汽車的新型無級變速器及其性能

曹正

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

關鍵詞：汽車;無級變速;大扭矩

汽車，已經從上個世紀的奢侈品變成了今天的日用品，并跨行業擠掉了自行車市場。汽車三大件之一的變速箱，與發動機匹配共同盡可能的使車輛發揮出優越的性能，隨著科技的進步變速箱也不斷改進，但現實中的各種變速箱依然存在著各自的不足。總的來說，變速箱可分為兩大類：無級變速和有級變速。最傳統的MT，簡單可靠性能一般，AT動力損耗明顯，DCT低速頓挫且離合片磨損嚴重，以上皆屬于有級變速，雖已具備優良的性能，各檔切換間的動力連接迅速，較多的檔位數量也縮小了各檔之間的速比差，但提速過程中的速比變化仍不夠線性。無級變速CVT，克服了以上缺點，提速比較平順，降低油耗，操作簡單，但承載功率有限，這使得許多大功率車輛不能采用。為了解決現實中的不足，很多從業者及愛好者一直沒有放棄努力，不斷嘗試新的方法，各種新技術方案層出不窮，僅無級變速器就有百余種問世，除CVT外，其它的只有個別方案投入使用且效果并不理想，其它大多數更是只停留在理論狀態。提速平順，連接迅速，動力充足，操作簡單，仍然是人們的研究方向，也是廣大車友一直的期待。

今天這種變速器，也是屬于無級變速，它同樣具有CVT無級的優點，同時克服了CVT承載功率有限的缺點。其技術方案為： 采用兩組齒輪組，每組齒輪組類似于齒輪液壓泵的結構，第一齒輪組（主動齒輪，以下簡稱一齒組）相當于液壓泵，轉動產生油壓，第二齒輪組（被動齒輪，以下簡稱二齒組）則相當于液壓缸，一齒組產生的油壓推動二齒組轉動，這就形成了動力傳遞，在齒輪組截面上裝有滑板沿齒輪軸向往復移動，用于控制輸油量以調節齒輪轉速，另設置有油管連接于二齒組下方和一齒組上方之間，液壓油推動二齒組后經油管進入一齒組上方形成往復循環，在兩齒組之間的液壓腔設置有兩條油管與一齒組上方連接并在其油管上分別設有單向閥和普通閥門。在動力傳遞的過程中實現轉速的無級變化的關健，也就是此裝置的關健結構，采用了齒輪兩端的滑動擋板，另設置有電動或液壓的外力裝置推動擋板，使擋板沿齒輪軸向滑動，滑動擋板帶有滑動軸承，滑動軸承內圈設有內齒，其內齒與齒輪配合連接。在這個裝置中，是靠液壓油傳遞動力的，一齒組連接動力源帶動齒輪轉動，產生油壓，壓向二齒組，二齒組在油壓的作用下產生轉動，也就是一齒組產生的液壓油推動二齒組轉動，一齒組連接發動機，二齒組連接車輪，這就形成了動力傳遞。在這個裝置中使用了移動滑板是使裝置產生變速作用的關健，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），滑板的滑動改變了兩個腔空間的大小，也就是改變了兩個齒組工作空間的大小，改變了兩個腔壓入和壓出的油量，當上下滑板都處于中間位置時，上腔與下腔空間相等，也就是同一時間內一齒組壓出的油量與壓入二齒組的油量相等，所以一、二齒組的轉速相等，當上腔滑板向內滑動且同時下腔滑板向外滑動時，上腔空間變小，在同一時間內一齒組壓出油量變少，而下腔空間卻變大，在同一時間內推動二齒組轉動需要的油量增加，在一齒組轉速不變的情況下二齒組轉速降低，換種說法，打個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大至一齒組的2倍，此時一齒組轉一圈壓出的油量只能推動二齒組轉半圈，一齒組轉兩圈壓出的油量才能滿足推動二齒組轉一圈，即一齒組轉兩圈二齒組轉一圈，這就是由原來的上下兩腔相等轉速相等變化至上下兩腔不等轉速不等，如果上下兩腔滑板移動方向相反，則兩齒組變速比相反，滑板任意移動就能產生任意變速比，這就實現了無級變速。當上部上腔變小下部下腔變大時，速比變小，油壓升高，動力充足，反之上部上腔變大下部下腔變小時，油壓降低，動力下降，速比增大。擋板上的一個特殊結構，即滑動擋板得以滑動，要借助于特殊形狀的滑動軸承，軸承內圈形狀帶有內齒狀，內齒與齒輪外齒較為緊密相配合，形成密封，同時軸承轉動部分同樣實施密封，防止液壓油泄露。這種特殊形狀的軸承，同時實現了齒輪的密封、轉動和滑動起到了齒輪轉動的同時滑板任意滑動的作用，是工作過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二齒組受慣性作用轉速比一齒組快的情況下，直接由一齒組上方向腔內補充油量，單向閥的作用則是油只能由一齒組上方向腔內單向流動，另外一條，裝有普通閥門的作用相當于離合器，當閥門打開時，液壓油由一齒組壓出直接回到一齒組上方并往復循環，液壓油不經過二齒組，也就沒有了動力傳遞，此時相當于離合器分離切斷動力，當閥門關閉時，則恢復了動力傳遞，相當于離合器連接。

