Уроки вождения с инструктором позади, опыт вождения уже имеется и хочется попробовать что-то новое. Очень многих водителей привлекает идея усовершенствования своего автомобиля так называемым «кулачком» или «шестиступкой» - кулачковой коробкой передач, которая стала легендой в гоночном спорте. Лавры всемирно известных гонщиков не дают покоя многим любителям быстрой езды и рискованных игр на дороге. Но действительно ли игра стоит свеч?

Что же представляет собой кулачковая трансмиссия? Механизм ее включения простой и надежный, зубья шестерен не скошенные, а прямые. Это гарантирует работу трансмиссии без потерь на трение и вылетов передач. Но ее основная уникальность заключается в том, что во время движения передачи могут переключаться без участия сцепления. Процесс полностью управляется силой нажима на педаль газа. Переключение передач осуществляется по простой схеме - рычаг на себя переключает передачу на высшую, от себя - на низшую. Почему она называется кулачковой? Дело в том, что муфты ее включения устроены по-особому - вместо зубцов там расположены небольшие кулачки, как правило, в количестве от пяти до семи штук. Они зацепляются с такими же на шестерне, образовывая достаточный зазор для мгновенного переключения передач. Синхронизаторы в таком устройстве не предусмотрены.

Уроки вождения с инструктором не прошли зря

Многие водители, позабыв про уроки вождения с инструктором, мечтают о том, чтобы сделать из своего автомобиля настоящий гоночный юнит. Целесообразно ли это?

Помимо достоинств, у любого устройства есть свои недостатки. Кулачковая трансмиссия - не исключение. С ее использованием резко возрастает нагрузка на двигатель, трансмиссию и привод. Кроме того, она издает достаточно много шума. Шестерни, из-за своего необычного строения, имеют меньшую несущую поверхность, что приводит к уменьшению передающегося момента, а следовательно, к меньшей надежности. Преимущества, которые получит водитель при вождении с такой трансмиссией, не компенсируются этими довольно серьезными недостатками. Кроме того, такая трансмиссия потребует пристального внимания из-за довольно быстрого износа, а также придется часто менять масло из-за того, что оно будет периодически засоряться металлическими частицами. Так что такая трансмиссия не подходит для повседневного пользования, и лучше оставить ее для гоночных машин.

Вопрос улучшения динамических и скоростных характеристик автомобиля всегда оставался приоритетным для конструкторов и разработчиков. А для совершенствования этих характеристик, необходима модернизация не только двигателя, но и коробки переключения передач, увеличив скорость её переключения и максимально-допустимые нагрузки на шестерни. Именно кулачковая коробка передач стала очередным важным шагом в развитии гоночного спорта.

Особенности конструкции

Автомобиль ВАЗ-2108, который впервые получил такую коробку переключения передач, произвел фурор среди автолюбителей того времени. Для создания этой КПП, была упрощена конструкция обычной механической коробки, что также удивило многих. В кулачковом аналоге отсутствуют синхронизаторы, мелкие зубцы на шлицевых муфтах отсутствуют, вместо них расположены до семи крупных кулачков (что и явилось поводом для названия агрегата). Также кулачки расположены и на шестеренке, с которой муфта входит в зацепление. Такие изменения конструкции позволяют максимально сократить длительность каждого переключения. Коробка, адаптированная для гоночных заездов, имеют прямозубые шестерни. За счет этого конструкторы обеспечили повышенный коэффициент полезного действия, уменьшив трение. Кроме этого, нагрузка на валы уменьшается. Однако передача крутящего момента у них ниже, в связи с этим необходимо увеличивать их размер.

Распределение передаточных чисел в коробках делается с учетом использования агрегата. Для автомобилей повседневного пользования, например, ВАЗ-2108, первая ступень более короткая, так как необходимы ходовые характеристики для движения в сложных условиях. Использованные в гоночных авто, коробки, конструируются с более длинной первой ступенью, что обеспечивает необходимую динамику на старте. Механизм переключения бывает:

1. Поисковый. Ничем не отличается от переключения обычной коробки;
2. Последовательный. Он же секвентальный. Принцип его действия основан на возможности переключения передач лишь последовательно, по одной вверх или вниз. Технически выполнен более сложно, однако дает большую простоту переключений.

