Upload
marko
View
246
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/16/2019 Seminar DSG
1/15
Sveučilište u Zagrebu
Fakultet strojarstva i brodogradnje
Katedra za motore i vozila
Seminarski rad iz kolegija
Motori i vozila – praktikum
Direct – shift gearbox DSG
Marko Kekez
U Zagrebu, lipanj 2015.
8/16/2019 Seminar DSG
2/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez I
Sadržaj
1.
Uvod .................................................................................................................................... 1
2. Povijest i vrste DCT mjenjača ............................................................................................ 2
3. Princip rada ......................................................................................................................... 4
4. Konstrukcija DSG mjenjača................................................................................................ 7
5. Potrošnja goriva ................................................................................................................ 10
6. Prednosti i nedostaci ......................................................................................................... 10
8/16/2019 Seminar DSG
3/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez II
Popis slika
Slika 1. VW DSG mjenjač ......................................................................................................... 1 Slika 2. Porsche PDK mjenjač ................................................................................................... 1
Slika 3. Porsche 956 grupa C ..................................................................................................... 2Slika 4. Audi Sport Quattro S1 E2 ............................................................................................. 2
Slika 5. VW Golf MK4 R32 ....................................................................................................... 2
Slika 6. Ručica mjenjača Audi TT 3.2 DSG .............................................................................. 2 Slika 7. BMW-ov SMG mjenjač ................................................................................................ 3 Slika 8. Shema 6-stupanjskog mjenjača s dvije spojke .............................................................. 4 Slika 9. Višelamelna spojka ....................................................................................................... 5 Slika 10. Konstrukcija mokre spojke ......................................................................................... 6
Slika 11. VW DSG spojka DQ250 ............................................................................................. 7
Slika 12. VW DSG mjenjač DQ200........................................................................................... 8
Slika 13. VW DSG mjenjač DL501 .......................................................................................... 9 Slika 14. VW DSG mjenjač DQ511......................................................................................... 9
8/16/2019 Seminar DSG
4/15
8/16/2019 Seminar DSG
5/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez 1
1. Uvod
Općenito, DCT (Direct-shift gearbox) je vrsta poluautomatskog i automatskog ručnog
mjenjača koji je opremljen s dvije spojke, od kojih je jedna povezana sa parnim, a druga saneparnim stupnjevima prijenosa. Što se tiče vrsta mjenjača, u Europi su još dominantni ručni
mjenjači, dok su standardni automatski dominantni u USA i Japanu. Oba koncepta imaju
svoje prednosti, ručni mjenjači su jednostavniji, niža im je cijena i imaju visoku učinkovitost,
dok je kod automatskog mjenjača značajna udobnost vožnje. DCT objedinjuje prednosti oba
ta koncepta u jednu cjelinu. Takvu vr stu mjenjača uvjetno možemo opisati kao dva ručna
mjenjača smještena u zajedničkom kučištu, koji djeluju zajedno. Za njih se kaže da su
poluautomatski jer za razliku od standardnog automatskog mjen jača omogućuje i promjene
stupnja prijenosa putem ručice mjenjača ili ručica smještenih uz upravljač vozila.
Slika 1. VW DSG mjenjač
Slika 2. Porsche PDK mjenjač
8/16/2019 Seminar DSG
6/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez 2
2. Povijest i vrste DCT mjenjača
Premda je prvi mjenjač s dvije spojke koncipiran još krajem 1930-ih, u serijsku upotrebu na
automobilima ovaj je način prijenosa ušao 1980-ih. Prvi mjenjači s dvije spojke u javnosti su
se pojavili na natjecateljskim Porsche-ima 956 (grupa C) iz 1982, te rally automobilu Audi
Sport Quattro S1 E2 iz 1985. godine. Oba su koristila Porsche-ov PDK (Porsche
Doppelkupplungsgetriebe) mjenjač kojeg je kasnije Volkswagen usavršio u svoj DSG (Direct-
shift gearbox).
