自動(dòng)變速箱油冷器及其試驗(yàn)方法研究

劉海洋，張桂忠

（西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，陜西 西安 710119）

自動(dòng)變速箱油冷器及其試驗(yàn)方法研究

劉海洋，張桂忠

（西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，陜西 西安 710119）

∶針對(duì)3種自動(dòng)變速箱油冷器特點(diǎn)進(jìn)行了分析和對(duì)比，根據(jù)自動(dòng)變速箱的散熱要求提出了油冷器的性能要求，并論述了自動(dòng)變速箱油冷器開發(fā)過程中需要開展的換熱性能、可靠性、臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)方法。

∶自動(dòng)變速箱；油冷器；試驗(yàn)方法

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.067

CLC NO.: U467.3Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-199-03

引言

自動(dòng)變速箱工作過程既存在液壓傳動(dòng)又存在液力傳動(dòng)，油溫過高則會(huì)導(dǎo)致油品變質(zhì)、換擋性能下降甚至引起離合器燒損。因此，自動(dòng)變速箱一般都匹配油冷器以保證變速箱的油溫處于正常范圍。高效穩(wěn)定的油冷器對(duì)于保證自動(dòng)變速箱正常工作、延長變速箱和變速箱傳動(dòng)液壽命具有重要作用。

1、自動(dòng)變速箱油冷器的分類與特點(diǎn)

自動(dòng)變速箱油冷器的冷卻液通過發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)獲得，冷卻系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液經(jīng)過散熱器后，由發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器出水口流出，經(jīng)過管路進(jìn)入油冷器的進(jìn)水口，在油冷器中吸收變速箱油的熱量后流出油冷器。變矩器是自動(dòng)變速箱產(chǎn)生熱量的主要元件，故多數(shù)變速箱油在變矩器處流入油冷器，變速箱油經(jīng)過冷卻后沿管路流回變速箱油底殼或潤滑部位等壓力要求不高的回路。

圖1　自動(dòng)變速箱冷卻系統(tǒng)示意圖

目前自動(dòng)變速箱上使用的油冷器主要有管殼式、板翅式和板式等幾種形式。

管殼式油冷器是在一個(gè)圓筒形殼體內(nèi)插入由許多平管束組成的管束而構(gòu)成的冷卻器。這種油冷器工作時(shí)熱油在管中流動(dòng)，冷卻液在殼體中流動(dòng)。管殼式油冷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝難度小，成本較低。管殼式油冷器的缺點(diǎn)主要是質(zhì)量較大、銅管易產(chǎn)生較大熱應(yīng)力、油液管路的壓力損失大、容易產(chǎn)生結(jié)垢等。目前這種油冷器主要用于工程機(jī)械、重型車輛的變速箱散熱。

圖2　管殼式油冷器

板翅式油冷器一般是由翅片、隔板、封條和導(dǎo)流片等部件組成，相鄰隔板之間為翅片，兩端用密封條密封。變速器油和冷卻液進(jìn)入后由導(dǎo)流片被導(dǎo)入各自的流道。在板翅式油冷器中金屬板為一次換熱面，翅片為二次換熱面。板翅式油冷器的特有結(jié)構(gòu)可有效提高傳熱效率，傳熱系數(shù)可以達(dá)到管殼式散熱器的5～10倍，而且采用鋁合金為主要材料結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕。板翅式油冷器的缺點(diǎn)是流道狹小，因此壓降較大且易堵塞結(jié)構(gòu)。

圖3　板翅式油冷器

板式油冷器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片經(jīng)過釬焊而成的一種新型高效換熱器。這種油冷器板片通常由不銹鋼軋制而成，板上開有孔，多塊板堆疊形成矩形流體通道。冷熱介質(zhì)自入口進(jìn)入后流經(jīng)板片兩側(cè)的油路，通過板片進(jìn)行熱量的交換。板式油冷器容易形成紊流從而可以提高換熱系數(shù)，此外還具有重量輕、承壓能力強(qiáng)、不易結(jié)垢、壓降較小、振動(dòng)可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

