汽車(chē)的新型無(wú)級(jí)變速器及其性能

曹正

摘 要：變速箱，作為汽車(chē)的重要部件，人們一直不懈的研究，其技術(shù)性能也不斷提高，但時(shí)至今日各種變速箱的性能并不理想，有級(jí)變速試圖縮小換擋間隔使之趨于無(wú)級(jí)的完美，但未能如愿，而無(wú)級(jí)變速CVT卻只能承受較小扭矩。本文中介紹的無(wú)級(jí)變速器，就是針對(duì)上述各種變速器的缺點(diǎn)而研發(fā)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē);無(wú)級(jí)變速;大扭矩

汽車(chē)，已經(jīng)從上個(gè)世紀(jì)的奢侈品變成了今天的日用品，并跨行業(yè)擠掉了自行車(chē)市場(chǎng)。汽車(chē)三大件之一的變速箱，與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配共同盡可能的使車(chē)輛發(fā)揮出優(yōu)越的性能，隨著科技的進(jìn)步變速箱也不斷改進(jìn)，但現(xiàn)實(shí)中的各種變速箱依然存在著各自的不足。總的來(lái)說(shuō)，變速箱可分為兩大類：無(wú)級(jí)變速和有級(jí)變速。最傳統(tǒng)的MT，簡(jiǎn)單可靠性能一般，AT動(dòng)力損耗明顯，DCT低速頓挫且離合片磨損嚴(yán)重，以上皆屬于有級(jí)變速，雖已具備優(yōu)良的性能，各檔切換間的動(dòng)力連接迅速，較多的檔位數(shù)量也縮小了各檔之間的速比差，但提速過(guò)程中的速比變化仍不夠線性。無(wú)級(jí)變速CVT，克服了以上缺點(diǎn)，提速比較平順，降低油耗，操作簡(jiǎn)單，但承載功率有限，這使得許多大功率車(chē)輛不能采用。為了解決現(xiàn)實(shí)中的不足，很多從業(yè)者及愛(ài)好者一直沒(méi)有放棄努力，不斷嘗試新的方法，各種新技術(shù)方案層出不窮，僅無(wú)級(jí)變速器就有百余種問(wèn)世，除CVT外，其它的只有個(gè)別方案投入使用且效果并不理想，其它大多數(shù)更是只停留在理論狀態(tài)。提速平順，連接迅速，動(dòng)力充足，操作簡(jiǎn)單，仍然是人們的研究方向，也是廣大車(chē)友一直的期待。