Преимущества и недостатки

Главным достоинством кулачковых коробок является увеличенная скорость переключений, которая втрое выше, чем в МКПП. Ради этого они и были созданы. Исходя из первого преимущества, происходит и второе – обороты двигателя не падают, благодаря чему, разгон обретает дополнительную динамику. Это особенно важно для двигателей с узким рабочим диапазоном. Кроме перечисленных, кулачковые коробки имеют ряд достоинств:

• Способность переносить повышенные нагрузки;
• Меньшая масса;
• Передача большего крутящего момента.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость, небольшой ресурс и повышенный уровень шума при работе. Экстремальные условия переключений для элементов коробки, приводят к износу и деформации кулачков, которые принимают всю нагрузку на себя, уберегая шестерни от повреждений. Это приводит к необходимости частой замены масла, которое загрязнено частицами металла.

Применение кулачковых агрегатов

Использование таких коробок для не гоночных авто практически возможно. Однако это не имеет смысла, если говорить о практичности. Отсутствие синхронизаторов, при повседневной езде, требует от водителя совсем другой системы переключения передач. Для увеличения срока службы элементов коробки, необходимо выжимать сцепление при переключениях, перегазовывать.
Конструкторы ВАЗ проделали огромную работу, разработав такую коробку передач и воплотив в жизнь своё изобретение. Кулачковая коробка подняла показатели гоночных автомобилей на высший уровень.

Да Нет

Если необходим автомобиль, который будет быстро разгоняться до 100 км/ч, иметь высокие динамические и скоростные показатели, следует обратить внимание на транспорт, где будет установлен секвентальный тип КПП.

Секвентальная КПП в разобранном виде

Секвентальная КПП обеспечивает динамичность хода, а также удобство управления машиной. Скорости переключаются в строгой последовательности. Данный вид КПП получил свое распространение в середине 1990-х годов.

Принцип работы секвентальной коробки передач. С помощью селектора осуществляется смена скоростных режимов. Коробка составляет достойную конкуренцию известным типам КПП. Несмотря на то, что присутствует сцепление, управление им осуществляется благодаря электронному блоку.

Схематическое изображение КПП

Следует отметить, что вес секвентальной коробки передач является небольшим. Несмотря на это, вырабатывается большой момент силы. В ее основе лежат шестерни, которые имеют прямые зубья, сервопривод, базирующийся на гидравлической основе. Это является причиной того, почему быстро переключаются скорости. Имеющиеся муфты активизации передач представляют собой ряд кулачков. Секвентальная коробка не дает возможность автомобилисту осуществлять свободный выбор передач, т.е. перепрыгивать сразу через несколько.

Таким образом, машины, где установлен данный вид коробки, отличаются высокой скоростью переключения скоростей. Так как коробка базируется на гидравлической системе, отмечается отзывчивость транспорта.

Машины с секвентальной коробкой

BMW M3 с секвентальной КПП

Встречаться данная коробка может на автомобилях марки БМВ, где имеются индивидуальные тяги привода, обеспечивающие смену передач. В частности, на иномарке BMW М5 Е60 данный агрегат способствует увеличению динамичности вождения. Машина оснащена на двух осях дисковыми вентилируемыми тормозами, контролем курсовой устойчивости. Следует отметить наличие двухдискового сцепления, двух ведущих и ведомых дисков, промежуточного диска. Помимо данной версии авто, указанный тип коробки может встречаться на BMW M3, Mercedes Benz C-Class. Перечисленные машины относятся к категории спортивные.

Среди отечественных автомобилей, данная коробка встречается на ВАЗ-2108. Агрегат представляет собой упрощенный вариант стандартной механики. Работа данного устройства позволяет эффективно маневрировать, быстро переходить с одной передачи на другую.

