Коробка передач с двумя сцеплениями

Производители современных автомобилей в целях повышения экономичности и комфортности внедряют в производство коробки передач не уступающие по комфортности электрогидравлическим коробкам передач, но обладающими меньшими потерями на привод трансмиссии. К таким коробкам передач можно отнести завоевывающие автомобильный рынок коробки с двойным сцеплением DSG (Double Clutch Transmission).

В коробке передач с двойным сцеплением условно объе­динены две коробки, причем каждая со своим сцеплением. Одна «коробка» от­вечает за включение нечетных передач (первой, третьей и пятой), другая – четных: второй, четвертой и шестой, что позволяет включить две передачи одновременно. Такая коробка передач называется преселективной.

Коробка передач DSG построена на базе шестиступенчатой трехвальной коробки. На верхнем ведомом валу установлены шестерни задней, V и VI передач, на нижнем – шестерни передач с I по IV. В этой коробке имеется два первичных вала. Каждый вал имеет свой пакет сцеплений. Пакет сцеплений представляет собой два пакета фрикционов, погруженных в масляную ванну. Функция отвода тепла от пар трения возложена на масло, чью циркуляцию обеспечивает масляный насос, аналогичный тем, которые устанавливаются на гидромеханических автоматических коробках передач. Охлаждение масла и его фильтрация от продуктов трения происходит в масляном фильтре и охладителе масла. Пере­ключение передач осуществляется по­средством гидроцилиндров, воздей­ствующих на штоки. При этом теряется часть энергии, однако не больше той, которую теряет гидротрансформатор в автоматической коробке передач до блоки­ровки. В качестве управляющего звена в конструкцию введена специальная система управления. По сути DSG не что иное, как за­мена традиционной гидромеханической коробки передач, в состав которой входят звено, обеспе­чивающее бесступенчатое изменение крутящего момента (гидротрансфор­матор), и набор планетарных рядов.

Рис. Схема коробки передач с двойным сцеплением (работа на первой передаче):
1 ­­­­­– внутренний первичный вал; 2 – наружный первичный вал; 3 – многодисковая муфта сцепления четных передач 4 – многодисковая муфта сцепления нечетных передач; 5 – главная передача (на пятой, шестой передачах и передаче заднего хода); 6 – шестерня передачи заднего хода; 7 – шестерня шестой передачи; 8 – шестерня пятой передачи; 9 – шестерня первой передачи; 10 – шестерня третьей передачи; 11 – шестерня четвертой передачи; 12 – шестерня второй передачи; 13 – главная передача (на первой, второй, третьей и четвертой передачах)

На наружном первичном валу находятся шестерни четных передач — II, IV и VI. Внутри наружного первичного вала проходит внутренний первичный вал, на котором находятся шестерни нечетных передач I, III, V и заднего хода.

На рисунке показан общий вид коробки передач DSG.

Рис. Общий вид коробки передач DSG:
1 – главная передача; 2 – масляный фильтр; 3 – охладитель масла; 4 – масляный насос; 5 – система управления коробкой передач; 6 – многодисковая муфта включения нечетных передач 7 – многодисковая муфта включения четных передач

Коробка передач с двумя сцеплениями обеспечивает переключение передач без разрыва потока мощности. Достигается это следующим образом. В коробке DSG одновременно включены две передачи. В обычных конструкциях такое положение ведет к неминуемой аварийной поломке, но в коробке передач DSG этого не происходит. Работает только то зубчатое зацепление, ведущий вал которого соединен с включенным в данный момент сцеплением. Диски же другого сцепления разомкнуты и поэтому вторая пара шестерен не работает. При достижении необходимой частоты вращения коленчатого вала, электронный блок управления определяет необходимый момент переключения, при этом два гидропривода одновременно отпускают первое сцепление и замыкают второе. Работавшее до этого сцепление выключается и включается второе сцепление. Поток мощности при этом практически без разрыва передается дальше по кинематической цепочке.

Теперь активна уже вторая передача и коробка заранее вводит в зацепление шес­терни следующей, третьей передачи. Как только настанет следующий необходимый момент переключения, элек­тронный блок отдаст необходимые команды – и коробка, синхронно манипулируя двумя сце­плениями, плавно передает крутящий мо­мент от второй к третьей и т.д. – до шестой. Причем одновременно с шестой передачи ко­робка сразу может включить и пятую передачу — на тот случай, если частота вращения коленчатого вала двигателя упа­дет и понадобится больше тяги.

На рисунке вверху идет разгон на первой передаче, шестерни второй уже находятся в зацеплении, но вра­щаются вхолостую, так как сцепление наружного первичного вала разомкнуто.

Схема внизу упрощенно отображает механические связи в коробке DSG.