今天這種變速器，也是屬于無(wú)級(jí)變速，它同樣具有CVT無(wú)級(jí)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了CVT承載功率有限的缺點(diǎn)。其技術(shù)方案為： 采用兩組齒輪組，每組齒輪組類似于齒輪液壓泵的結(jié)構(gòu)，第一齒輪組（主動(dòng)齒輪，以下簡(jiǎn)稱一齒組）相當(dāng)于液壓泵，轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生油壓，第二齒輪組（被動(dòng)齒輪，以下簡(jiǎn)稱二齒組）則相當(dāng)于液壓缸，一齒組產(chǎn)生的油壓推動(dòng)二齒組轉(zhuǎn)動(dòng)，這就形成了動(dòng)力傳遞，在齒輪組截面上裝有滑板沿齒輪軸向往復(fù)移動(dòng)，用于控制輸油量以調(diào)節(jié)齒輪轉(zhuǎn)速，另設(shè)置有油管連接于二齒組下方和一齒組上方之間，液壓油推動(dòng)二齒組后經(jīng)油管進(jìn)入一齒組上方形成往復(fù)循環(huán)，在兩齒組之間的液壓腔設(shè)置有兩條油管與一齒組上方連接并在其油管上分別設(shè)有單向閥和普通閥門(mén)。在動(dòng)力傳遞的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)變化的關(guān)健，也就是此裝置的關(guān)健結(jié)構(gòu)，采用了齒輪兩端的滑動(dòng)擋板，另設(shè)置有電動(dòng)或液壓的外力裝置推動(dòng)擋板，使擋板沿齒輪軸向滑動(dòng)，滑動(dòng)擋板帶有滑動(dòng)軸承，滑動(dòng)軸承內(nèi)圈設(shè)有內(nèi)齒，其內(nèi)齒與齒輪配合連接。在這個(gè)裝置中，是靠液壓油傳遞動(dòng)力的，一齒組連接動(dòng)力源帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生油壓，壓向二齒組，二齒組在油壓的作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是一齒組產(chǎn)生的液壓油推動(dòng)二齒組轉(zhuǎn)動(dòng)，一齒組連接發(fā)動(dòng)機(jī)，二齒組連接車(chē)輪，這就形成了動(dòng)力傳遞。在這個(gè)裝置中使用了移動(dòng)滑板是使裝置產(chǎn)生變速作用的關(guān)健，在兩組齒輪之間的腔，以上下滑板的中間為界分為上齒輪腔（上腔）和下齒輪腔（下腔），滑板的滑動(dòng)改變了兩個(gè)腔空間的大小，也就是改變了兩個(gè)齒組工作空間的大小，改變了兩個(gè)腔壓入和壓出的油量，當(dāng)上下滑板都處于中間位置時(shí)，上腔與下腔空間相等，也就是同一時(shí)間內(nèi)一齒組壓出的油量與壓入二齒組的油量相等，所以一、二齒組的轉(zhuǎn)速相等，當(dāng)上腔滑板向內(nèi)滑動(dòng)且同時(shí)下腔滑板向外滑動(dòng)時(shí)，上腔空間變小，在同一時(shí)間內(nèi)一齒組壓出油量變少，而下腔空間卻變大，在同一時(shí)間內(nèi)推動(dòng)二齒組轉(zhuǎn)動(dòng)需要的油量增加，在一齒組轉(zhuǎn)速不變的情況下二齒組轉(zhuǎn)速降低，換種說(shuō)法，打個(gè)比方一齒組工作空間縮小至二齒組的1/2，也就是二齒組工作空間擴(kuò)大至一齒組的2倍，此時(shí)一齒組轉(zhuǎn)一圈壓出的油量只能推動(dòng)二齒組轉(zhuǎn)半圈，一齒組轉(zhuǎn)兩圈壓出的油量才能滿足推動(dòng)二齒組轉(zhuǎn)一圈，即一齒組轉(zhuǎn)兩圈二齒組轉(zhuǎn)一圈，這就是由原來(lái)的上下兩腔相等轉(zhuǎn)速相等變化至上下兩腔不等轉(zhuǎn)速不等，如果上下兩腔滑板移動(dòng)方向相反，則兩齒組變速比相反，滑板任意移動(dòng)就能產(chǎn)生任意變速比，這就實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速。當(dāng)上部上腔變小下部下腔變大時(shí)，速比變小，油壓升高，動(dòng)力充足，反之上部上腔變大下部下腔變小時(shí)，油壓降低，動(dòng)力下降，速比增大。擋板上的一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)，即滑動(dòng)擋板得以滑動(dòng)，要借助于特殊形狀的滑動(dòng)軸承，軸承內(nèi)圈形狀帶有內(nèi)齒狀，內(nèi)齒與齒輪外齒較為緊密相配合，形成密封，同時(shí)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)部分同樣實(shí)施密封，防止液壓油泄露。這種特殊形狀的軸承，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了齒輪的密封、轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)起到了齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)滑板任意滑動(dòng)的作用，是工作過(guò)程中較為重要的部件。在兩齒組之間與一齒組上方連接的兩條油管，其中，裝有單向閥的作用是當(dāng)二齒組受慣性作用轉(zhuǎn)速比一齒組快的情況下，直接由一齒組上方向腔內(nèi)補(bǔ)充油量，單向閥的作用則是油只能由一齒組上方向腔內(nèi)單向流動(dòng)，另外一條，裝有普通閥門(mén)的作用相當(dāng)于離合器，當(dāng)閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，液壓油由一齒組壓出直接回到一齒組上方并往復(fù)循環(huán)，液壓油不經(jīng)過(guò)二齒組，也就沒(méi)有了動(dòng)力傳遞，此時(shí)相當(dāng)于離合器分離切斷動(dòng)力，當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，則恢復(fù)了動(dòng)力傳遞，相當(dāng)于離合器連接。

