сцепления, ведомый с карданным, промежуточный передает вращающий момент вторичному.

На первичном валу имеется ведущая шестеренка, которая раскручивает промежуточный с расположенным на нем крепко зафиксированным набором шестеренок. На ведомом валу имеется свой комплект шестеренок, перемещающихся по шлицам.

Между шестеренками вторичного вала находятся муфты синхронизаторы, которые выравнивают угловые скорости шестеренок с оборотами самого вала. Синхронизаторы крепко закреплены на валах и передвигаются в продольном направлении по шлицам. На современных МКПП такие муфты находятся на каждой ступени.

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.

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.

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 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.

Плюсы и минусы двойного сцепления

Как любой другой узел автомобиля, двойное сцепление имеет как ряд положительных качеств, так и ряд недостатков. Начнём, пожалуй, с плюсов.

Итак, внедрение подобного усовершенствования в систему трансмиссии автомобиля позволило добиться:

• существенной экономии топлива;
• высоких динамических показателей;
• плавности хода;
• отсутствия потерь мощности двигателя.

Несмотря на такие весомые преимущества представленного узла, существует ряд отрицательных моментов. К ним можно отнести:

• крайне ограниченный ресурс рабочих элементов;
• низкое сервисное обслуживание;
• дорогостоящий ремонт.

Пожалуй, еще одним не менее существенным недостатком данной трансмиссии является то, что в случае повышенного износа рабочих элементов узла, дальнейшая эксплуатация автомобиля становится невозможной.

Иными словами, если та же самая «пинающаяся» АКПП позволит вам самостоятельно добраться до сервиса и произвести ремонт, то в данном случае придется рассчитывать только на помощь эвакуатора.

Тем не менее прогресс не стоит на месте и производители, ориентируясь на опыт эксплуатации своих разработок, привносят в конструкцию узлов «двойного сцепления» различные новшества, призванные увеличить ресурс его механизмов и повысить ремонтопригодность.

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:

• Speedshift у Mercedes-Benz;
• Twin Clutch SST для Mitsubishi;
• S-Tronic для Audi;
• 7DT — Porsche;
• Powershift — Ford;
• BMW — M DCT;
• DSG — Volkswagen.

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

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

• ZF для автомобилей компании Porsche;
• Luk — для Volkswagen как сухое сцепление;
• BorgWarner — для Volkswagen как мокрое сцепление;
• Ricardo – самое знаменитое для автомобиля Bugatti Veyron;
• Getrag – для автомобилей марки Chrysler, Volvo, Mercedes-Benz, Ferrari, Ford.

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.

Пневматический усилитель

Некоторые автомобили, которые имеют повышенные нагрузки при работе, имеют пневматический усилитель. К примеру, такой усилитель устанавливают на автомобилях марки КАМАЗ. Данный усилитель предназначен для уменьшения основного усилия, которое прикладывает водитель к педали выключения сцепления.

Стоит также отметить, что существуют различные виды коробок передач – механическая, автоматическая и роботизированная. Отсюда следует различие в сцеплениях, применимых на таких автомобилях. Так, например, на механических КПП, используют одно, сухое сцепление, а на автоматических КПП, используют в основном многодисковое влажное сцепление. На роботизированных КПП используют два сцепления, при этом они работают попеременно.

Существуют также два варианта выжима сцепления:

1. С электрическим актуатором;
2. С гидравлическим актуатором.

Надеемся вы получили представление о том, как работает сцепление в автомобиле и узнали много интересного о видах сцепления, его устройстве и усилителе. Как видно из статьи, работа сцепления не сложна, однако сам механизм сцепления достаточно сложен. Поэтому не следует забывать о своевременном техническом обслуживании сцепления, в частности – его регулировке.

Как работает роботизированная коробка DSG

  Устройство роботизированной коробки от Фольксваген назвать слишком простым нельзя, но, по факту, большинство принципов ее работы основаны на обычной механике с элементами «автомата».

