Większość kierowców uważa, że wybór samochodu to wybór pomiędzy dwiema wzajemnie wykluczającymi się opcjami. Albo używasz pedału sprzęgła i ręcznie zmieniasz biegi, albo pozwalasz, aby automatyczna skrzynia biegów wykonała większość pracy za pomocą przemiennika momentu obrotowego i zestawu przekładni planetarnej. Istnieje jednak opcja pośrednia. Często nazywa się ją półautomatyczną, zautomatyzowaną manualną lub bezsprzęgłową manualną skrzynią biegów. Termin techniczny to Przekładnia dwuwałowa (DCT).
Zespoły wyścigowe od wielu lat korzystają z sekwencyjnych manualnych skrzyń biegów. A co z samochodami produkowanymi seryjnie? Jest to stosunkowo nowe zjawisko. Branża definiuje ten segment za pomocą jednego konkretnego modelu: przekładni z bezpośrednią zmianą biegów (DCT). Przyjrzymy się, jak działają te jednostki, jak mają się do tradycyjnych automatycznych i manualnych skrzyń biegów oraz dlaczego niektórzy eksperci uważają, że są przyszłością zmiany biegów.
Zrób to sam lub pozwól systemowi zrobić to za Ciebie
DCT to w zasadzie dwie manualne skrzynie biegów połączone w jedną obudowę. Aby zrozumieć jego znaczenie, należy pamiętać, jak działają konwencjonalne skrzynki mechaniczne. Naciśnij pedał sprzęgła. Może to spowodować odłączenie silnika od skrzyni biegów, zakłócając przenoszenie mocy. Przesuń dźwignię, aby przesunąć bieg na następny. Synchronizator łączy biegi, zapobiegając ich zazębianiu. Zwolnić pedał sprzęgła. Zasilanie zostało przywrócone.
To tworzy lukę. Wyłącz zasilanie i włącz je ponownie. Taka przerwa może spowodować „ładowanie szokowe”. Profesjonalny kierowca może nawet wyrzucić pasażerów z siodełka podczas zmiany biegów.
Układ dwuwałowy wykorzystuje dwa sprzęgła, ale nie wymaga pedału. Podobnie jak w konwencjonalnym samochodzie, sprzęgłem steruje złożona elektronika i hydraulika, ale każde sprzęgło działa niezależnie. Jedno sprzęgło odpowiada za biegi nieparzyste (1., 3., 5. i wsteczny). Drugi steruje biegami parzystymi: 2., 4. i 6.
Taka konfiguracja umożliwia zmianę biegów bez przerywania przenoszenia mocy. Dzieje się to sekwencyjnie.
Przekładnia dwuwałowa
Konstrukcja ta opiera się na dwóch koncentrycznych wałach. Wał zewnętrzny wykorzystuje koła zębate o numerach parzystych. Wewnętrzny wał wykorzystuje nieparzyste koła zębate. Obracają się niezależnie.
Po włączeniu trzeciego biegu moc silnika przenoszona jest przez pierwsze sprzęgło na wał o numerze nieparzystym. Ale drugie sprzęgło wybiera już 4. bieg. Przerzutki są na swoim miejscu. Synchronizacja działa. Wystarczy moment obrotowy.
Kiedy samochód przekroczy punkt zmiany biegów, elektronika zamyka drugie sprzęgło i otwiera pierwsze. Moc jest natychmiast przenoszona z wału przekładni o numerze nieparzystym na wał przekładni o numerze parzystym. Nie ma żadnych luk. Żadnych trafień.
Dlatego DCT wydaje się być szybszy. Eliminuje przerwy w momencie obrotowym występujące w tradycyjnych manualnych skrzyniach biegów. Ale nie chodzi tylko o prędkość. Chodzi o efektywność. W przeciwieństwie do płynnego sprzęgła hydrokinetycznego w automatycznej skrzyni biegów, ma ono bezpośrednie połączenie mechaniczne. Skorzystaj z wydajności pracy ręcznej i wygody automatyzacji.
