淺談自動(dòng)變速器過濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)幾點(diǎn)原則

劉星 宋夢(mèng)依

柳州上汽汽車變速器有限公司柳東分公司 廣西 柳州 545000

引言

在自動(dòng)變速器的開發(fā)史上，清潔度一直是各大企業(yè)的重點(diǎn)問題。而能否滿足自動(dòng)變速器清潔度的要求，過濾系統(tǒng)是一個(gè)至關(guān)重要的因素。在當(dāng)前全球的自動(dòng)變速器過濾系統(tǒng)開發(fā)上，能夠開發(fā)合適過濾系統(tǒng)的企業(yè)非常少。本文從自身企業(yè)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)上，總結(jié)出幾點(diǎn)過濾系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵影響因素，給后續(xù)的開發(fā)項(xiàng)目提供參考。

1 雜質(zhì)對(duì)自動(dòng)變速器液壓系統(tǒng)的影響

大顆粒雜質(zhì)：粒徑超過100μm的雜質(zhì)定義為大顆粒雜質(zhì)。自動(dòng)變速器液壓系統(tǒng)主要依靠閥芯的運(yùn)動(dòng)來調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)油路中的油液流量和壓力。對(duì)于滑閥而言，閥芯與閥孔之間的配合間隙一般不會(huì)超過50μm，大顆粒雜質(zhì)的存在有一定的幾率造成閥芯運(yùn)動(dòng)過程的卡滯。每個(gè)自動(dòng)變速器生產(chǎn)廠家都會(huì)對(duì)單位體積油液中的大顆粒雜質(zhì)數(shù)量作出定義和控制，以降低閥芯卡滯的幾率。

小顆粒雜質(zhì)：粒徑小于100μm的雜質(zhì)定義為大顆粒雜質(zhì)。這部分雜質(zhì)容易堆積在液壓系統(tǒng)的閥芯和閥孔之間，在閥芯運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)造成閥芯閥孔的磨損，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致閥芯響應(yīng)不及時(shí)形成遲滯現(xiàn)象，為控制帶來很大的麻煩。自動(dòng)變速器生產(chǎn)廠家同樣會(huì)對(duì)單位體積油液中的小顆粒雜質(zhì)數(shù)量作出定義和控制。

2 常見過濾系統(tǒng)的分類

對(duì)于大多數(shù)自動(dòng)變速器而言，過濾系統(tǒng)一般會(huì)包含吸油濾清器和壓力濾清器兩類。

吸油濾清器：安裝在液壓系統(tǒng)和油泵之前，依靠油泵吸油形成的負(fù)壓，使得油液經(jīng)過濾清器，將油液中的大顆粒雜質(zhì)攔截在液壓系統(tǒng)之外。

壓力濾清器：安裝在液壓系統(tǒng)之后，經(jīng)過濾清器的油為被液壓系統(tǒng)增壓后的高壓油，該處壓力一般在300-800kPa之間。通過壓力濾清器的油液因?yàn)橐呀?jīng)被吸油濾清器過濾，所以油液中不會(huì)有大顆粒雜質(zhì)，壓力濾清器主要作用是攔截油液中100μm以下的小顆粒雜質(zhì)。

3 過濾系統(tǒng)過濾效率選擇

3.1 吸油濾清器需要滿足的要求：

（1）能夠攔截大顆粒雜質(zhì)；

（2）壓力損失滿足油泵吸油要求。因?yàn)闉V清器過油動(dòng)力完全依靠油泵負(fù)壓，所以理論最大負(fù)壓為100kPa。為保證油泵在任何工況都能吸油，吸油濾清器在任何工況下的壓力損失一般要求在40kPa以下；

（3）擁有足夠的納垢量。納垢量的要求跟變速器總成的清潔度表現(xiàn)和后期的磨損情況相關(guān)。

過濾效率低了，大顆粒雜質(zhì)會(huì)更容易進(jìn)入液壓系統(tǒng)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)失效；而過濾效率高了會(huì)使油泵的吸油阻力增加，在高轉(zhuǎn)速工況隨著吸油量的增加或者在低溫工況隨著油液粘度增加容易使油泵吸不上足夠的油而出現(xiàn)吸空、異響、壓力震蕩等問題。圖1是幾款典型車型的不同吸油濾清器過濾效率測(cè)試。