Двойное сцепление является главным катализатором передачи крутящего момента на два ряда передач. Ведущий диск при этом запускается благодаря сцеплению. С маховиком и фрикционными муфтами его соединяет специальная ступица с установленным маховиком, которая также объединяет между собой каждый из рядов передач.

Акпп DSG 6 обладает «мокрым» сцеплением, которое вне зависимости от того, работает ли оно или нет, должно находиться в достаточном количестве масла. Отметим, что именно из-за этого шестиступенчатая коробка требует для корректной работы больше масла (около шести с половиной литров), чем семиступенчатая (всего до двух литров). Это обусловлено тем, что DSG 7 оснащается «сухим» сцеплением, для работы которого нужно значительно меньший объем масла. Нельзя не сказать и о том, что при таком положении дел, «шестерка» менее эффективна, так как на ней установлен гидравлический насос для масла, а не электрический, как у ее «младшей сестры».

Как мы уже говорили выше, в конструкции используется два ряда передач. Первый ряд работает исключительно с нечетными передачами, включая и заднюю. Второй же ряд отвечает за корректную работу четных передач. Так, каждый из рядов работает в связке, представляя собой два вала с шестеренками.

Одним из важнейших элементов коробки является электронный блок управления. Он также состоит из нескольких частей:

• датчики, позволяющие собирать данные от систем автомобиля;
• электронная «начинка», управляющая всем через компьютерную программу;
• гидравлика;
• механизмы, отвечающие за исполнение команд блока управления.

Блок управления расположен в самом картере (главном корпусе коробки переключения передач). Вся гидравлика и электроника находится в одном специальном блоке, известном под названием Мехатроник. Датчики, получающие сигналы от других система автомобиля также находится в блоке с электроникой и гидравликой.

Входные датчики нужны для того, чтобы считывать данные о том, как происходит вращение на выходе и входу кп. Также они проверяют температуру масла, уровень давления и то, правильно ли расположены вилки коробки. Электронный блок получает всю информацию с датчиков, после чего использует один из циклов, которые заложены в его основной программе управления коробкой передач.

Если говорить об электрогидравлике, которая является вторым важнейшим элементом управления DSG 6, то она отвечает на корректировку гидравлического контура кп. Если копнуть глубже, то можно выделить несколько основных составляющих частей электрогидравлического блока:

• электромагнитные и регулировочные клапаны (вторые отвечают за уровень давления);
• распределяющие золотники;
• мультиплексор, выдающий основной управляющий сигнал коробке.

Как только селектор начинает двигаться, вступают в работу и распределители. Переключение передач осуществляется при помощи электромагнитных клапанов. Клапаны давления позволяют правильно корректировать фрикционные муфты. Таким образом, клапаны в коробке DSG 6 можно смело назвать основными исполняющими элементами, обеспечивающими главные принципы работы акпп.

Остался мультиплексор, который занимается управлением гидроцилиндрами. Их восемь, но одновременно используется не больше четырех клапанов. Во время перехода мультиплексора на различные режиму, в рабочей связке оказываются разные цилиндры. Но, работают всегда только четыре – все одновременно, ни при каком режиме, задействовать не получится.

Таким образом, можно понять, что коробка передач DSG 6 работает по относительно простым алгоритмам, которые являются циклическими. Одновременно используется два ряда передач. Запуская первый, вы тут же запускаете и второй, который до момента переключения остается в неактивном положении, однако, во время переключении передачи, не запускается снова, а просто переходит в активную фазу, сокращая, таким образом, время на переключение до нескольких долей секунды.