Slika 3. Porsche 956 grupa C Slika 4. Audi Sport Quattro S1 E2
Prvi serijski automobil za cestovnu upotrebu sa DCT mjenjačem bio je Audi TT 3 .2 quattro
coupe sa svojim 6-stupanjskim mjenjačem koji je izašao u UK u kolovozu 2003 g. U samo tridana dobavljač Audi UK je imao narudžbe za 1000 automobila, gdje je cijena svakog
automobila iznosila oko $ 47000. Automobil je imao pogon na sva četiri kotača, maksimalna
brzina je iznosila 250 km/h, a od 0 – 100 km/h je ubrzavao sa 6,4 s sa vremenskim intervalom
promjene stupnja prijenosa od 0,03 – 0,04 s. Sredinom rujna iste godine Volkswagen je
izbacio svoj mjenjač sa dvostrukom spojkom DSG. Bio je ugrađivan u Audi TT coupe za UK
i Sj.Amerik u, dok se za Europu ugrađivao u model Golf MK4 R32.
Slika 5. VW Golf MK4 R32 Slika 6. Ručica mjenjača Audi TT 3.2 DSG
8/16/2019 Seminar DSG
7/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez 3
Volkswagen je u to vrijeme investirao oko 150 mil. eura u proizvodni pogon DSG mjenjača u
Kasselu koji je dnevno izbacivao 1000 jedinica proizvoda. DSG je razvijen u partnerstvu
između VW-a i BorgWarnera, proizvođača mjenjača koji je razvio Dual Tronic koji je dosta
pripomogao razvoju DSG-a. Danas je VW-ov DSG gotovo postao sinonim za mjenjače s
dvije spojke, premda je sve veći broj proizvođača automobila koji svoje modele nude uz DCT
prijenos (većinom kao opciju), kao na primjer Powershift mjenjač (proizvođač Getrag) u
fordovim automobilima i modelima Volva. Mjenjač Powershift je u ranijim izvedbama imao
isključivo mok re spojke i elektrohidraulične aktuatore, dok su novije izvedbe opremljene
suhim spojkama i elektromehaničkim aktuatorima. BMW se nakon SMG (Sequential manual
gearbox) „prebacio“ na učinkovitije prijenose s dvije spojke. Njihovi mjenjači komercijalne
oznake M-DCT (ili M-DKG) kombinacija su rješenja BorgWarnera i Getraga, ujedno i
proizvođača Renaultovog šest stupanjskog DCT mjenjača sa suhim spojkama kojeg je imao
primjerice Clio EDC. ZF Friedrichshafen AG je također jedna od tvrtki koja proizvodi
mjenjače, a bavila se razvijanjem Porsche-ovog PDK mjenjača. Talijanska tvrtka Graziano
Trasmissioni zadužena je pak za izradu SSG (Seamless shift gearbox) mjenjača s dvije spojke
i 7 stupnjeva prijenosa koji se ugrađuju u McLaren MP4-12C. Pre-Cog sustav ovog mjenjača
omogućuje vozaču da laganim pritiskom na polugu uz upravljač izvrši odabir sljedećeg
stupnja koji će se koristiti.
Slika 7. BMW-ov SMG mjenjač
8/16/2019 Seminar DSG
8/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez 4
3. Princip rada
Općenito, DCT mjenjač ima dva vratila za razliku od manualnog mjenjača koji ima samo
jedno. Vanjsko vratilo uglavnom ima u sebi uzdužni kanal kroz koje prolazi drugo unutrašnjevratilo. K od mjenjača s dvostrukom spojkom vanjsko vratilo povezuje parne stupnjeve
prijenosa, a unutrašnje povezuje neparne stupnjeve prijenosa. Na svako vratilo je povezana po
jedna spojka s više lamela. Prebacivanjem stupnja prijenosa dolazi do isključivanja rada
trenutno uključene spojke i aktiviranja druge spojke koja je povezana sa vratilom idućeg
stupnja prijenosa koje je prethodno bilo u pripremi za prebacivanje. Kada je mjenjač npr. u II.
