Dct (dual Clutch Transmission)

Capitolul 1. Introducere

DCT (Dual Clutch Transmission)

DCT este o cutie de viteze cu dublu ambreiaj, compusă din două cutii de viteze manuale, dispuse în paralel fiecare cu propriul ambreiaj, o cutie conținând treptele impare (1, 3, 5, 7 etc.) iar a două treptele pare (2, 4, 6, R etc.).

Aceasta a apărut cu scopul de a combina avantajele transmisiilor manuale (randament ridicat, sportivitate, consumul redus de combustibil) cu cele ale transmisiile automate (confort, schimbarea treptelor de viteză fără întreruperea cuplului motor).

În funcție de producător, cutiile cu dublu ambreiaj au denumiri difeite:

Tabel 1. Denumirile cutiilor cu dublu ambreiaj în funcție de producator [1]

In figura 1 este reprezentată o schemă cinematică a unei cutii cu dublu ambreiaj.

Figura 1. Cutie de viteze cu dublu ambreiaj în 6 trepte – schemă cinematică [1]

A – arborele de intrare în cutia de viteze (arborele cotit)
B – arborele de ieșire din cutia de viteze
a1 – ambreiajul 1, pentru treptele impare 1, 3 și 5
a2 – ambreiajul 2, pentru treptele pare 2, 4 și 6
C – arborele de intrare 2 (tubular)
D – arborele de intrare 1

Acestă configurație are marele avantaj că permite preselecția treptelor de viteze. De exemplu, când automobilul se deplasează în treapta 1 de viteză, fluxul de putere este transmis de la motor la roți prin intermediul ambreiajului 1, care este cuplat. După un anumit prag de viteză treapta 2 se selectează dar puterea se transmite tot prin treapta 1 și ambreiajul 1, deoarece ambreiajul 2 rămâne decuplat. În acestă fază avem două trepte selectate, 1 și 2, cu puterea transmisă prin ambreiajul 1. Când se trece în treapta 2 de viteză, ambreiajul 1 se deschide și ambreiajul 2 se închide.

Datorită posibilității de a preselecta treapta de viteză ce urmează a fi utilizată, timpul de trecere de la o treaptă de viteză la alta poate fi redus până la 0.2 secunde, fără a produce șocuri și vibrații în transmisie.

   Acest mod de funcționare al cutiei de viteze cu dublu ambreiaj prezintă următoarele avantaje:

a) comparativ cu o cutie de viteze manuală:

-schimbarea foarte rapidă a treptelor de viteză, datorită preselecției

-schimbarea treptei de viteză se face fără întreruperea fluxului de putere

-schimbarea lină și fără șoc a treptelor de viteză, datorită patinării controlate a ambreiajelor

b) comparativ cu o cutie automată clasică, cu hidrotransformator:

-schimbarea mai rapidă a treptelor de viteză, datorită preselecției

-randament mai bun, datorită lipsei hidrotransformatorului

Mecanismele cu roți dințate ale unei cutii cu dublu ambreiaj sunt similare cu cele ale unei cutii de viteze manuală. Cuplarea treptelor de viteză de face tot prin sincronizatoare, singura diferență fiind dată de faptul ca la o cutie cu dublu ambreiaj cuplarea treptelor se face cu actuatoare electrohidraulice sau electrice comandate de un calculator de control și nu direct de către conducătorul autovehicului.

Cutia de viteze cu dublu ambreiaj poate fi utilizată pentru orice arhitectură a grupului motopropulsor: tracțiune față, spate sau integrală. De asemenea acest tip de cutie de viteze poate transmite un cuplu motor de până la 1250 Nm (Bugatti Veyron).