Устройство и составляющие сцепления

Устройство сцепления условно можно разделить на две части: механизм и привод. В целом в конструкцию узла входит:

1. Нажимной диск или корзина. Является основой для других конструктивных элементов сцепления. Имеет непосредственный контакт с выжимными пружинами, которые направлены к центру. Размер площадки пропорционален двум радиусам маховика ДВС. Прижимной участок отличается наличием шлифовки исключительно с одной стороны. Диск имеет плотное соединение с маховиком двигателя.
2. Ведомый диск. Располагается в зазоре прижимного участка и маховика. Имеет непосредственный контакт с КПП при помощи шлицевой муфты и фрикционных накладок. Вокруг муфты конструктивно находятся демпферные пружины, которые принимают на себя всю вибрацию.
3. Фрикционные накладки. Находятся в основании и изготавливаются из различных композитных материалов.
4. Выжимной подшипник. Визуально делится на две части, одна из которых имеет круглую основу для воздействия на пружины корзины. Подшипник расположен на кожухе вала. Существует два типа подшипников: оттягивающего или нажимного принципа. Первый тип нашел свое применение в Peugeot. Иногда подшипник имеет несколько пружин-фиксаторов.
5. Привод и педаль сцепления. В автоматических коробках сохранен только механизм.

Принцип работы двойного сцепления

Сцепление это ключевой отличительный момент всей трансмиссии. Именно про него стоит рассказать отдельно и подробно.

Как мы уже с вами поняли – у нас есть два вала, и для каждого из них, есть свой «пакет» сцепления, но объединенный в один корпус. ТО есть сразу два диска! Один – располагается на нечетные передачи 1 – 3 – 5 (или в нашем примере это «трубка»). Второй на четные 2 – 4 – 6 передачи (то есть это «прут»).

Как происходит работа – когда машина трогается, сжимается один диск сцепления, рассчитанный на первую передачу, вторая передача также включается, но она еще не задействована, потому как ее диск разомкнут. После того как обороты в двигателе набрались до нужной отметки (переключения), первый диск размыкается, а второй сжимается. А так как шестерня (второй передач) уже находится в зацеплении, то переключение происходит моментально, без каких-либо толчков и потерь.

Диски сжимаются и размыкаются попеременно, включая или выключая ту или иную передачу.

Сейчас есть два варианта исполнения сцепления роботизированной коробки передач, это сухое и мокрое.

Зачем нужны два сцепления

Чтобы понять важность данного технологического решения, необходимо разобраться в устройстве роботизированной коробки передач. Как известно, сцепления служит для смыкания и размыкания валов трансмиссии с движущимися осями авто

В РКПП стоит сразу два вала, которые располагаются по схеме «один в другом». На первом валу находятся шестерни с нечётными скоростями, а на втором — с чётными. В момент включения первой передачи активируется первый вал. Но в этот же момент шестерёнки второго вала зацепляются за работу первого, ведущего к дифференциалу. Получается коробка «ждёт», когда водитель переключит передачу и моментально отрабатывает включение более высокой скорости. Данный принцип работает для всех передач.

Двойное сцепление как раз работает на размыкание одного вала и синхронное смыкание второго. В результате трансмиссия переключает скорости без дёрганий и рывков.

Структура работы устройства

Главной отличительной чертой двойного сцепления от типичного является шестерня коробки, которая расположена на 2-ух валах.

Здесь вы видите схематичное изображение двойного сцепления. Фото: 900igr.net

Одно сцепление отвечает за передачу крутящего момента первому валу, второе же- за то, чтобы вращение передалось на 2- ой вал. Один вал контролирует четную передачу, а второй- за нечетную. То есть коробка передач- это комбинация 2 шестерней, способных осуществлять работу по очереди.

Каким образом осуществляется работа двойного сцепления

В случае использования простого сцепления крутящий момент и мощность частично теряется. При условии использования двойного сцепления автоматика не ждёт решения водителя переключиться на вторую передачу, а переключается автоматически. Когда приходит время переключать передачу, первый диск сцепления отключается, и происходит включение второго диска. Для переключения передач система ориентируется на сигналы, поступающие от датчиков.

Фото: nivus.ru

Виды двойного сцепления

Двойное сцепление может быть мокрым и сухим.

В мокром типе сцепления узловой элемент размещается в масляной среде, из-за чего элементы нагреваются не очень сильно. Мокрый тип сцепления желательно устанавливать в мощные и скоростные автомобили, где передается большой крутящий момент.