圖4　板式油冷器

2、油冷器的性能要求

自動(dòng)變速箱的設(shè)計(jì)工況決定了對(duì)油冷器的散熱功率、最高油溫、壓力損失等要求。

自動(dòng)變速箱的散熱量是由液力元件（主要包括變矩器和緩速器）工作產(chǎn)生的，而變矩器主要工作在1擋和2擋變矩工況，故自動(dòng)變速箱的油冷器換熱量約等于變矩器產(chǎn)生的熱量。對(duì)于非公路用車液力變矩器的效率一般不低于75%，公路用車配置的變矩器效率一般不低80%，工況較好的旅游大巴車等變矩器效率可以達(dá)到85%以上。很多重型自動(dòng)變速箱集成有液力緩速器，為車輛下坡時(shí)提供輔助制動(dòng)，對(duì)于緩速器型的變速箱而言，緩速器在輔助制動(dòng)工況時(shí)產(chǎn)生的熱量大于變矩器工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，此時(shí)油冷器的散熱功率需要根據(jù)緩速器在持續(xù)工作工況下的發(fā)熱量來確定。

自動(dòng)變速箱油底殼油液在正常工作時(shí)溫度會(huì)在80～120℃，瞬態(tài)溫度會(huì)達(dá)到150℃。配有緩速器的變速箱在緩速器工作時(shí)流出的油溫可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到180℃，油冷器需要保證變速器在持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)工況下的油溫穩(wěn)定在120℃以內(nèi)。

變速箱油流過油冷器時(shí)會(huì)發(fā)生壓力損失，壓降值與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速箱油的粘度和油冷器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。變速箱的壓降值應(yīng)該控制在一定范圍內(nèi)，以保證從油冷器流入變速箱的油壓滿足潤滑、冷卻要求。

3、變速箱油冷器試驗(yàn)方法

開發(fā)一款變速箱油冷器需要進(jìn)行的試驗(yàn)包括換熱性能試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、臺(tái)架試驗(yàn)以及道路試驗(yàn)四部分。前兩項(xiàng)試驗(yàn)油冷器進(jìn)行獨(dú)立試驗(yàn)、后兩項(xiàng)試驗(yàn)一般與變速器或整車一起完成。

3.1換熱性能試驗(yàn)

換熱性能試驗(yàn)需要測(cè)試油冷器的換熱量、出油溫度、油側(cè)壓降、水側(cè)壓降等。該項(xiàng)試驗(yàn)中試驗(yàn)裝置模擬發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的冷卻液壓力和流量向油冷器水側(cè)提供冷卻液，按照變速箱在不同輸入轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的油溫、油壓和油流量向油冷器輸入變速箱油，測(cè)試油冷器的出口油溫、油側(cè)壓降、水側(cè)壓降，并計(jì)算油冷器的換算放熱量。

3.2可靠性試驗(yàn)主要包括以下項(xiàng)目

密封性試驗(yàn)：油冷器屬于壓力容器，油冷器廠家在出廠前必須進(jìn)行100%的密封檢漏。氦氣質(zhì)譜檢漏是一種高效的無損檢測(cè)方法。另外一種檢驗(yàn)密封性的簡(jiǎn)易方法是將油冷器置于水中，油側(cè)和水側(cè)通以壓力氣體觀看是否有氣泡產(chǎn)生。密封性是油冷器最基本的性能，除靜壓爆破試驗(yàn)外，下文中其它可靠性試驗(yàn)完成后都需進(jìn)行密封性能驗(yàn)證。

耐壓脈沖試驗(yàn)：該試驗(yàn)測(cè)試油冷器承受壓力脈沖的能力，在油冷器的油腔充滿介質(zhì)ATF，油溫為變速 箱穩(wěn)定工作時(shí)的溫度，介質(zhì)壓力進(jìn)行循環(huán)變化，從脈沖波谷壓力上升到脈沖波峰壓力，保持后再從脈沖波峰壓力下降至脈沖波谷壓力。