Ma jednak swoje własne cechy. Układ hydrauliczny może wydawać się niestabilny przy niskich prędkościach. Włączenie sprzęgła wymaga precyzyjnego wyczucia czasu. Jeśli oprogramowanie zwalnia, poczujesz to. To kompromis. Zastępuje czysto mechaniczne połączenie dźwigni złożonym dwuobwodowym układem hydraulicznym.
Rezultatem jest skrzynia biegów, która zmienia biegi niewiarygodnie szybko i z niemal brutalną wydajnością. To kompromis pomiędzy zaangażowaniem kierowcy a komfortem. To, czy złożoność konserwacji jest uzasadniona, jest dużym pytaniem dla współczesnych nabywców.
Opis architektury podwójnego sprzęgła
Standardowa instrukcja zmiany biegów jest prosta. To jest wał wejściowy. Zwolnić pedał, wyłączyć bieg, zmienić bieg i włączyć ponownie. To proces liniowy. Wszystko dzieje się zgodnie z oczekiwaniami. Jednak jest bardzo powolny.
Dwusprzęgłowa skrzynia biegów (DCT) optymalizuje ten proces poprzez rozkład obciążenia. Wykorzystuje dwa koncentryczne wały zamiast jednego zestawu kół zębatych.
Wyobraź sobie rosyjską lalkę gniazdującą. Wał zewnętrzny jest pusty. Wewnątrz znajduje się stały wał wewnętrzny. Obracają się niezależnie od siebie i są sterowane przez oddzielne sprzęgła.
Podział ról jest szczególny. Zewnętrzny wał drążony odpowiada za biegi parzyste, czyli 2. i 4. Wewnętrzny wał pełny – dla liczb nieparzystych (1., 3. i 5.).
Sekret tkwi nie tylko w sprzęcie. Niezależne sterowanie sprzęgłem.
Taka konstrukcja umożliwia jednomu sprzęgłu korzystanie z jednego zestawu biegów, podczas gdy drugie sprzęgło wybiera wstępnie następny bieg. Podczas zmiany biegów role sprzęgieł zmieniają się niemal natychmiast. Nie ma utraty mocy. Nie ma żadnych opóźnień. Moment obrotowy jest przenoszony płynnie.
Tradycyjne ręczne skrzynie biegów nie są w stanie odtworzyć tego procesu. Używane jest tylko jedno sprzęgło. Aby zmienić bieg, musisz wszystko wyłączyć. DCT pozostawia połowę skrzyni biegów uruchomioną, podczas gdy druga połowa przygotowuje się do następnego kroku. Dlatego przełączanie następuje z szybkością błyskawicy. Ciągłe zasilanie. Całkowity brak zakłóceń.
Mechanizm zmiany
Ponieważ dwusprzęgłowe skrzynie biegów (DCT) mają to samo DNA, co tradycyjne automatyczne skrzynie biegów, można by pomyśleć, że do połączenia silnika i skrzyni biegów potrzebny będzie przemiennik momentu obrotowego. To jest błędne. Duże złącza hydrauliczne należą już do przeszłości.
Zamiast tego nowoczesne dwusprzęgłowe automatyczne skrzynie biegów opierają się na mokrych sprzęgłach wielopłytkowych.
Pomyśl o mokrym sprzęgle jak o kanapce nasączonej olejem. Tarcze cierne są impregnowane smarem i spełniają dwie ważne funkcje: zmniejszają tarcie i, co ważniejsze, kontrolują intensywne ciepło powstające podczas zmiany biegów. Takie zarządzanie temperaturą pozwala tym jednostkom wytrzymać wysoki moment obrotowy silników o wysokich osiągach, nie zamieniając się w żużel.
Chociaż niektórzy inżynierowie eksperymentowali z suchymi sprzęgłami w układach DCT (symulując prostą manualną skrzynię biegów z otwartą płytą), wszystkie nowoczesne samochody produkcyjne zgodne z architekturą DCT wykorzystują mokre sprzęgła.
