DCT在節能減排方面的設計舉措

王中華，翁曉明

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

DCT在節能減排方面的設計舉措

王中華，翁曉明

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

隨著石油能源的枯竭和環境要求的不斷提高，人類對于汽車的節能減排越來越重視，而變速箱是汽車傳動系統中的重要組成部分，對于整車的燃油消耗及排放有著很大的影響。文章以濕式DCT設計，從速比范圍的選擇，同步器的選擇和控制，油泵的選擇和應用，離合器的優化，潤滑系統的優化等幾個方面，介紹了在DCT設計開發過程中，為實現節能減排，所做的措施。

DCT；效率；燃油消耗

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.034

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-105-04

1、緒言

2009年11月26日中國正式對外宣布控制溫室氣體排放的行動目標，決定2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%～50%，而隨著汽車工業的發展，新能源汽車開始發展，但是裝有內燃發動機的汽車在一段時間內仍占據主導地位，降低燃油消耗和減少排放是汽車工程師們孜孜不倦追求的目標，DCT正是在這個環境下催生出的一項新興的傳動技術。

本文將著重研究與傳統的自動變速箱相比，DCT在設計方面采取的節能減排的措施。

2、DCT 與 AT，MT 性能比較

為了降低燃油消耗和減少排放，減少動力傳動系統中的功率損耗，一個具有高效率的變速箱顯得尤為重要。圖1為幾種變速箱在某一檔位下的效率對比。（數據說明：6MT及6DCT為實際測試結果，6AT數據引用在2009年4月GRC變速箱研討會議材料大眾公司介紹材料）

從圖1中可以看出，MT的效率最高，而傳統的AT因為使用的液力變矩器、離合器和制動器傳遞動力，以及油泵產生的功率損耗，其傳動效率最低，而DCT 的傳動系統與MT結構系統一致，采用穩定的齒輪傳動結構，在此基礎上增加了雙離合器，油泵，液壓模塊等機構，其傳動效率要明顯高于傳統的AT，其效率已經很接近于MT的機械效率。

傳動效率已經在很大程度上決定了燃油消耗，但是采用了自動變速箱后，使發動機在更經濟的轉速內運轉，使整車根據路面工況智能式選擇更適合檔位運行，大大會降低燃油的消耗；圖2為配幾種變速箱的整車的百公里油耗對比，可以明顯地看出，裝有DCT的整車的百公里油耗要比裝有MT車型的低2%，而且要遠遠的低于裝有AT車型。（數據說明：圖3數據來源于2009年4月 GRC變速箱研討會 ZF介紹材料）

3、DCT 節能減排的具體措施

3.1 寬速比的變速箱

如下圖3所示，DCT 的雙輸入軸、雙輸出軸的結構，使得變速箱在軸向長度更短的情況下，擁有更多的擋位數量，使得最大傳動比與最小傳動比的比值增大，速比范圍的擴大，增加了發動機在低燃油消耗區工作的可能性，降低了燃油消耗。

如圖4 中，隨著擋位數量的增加，從3檔變速箱至6擋變速箱，燃油消耗得到了大大改善，降低了13%。（數據說明：圖4數據來源于2009年4月 GRC變速箱研討會 ZF介紹材料）

以往的變速箱僅僅有一個主減比，從圖5可以看出，如果主減比比較大，加速時間較短但燃油經濟性下降，主減比值較小，加速時間延長但燃油經濟性改善，而DCT采用雙輸出軸結構使得變速箱有兩個主減速比，使得整車在保證了整車動力性的同時保證了經濟性。

3.2 變速箱零部件優化

3.2.1 變速箱內部功率損耗

變速箱內部的功率損耗，從發動機功率的輸入到功率輸出到驅動半軸，整個過程中都存在功率的損失，作為DCT（雙離合器變速箱）也不例外，雙離合器的滑摩，齒輪傳遞動力過程中的功率損失，液壓系統的泄漏損失，油泵提供壓力油過程中的功率損失，換檔過程中的功率損失等等一系列的工作都參與了變速箱功率損失的過程。