振動(dòng)試驗(yàn)：油冷器內(nèi)充滿油液和冷卻液，按照工作時(shí)的安裝方式固定在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，按照匹配車輛工作輸入相應(yīng)加速度、頻率、加載順序進(jìn)行試驗(yàn)。

腐蝕試驗(yàn)：腐蝕試驗(yàn)包括內(nèi)部腐蝕試驗(yàn)和外部腐蝕試驗(yàn)。內(nèi)部腐蝕試驗(yàn)測(cè)試油冷器抵抗內(nèi)部腐蝕的能力，分別在油冷器水側(cè)和油側(cè)通以氯化鈉溶液運(yùn)行一定時(shí)間后靜置，再反復(fù)執(zhí)行上述循環(huán)，檢查溶液外觀不得出現(xiàn)渾濁和沉淀。外部腐蝕試驗(yàn)必須通過72小時(shí)的鹽霧試驗(yàn)。

清潔度試驗(yàn)：變速箱油的清潔度對(duì)換擋元件壽命和換擋質(zhì)量有非常重要的影響，因此油冷器的清潔度也必須得到控制，現(xiàn)在通用的做法是采用ISO4406標(biāo)準(zhǔn)對(duì)從做完振動(dòng)試驗(yàn)的油冷器油樣進(jìn)行顆粒物評(píng)級(jí)。

3.3臺(tái)架試驗(yàn)

臺(tái)架試驗(yàn)用于油冷器與變速器的匹配驗(yàn)證。連接油冷器的變速箱在測(cè)試臺(tái)架上按照各種預(yù)設(shè)工況運(yùn)行，臺(tái)架還需向油冷器水側(cè)提供符合發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液流量變化的冷卻液。試驗(yàn)過程中采集整個(gè)過程中油底殼、變矩器的出口溫度，并采集油冷器油側(cè)的油壓降和水側(cè)的水壓降。

3.4道路試驗(yàn)

道路試驗(yàn)需要車輛按照失速、上坡、低檔運(yùn)行、高溫環(huán)境、重載等對(duì)典型工況運(yùn)行，在試驗(yàn)過程中油冷器必須能夠保證變速箱的油溫處于合理范圍內(nèi)。

4、結(jié)論

油冷器作為自動(dòng)變速箱的散熱部件，其性能直接影響著變速箱的性能。隨著變速箱技術(shù)和換熱器技術(shù)的發(fā)展，在油冷器早開發(fā)過程中需要合理選型全面試驗(yàn)，才能開發(fā)出可靠、高效、輕量化的產(chǎn)品。

[1] 王凱峰.用于汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的多功能板翅式機(jī)油冷卻器[J].內(nèi)燃機(jī),2014,01:11-13.

[2] 史美中王中錚熱交換器原理與設(shè)計(jì)東南大學(xué)出版社.

[3] JB/T6003.1-2014內(nèi)燃機(jī)機(jī)油冷卻器第1部分:板翅式機(jī)油冷卻器技術(shù)條件.

[4] QC/T489機(jī)油散熱器總成技術(shù)條件.

Automatic Transmission Oil Cooler and Its Test Method Research

Liu Haiyang, Zhang Guizhong
(Xi'an FC intelligence transmission company, Shaanxi Xi'an 710119)

3 types of automatic transmission oil cooler are analyzed and compared. Based on the heat rejection requirements of automatic transmission, the performance requirements of oil cooler is proposed, oil cooler test method of heat rejection, reliability, bench test and vehicle road test is introduced.

automatic transmission; oil cooler; test method

∶U467.3

∶A

∶1671-7988 (2016)09-199-03

劉海洋（1985-），男，工程師，就職于西安雙特只能傳動(dòng)有限公司，主要從事車輛自動(dòng)變器研發(fā)工作。