To sprawdzona formuła. Być może widziałeś już tę technikę z zaledwie dwoma kołami. Wiele motocykli o wysokich osiągach wykorzystuje sprzęgła jednopłytkowe z tych samych powodów: zwartości i odprowadzania ciepła. Różnica polega na skali. Wersja automatyczna została zaprojektowana tak, aby wytrzymywać ekstremalne obciążenia, zmieniać biegi w ciągu milisekund, zachowując jednocześnie dobre chłodzenie skrzyni biegów podczas codziennych dojazdów do pracy lub tras weekendowych.
Wybór tego modelu wynika nie tylko ze względu na chłodzenie. To kwestia dokładności. Mokre sprzęgło zapewnia płynne załączanie przy niskich prędkościach i redukuje wibracje, które były problemem we wczesnych próbach stosowania DCT. Dla kierowców oznacza to, że samochód sprawia wrażenie starannie dostrojonego urządzenia, a nie robota próbującego naśladować człowieka.
Dlaczego jest mokro? Problem z ciepłem
Główny powód projektowania mokrego jest prosty i oparty na fizyce. Zautomatyzowana skrzynia biegów z podwójnym sprzęgłem zmienia biegi, włączając i wyłączając sprzęgło, gdy silnik jest połączony z kołami. To powoduje tarcie.
Suche sprzęgło odprowadza ciepło do powietrza, podobnie jak zwykła manualna skrzynia biegów Hondy Civic. Jest bardzo lekki. Są bardzo skuteczne. Nie radzi sobie jednak z ciągłą, agresywną jazdą i korkami bez przegrzania.
Mokre sprzęgło rozwiązuje ten problem, wykorzystując płyn przekładniowy jako chłodziwo. Płyn krąży wokół tarcz, pochłania ciepło i przekazuje je do chłodnicy. Dzięki temu DCT może:
- Wytrzymują wyższe obciążenia momentem obrotowym
- Trwają dłużej bez zużycia
- Osiągnij stabilny stan podczas ruszania z miejsca
To kompromis. Tracisz część wydajności ze względu na opór płynu, ale zyskujesz trwałość i płynność działania. W przypadku samochodu wyczynowego jest to oferta, którą można podjąć bez wahania.
Prawdziwy wpływ
Dlaczego więc jest to dla Ciebie ważne?
Sekretem dwusprzęgłowej skrzyni biegów odpowiedniej do codziennej jazdy jest mokre sprzęgło wielotarczowe. Wczesne układy dwusprzęgłowe, takie jak Ford Powershift pierwszej generacji i wczesne suche sprzęgła DSG Volkswagena, słynęły z awarii. Wydawały się tanie. Często kończyły się niepowodzeniem.
W przypadku mokrego sprzęgła historia się zmienia. Dzięki temu producenci tacy jak Porsche, Audi i BMW mogą wyposażać swoje mocne samochody z napędem na tylne koła w DCT. Na przykład Porsche PDK to zdecydowanie złoty standard. Wykorzystuje mokre sprzęgło, aby poradzić sobie z ogromnym momentem obrotowym sześciocylindrowego silnika 911 i zmienia biegi tak szybko, że jest prawie niezauważalne. to jest
Mechanizmy włączania i wyłączania sprzęgła
Tak jak płyn hydrauliczny jest siłą napędową przemiennika momentu obrotowego, tak ciśnienie hydrauliczne jest siłą napędową mokrego sprzęgła wielopłytkowego. Jednak płyn ten odgrywa szczególną rolę wewnątrz tłoka sprzęgła. Po włączeniu systemu wzrasta ciśnienie wewnątrz tłoka. Siła ta działa na zwiniętą sprężynę, ściskając ją. Sprężyna wygina się i dociska pakiet sprzęgła i tarcze cierne do nieruchomej tarczy dociskowej.