    În funcție de tipul ambreiajelor și de modul de acționare al acestora cutiile cu dublu ambreiaj se clasifică în:

-cutii cu ambreiaje multidisc, umede, acționate hidraulic

-cutii cu ambreiaje monodisc, uscate, acționate electric

Principalul criteriu de utilizare a unui ambreiaj multidisc umed sau a unuia monodisc uscat este cuplul motor maxim transmis. Astfel, în cazul în care, cuplul motor maxim depășește 250 Nm este de preferat să se utilizeze ambreiaje multidisc umede. Pe lângă avantajul cuplului transmis, un ambreiaj multidisc umed, disipă căldura mai ușor, nu se uzează iar cuplarea și decuplarea este mai lină și fără șocuri.

La automobilele la care motorul dezvoltă sub 200 – 250 Nm utilizarea unor ambreiaje monodisc, uscate, acționare electric prezintă avantajul consumului mai scăzut de combustibil, datorită lipsei pompei de ulei și a pierderilor prin frecări mai reduse.

Decizia de a echipa automobilul cu o cutie cu dublu ambreiaj umed sau uscat este luată în funcție de mai multe considerente. În tabelul de mai jos sunt prezentate comparativ caracteristicile celor două soluții de ambreiaj.

Tabelul 2. Criterii de alegere a ambreiajelor duble [1]

   Toate cutiile de viteze cu dublu ambreiaj sunt controlate cu ajutorul unui modul electronic. Acționarea ambreiajelor cât și cuplarea treptelor de viteză se face hidraulic, prin intermediul unor supape electro-hidraulice sau electric utilizând motoare electrice de curent continuu.

Modulul electronic conține calculatorul, traductoare de poziție, turație, presiune și temperatură, precum și toate supapele electromagnetice. Acesta este compact și integrat în carcasa cutiei de viteze. Acesta controlează cuplarea și decuplarea ambreiajelor și a treptelor de viteză. De asemenea controlează și circuitul de răcire al uleiului de transmisie. Calculatorul primește informații de la traductoare și pe baza acestora decide treapta de viteză necesară.

Cutia de viteze e prevăzută cu două traductoare de turație la intrare (unul pentru primul arbore al cutiei de viteze și unul pentru al doilea) și două traductoare de turație la ieșire. Cele de intrare trimit informația despre turațiile celor doi arbori calculatorului pentru a calcula patinarea ambreiajelor. În cazul în care traductorul de turație intrare cutie este defect, această informație se înlocuiește cu turația motorului cu ardere internă primită de pe magistrala CAN (Controller Area Network).

Pe baza informațiilor de la cele două traductoare de turație de la ieșire, calculatorul determină viteza de deplasare a automobilului cât și sensul de deplasare (înainte sau înapoi). Dacă cele două traductoare sunt defecte, se utilizează informația de viteză automobil trimisă de modulul ESP pe magistrala CAN.

De asemenea, pe baza acestor informații, se determină și starea ambreiajelor (închis/deschis) cât și modul de control al cuplării treptelor de viteză. Dacă traductorul primului arbore este defect, cutia va cupla doar treptele corespunzătoare celuilalt arbore, și invers.

Utilizând informația de la traductoarele de presiune ambreiaje, calculatorul reglează presiunea de acționare a acestora. În cazul apariției unui defect pe aceste traductoare, cutia va permite cuplarea doar a treptei 1, 3 sau 2, în funcție de traductorul defect.

Traductoarele de temperatură sunt utilizați pentru controlul circuitului de răcire ulei. În cazul temperaturilor mari (peste 138 °C), pentru a proteja transmisia, cuplul motor este limitat. Mai mult, dacă temperatura crește și atinge valori extreme (145 °C) ambreiajele vor rămâne decuplate.

Informația de la traductoarele de poziție pentru furcile de acționare a sincronizatoarelor este utilizată pentru procesul de cuplare și sincronizare a fiecărei trepte. Cei patru senzori sunt utilizați câte unul pentru o pereche de trepte: 1/3, 2/4… Mai există un traductor pentru poziție levier selector. Toate aceste traductoare trimit informațiile către calculator, iar acesta comandă elementele de execuție, care pot fi: trei supape de control al presiunii, opt supape de control al debitului și o supapă de blocare levier selector.