stupnju prijenosa, a vozilo i dalje ubrzava, nadzorno računalo mjenjača „zaključuje“ da treba
pripremiti sljedeći, tj. viši III. stupanj prijenosa. U tom se slučaju zupčanik III. stupnja
povezuje s izlaznim vratilom. Pri promjeni stupnja prijenosa spojka koja je povezana s parnim
stupnjevima prijenosa se isključuje (lamelna spojka se odvaja čime se prekida prijenos
okretnog momenta), a istovremeno se uključuje spojka povezana s neparnim stupnjevima
prijenosa. Tako se prijenos okretnog momenta s motora nastavlja kroz III. stupanj prema
izlaznom vratilu mjenjača.
Slika 8. Shema 6- stupanjskog mjenjača s dvije spojke
8/16/2019 Seminar DSG
9/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez 5
Manualni mjenjač to ne može jer sadrži jedno vratilo na kojemu se nalaze zupčanici parnih i
neparnih stupnjeva prijenosa. DCT ne zahtijeva pretvarač okretnog momenta kao standardni
automatski mjenjači. On koristi višelamelne spojke koje mogu biti suhe i mokre (mokre su
uronjene u ulje prvenstveno radi hlađenja i smanjenja trenja).
Slika 9. Višelamelna spojka
Kao pretvarači momenta, mokre spojke koriste hidraulički tlak za pogon zupčanika. Kad jespojka uključena hidraulički tlak unutar klipa spojke prisiljava set spiralnih opruga da pomiču
niz složenih lamela gdje se zbog pritiska stvara trenje. Frikcijske (tarne) lamele imaju
unutrašnje zube čiji je oblik i veličina prilagođena bubnju kvačila. Bubanj je povezan na snop
zupčanika koji primaju okretni moment. Za isključivanje spojke tlak ulja se unutar klipa
smanjiva što omogućava klipnim oprugama da se rasterete. Tlakom ulja u klipu se upravlja
preko kontrolne jedinice koja koristi informacije kao brzinu vrtnje motora, brzinu vožnje,
položaj pedale gasa i model vožnje da bi izabrala optimalan stupanj prijenosa i odredila
idealnu točku prebacivanja. Daljnje naredbe se odvijaju preko raznih elektromagneta i
hidraulike koja omogućava prebacivanje stupnja u što većoj preciznosti. Što se tiče modela
vožnje DSG daje na izbor 2 tipa vožnje: normal i sport mode. U sport mode-u prebacivanje u
viši stupanj prijenosa se odvija pri većim okretajima motora, a isto tako prebacivanje u niži
stupanj se odvija pri većim okretajima kad je to potrebno zbog boljeg upravljanja samim
vozilom. Također, kao što je već rečeno, može se upravljati i preko ručica na volanu gdje se
sa lijevom ručicom prebaciva u niži, a desnom ručicom u viši stupanj prijenosa.
8/16/2019 Seminar DSG
10/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez 6
Slika 10. Konstrukcija mokre spojke
Ideja koja stoji iza ovakve konstrukcije mjenjača s dvostrukom spojkom donosi dvostruku
prednost. Kao prvo, zbog gotovo trenutnog isključivanja jedne i uključivanja druge spojke
gotovo nema prekida prijenosa okretnog momenta kroz mjenjač što omogućava bolja ubrzanja nakon promjene stupnja prijenosa (isključivanje i ponovno uključivanje spojke klasičnog
ručnog mjenjača traje znatno dulje). Također mjenjači s dvije spojke omogućavaju znatno
brže izmjene stupnjeva prijenosa nego li npr. automatizirani elektrohidraulički mjenjač, a
pogotovo ručni mjenjač.