這種無級變速器與現實中唯一應用的無級變速器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，CVT采用了傳動帶和帶輪，依靠兩者接觸面的摩擦力來傳遞動力，然而摩擦力非常有限，從而限制了車輛的功率。另外，同樣因為傳動帶的摩擦力有限，高速行使狀態下急剎車會對傳動帶造成意外磨損甚至損壞，這也對車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。此后，大功率車輛與無級變速將不再矛盾，喜歡無級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可隨心隨意的釋放劇烈駕駛的激情。

不難發現，這種變速器的動力傳遞過程有點與AT相似，都是采用了液壓油，AT是靠渦輪轉動加壓液壓油，然后利用液壓油的壓力推動另一個渦輪轉動，此變速器則是靠一組齒輪來加壓液壓油，再利用液壓油的壓力推動另一組齒輪轉動。同樣是利用油壓傳遞動力，不同的是，當AT的被動渦輪靜止不轉的時候并不能完全阻礙液壓油的流動，就是當負載過大時，主動渦輪轉動而被動渦輪可能不轉或轉速低于主動渦輪，這就出現了動力損耗和動力傳遞遲滯，而此款變速器，由于齒輪靜止不轉時形成密閉空間，阻礙了液壓油的流動，主動齒輪產生的壓力能夠完全傳遞給被動齒輪，這就避免了動力的損耗和傳遞遲滯，使動力連接更迅速，另外采用了巧妙的滑動軸承等機構使其實現無級變速，而這是AT所沒有的。

此變速器的另一特點就是結構較為簡單，零部件數量少。目前現實中的變速箱，零件數目繁多，結構復雜，生產中要投入較高的成本，而且零部件越多故障率越高，復雜的結構給維護維修增添了不便，而此款變速器結構簡單到了甚至只有屈指可數的幾個零部件，降低制造成本和維護方便是顯而易見的，簡單的結構當然也降低了故障率。

在目前汽車使用的所有變速器中，此變速器的性能與之相比，不夸張的說幾乎是有過之而無不及，幾乎綜合了之前所有變速器的變速平順、連接迅速、承載力強等優點。從初期的手動變速箱，到后來的無級變速箱、自動變速箱，每一次新生事物的出現都是一次升級，都會煥發新的氣息，此變速器的出現也算是一個轉折，它的性能應該更符合實際需要，特別是符合一些高性能車的需要，使其性能再度提高，同時滿足車友們的期望，更加激發車友們的駕駛樂趣。