這種無(wú)級(jí)變速器與現(xiàn)實(shí)中唯一應(yīng)用的無(wú)級(jí)變速器CVT相比，最大的不同就是能夠大幅度提高承載功率，這也是克服了CVT最大的缺點(diǎn)，CVT采用了傳動(dòng)帶和帶輪，依靠?jī)烧呓佑|面的摩擦力來(lái)傳遞動(dòng)力，然而摩擦力非常有限，從而限制了車(chē)輛的功率。另外，同樣因?yàn)閭鲃?dòng)帶的摩擦力有限，高速行使?fàn)顟B(tài)下急剎車(chē)會(huì)對(duì)傳動(dòng)帶造成意外磨損甚至損壞，這也對(duì)車(chē)輛的駕駛方式提出了一定要求，而此變速器的液壓傳遞不存在以上缺點(diǎn)。此后，大功率車(chē)輛與無(wú)級(jí)變速將不再矛盾，喜歡無(wú)級(jí)變速的朋友也將不再受到CVT的制約，而在享受提速平順的同時(shí)可隨心隨意的釋放劇烈駕駛的激情。

不難發(fā)現(xiàn)，這種變速器的動(dòng)力傳遞過(guò)程有點(diǎn)與AT相似，都是采用了液壓油，AT是靠渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)加壓液壓油，然后利用液壓油的壓力推動(dòng)另一個(gè)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，此變速器則是靠一組齒輪來(lái)加壓液壓油，再利用液壓油的壓力推動(dòng)另一組齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣是利用油壓傳遞動(dòng)力，不同的是，當(dāng)AT的被動(dòng)渦輪靜止不轉(zhuǎn)的時(shí)候并不能完全阻礙液壓油的流動(dòng)，就是當(dāng)負(fù)載過(guò)大時(shí)，主動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)而被動(dòng)渦輪可能不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速低于主動(dòng)渦輪，這就出現(xiàn)了動(dòng)力損耗和動(dòng)力傳遞遲滯，而此款變速器，由于齒輪靜止不轉(zhuǎn)時(shí)形成密閉空間，阻礙了液壓油的流動(dòng)，主動(dòng)齒輪產(chǎn)生的壓力能夠完全傳遞給被動(dòng)齒輪，這就避免了動(dòng)力的損耗和傳遞遲滯，使動(dòng)力連接更迅速，另外采用了巧妙的滑動(dòng)軸承等機(jī)構(gòu)使其實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，而這是AT所沒(méi)有的。

此變速器的另一特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，零部件數(shù)量少。目前現(xiàn)實(shí)中的變速箱，零件數(shù)目繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)中要投入較高的成本，而且零部件越多故障率越高，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)給維護(hù)維修增添了不便，而此款變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單到了甚至只有屈指可數(shù)的幾個(gè)零部件，降低制造成本和維護(hù)方便是顯而易見(jiàn)的，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)當(dāng)然也降低了故障率。

在目前汽車(chē)使用的所有變速器中，此變速器的性能與之相比，不夸張的說(shuō)幾乎是有過(guò)之而無(wú)不及，幾乎綜合了之前所有變速器的變速平順、連接迅速、承載力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。從初期的手動(dòng)變速箱，到后來(lái)的無(wú)級(jí)變速箱、自動(dòng)變速箱，每一次新生事物的出現(xiàn)都是一次升級(jí)，都會(huì)煥發(fā)新的氣息，此變速器的出現(xiàn)也算是一個(gè)轉(zhuǎn)折，它的性能應(yīng)該更符合實(shí)際需要，特別是符合一些高性能車(chē)的需要，使其性能再度提高，同時(shí)滿足車(chē)友們的期望，更加激發(fā)車(chē)友們的駕駛樂(lè)趣。