Tablica 1. Trajanje izmjene stupnja prijenosa tipova DCT mjenjača
Proizvođač Vrijeme promjene stupnja prijenosa [ms]
VW DSG (Golf GTI) 8BMW SMG II (M3 E46) 80
Ferrari F1 (Maserati 4200 GT) 80
Ferrari F1 (360 F1) 150
Ferrari (Enzo) 150
Ferrari (575M) 220
BMW SMG (M3 E36) 220
Aston Martin Vanquish 250
BMW SSG (3 series) 250 (150 iz I. st.prij. u II. st.prij.)
Alfa Selspeed (156 Selespeed) 700
8/16/2019 Seminar DSG
11/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez 7
Iz tablice 1. vidi se da VW-ov DSG mjenjač ima znatno najkraće vrijeme prebacivanja
stupnjeva prijenosa što je čak i prebrzo prebacivanje da bi se koristilo u F1 pa je tu
zabranjena.
4.
Konstrukcija i tipovi DSG mjenjača
U konstrukciji DSG mjenjača najznačajnije razlike su vezane uz raspored i veličinu spojke.
Primjera radi, prva generacija VW-ovog DSG mjenjača DQ250 sa 6-stupanjskim prijenosom
je opremljena koncentričnim spojkama. Taj mjenjač ima manju spojku s više lamela
smještenu unutar veće spojke s više lamela.
Slika 11. VW DSG spojka DQ250
Također, prva generacija DSG-a ima takozvane „mokre spojke“ uronjene u ulje. Druga
generacija DSG mjenjača DQ200 iz 2008. godine sa 7-stupanjskim prijenosom naprijed i
hodom unatrag je opremljena s dvije suhe spojke sa lamelama postavljenim jedna iza druge. U
pravilu DSG mjenjači opremljeni suhim spojkama uparuju se s motorima nižeg okretnog
momenta (oko 250 Nm), u usporedbi sa mjenjačem koji je opremljen mokrim spojkama i koji
se upotrebljava za veće okretne momente motora (>350 Nm). Mjenjači sa suhim spojkama
nasuprot mokrim spojkama pružaju manje gubitke te dodatno smanjuju potrošnju energije
(time i goriva) zbog toga jer nemaju primjerice pumpe za ulje i eventualno hladnjaka za ulje.
8/16/2019 Seminar DSG
12/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez 8
Slika 12. VW DSG mjenjač DQ200
Tablica 2. Tipovi DSG mjenjača
Tip DSG mjenjača Broj stupnjeva prij. Max.moment (Nm) Tip spojkeDQ200 7 280 suha
DQ250 6 350 mokraDQ380 7 380 mokra
DQ500 7 550 mokra
DQ511 10 550 mokra
DL501 7 550 mokra
DSG mjenjač DQ500 je 7-stupanjski mjenjač koji se počeo ugrađivat u vozila 2009. godine i
opremljen je sa dvije mokre spojke, koncentr ično postavljene. Prva spojka prebaciva neparne
stupnjeve prijenosa, a druga parne. Raspon korištenja ovog tipa mjenjača je velik, od malih
komercijalnih automobila do sportskih sa velikim okretnim momentom (> 600 Nm). Tip
mjenjača koji se razlikuje po slovnoj oznaci od ostalih DL501 je uzdužni DSG mjenjač koji se
koristi u Audi-evim modelima ko jima je motor postavljen uzdužno rane 2009. godine. To je
7-stupanjski mjenjač koji je opremljen s dvije mokre spojke sa više lamela. Veća vanjska
spojka koja koristi 10 lamela služi za neparne, a manja unutrašnja spojka koja koristi 12
lamela služi za par ne stupnjeve prijenosa. Ima dva odvojena kruga podmazivanja uljem (za
razliku od DQ250). Prvi krug sadrži 7.5 L sintetičkog automatskog ulja za prijenos (ATF) i
služi za podmazivanje hidrauličkih spojki i mehatroničkih dijelova. Drugi krug sadrži 4.3 Lstandardnog ulja za zupčanike (Hipenol) i služi za podmazivanje zupčanika, prednjeg i
8/16/2019 Seminar DSG
13/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez 9
centralnog diferencijala. Kod drugih tipova mjenjača ide manja količina ulja, primjerice kod
6-stupanjskih ide oko 7 L, a kod 7-stupanjskih mjenjača ide 1.7 L. Moment koji ovaj mjenjač
može prenijeti je ograničen na 600 Nm i izlaznu snagu motora od 330 kW. Ukupna težina sa
uljem i dvomasenim zamašnjakom iznosi 141.5 kg.