Din punct de vedere al interacțiunii cu conducătorul auto nu este nici o diferență între o cutie cu dublu ambreiaj sau o cutie de viteze automată clasică. Nu există pedală de ambreiaj iar cutia de viteze poate funcționa atât în mod automat cât și în mod manual („secvențial”). Datorită controlului optim al ambreiajelor și a legilor adaptive de schimbare a treptelor de viteză cutiile DCT sunt pe placul utilizatorilor de cutii automate clasice. De asemenea, modul manual de schimbare a treptelor precum și rapiditatea trecerii dintr-o treaptă în alta, pun cutiile DCT și în atenția celor care agreează cutiile de viteze manuale.

Ambreiaj dublu

Este componenta principală a unei transmisii DCT. Acesta transferă cuplul de la motor la angrenajele cutiei de viteze. Constructiv se deosebesc două tipuri de ambreiaje duble: multidisc cu frecare umedă și monodisc cu frecare uscată.

Are următoarele beneficii:

-Îmbină ușurința în folosire a transmisiei automate cu promptitudinea transmisiei manuale;

-Este similar transmisiei automate fiind, în plus, foarte eficient;

-Nu există întreruperi de putere în timpul transferului de cuplu;

-Eficiență a consumului îmbunătățită;

-Reducerea emisiilor de CO2.

Ambreiajele multidisc utilizează ulei de transmisie pentru o răcire mai eficientă, transfer de cuplu progresiv și fiabilitate ridicată. Dar, datorită imersării în ulei, randamentul este mai scăzut iar prețul de producție mai ridicat.

    Ambreiajele monodisc uscate au avantajul unui randament mai bun datorită lipsei uleiului. De asemenea coeficientul de frecare al acestor ambreiaje se situează între 0.2 și 0.4, valori duble față de un ambreiaj multi-disc umed. Cu toate acestea ambreiajele uscate sunt proiectate să funcționeze pe întreaga durată de viață a automobilului, fără a avea nevoie de întreținere.

Componentele unui ambreiaj dublu sunt similare cu cele ale unui ambreiaj simplu: placă de presiune, disc de ambreiaj, rulment de presiune și arc diafragmă.

Furcile de acționare pot fi controlate electro-hidraulic sau electric. Acestea trebuie să fie rezistente din punct de vedere mecanic și perfect funcționale pe toată durata de viața a ambreiajului.

    Rulmentul de presiune, câte unul pentru fiecare ambreiaj, are rolul de a permite acționarea arcului diafragmă prin intermediul furcii.

    Volanta dublă este montată pe partea cu motorul și are rolul de a filtra oscilațiile torsionale ale motorului. Montarea unei volante duble nu este obligatorie în cazul motoarelor cu injecție indirectă. În cazul motoarelor diesel cât și în cazul motoarelor pe benzină cu injecție directă este necesară utilizarea volantei duble deoarece oscilațiile de cuplu sunt mai pronunțate.

    Discurile de ambreiaj sunt mai groase decât cele ale unei cutii manuale. De asemenea rezistența la uzură este mai mare deoarece acestea trebuie să reziste toată durata de viață a automobilului. Discul ambreiajului 1 are diametru mai mare deorece acesta este supus unor sarcini mai mari.

    Plăcile de presiune sunt de mărimi diferite, fiecare fiind potrivit pentru discul de ambreiaj corespunzător. Mecanismele de acționare sunt de asemenea diferite, placa de presiune 2 este acționată prin împingere iar placa de presiune 1 prin tragere.

    Între cele două discuri de ambreiaj este poziționată o placă centrală. Acesta se sprijină pe un rulment cu bile, are grosime mai mare decât plăcile de presiune și este utilizat de ambele discuri de ambreiaj pentru transmiterea mișcării. Datorită poziționării, rulmentul plăcii centrale este supus unor solicitări termice intense ce pot ajunge și până la 200 °C.

