ENGЧёт-нечет: трансмиссии с двумя сцеплениями
Журналист. г. Москва
Автоматизация – одно из главных направлений развития автомобиля. И трансмиссии это касается в первую очередь: в механической коробке передач при движении в городе водителю приходится переключать передачи постоянно. Самые распространенные гидромеханические автоматические трансмиссии решают проблему, но берут за это плату в виде повышения расхода топлива. Благодаря развитию технологий появилась возможность автоматизации процессов управления механической трансмиссией (размыканием и замыканием сцепления и сменой передач), которую принято называть роботизацией. Однако «робот» переключает передачи довольно жестко и не всегда быстро. А если поставить два сцепления, каждое из которых будет отвечать за одну из соседних передач (одно за четные, второе за нечетные) и размыкать и замыкать их параллельно? Тогда менять передачи можно будет быстрее.
Первое упоминание о трансмиссии с двумя сцеплениями (ТДС) относится к тридцатым годам прошлого столетия. Ее придумал во Франции инженер Адольф Кегресс – тот самый, что был в России личным водителем царя Николая II и директором Императорского гаража и как раз в это время создал полугусеничный автомобиль. После революции Кегресс устроился на работу в Citroen – там он и предложил четырехступенчатую КП с двумя сцеплениями. Ее хотели устанавливать на знаменитый Traction Avant. Но эти планы остались нереализованными и идея оказалась забыта почти на полвека. В 1980 году экспериментальная ТДС была изготовлена компанией Automotive Products под руководством Гарри Уэбстера. Однако практического продолжения этот опыт не получил.
Преселективные Porsche
После продолжительного периода забвения идею о коробке передач с двойным сцеплением удалось воплотить в реальность инженерам Porsche в 1980-х годах. Новая коробка переключала передачи без разрыва потока мощности, не требуя сброса газа. Первая PDK (Porsche Doppelkupplung) фактически являлась полуавтоматом: команда на смену передач давалась кнопками на руле, причем можно было нажать не один, а два-три раза, тогда система выполняла переключение, когда рабочий диапазон оборотов мотора соответствовал скорости. Схема, в которой водитель сам выбирает передачу, а затем дает команду на переключение, называется «преселективной», и этот термин позже стали применять и для автоматических трансмиссий с двумя сцеплениями.
Включенная в данный момент и предвключенная передачи отображались на мониторе. Смена передач при нажатии кнопки происходила почти мгновенно, водитель не отвлекался на манипуляции сцеплением – его педаль требовалась только при трогании. Конечно, все это привело к успехам в гонках, где доли секунд порой решают судьбу заезда. А вот на адаптацию и серийное применение на «гражданских» машинах компания Porsche тогда не пошла по экономическим соображениям.
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.
Завоевывая мир
В 2008 году на рынок вышли BMW M3 и Ford Focus с коробками производства Getrag, Nissan GT-R с шестиступенчатой трансмиcсией от BorgWarner. Новый тип трансмиссий начал завоевывать мир.
Сейчас ТДС активно используют практически все европейские производители автомобилей. Лидером здесь остается группа Volkswagen, которая применяет такие трансмиссии на моделях всех своих марок, от Škoda и SEAT до Bugatti. При этом Volkswagen хоть и производит многие трансмиссии самостоятельно, применяет комплектующие специализированных компаний – например, мокрые сцепления BorgWarner, а сухие LuK. А коробку для Bugatti Veyron выпускала английская Ricardo. Трансмиссии для Ford и Renault производит Getrag, а сцепления для них поставляет LuK. Fiat же создал собственное предприятие по выпуску ТДС, для которых использует компоненты как итальянской Magneti Marelli, так и американской BorgWarner. Volvo производит ТДС на своем заводе, хотя конструкция тоже разработана Getrag, как и для Ford и Renault. Genrag поставляет свои технологии и коробки также для Hyundai, Kia, Mitsubishi. А вот Honda сама разработала для моделей Honda и Acura собственную конструкцию.
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.