為提高變速箱的傳遞效率，降低傳遞動力過程中的功率損失，我們從就必須對上述過程進行優化。

3.2.2 同步器的設計與控制

（1）伺服式同步器的使用

伺服式同步器也稱porches式同步器，其原理就是通過同步器齒套與同步環之間摩擦力矩以及同步器上一個具有特殊結構的部件，在同步方向上獲得一個軸向額外的作用力。伺服式同步器已經逐漸的開始應用于現代化的DCT產品中。

上面兩幅圖可以顯示出，在同樣的工況之下，變速箱在使用了伺服式同步器之后，不僅在軸向換擋力上可以降低40%，而且在同步時間上可以取得改善，節約了一半時間，進而同步器對于液壓系統的壓力和持續時間要求都會降低，液壓系統以提供較低的功率便可實現同步器換擋的功能。

（2）同步器的預掛擋

如圖3所示，奇數檔由離合器1控制，偶數檔和R檔由離合器2控制，當傳遞動力的檔位為1檔時，2檔同步器已經提前與2檔齒輪結合，這就使得由1檔向2檔的切換只需要兩個離合器實現切換就行，實現其他檔位的切換也與之類似，同步器的預掛擋可以大大的減小換檔的時間，同時也會減少長時間離合器的滑摩所帶來的效率損失。

3.2.3 含平衡腔的雙離合器

雙離合器在變速箱中屬于高速旋轉件，其中所有的油腔為旋轉油腔，當雙離合器高速旋轉，油腔中的油液跟著旋轉，便產生了很大的離心壓力。

由于離心壓力的存在，在離合器分離之時，會阻礙離合器分離，由于離心壓力，使未接合的離合器產生空轉摩擦阻力，隨著發動機轉速的增高，其空轉摩擦阻力會很大，使得變速器功率損失會很大。

DCT 中的雙離合器為解決離心壓力所帶來的影響，在雙離合器內外工作油腔的對應一側設置了內外離合器平衡油腔，使內外離合器活塞兩側都設有油腔，當離合器高速旋轉時，兩側油腔產生的離心壓力作用在活塞上的力相互平衡，有效地消除離心壓力所帶來的功率損失。

3.2.4 直接式潤滑

以往的MT 變速箱對于齒輪副的潤滑采用的飛濺潤滑，飛濺式潤滑就需要變速箱本身具有一個較高的油面，在齒輪的旋轉過程中，油液被旋轉的齒輪副攪動，慢慢地帶到各檔位的嚙合齒輪副；

而DCT 對于嚙合的齒輪副采用了直接式的強制性潤滑，而強制性潤滑則不需要較高的油面，嚙合的齒輪副采用經過冷卻之后的油進行強制性潤滑。

直接式強制潤滑，相對于飛濺式潤滑具有以下優點：

1）油液面的降低，可以防止變速箱齒輪副攪油所帶來的動力傳遞損失，提高變速箱齒輪副的傳遞效率；

2）油液面的降低，可以防止齒輪副攪油所帶來的大量氣泡，而造成對液壓系統的功率的損失，和降低對于液壓系統帶來噪聲的影響；

3）采用的直接式的強制性潤滑，冷卻油液是經過過濾，更清潔的油液在齒輪副進入嚙合之前對齒輪副進行潤滑和對嚙合齒面產生的顆粒進行，防止齒輪表面產生異常損壞，使齒輪副的嚙合更加平穩，提高了齒輪副的壽命，間接的提高了齒輪副的傳遞效率。

3.2.5 油泵的選擇

自動變速箱的油泵，一般均由發動機直接和間接驅動，通過相關試驗得出，在整個自動變速箱的功率損失中，油泵的功率損失占到總功率損失的13～22%，由此可以看出設計一個高效的油泵顯得異常重要。

