Szybka skrzynia biegów – Seamless Shift Transmission

Na wysokim poziomie ścigania nawet szybka skrzynia biegów z QuickShifterem, czy też nowsze rozwiązanie z pierścieniami typu ’Dog Ring’ może okazać się niewystarczające. Nawet w takich skrzyniach przez ułamek sekundy nie jest przekazywany moment obrotowy – co jest logiczne – a i płynność zmiany biegu może okazać się niewystarczająca.  Dodatkowo regulaminy w sportach motorowych zabraniają stosowania skomplikowanych systemów – w tym zaawansowanych systemów zmiany biegów. To właśnie z tych obostrzeń – jako kompromis – powstało Seamless Shift Transmission ( inaczej SST, Seamless Shift Gearbox, SSG, DST- Ducati Seamless Transmission ).

Prawdopodobnie gdyby nie motorsport, możliwe że o Seamless  Shift w ogóle byśmy nie słyszeli. Co też nie znaczy, że Seamless Shift byłoby nam jakoś bardzo potrzebne, bo istnieją również inne rozwiązania. Dotychczas taki system istnieje tylko w motorsporcie i głównie jest znany z Formuły 1 oraz MotoGP.  W wolnym tłumaczeniu ‘seamless’ oznacza ‘bezszwowy’, więc sugeruje, że moc na tylne koło jest przekazywana przez cały czas. Oczywiście jest to tylko chwyt marketingowy; co najwyżej czas ten może zostać skrócony ale nie może równać się zero. Przeczyłoby to idei, w której to nie jest dozwolona płynna zmiana przełożeń ( bez żadnych przerw ). Ale po kolei.

Zanim pojawiło się Seamless Shift, producenci, poza QuickShifterem szukali innych metod na szybszą zmianę biegów. Najpierw w F1, a potem w motocyklach MotoGP zaczęto stosować pierścienie zwane ‘Dog Ring’. W zwykłych skrzyniach motocyklowych przełożenia są zmieniane poprzez przesuwanie odpowiednich kół zębatych i co za tym idzie załączanie odpowiednich kłów. Dlatego koła zębate oprócz tego, że przekazują moment, są tez odpowiedzialne za zmianę przełożeń.

W skrzyniach ‘Dog Ring’ postanowiono rozdzielić te dwie czynności. Wprowadzono dodatkowe pierścienie sterowane wodzikami, odpowiedzialne za zmianę przełożeń. Koła zębate od tego czasu nie były już przesuwne osiowo. Rolę tą przejęły właśnie nowe pierścienie. Producenci twierdzą, że dzięki temu skrócił się czas zmiany przełożenia, bo sam pierścień waży mniej niż całe koło zębate, które musielibyśmy przesuwać, oraz odcinek na którym pierścień się porusza jest krótszy więc również ma to wpływ na skrócenie czasu zmiany biegów.  Obecnie takie rozwiązanie zastosowano w Kawasaki H2 i H2R. Ale w sporcie to nie wystarczało.

‘Dog Ring’ w Kawasaki H2/H2R

Skrzynie Seamless Shift najpierw pojawiły się w Formule 1. W MotoGP pierwszy raz zastosowała ją Honda w modelu RC212V na początku 2011 roku. Wszyscy wtedy zarzucali im, że korzystają z niedozwolonej skrzyni DCT. Mylili się. Z biegiem czasu skrzynie te były coraz bardziej udoskonalane i wprowadzane stopniowo przez kolejnych producentów. Ducati początkowo nie umożliwiało płynnego przejścia pomiędzy biegami  1 i 2 oraz pomiędzy 5 i 6. Ale obecnie ich system został udoskonalony  i zawodnicy na Desmosedici  mogą  płynnie zmieniać biegi pomiędzy wszystkimi biegami w górę i w dół. Yamaha z kolei Seamless Shift wprowadziła bardzo późno, bo pełny system działa dopiero od początku 2015 roku. Początkowo system pozwalał tylko na płynną zmianę biegów przy upshift. Również wracająca do MotoGP Aprilia użyła systemu Seamless w modelu RS-GP na 2015 rok.