To tutaj spotykają się metal i matematyka. Tarcze cierne to nie tylko płaskie tarcze. Wewnętrzne zęby są zaprojektowane tak, aby pasowały do rowków bębna sprzęgła. Jeśli geometria zostanie uszkodzona, skrzynia biegów ulegnie awarii. Bęben znajduje się na drugim końcu zespołu i jest bezpośrednio połączony ze skrzynią biegów. Jego funkcja jest prosta: przesyłać moc w celu obracania kół zębatych. Audi nie tylko dodało sprężyny do swojego modelu z podwójnym sprzęgłem. Użyła kombinacji małej sprężyny śrubowej i dużej sprężyny membranowej. Dlaczego? Dzięki temu może wytrzymać wysokie momenty obrotowe bez przegrzania i poślizgu.
Zamykanie jest procesem odwrotnym. Obniżone ciśnienie płynu roboczego. Wiosna się rozszerza. Pakiet sprzęgła traci siłę zacisku. Przenoszenie mocy zostaje zatrzymane. To bardzo piękne. To bardzo szybkie. Ale czy można temu wierzyć? Dowiemy się tego wkrótce.
Coraz wyraźniej widać, że DCT (Dual Clutch Transmission) jest technicznie zautomatyzowaną manualną skrzynią biegów. W istocie jest to zwykła dźwignia zmiany biegów. Zawiera wał wejściowy, wał pośredni, koła zębate, synchronizatory i sprzęgło. Brakuje tylko pedału. Większość pracy wykonują komputery, elektromagnesy i układy hydrauliczne. Możesz jednak podejmować decyzje. Przełącznik, przycisk lub dźwignia same informują komputer, kiedy należy zmienić bieg.
Prawdziwą zaletą są tutaj wrażenia z jazdy.
Prędkość zmiany biegów i kontrola kierowcy
Zmiana biegu na wyższy zajmuje około 8 milisekund. To bardzo szybkie. Wielu kierowców twierdzi, że zapewnia najbardziej dynamiczne przyspieszenie dostępne obecnie. Przełączanie jest również bardzo płynne. Nie doświadczysz typowego ostrego przyspieszania lub szarpnięcia zmiany biegów, charakterystycznego dla tradycyjnych manualnych skrzyń biegów i niektórych automatycznych skrzyń biegów z konwerterem momentu obrotowego.
Twój wybór? Wybierasz dla siebie.
DCT daje kierowcy swobodę wyboru, czy samodzielnie sterować zmianą biegów, czy też pozwolić, aby całą pracę wykonał komputer.
Dlaczego nie spróbować samodzielnie znaleźć takich urządzeń? Powodzenia. Chcesz, żeby komputer podejmował za Ciebie decyzje? Potrafi to zrobić lepiej i szybciej niż większość ludzi.
Efektywność paliwowa a realia rynkowe
Dane dotyczące zużycia paliwa wyglądają interesująco. Przepływ mocy z silnika na koła jest nieprzerwany podczas zmiany biegów, co znacznie zwiększa wydajność. Eksperci sugerują, że 6-biegowa skrzynia DCT zapewnia względne zwiększenie zużycia paliwa o 10% w porównaniu z tradycyjną 5-biegową automatyczną skrzynią biegów. Jak na samochód sportowy jest to ogromna zaleta.
Producenci pracują nad technologią DCT, ale nie wszyscy aktywnie ją rozwijają. Zmiana linii produkcyjnych w celu wytwarzania tak skomplikowanych urządzeń jest kosztowna. Dodatkowe koszty mogą podnieść cenę podstawową, co może zniechęcić nabywców dbających o budżet, którzy chcą po prostu niezawodnego transportu.
Opcje z CVT (CVT)
Inni producenci samochodów również intensywnie inwestują w różne technologie. Głównymi konkurentami są przekładnie bezstopniowe (CVT). Płynnie zmieniają przełożenia za pomocą układu kół pasowych i paska lub łańcucha. Nie ma jasnych kroków. Przyspieszenie jest bardzo płynne.
CVT zmniejsza szarpnięcie zmiany biegów i znacznie poprawia oszczędność paliwa. Jest jednak jedna wielka wada. Takie skrzynie biegów nie są w stanie wytrzymać wysokich momentów obrotowych występujących w prawdziwych samochodach sportowych.