Fig 2Secțiune printr-un ambreiaj dublu cu frecare uscată

furcă de acționare ambreiaj 1

furcă de acționare ambreiaj 2

rulment de presiune 1

rulment placă centrală

volantă dublă (DMF)

placă de presiune ambreiaj 1

disc de ambreiaj 1

placă centrală

disc de ambreiaj 2

placă de presiune 2

arc diafragmă 1

Fig 3 Secțiune printr-un ambreiaj dublu cu frecare uscată 2

volantă dublă

placă de presiune 1

disc de ambreiaj 1

disc de ambreiaj 2

placă de presiune 2

arbore cotit

arbore de intrare în transmisie 1 (arbore tubular)

arbore de intrare în transmisie 2

placă centrală

    Cuplul motor este transferat, prin intermediul volantei duble, plăcii centrale. Acesta se rotește împreună cu volanta dublă, cu plăcile de presiune și cu cele două arcuri diafragmă. Ambele ambreiaje sunt prevăzute cu mecanisme de compensare automată a uzurii (SAC), care mențin constantă distanța între discurile de ambreiaj și plăcile de presiune, indiferent de gradul de uzură al discului. Acest mecanism asigură forțe mici de acționare pe întreaga durată de viață a ambreiajului și caracteristici constante ale acestora, elemente esențiale pentru un sistemul de acționare automat.

Fig. 4 Ambreiajul dublu multidisc umed 3

1 – butuc principal; 2 – piston cuplare ambreiaj 2; 3 – carcasa ambreiajelor; 4 – arbore de intrare; 5 – discuri de antrenare ale arborilor cutiei; 6 – discuri de intrare; 7 -pistoane cuplare ambreiaje; 8 – garnituri de etanșare

Pe butucul arborelui de intrare (4) este montat volantul cu masă dublă (DMF) care transmite mișcarea de la arborele cotit al motorului. Mai departe mișcarea se transmite prin intermediul carcasei (3) la discurile de intrare (6) legate rigid de aceasta și de butucul principal (1). Pistoanele de cuplare a ambreiajelor (7), controlate în presiune de calculatorul DSG, comprimă discurile acestora și transmit mișcare discurilor de antrenare a arborilor cutiei de viteze (5).

Cuplul de la arborele cotit al motorului este transmis, prin intermediul unui volant cu masă dublă, celor două ambreiaje multidisc. Cuplarea și decuplarea ambreiajelor se face prin reglarea presiunii uleiului de transmisie cu ajutorul unor supape electromagnetice proporționale. Astfel, în funcție de cuplul motor ce trebuie transmis prin ambreiaj, calculatorul DSG comandă presiunea de închidere a ambreiajelor. Pentru a decupla ambreiajele este utilizat un arc diafragmă pentru ambreiajul 1 și mai multe arcuri elicoidale pentru ambreiajul 2.

Un ambreiaj umed este un ambreiaj scufundat într-un lichid (ulei) de răcire, care totodată păstrează curate suprafețele de contact, face utilizarea mai lină, și prelungește astfel durata de funcționalitate al acestui tip de organ de mașină.

Ambreiajul dublu umed este scufundat în uleiul de transmisie. Acest design oferă performanțe de răcire excelente, uleiul absorbind imediat căldura. În plus, necesită un spațiu de instalare redus și este capabil să transmită un cuplu motor mai mare. De aceea, ambreiajul dublu umed este folosit cu predominanță la autovehicule cu cuplu mare. Însă, acesta are și anumite dezavantaje: pierderi mari de rezistență datorită ambreiajului umed, necesitatea pompelor hidraulice de mare capacitate și timpi lungi de reparație.

Bibliografie:

[1] http://www.e-automobile.ro/categorie-transmisii/77-cutie-dublu-ambreiaj.html

2 http://www.e-automobile.ro/categorie-transmisii/95-dublu-ambreiaj-luk.html

3