Мокрый тип используется в трансмиссиях, имеющих четное кол-во передач, и нуждается в наличии масла, в котором и располагается сам диск. Мокрое сцепление состоит из двух пакетов фрикционного диска, 4-ех ступиц, поршней, а также пружин.

Крутящий момент в двойном сцеплении мокрого типа передается из двигателя на КПП благодаря сжатию ведомого и ведущего диска. Фото: skoda-autos.ru

Главный недостаток двойного сцепления мокрого типа – излишняя запутанность в его структуре, а также довольно высокие цены на эксплуатацию и ремонт.

Масло для сцепления данного типа необходимо в больших количествах. Одно из главных преимуществ двойного сцепления мокрого типа – более эффективное его охлаждение. Мокрое двойное сцепление наделено гораздо большей по уровню надежностью.

Сухой тип сцепления является более простым и надёжным, нежели мокрый, благодаря отсутствию масляного насоса. Сухое сцепление имеет 1 ведущий диск. Фото: forum.zr.ru

На сегодняшний день сухое двойное сцепление — наиболее распространенное, его устанавливают практически на семьдесят процентов авто, которые оснащены данной трансмиссией.

«Мокрый» тип двойного сцепления ставится немного реже, однако он может проработать большее количество времени.

Некоторые автопроизводители могут совмещать на машинах одновременно оба варианта, например, VW, который оснащен как мокрым вариантом двойного сцепления, так и сухим вариантом.

Но отчего же мокрый тип двойного сцепления более надежный, нежели сухой? Все дело в том, что диск, который вращается в масле, в нем и охлаждается, и в связи с этим может выдерживать огромные обороты и при этом не «сгорать». А сухой тип будет вращаться в пространстве и его будут ограничивать обороты, так как от излишне высоких оборотов он вскоре начнет гореть и деформироваться.

Плюсы двойных сцеплений

• При использовании двойного сцепления в процессе движения сохраняется плавное движение машины. При переключении передачи никакие толчки и рывки не наблюдаются.
• Возможно, происходит некоторая топливная экономия. Это происходит в связи с тем, что во переключения передачи не происходит потеря мощности.
• Происходит увеличение динамики разгона машины, ибо во время передачи крутящего момента не наблюдается задержек.

Двойное сцепление более сложное, нежели обычное. В связи с этим обслуживание и ремонт этого узла довольно сложен. Фото: акппфорд.рф

Минусы двойных сцеплений

Во время езды в авто спортивного стиля с частым торможением и разгоном у водителей может возникать проблема с ощущениями машины.

Безусловный лидер в эффективном производстве авто, которые оборудованы коробками двойного сцепления – Фольксваген. С двухтысячных годов несколько моделей начали комплектоваться шестиступенчатой КПП с прямым включением двойного сцепления. Следующее поколение- семиступенчатое двойное сцепление.

Двойное сцепление может объединять все преимущества «механики», к примеру, хороший и экономный топливный расход, и «автоматики», а именно комфортный и плавный ход, однако у данной системы есть и некоторые недостатки.

Учтите, что установку двойного сцепления нельзя назвать делом дешевым, не каждый механик возьмется за данную работу. Установка обычного сцепления будет стоить гораздо дешевле.

О некоторых других особенностях двойного сцепление узнайте из этого видео:

Двойное сцепление, описание и принцип работы

Современные автомобили стали оснащать не только улучшенными коробками передач, но и двойным сцеплением. Такой ид один из лучших на сегодняшний день, расскажем о принципе работы и его устройстве.

• Разновидность в автомобилях
• Мокрое
• Сухой механизм
• Графическое описание
• Видео

В многих нынешних роботизированных коробках передач установлено двойное сцепление. Помимо стандартного назначения сцепления, оно обеспечивает предварительный выбор последующей передачи, когда включена предыдущая. Такой выбор достигается благодаря поочередной работе фрикционных муфт.

Благодаря такой налаженной работе, крутящий момент непрерывно передается на ведущие колеса от двигателя.