在自動變速箱使用最常見的泵為內嚙合齒輪泵，而齒輪型線的不同對油泵的效率有著很大的影響，以下為幾種型線內嚙合齒輪泵總效率對比（數據來源于 2009年汽車工程學會論文集 自動變速箱油泵選型分析）

通過以上對比，多齒差的擺線泵具有更高的效率，可以降低功率的損失，現在越來越多的自動變速箱油泵選擇多齒差的擺線泵。例如GM 6AT，VW DQ250 均采用了多齒差的擺線泵。

3.2.6 換擋規律

圖10為不同模式下的換檔規律，實線代表為經濟模式下的換檔規律，虛線代表運動模式下的換檔規律。圖11 為某裝有DCT的整車在60km/h,90km/h 和在不同模式（運動模式和經濟模式）下的油耗實測曲線。在60km/h的等速模式下，經濟模式下的油耗僅為運動模式下的2/3。

為了滿足顧客對于整車不同的需求，現在越來越多的配備自動變速箱的車輛擁有了兩種換擋模式，一種為運動模式，使得整車在比較高的車速下完成換擋，滿足顧客的駕駛需求，第二種模式為經濟模式，使得發動機在低燃油消耗區工作，降低整車燃油消耗。

3.2.7 降低系統能量的損失

為了提高整機的效率，通過以下方式降低系統能量的損耗

1）通過在3.2.2中提及的使用伺服式同步器，對換擋力要求的降低，我們可以同時降低液壓系統的控制壓力，控制壓力降低的同時，液壓系統內部的泄漏也會隨之減小，進而減小液壓控制系統的功率損耗。

2）油泵為滿足變速箱在低轉速區域的需求，就必須設計一個大排量的油泵，而隨著發動機轉速的提高，在高轉速區域下，油泵會輸出一個較大的流量，造成一個功率的浪費，隨著技術的不斷發展，在一部分變速箱上開始采用一個變量泵，通過調節油泵泵油裝置，在低轉速工況下，油泵有一個大的排量，隨著轉速的提高和系統的要求，油泵的排量會隨之變化。降低不必要的功率損失。

3）為提高變速箱的工作效率，就必須使得變速箱油在最優的工作溫度下進行，在變速箱系統中設置熱交換器，當變速箱油溫過低時，引入發動機熱循環中的水，加熱變速箱油，當變速箱油溫過高時，引入發動機循環水，降低變速箱油溫。

4、結束語

本文以DCT產品的開發為研究對象，從檔位選擇及速比的定義，再到同步器，油泵的選擇，以及雙離合器及潤滑系統的優化，換擋規律的選擇，介紹了在濕式DCT在開發過程中，為使得發動機在最佳燃油區域工作及降低變速箱在傳遞功率過程中的損失而采取的種種舉措，最終實現了降低整車油耗和排放的目的。

[1] 黃宗益等.現代轎車自動變速器原理和設計[M]同濟大學出版社,2006.

[2] 王中華等.自動變速箱油泵選型分析[J] 汽車工程學會論文集2009:1245-1249.

[3] 日本自動車技術會編.汽車工程手冊,動力傳動系統設計篇:243-244.

[4] Tomas hackl. Efficiency ,cost and weight potential through reduced line pressure in DCT with servo synchronizers.

New Design For Fuel Efficiency And Aggressive Emission On DCT

Wang Zhonghua, Weng Xiaoming
( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Under the threat of depleting petroleum resources and global environment issues, more aggressive attentions are paid on vehicle emission and fuel consumption. As one of the most significant components of power train system, the transmission to a great extent influences the emission performance and fuel efficiency. In this article, some effective designs of DCT transmission on emission improvement and fuel efficiency are introduced, including ratio definition, synchronizer's selection and controlling, and pump, clutch, lubrication system optimization.

DCT; Efficiency; Fuel consume

U462.1

A

1671-7988(2016)10-105-04

王中華，（1984.12-）,男，工程師，就職于江淮汽車技術中心變速箱設計部。主要從事自動變速箱研究。