Ciekawostką jest, że zrobili to w zmodyfikowanym silniku z drogoweo RSV4 – bo z takiego dotychczas korzystał team Aprilii. Od 2016 roku pełny system Seamless pojawił się również w motocyklu Suzuki GSX-RR. W sezonie 2015 zawodnicy Suzuki mogli wprawdzie redukować biegi bez użycie sprzęgła, ale zawdzięczali to jedynie DownShifterowi a nie systemowi Seamless. Oczywiście w przypadku skrzyni Seamless biegi zmienia się bez operowania manetką gazu czy klamką sprzęgła; nie znaczy to oczywiście, że jest to niemożliwe bez takiego systemu ale w każdym razie dzięki temu zawodnicy mogą bardziej skupić się na samej jeździe. Nic dziwnego, że producenci  inwestują ogromne pieniądze w rozwój skrzyń skoro można na tym zyskać nawet kilka dziesiątych części sekundy na jednym okrążeniu i obecnie skrzynia taka jest standardem.

Minusem (albo i nie) takiego systemu jest fakt, że skrzynia nie umożliwia załączenia luzu za pomocą drążka biegów. Do tego służy specjalna, mała dźwigienka umieszczona pod klamką sprzęgła (Yamaha, Honda), na lewej połówce kierownicy w Suzuki GSX-RR lub na prawej połówce kierownicy – jak w Ducati. Dlaczego tak jest? Kto jeździł motocyklem ten wie, że przełączanie biegów z 1 na 2 i z 2 na 1 czasami nie jest łatwą rzeczą i to nie tylko z powodu dużej różnicy w przełożeniach pomiędzy tymi dwoma biegami ale dlatego, że właśnie między biegiem 1 a 2 znajduje się pozycja luzu i to przez ten luz musimy przejść używając biegów 1 i 2. To może wprowadzić pewien chaos. Ale prawdopodobnie po prostu konstrukcja nowoczesnej skrzyni Seamless  wymusza pozbycie się możliwości załączenia neutralnej pozycji biegu za pomocą drążka.

Mała dźwignia do załączaniu pozycji neutralnej w skrzyni Yamahy M1

Dźwignia luzu w motocyklu Honda RC213V

Zaznaczony przełącznik to dźwignia luzu w motocyklu Desmosedici z 2014 roku

Po prawej stronie nowsza dźwignia luzu w Ducati Desmosedici GP16

Czarny element to dźwignia luzu w Suzuki GSX-RR 2016

Desmosedici GP15 – strzałka wskazuje linkę luzu obsługiwaną dźwignią na kierownicy

Linka luzu w okolicach silnika ( pod koszem sprzęgła ) Yamahy M1

Zaznaczony element to prawdopodobnie linka luzu wychodząca z silnika w motocyklu Aprilia RS-GP 2016

Jak działa Seamless Shift? Tak właściwie szczegóły działania są znane jedynie osobom z wewnątrz MotoGP. Producenci bardzo pilnie strzegą swoich technologii, nie chcąc jednocześnie rozmawiać o tym z dziennikarzami. Bardzo możliwe, że poza projektantami czy mechanikami nikt nie wie jak działają systemy szybkiej zmiany biegów. Spotkałem się z opinią, że nawet sami zawodnicy nie wiedzą do końca jak działają ich skrzynie, bo przecież przechodząc do innego teamu mogliby zdradzić pewne tajemnice. Co jest pewne to to, że skrzynie są bardzo szybkie a sama zmiana biegów bardzo płynna. Niektóre źródła podają, że zmiana biegów niekiedy może trwać nawet tylko kilka tysięcznych części sekundy. Firmy, które zajmują się produkcją Seamless i przynajmniej jedna z nich dostarcza rozwiązania do MotoGP to Zeroshift oraz Xtrac. Na szczęście dziennikarze starają się dowiedzieć  jak najwięcej, np. analizując dźwięki wydawane przez motocykle z Seamless i porównując je do innych motocykli.