Сильные и слабые стороны кулачковых КПП

На ряде скоростных автомобилей присутствует кулачковая КПП. Преимущество данного типа коробки в том, что она позволяет машине достичь высоких скоростных показателей. Составляющие части данной КПП позволяют выдержать высокие нагрузки. Благодаря тому, что здесь имеются прямозубые шестерни, отмечается повышенный КПД, в меньшей степени создаются осевые нагрузки на валы кулачковой коробки передач. Механизм переключения у данной КПП бывает последовательный (секвентальный). Смена скоростей происходит в результате осуществления сдвига рычага вперед или назад. Как правило, у кулачковых КПП нет синхронизаторов, что увеличило скорость работы коробки.

Во время передвижения переключение передач осуществляется без выжима сцепления, достаточно немного отпустить педаль акселератора. При смене передач обороты силовой установки не падают, в результате, разгон быстрее происходит.

Однако кулачковая коробка имеет ряд недостатков:

• относительно малый рабочий ресурс;
• высокая цена;
• с экономической точки зрения непосредственная установка коробки на авто на место имеющейся (АКПП или МКПП) не является выгодным решением.

Чтобы продлить ресурс данной КПП, ее следует вместе со всей автомобильной системой периодически диагностировать. В дополнении к этому осуществлять замену масла. В противном случае при продолжительной эксплуатации в горючем будет появляться большое количество металлических частиц. Это способствует уменьшению ресурса КПП.

Таким образом, секвентальные автоматические КПП можно встретить на гоночных машинах, мотоциклах. Данная КПП характерна не только для легковых, но и большегрузных авто. Скорости возможно переключать посредством подрулевых лепестков, что является преимуществом КПП. Простота в управлении – это дополнительный аспект, почему можно сделать выбор в пользу автомобиля с данной коробкой.

Если в парной гонке на ускорение друг против друга выйдут обычный автомобиль и гоночный с двигателями одинаковой мощности, победителем, несомненно, станет последний. Ключ к победе — кулачковая коробка передач. Главное достоинство кулачковой коробки — в скорости переключения передач. Если разгоняться на обычном автомобиле, переключая передачи вверх максимально быстро, почти ударом, то смена каждой передачи займет около 0,6 с. Примерно столько уходит на высокоскоростное выключение/включение сцепления. Пилот гоночного автомобиля может сменить передачу втрое быстрее — и сделает это, не выжимая сцепления, и на каждом переключении будет выигрывать более 0,4 с! Это произойдет за счет того, что при каждом переключении у обычного автомобиля падают обороты двигателя и, соответственно, снижается интенсивность разгона. Чтобы выяснить, как устроена высокоскоростная гоночная коробка передач, мы отправились в Удельное, на подмосковную базу команды «Красные крылья», выступающей в ралли и кольцевых гонках.

Особенности гоночной механики

Денис Комаров, технический директор гоночной команды, готовит кулачковую коробку передач к фотосъемке. Он бережно протирает ветошью одну из шестеренок агрегата — огромное прямозубое колесо. Если бы такая шестерня лежала в мастерской сама по себе, можно было бы подумать, что она из коробки большого старого грузовика. Между тем она принадлежит компактному хетчбэку Citroёn С2.

Наличие оси с пазами — главное отличие секвентальной коробки от обычной, с поисковым механизмом переключения.

Большой диаметр колеса объясняется двумя факторами. Во‑первых, коробка раллийной машины передает от двигателя на колеса солидный крутящий момент. А во-вторых, колесо прямозубое. Достоинство привычных косозубых шестерен, которые применяются в коробках «гражданских» автомобилей, заключается в том, что за счет более длинного зуба и, соответственно, большей поверхности распределения нагрузок они могут передавать тот же крутящий момент при меньших размерах. Кроме того, они работают заметно тише. Но прямозубые колеса применяются в гоночных машинах не случайно: они не создают осевых нагрузок на валах и повышают КПД коробки.