DCT nie ma takiego ograniczenia. Są przeznaczone do pracy w zastosowaniach wymagających wysokiego momentu obrotowego i mocy. W Europie ręczne skrzynie biegów nadal dominują pod względem właściwości jezdnych i wydajności, a prognozuje się, że dwusprzęgłowe automatyczne skrzynie biegów będą stanowić 25% rynku. Jednocześnie oczekuje się, że do 2012 roku tylko około jeden procent samochodów wyprodukowanych w Europie Zachodniej będzie wyposażony w bezstopniową skrzynię biegów (CVT).
Wszystko się zmienia. Przyjrzeliśmy się mechanizmom i siłom rynkowym. Następnie powrócimy do historii DCT i spojrzymy w przyszłość.
Adolf Kegresse zrobił więcej, niż tylko majstrował przy zębatkach. Był inżynierem, który faktycznie wynalazł dwusprzęgłową skrzynię biegów. Być może znacie go najlepiej z Halftracka, dziwnego pojazdu hybrydowego z niekończącymi się gumowymi powierzchniami. Wygląda jak czołg, ale porusza się jak statek. Kegresse używał tych ciężarówek do podboju terenu. W 1939 roku wpadł na nowy pomysł. Chciał stworzyć dwusprzęgłową skrzynię biegów do legendarnych samochodów Citroën „Traction”. Na przeszkodzie stanęły intrygi polityczne w biznesie. Projekt umarł na tym etapie.
Po kilkudziesięciu latach koncepcja ta nie zanikła. Audi i Porsche dostrzegły potencjał. Jako pierwsi zastosowali go w samochodach wyścigowych.
Korzyści z Porsche PDK
Porsche Dual Clutch (lub PDK) to nazwa podana w broszurze. Pierwotnie był to półautomatyczny system zmiany biegów wykorzystujący łopatki zmiany biegów za kierownicą. Został zaprojektowany z myślą o szybkości, a nie komforcie. Samochody wyścigowe 956 i 962C zostały wyposażone w tę technologię.
W 1986 roku 962 zajął pierwsze miejsce na dystansie 1000 km w Monzy w ramach Mistrzostw Świata w Sportach Prototypowych. Było to pierwsze zwycięstwo samochodu wyposażonego w PDK. To coś więcej niż tylko trofeum. To pokazuje, że koncepcja podwójnego sprzęgła działa nawet pod ciśnieniem.
Audi wygrywa na Pikes Peak
Audi też miało swoje momenty. W 1985 roku samochód rajdowy Sport Quattro S1 podbił Pikes Peak. Wysokość góry wynosi 4300 metrów. To poważny test dla każdego silnika. Do zwycięstwa w tym samochodzie wykorzystano dwusprzęgłową skrzynię biegów.
Jest dwóch producentów. Dwie różne epoki. Jednak podstawowa technologia pozostaje taka sama.
Z ciężarówki na ulicę miasta
Komercjalizacja tej technologii była wyzwaniem. Do niedawna nie można było go stosować w zwykłych samochodach. Volkswagen zoptymalizował swoje procesy. Licencjonowali technologię DualTronic od BorgWarner. Dzięki temu sprzęt był niedrogi i wystarczająco niezawodny, aby można go było używać na drogach publicznych.
Jeśli spojrzeć na europejskie samochody wyposażone w DCT, lista jest dość długa. Volkswagen Beetle to ma. To samo tyczy się Golfa. Jest również stosowany w Touranie i Jetcie. Audi instaluje je w modelach TT i A3. Skoda wyposaża w nie Octavię. Seat nie zapomniał o Altei, Toledo i Leonie.
Zmiany nastąpiły niezauważalnie. Nie trzeba być mechanikiem, żeby to zauważyć. Przełączanie jest szybsze. Gładsza. Luka między technologią wyścigową a codzienną jazdą zmniejsza się. Ale jaki kryje się za tym projekt? To nadal bardzo skomplikowane. Nadal hipnotyzuje. I wciąż się rozwija.