Рис. Схема механических связей в коробке DSG:
1 ­– ведущий мост; 2 – многодисковая муфта сцепления четных передач; 3 – двигатель; 4 – многодисковая муфта сцепления нечетных передач; 5 – четные передачи; 6 – нечетные передачи

Крутящий момент с коленчатого вала двигателя передается на двухмассовый маховик. Далее передача крутящего момента производится через разъемное шлицевое соединение маховика с входной ступицей коробки передач. Входная ступица жестко соединена с ведущим диском сдвоенного сцепления.

Ведущий диск сдвоенного сцепления соединен посредством корпуса многодисковой муфты 2 с главной ступицей сцепления. С этой же ступицей соединен корпус муфты 4.

Крутящий момент подводится к каждой из муфт через ее корпус. Если муфта замкнута, крутящий момент передается на ее ступицу и далее на соединенный с ней первичный вал.

Многодисковые муфты передают крутящий момент только за счет сил трения между дисками. Многодисковая муфта 9 образует внешнюю часть блока муфт сцепления. Она служит для передачи крутящего момента на первичный вал 1, обслуживающий первую, третью и пятую передачи, а также передачу заднего хода.

Рис. Многодисковая муфта:
1 – внутренний первичный вал; 2 – наружный первичный вал; 3 – поршень включения многодисковой муфты четных передач; 4 – гидроцилиндр многодисковой муфты включения нечетных передач; 5 – поршень включения многодисковой муфты нечетных передач; 6 – гидроцилиндр многодисковой муфты включения четных передач; 7 – ступица муфты включения нечетных передач; 8 – корпус муфты включения нечетных передач; 9 – многодисковая муфта включения нечетных передач; 10 – винтовая пружина; 11 – ступица муфты включения четных передач; 12 – многодисковая муфта включения четных передач 13 – диафрагменная пружина

Замыкание муфты 9 нечетных передач производится под давлением масла, подводимого в ее гидроцилиндр 4. Перемещающийся под давлением масла поршень 5 сжимает пакет дисков муфты 9. В результате этого крутящий момент передается на диски, вращающиеся вместе с ее ступицей и соединенным с ней внутренним первичным валом 1. При размыкании муфты поршень 5 отжимается диафрагменной пружиной 13 в исходное положение.

Многодисковая муфта включения четных передач 12 образует внутреннюю часть блока муфт сцепления. Она служит для передачи крутящего момента на наружный первичный вал 2, обслуживающий вторую, четвертую и шестую передачи. Замыкание муфты 12 производится под давлением масла, подводимого в ее гидроцилиндр 6. При этом перемещающийся под давлением масла поршень 3 сжимает пакет дисков муфты 12, обеспечивая передачу крутящего момента на наружный первичный вал 2. При размыкании муфты поршень 3 отжимается в исходное положение винтовыми пружинами 10.

Переключение передач производится посредством вилок и синхронизаторов такого же типа, как у обычных механических коробок передач. Каждая из вилок используется для включения двух передач. Однако, в коробке передач DSG используется гидравлический привод вилок включения передач, а не привод посредством тяг и рычагов, применяемый обычно у механических коробок передач. Штоки вилок включения передач перемещаются в гидроцилиндрах на шариках. Процесс включения передачи начинается с команды блока управления на подачу масла, например, в левый гидроцилиндр привода вилки. Так как давление масла в правом гидроцилиндре отсутствует, шток вместе с вилкой перемещается вправо, увлекая за собой скользящую муфту синхронизатора. В результате производится включение передачи. После включения передачи находящийся под давлением гидроцилиндр переключается на слив. Муфта синхронизатора удерживается после этого за счет скосов на зубьях венца включенной шестерни и фиксатора, действующего на шток вилки. В исходном нейтральном положении вилка удерживается фиксатором, установленном в картере коробки передач.

 

Рис. Схема механизма переключения передач:
1 – подача масла; 2 – фиксатор; 3 – гидроцилиндр; 4 – поршень

Каждая вилка оснащена постоянным магнитом. Этот магнит является задающим элементом датчика перемещения, по сигналу которого система управления определяет точное положение вилок включения передач.

Применение коробки передач DSG дает 0,2-секундный выигрыш в разгоне до 100 км/ч по сравнению с обычной шестиступенчатой КПП.

Разновидностью коробки передач с двумя сцеплениями является семиступенчатая КП со сдвоенным сцеплением 0AM от Volkswagen. В отличие от предыдущей в ней установлены сухие одинарные сцепления. Управление коробкой осуществляется с помощью специального электронно-гидравлического блока Mechatronik. Система смазки коробки предусматривает раздельные масляные контуры для блока Mechatronik и механической части КП с заправкой масла на весь срок службы.