Удивительно, но гоночная коробка передач не сложнее, а даже проще обычной гражданской. Здесь нет никаких синхронизаторов, а вместо большого количества мелких зубцов, которые входят в зацепление при включении передачи на обычной коробке, применяются крупные кулачки — торцевые выступы на шестерне и муфте (обычно их 5−7 штук на колесо). Чтобы передачи включались как можно скорее, кулачки входят в зацепление с большим зазором по ширине. Поэтому при включении передач на раллийной машине можно слышать характерное металлическое клацанье — это кулачки шестерни и муфты столкнулись друг с другом.

По сути, кулачковая коробка устроена так же, как обычная серийная, — только вместо косозубых шестерен прямозубые, вместо зубчатых муфт кулачковые и никаких синхронизаторов.

Кулачковая коробка требует от пилота большой ловкости — особенно при переключении вниз: для синхронизации оборотов двигателя и трансмиссии необходимо филигранно работать педалью акселератора и прекрасно чувствовать автомобиль. При бережной езде пилот при переходе вниз пользуется сцеплением, в ходе гонки — особенно на машинах с секвентальной кулачковой коробкой — педаль сцепления ему практически не нужна. В том числе поэтому раллисты иначе, чем гражданские водители, выжимают педали. Правая нога у них обычно лежит на педали газа, а левая заведует сцеплением и тормозами. Четко работать акселератором очень важно, ведь без правильно выполненной перегазовки переход на понижающую передачу либо вообще не произойдет, либо будет сопровождаться жестким ударом. Именно поэтому пилоты раллийных машин ехидно улыбаются, когда я интересуюсь, насколько популярна кулачковая коробка среди любителей тюнинга. Конечно, находятся фанаты уличных гонок, которые заменяют серийные коробки кулачковыми. Такая замена улучшает динамику разгона, но требует от водителя постоянной концентрации внимания при переключении вниз, а также наполняет салон шумом от работы прямозубых шестерен. Кулачковая коробка воет примерно так же громко, как гражданская косозубая, когда в ее картере нет масла. Добавим сюда высокую стоимость кулачковых коробок (до €20 000 за агрегат) и невысокий срок службы — и придем к выводу, что установка кулачковой коробки на обычный автомобиль совершенно не оправданна. Конечно, срок службы автомобиля зависит и от субъективных факторов. В жестких гоночных условиях синхронизаторы долго не живут. Так что если за рулем гражданского автомобиля окажется маньяк, кулачковая коробка, вполне возможно, будет служить ему дольше привычной. Тем не менее со временем гоночный агрегат начнет издавать характерный стук, говорящий о том, что скруглившиеся кулачки не обеспечивают надежного зацепления. Такая коробка нуждается в замене износившихся пар. Денис рассказывает, что кулачковую коробку для проверки разбирают после каждой гонки, а некоторые пары в коробке приходится менять через каждые 2−3 этапа гонок. И это нормально!

Вперед-назад: хорошо и плохо

Есть и еще одна причина, почему кулачковые коробки не подходят для обычных дорог. Хотя эти агрегаты нередко оборудуют обычным поисковым механизмом переключения, самые быстрые и популярные у гонщиков коробки — секвентальные. В раллийных машинах пилота сильно трясет, поэтому водить рычаг переключения вперед-назад куда удобнее, чем выбирать передачи, как в обычном автомобиле. К тому же такая кинематика рычага позволяет сэкономить несколько миллисекунд на каждом переключении.