Ford wkracza na rynek pojazdów z podwójnym sprzęgłem
Ford nie ustąpił. Producent oficjalnie pracuje nad rozwojem technologii dwusprzęgłowej, wykorzystując swoje europejskie oddziały i spółkę joint venture 50/50 ze specjalistą ds. skrzyń biegów firmą GETRAG-Ford. Prototyp został zaprezentowany na Międzynarodowym Salonie Motoryzacyjnym we Frankfurcie w 2005 roku. Jest to 6-biegowa skrzynia biegów.
Rzeczywistość produkcji nie nadąża za obietnicami marketingowymi. Pierwsza generacja pojazdów z Powershiftem pojawiła się na rynku około dwa lata po debiucie. Technologia jest prawdziwa. To tylko zwiększa ramy czasowe.
Jak działa dwusprzęgłowa skrzynia biegów
Mechanizm jest prostszy niż się wydaje w marketingu. Konfiguracja z podwójnym sprzęgłem wykorzystuje dwa oddzielne sprzęgła. Jeden steruje nieparzystymi biegami. Drugie jest równe.
Bloki te działają niezależnie. Oznacza to, że pedał sprzęgła nie jest potrzebny. Przełączanie jest koordynowane przez komputer. Wynik? Przełączenie zajmuje kilka milisekund.
Dla kierowcy wrażenia pozostają płynne. Przyspieszenie staje się płynniejsze. Moment obrotowy nie jest przerywany podczas zmiany biegów.
Zalety w porównaniu do tradycyjnych urządzeń automatycznych
Dlaczego potrzebujesz układu podwójnego sprzęgła? Główną zaletą jest wydajność. Są one zazwyczaj bardziej oszczędne pod względem zużycia paliwa niż tradycyjne automatyczne skrzynie biegów. Osiąga się to dzięki brakowi strat w przemienniku momentu obrotowego.
Poprawiono także prowadzenie. Zmiana biegów jest szybsza i bardziej precyzyjna. Symuluje to działanie ręcznej skrzyni biegów, ale nie wymaga ręcznej interwencji.
Czy jest lepsza od standardowej automatycznej skrzyni biegów? Dla wielu osób tak. Poprawia efektywność paliwową. Zmiany zachodzą szybciej. To rodzaj hybrydy.
Automatyczny czy ręczny?
Technicznie jest to sterowana komputerowo manualna skrzynia biegów. Jednak funkcjonalnie jest to automatyczne. Nie ma pedału sprzęgła. Praktycznie nie jest wymagana interwencja kierowcy.
Czy dwusprzęgłowa skrzynia biegów jest automatyczna czy ręczna? Zajmuje pozycję pośrednią. Wykorzystuje logikę wyboru biegu manualnej skrzyni biegów, ale robi to automatycznie.
Dynamika jazdy
Czy można nim jeździć tak jak tradycyjną automatyczną skrzynią biegów? Nie bardzo. Skrzynia biegów wymaga pewnych nawyków jazdy, chociaż kontrolę nad biegami przejmuje komputer.
Problemy mogą pojawić się, jeśli nałożysz duże obciążenie na system lub utkniesz w korkach na długi czas bez odpowiedniego chłodzenia. Aby układ działał prawidłowo, kierowca musi w dalszym ciągu uczestniczyć w procesie zmiany biegów. Nie jest to typ automatycznej skrzyni biegów z konwerterem momentu obrotowego, który można ustawić i zapomnieć.
„Nadal musisz samodzielnie zmieniać biegi, aby skrzynia biegów działała prawidłowo.”
Ten niuans jest ważny. To coś więcej niż tylko skrzynia biegów. System ten wymaga pewnego zaangażowania kierowcy.
Więcej informacji o DCT
Aby lepiej zrozumieć przekładnie i powiązane technologie motoryzacyjne, zapoznaj się z zasobami wymienionymi poniżej. Rynek przekładni rozwija się. Technologia się poprawia. Wczesny zakład Forda pozwala mu konkurować na tym rynku.