如圖1所示，車型3的過濾效率過高，使得吸油濾清器需要設(shè)計(jì)很大的過濾面積，甚至增加旁通閥以降低極限工況的壓力損失；而車型1的過濾效率過低，使得大顆粒雜質(zhì)很容易進(jìn)入到液壓系統(tǒng)使液壓系統(tǒng)產(chǎn)生卡滯，極大增加了售后維修成本。一般的過濾效率根據(jù)變速器液壓系統(tǒng)的要求，會(huì)選擇在上圖虛線所包裹區(qū)域內(nèi)。

圖1 幾種典型車型過濾效率

需要特別指出的是，過濾效率并不是影響濾清器壓力損失的唯一因素，過濾面積、導(dǎo)流筋、單向閥的設(shè)計(jì)都可以控制濾清器的壓力損失。一個(gè)好的吸油濾清器設(shè)計(jì)，是綜合考慮過濾效率、壓力損失、空間、成本以后的平衡產(chǎn)物，這些因素在本文中不做展開討論。

3.2 壓力濾清器需要滿足的要求：

（1）能攔截小顆粒雜質(zhì)。液壓系統(tǒng)對(duì)粒徑大于5μm的雜質(zhì)有數(shù)量限制，在5μm以下的雜質(zhì)一般不做要求。

（2）有足夠的納垢量。納垢量的要求同樣跟變速器總成的清潔度表現(xiàn)和后期的磨損情況相關(guān)。

（3）便于更換。壓力濾清器在汽車使用到一定里程和時(shí)間需要更換，壓力濾清器的設(shè)計(jì)和布置應(yīng)便于更換操作，并且不會(huì)對(duì)其它零件造成影響。

（4）可以設(shè)置旁通閥。壓力濾清器一般布置在液壓系統(tǒng)后端，目的主要用于收集油液中的小顆粒雜質(zhì)，經(jīng)過壓力濾清器的油流量多少對(duì)整機(jī)影響較小，所以在經(jīng)過壓力濾清器的流量過大造成流阻過大時(shí)，可以設(shè)置旁通閥，讓一定流量經(jīng)過旁通閥，使壓力濾清器產(chǎn)生的壓力損失在可接受范圍內(nèi)。

綜上所述，壓力濾清器的過濾效率可以設(shè)置得高一些，其效率如圖2所示。

圖2 壓力濾清器過濾效率

4 吸油濾清器與壓力濾清器組合的過濾系統(tǒng)能力測(cè)試

吸油濾清器與壓力濾清器對(duì)粒徑具有不同的過濾效率。自動(dòng)變速器內(nèi)的油是在吸油濾清器與壓力濾清器之間持續(xù)循環(huán)，含有雜質(zhì)的污染油經(jīng)過過濾系統(tǒng)后，在一定的時(shí)間之內(nèi)這些循環(huán)的油液清潔度會(huì)趨于穩(wěn)定值。這個(gè)穩(wěn)定值能滿足液壓系統(tǒng)的要求則為可靠設(shè)計(jì)。圖3是根據(jù)ISO4406的油液檢測(cè)方法測(cè)試的過濾系統(tǒng)過濾能力。

圖3 過濾系統(tǒng)效率測(cè)試

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)需要滿足以下幾項(xiàng)：

（1）滿足液壓系統(tǒng)對(duì)液壓油的清潔度要求；

（2）滿足油泵對(duì)吸油壓力損失要求；

（3）滿足自動(dòng)變速器空間布置要求；

（4）滿足收集自動(dòng)變速器耐久運(yùn)行后產(chǎn)生的雜質(zhì)要求；

（5）滿足售后更換操作的便利性要求；

（6）滿足成本要求。

過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是從一個(gè)企業(yè)的具體情況出發(fā)，將以上幾個(gè)因素綜合考慮的平衡結(jié)果。