Коробка передач со сдвоенным сцеплением 0AM состоит из двух независимых друг от друга делительных механизмов. Каждому делительному механизму соответствует одно сцепление. Блок Mechatronik регулирует, размыкает и замыкает диски обоих сцеплений в зависимости от включаемой передачи.

Через сцепление K1, соответственно через делительный механизм 1 и вторичный вал 1 производится включение 1, 3, 5 и 7 передач. 2, 4, 6 передачи и передача заднего хода включаются через сцепление K2 и соответственно через делительный механизм 2 и вторичные валы 2 и 3. Как и в предыдущей коробке передач здесь могут быть включены две передачи, но замкнуто только одно сцепление, второе в этот момент разомкнуто.

Для каждой передачи предусмотрен стандартный для механической КП механизм синхронизации и переключения передач.

Рис. Принципиальная схема коробки передач с двумя сцеплениями сухого типа

Сдвоенное сцепление расположено в картере сцепления. Оно состоит из двух обычных сцеплений K1 и K2, объединённых в сдвоенное сцепление.

Сцепление K1 передаёт крутящий момент через шлиц на первичный вал 1. От первичного вала 1 , установленного внутри полово первичного вала 2, крутящий момент для 1 и 3 передач передаётся на вторичный вал 1, а для 5 и 7 передач — на вторичный вал 2.

Сцепление K2 передаёт крутящий момент через шлиц на полый первичный вал 2. Оттуда крутящий момент для 2 и 4 передач передаётся на вторичный вал 1; а для 6 передачи и передачи заднего хода — на вторичный вал 2. Через промежуточную шестерню передачи заднего хода R1 происходит дальнейшая передача крутящего момента на шестерню передачи заднего хода R2 вторичного вала 3. Все три вторичных вала соединены с зубчатым колесом главной передачи дифференциала.

Рис. Схема передачи крутящего момента в коробке передач с двумя сцеплениями сухого типа

Крутящий момент передаётся на ведущий диск сдвоенного сцепления через несущее кольцо. Для этого несущее кольцо и ведущий диск прочно соединены друг с другом. Ведущий диск установлен на первичном валу 2 как свободно вращающееся колесо. При задействовании одного из двух сцеплений крутящий момент передаётся от ведущего диска на соответствующий диск сцепления и далее на соответствующий первичный вал.

Для приведения сцепления в действие рычаг выключения сцепления прижимает выжимной подшипник к диафрагменной пружине. Благодаря наличию нескольких точек опоры усилие прижима преобразуется в силовое перемещение. За счёт этого нажимной один из нажимных дисков прижимается к диску сцепления и к ведущему диску. Другой нажимной диск в это время будет не прижат к своему ведомому диску и крутящий момент со второго первичного вала передаваться не будет.

Рис. Схема работы дисков сцепления

Сцепления K1 и K2 приводятся гидравлически. Для этого в блоке Mechatronik для каждого из сцеплений предусмотрен отдельный привод, который состоит из цилиндра и поршня. Поршень приводит рычаг выключения сцепления. На поршне расположен постоянный магнит, который служит для распознавания положения поршня с помощью датчика хода сцепления.

Рис. Привод рычагов сцепления

В блок центрального модуля управления Mechatronik поступают сигналы от 12 датчиков и все сигналы других блоков управления, он же осуществляет контроль и проведение всех действий. Обрабатывая полученные сигналы и сравнивая их с программным обеспечением, блок подает сигнал на исполнительные механизмы – электромагнитных клапанов включения 7-ми передач и привода сцепления.

Переключение соответствующих передач осуществляется за счет силовых цилиндров, в которых поршень передвигает вилку, воздействующую на синхронизатор. В исходном положении поршень переключателя передач удерживается в нейтральном положении „N“ сигналами управления, подаваемыми на электромагнитный клапан переключателя 1 и 3 передач. Клапан 4 делительного механизма 1 регулирует давление в делительном механизме 1.

Рис. Схема механизма переключения передач

Для включения передачи, например первой, клапан переключателя передач увеличивает давление масла в левой полости поршня. За счёт этого поршень переключателя передач смещается вправо. Поскольку вилка включения и скользящая муфта соединены с поршнем, то они тоже перемещаются вправо, при этом включается первая передача.

Переключение передач в вышеописанных коробках может осуществляться ручным способом с помощью рычага управления либо клавишами-лепестками сдвигом их вперед или назад, расположенными на рулевом колесе, водитель на самом деле всего лишь передает сигнал электронному блоку управления. Фиксированных положений рычага или лепестков нет, они всегда возвращаются в первоначальное положение. Для выбора решения, принимаемого блоком управления, используется информация от датчиков, которые анализируют режимы работы двигателя, отслеживают скорость и ускорение, с которыми движется автомобиль, определяют положение рулевого колеса, педали акселератора. Управление коробкой передач осуществляется по командам блока управления. Педаль сцепления отсутствует.