Но ездить с секвентальной коробкой кулачкового типа по дорогам общего пользования — страшная мука. Дело в том, что когда мы попадаем в пробку или под прямым углом поворачиваем с главной дороги на второстепенную, то обычно перескакиваем сразу на несколько передач вниз. Например, с пятой на вторую. При секвентальной же коробке такой трюк не выйдет: придется с перегазовкой последовательно перейти на четвертую, третью и лишь затем — на вторую передачу. Денис показывает, почему так происходит на коробке «ситроена». Когда пилот раллийной машины толкает рычаг этой секвентальной коробки вперед или назад, на определенный угол поворачивается специальная ось с многочисленными кулачками. При этом один из кулачков возвращает вилку переключения передач в нейтральное положение, а другой давит на еще одну вилку, и она вводит в зацепление муфту с шестерней нужной передачи. Чтобы включить, скажем, пятую передачу, надо последовательно несколько раз повернуть ось, которая управляется вилками переключения.

Кулачки обеспечивают высочайшую скорость переключений, но из-за ударных нагрузок быстро скругляются и требуют замены. Некоторые пары (шестерня и муфта) меняют через каждые 2−3 этапа гонок

Утешение гражданского гонщика

Выходит, что кулачковая коробка абсолютно неприменима для гражданских автомобилей. Это не совсем так. Британские фирмы — главные производители кулачковых коробок — традиционно имеют много запросов среди любителей тюнинга, желающих приобрести их коробки, а в нашей стране на базе кулачковой коробки даже был разработан современный агрегат для «гражданского» использования, который почти лишен недостатков.

Произошло это так. Компания «Спортмобиль», которая занималась тюнингом и подготовкой для соревнований и без того быстрых автомобилей Mitsubishi Lancer Evolution, освоила установку на этих машинах кулачковой коробки фирмы Gemini. Эффективное использование такого устройства предполагает превосходные навыки водителя. Но поскольку применение кулачковой коробки кардинально изменяет динамические характеристики, инженеры и основатели компании Алексей Чернышев и Павел Рустанович решили адаптировать гоночную коробку для использования обычными водителями при каждодневной езде.

Коробки и правила

На фотографии Subaru Impreza команды «Красные Крылья», которая участвует в Чемпионате Мира по ралли в зачете серийных автомобилей P-WRC. Несмотря на то, что с секвентальной коробкой на машине можно было бы показывать лучшее время, автомобиль оснащен кулачковой коробкой с обычным поисковым механизмом переключения. Согласно омологации, автомобиль группы N не может выступать в ралли с секвентальной коробкой.
Машины с секвентальной коробкой и традиционным рыгачом на центральном тоннеле — средний класс в иерархии гоночных аппаратов. Хотите переключать передачи еще быстрее? Пожалуйста! Оборудуйте руль подрулевыми переключателями, а поворот оси с пазами секвентальной коробки доверьте гидравлике. Такое решение применяется на большинстве гоночных машин WRC, участвующих в основном зачете. Такое же решение используется в «Формуле-1» и некоторых других гонках.
Как это обычно бывает, решения из мира автоспорта с течением времени появляются на серийных автомобилях. Сегодня многие легковые автомобили оборудованы секвентальными коробками с качающимся рычагом и подрулевыми переключателями. В комбинации с обычными некулачковыми коробками передач, такой механизм практически не повышает скорости переключений, но водители находят его более удобным по сравнению с традиционным поисковым.

Для решения этой задачи привлекли электронику. За основу взяли компьютер Motec, позволяющий программировать функции автомобиля. К нему написали собственное программное обеспечение, которое в совокупности с разработанным электронным блоком и стало основой его системы, получившей название SGSM (Sequental Gearshift Management). Сотрудники компании «Спортмобиль» смогли связать переключения передач в коробке с работой систем зажигания и впрыска. При переходе вниз мотор в автоматическом режиме совершал перегазовку. С одной стороны, это облегчало жизнь пилоту, а с другой — повышало срок службы кулачковой коробки за счет гарантированно более плавных переключений. Стоит заметить, что похожая система до этого применялась на гоночных мотоциклах — в них датчик движения рычага коробки был связан с блоком управления зажиганием. В момент переключения вниз угол опережения зажигания резко увеличивался, и обороты падали, что и требовалось для перехода на пониженную передачу. Но система «Спортмобиля», которая автоматизировала систему впрыска, стала следующим уровнем развития идеи.