Ale wracając do samej zasady działania – możliwe, że nie u każdego producenta system jest rozwiązany tak samo. W najprostszym przypadku system składa się z pierścieni – jak w ‘Dog Ring’ – tyle że te pierścienie są bardziej zaawansowane. Mianowicie każdy z nich składa się z trzech elementów – jak na rysunku niżej.

O co chodzi? System działa tak, że gdy jest zapięty bieg po lewej stronie ( rysunek ) obydwa pierścienie ( niebieski i czerwony ) są przesunięte całkowicie w lewą stronę. Jeden pierścień ‘trzyma’ koło  zębate swoimi kłami od strony ‘przyspieszania’ a drugi pierścień od strony ‘hamowania silnikiem’. Jak następuje zmiana biegu? Motocykl przyspiesza. Pierścień napędzający koło zębate początkowo zostaje w swojej pozycji a pierścień, który wcześniej odpowiadał za ‘trzymanie koła zębatego’ od strony hamowania silnikiem zbliża się do drugiego koła zębatego ( za pomocą mechanizmu dźwigni zmiany biegów ). Prawdopodobnie w tym momencie zostaje odcięty zapłon w celu wyrównania obrotów, a pierścień automatycznie wskakuje na swoja pozycję – z ‘pierścienia hamującego’ stał się ‘pierścieniem napędzającym’ ( każdy pierścień ma kły z dwóch stron ). Natomiast drugi pierścień, który wcześniej był ‘pierścieniem od strony przyspieszania’ zostaje automatycznie wypięty ( dzięki kształtu krzywki ) i następuje jego wpięcie do kolejnego przełożenia, gdzie jest odpowiedzialny za ‘stronę hamującą’ – ale to jest w tym momencie rola drugoplanowa, nie mająca już wpływu na przyspieszanie.

Analogicznie sytuacja wygląda podczas redukcji biegów. W czym więc system jest szybszy od prostszych rozwiązań? Trzeba zacząć od tego, że prototypowy silnik MotoGP ma bardzo szybką reakcją na gaz – to znaczy w ułamku sekundy potrafi zmienić wartości obrotowe. Seamless Shift jeszcze bardziej skraca dystans na którym porusza się pierścień odpowiedzialny za zmianę biegu. Wpięcie kolejnego biegu i wypięcie aktualnego są w pewnym sensie od siebie odseparowane. Pierścień odpowiedzialny za załączenie kolejnego biegu już przed samą zmianą biegu znajduje się zaraz przy kole zębatym, które go interesuje. Dlatego pokonuje bardzo krótką drogę, może właśnie taką jaka na ten moment wymaga bardzo szybka zmiana obrotów silnika przy wyrównywaniu RPM podczas zmiany biegów. Wcześniejszy bieg ( pierścień ) wypina się samoistnie wraz z wpięciem kolejnego biegu. Poniższa animacja dosyć dobrze prezentuje sytuację.

Jestem  ostrożny w określeniu mówiącym o Seamless, że system ‘pozwala na załączenie dwóch biegów w jednym czasie, ale chwilowo tylko jeden bieg przekazuje moc’. Często czyta się takie określenia w sieci. Być może tylko w pewnym sensie jest ono prawdziwe, ale trzeba je odpowiednio rozumieć. Prawdopodobnie system tak naprawdę jest ‘tylko’ bardzo dopracowaną wersją tradycyjnej skrzyni biegów. Pokazany przykład niekoniecznie  istnieje w prototypach w takiej wersji. Nie wiadomo dokładnie jak jest rozwiązana kwestia wyrównywania obrotów. W tym artykule: https://rideapart.com/articles/honda-motogp-transmission  można przeczytać o rysunkach patentowych Hondy – możliwe, ze związanych z Seamless Shift. Na 2017 rok KTM wchodzi do MotoGP z modelem o roboczej nazwie RC16. Producent ma także sprzedawać pełnowartościowe prototypy MotoGP każdemu klientowi, który tylko będzie posiadał odpowiednią kwotę. Jeśli rzeczywiście Model RC16 dla Kowalskiego nie będzie jedynie uproszczoną wersją prototypu to być może kiedyś dowiemy się jak w rzeczywistości działa Seamless.