Slika 13. VW DSG mjenjač DL501
Zanimljiv je tip mjenjača DQ511 sa 10-stupanjskim prijenosom opremljen mokrim spojkama
koji je mehanički sličan DQ500. Razlika prijenosnog omjera između najmanjeg i najvećeg
stupnja prijenosa je dosta velika tako da u nižem s tupnju prijenosa ima dosta bolje ubrzanje
od ostalih, a pri višim stupnjevima pr ijenosa motor radi pri niskim okretajima pri većim
brzinama na otvorenim cestama i autoputu. Samim time poboljšala se potrošnja goriva kao i
smanjene emisije štetnih plinova, te se smanjila buka. Najavljiva se da će se ugrađivati u nove
VW Tiguane početkom 2016. godine.
Slika 14. VW DSG mjenjač DQ511
8/16/2019 Seminar DSG
14/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez 10
5. Potrošnja goriva
Potrošnja goriva u odnosu na ručni i standardni automatski mjenjač kod DSG-a je jako
značajan argument. Ušteda goriva može bez problema doseći i čak do 15 % (podaci variraju
između različitih proizvođača). Samim time manja je i emisija štetnih plinova koja danas ima
znatno velik utjecaj u ravoju motora s unutrašnjim izgaranjem. Prema podacima VW-a kad je
mjenjač DQ200 zadnji put korišten u modelu Golf sa 90 kW (121hp) ušteda goriva s obzirom
na ručni mjenjač je bila 6 % (5.9 L/100km sa DQ200, a 6.3 L/100km sa ručnim mjenjačom).
S obzirom na automatski mjenjač ušteda se povisila i do 20 %.
Tablica 3. Usporedba potrošnje goriva i performansi Porsche Boxter 2.7L 195 kW
Ručni mjenjač PDKgradska vožnja (L/100km) 11.8 10.9otvorana cesta (L/100km) 6.4 6.2
kombinirana vožnja (L/100km) 8.4 7.9CO2 emisija (g/km) 195 183
max.brzina (km/h) 264 262
ubrzanje
(s)
0-100 km/h 5.8 5.7 (5.5 Sport +)
0-160 km/h 13.1 13.0 (12.7 Sport +)
6. Prednosti i nedostaci
Uz već neke navedene glavne prednosti DSG-a su:
veća ušteda goriva za razliku od manualnog i standardnog automatskog mjenjača
nema gubitaka toka momenta od motora do kotača tijekom promjene stupnja prijenosa
kratko vrijeme promjene stupnja prijenosa (8 ms)
glatka promjena iz jednog u drugi stupanj prijenosa što čini vožnju udobnijom
Nedostaci su:
lošija mehanička učinkovitost uspoređujući sa ručnim mjenjačem, pogotovo kod
mokre spojk e uslijed elektroničkog i hidrauličkog sistema
visoka cijena ulja za podmazivanje koje sadrži određene posebne aditive (izmjena
svakih 60000 km ili 4 god.)
relativno skupa proizvodnja što uzrokuje povećanje cijene vozila
relativno dugo vrijeme prebacivanja u stupanj prijenosa koji kontrolna jedinica ne
predviđa (oko 1100 ms)
8/16/2019 Seminar DSG
15/15
Motori i vozila – praktikum
Marko Kekez 11
veća masa nego slični Getrag standardni ručni mjenjač (75 kg vs. 47.5 kg)