Применение кулачковой коробки наряду с тюнинговым 420-сильным двигателем сделало подготовленный в компании автомобиль самым динамичным Evolution в истории этого культового автомобиля. До 100 км/ч автомобиль разгонялся за 3,53 с! Узнав о таком достижении российских инженеров, в Москву приезжали журналисты известного английского журнала Autocar и остались в полном восторге. В итоге за рубежом сразу несколько компаний заинтересовались возможностью выпуска подобных коробок, а в Москве образовалась группа отчаянных парней, желающих приобрести Evolution с кулачковой коробкой.

Редакция благодарит команду «Красные крылья» за помощь в подготовке материала

Разнообразие коробок переключения передач, устанавливаемых на современные автомобили, некоторых автолюбителей приводит в определенное замешательство, особенно тогда, когда приходится остановить свой выбор на том или ином типе трансмиссии. Именно поэтому, в данной статье мы ответим на вопрос: «Что такое секвентальная коробка передач, принцип работы и основные ее отличия?».

Конструктивное исполнение

Основой конструкции такой КПП служит секвентальный механизм (см. фото 1), позволяющий переключать передачи исключительно по возрастанию (убыванию).

Рычаг секвентальной КПП способен перемещаться только вперед или назад, а номер включенной передачи индицируется на дисплее. Специальный вал, обладающий бороздами волнообразной формы, осуществляет управление вилками переключения, и происходит это следующим образом. При толчке рычаг, вал проворачивается на градус определенной величины и приводит в движение вилки переключения, а их расположение, и, следовательно, включение той или иной передачи, обуславливается фигурной формой борозд.

В качестве привода секвентальной коробки передач, как правило, используют пневматические или электрические механизмы, а органы управления (кнопки, переключатели) располагают на рулевом колесе или под ним.

Итак, мы рассмотрели конструктивное исполнение данной КПП, точнее, его основной элемент – секвентальный механизм. Далее – принцип функционирования.

Принцип действия КПП данного типа практически аналогичен принципу функционирования знакомой большинству автолюбителей механической трансмиссии. Тем не менее, отличия существуют, и мы их рассмотрим:

Использование в конструкции коробки прямозубых шестерен (вместо косозубых в механике).

Наличие электронного блока управления, выполняющего функции отсутствующей педали сцепления.

Использование механизма переключения гидравлического типа для переключения передач, что существенно сокращает время данной операции (до 150 миллисекунд).

Именно последняя особенность секвентальных коробок передач предопределила область применения данных механизмов. Ими оснащаются гоночные болиды – участники соревнований класса «Формула-1» и ей подобных. Основной причиной, определившей такую область использования секвентальных КПП, стала их способность минимизировать время включения нужной передачи в режиме сильной вибрации, сопутствующей высоким скоростям. Тем не менее, некоторые автопроизводители успешно используют подобные механизмы для оснащения обычных автомобилей.

Разумеется, секвентальные коробки передач, принцип работы которых мы рассмотрели выше, обладают не только определенными достоинствами, но и некоторыми недостатками.

Плюсы и минусы секвентальных КПП

Функционирование любого механизма под нагрузкой предопределяет наличие у него некоторых (и не только положительных) эксплуатационных особенностей. К числу неоспоримых достоинств секвентальных коробок относят:

Экономичность, обеспеченная минимальным временем переключения.

Простота управления автомобилем (особенно для новичков), обусловленная отсутствием педали сцепления.

Возможность выбора режима переключения передач: автоматический или механический.

Наличие «подрулевых лепестков», позволяющих выполнять переключение, не отрываясь от управления автомобилем (оставляя руки на рулевом колесе).

Минусами КПП данного типа, обусловленные особенностями конструктивного исполнения, специалисты считают:

Низкая степень эксплуатационной надежности гидравлического механизма, вызванная неустойчивостью агрегата к износу.

Высокая стоимость ремонтно-восстановительных работ.