Warto też wsłuchać się w dźwięk motocykli, głównie przy redukcjach na końcach prostych start/meta (kliknięcie w film przekieruje na serwis Youtube):

Yamaha

Honda

Ducati

Suzuki

Nietrudno zauważyć, że w Yamasze i Hondzie przy redukcji obroty spadają bardzo płynnie. Na niektórych torach czasem ciężko w ogóle zaobserwować, że biegi są zrzucane. W Ducati i Suzuki natomiast słychać wyraźnie przegazówki wykonywane przez elektronikę. Może to świadczyć, że Seamless w tych motocyklach nieco się różni. Można też wnioskować, że w Yamasze M1 oraz Hondzie RC213V podczas redukcji większą role niż w Desmosedici odgrywa sprzęgło antyhoppingowe oraz elektroniczna kontrola hamowania silnikiem.

Czy jest możliwe, że zobaczymy kiedyś skrzynie Seamless w seryjnych pojazdach czy chociażby w sportowych motocyklach? Ciężko powiedzieć. Gigi Dall’Igna kiedyś w wywiadzie stwierdził, że widzi w tym przyszłość. Ograniczenia w motorsporcie przeważnie mają na celu cięcie kosztów. Rzadko się to sprawdza, co można ostatnio zaobserwować na przykładzie doładowanych hybrydowych silników V6 w Formule 1. Możemy być prawie pewni, że gdyby nie przepisy, w F1 oraz w MotoGP korzystano by np. z szybkich skrzyń dwusprzęgłowych. Seamless ma oczywiście swoje zalety jak np. niska masa, ale to jest tylko kompromis i nie da się ukryć, że nawet taka skrzynia nie jest idealna. Oczywiście chodzi tutaj o ułamki sekund ale w sporcie ma to ogromne znaczenie. Tak samo skrzynie DCT mają i zalety i wady. Do zalet na pewno należy bardzo szybka zmiana biegów ( system posiada dwa sprzęgła – jedno do przełożeń parzystych, drugie do nieparzystych; w jednym czasie są załączone dwa biegi ale tylko jeden przenosi moment obrotowy, a sama zmiana biegu polega tylko na płynnym przełączeniu sprzęgieł ).

Wady: skomplikowany system hydrauliczny, większa masa. Ale jak to ze wszystkim, i DCT da się dopracować i pozbyć pewnych wad. Honda ma już taką skrzynię w niektórych motocyklach drogowych, jak w VFR 1200 czy w nowej Africe Twin w jednej z wersji. Regulamin MotoGP zabrania stosowania m.in. systemów hydraulicznych do obsługi skrzyni biegów oraz nie pozwala na stosowanie ‘bezstopniowych’ skrzyń biegów. A tak się składa, że DCT jest niezgodne z obydwoma przepisami. Natomiast na przykładzie sportowych drogowych samochodów można zaobserwować, że skrzynia DCT staje się coraz bardziej popularna. Ale pytanie – czy w drogowych motocyklach sportowych najpierw zobaczymy DCT czy Seamless? O ile w ogóle zobaczymy. Trzeba wziąć pod uwagę, że Seamless powstało głównie przez ograniczenia w motorsporcie, więc dlaczego producenci mieli by je wprowadzać do Superbike’ów? Ale kto wie, może właśnie to jest przyszłość. Czas pokaże. W najgorszym przypadku może dojść do takiego paradoksu, że drogowe motocykle będą miały bardziej zaawansowaną skrzynię DCT od motocykli MotoGP z SST, tylko ze względu na przepisy.

Wszelkie prawa zastrzeżone. Artykuł pierwotnie ukazał się na sportjazda.pl. Dziękuję  Giorgio ‘Manziana’ Mulliri za udostępnienie zdjęć. Wszystkie zdjęcia zostały opublikowane za wcześniejszą zgodą autorów: www.kawasaki.com,  www.gpone.com, www.ducati.com, www.facebook.com/Team.SUZUKI.ECSTAR, www.usatoday.com, www.aprilia.com, www.zeroshift.com.

Wojciech Dziuban