自動變速箱油冷器及其試驗方法研究

劉海洋，張桂忠

（西安雙特智能傳動有限公司，陜西 西安 710119）

自動變速箱油冷器及其試驗方法研究

劉海洋，張桂忠

（西安雙特智能傳動有限公司，陜西 西安 710119）

∶針對3種自動變速箱油冷器特點進行了分析和對比，根據自動變速箱的散熱要求提出了油冷器的性能要求，并論述了自動變速箱油冷器開發過程中需要開展的換熱性能、可靠性、臺架試驗和道路試驗方法。

∶自動變速箱；油冷器；試驗方法

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.067

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

引言

自動變速箱工作過程既存在液壓傳動又存在液力傳動，油溫過高則會導致油品變質、換擋性能下降甚至引起離合器燒損。因此，自動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。高效穩定的油冷器對于保證自動變速箱正常工作、延長變速箱和變速箱傳動液壽命具有重要作用。

1、自動變速箱油冷器的分類與特點

自動變速箱油冷器的冷卻液通過發動機散熱系統獲得，冷卻系統的構成如圖1所示。發動機冷卻液經過散熱器后，由發動機散熱器出水口流出，經過管路進入油冷器的進水口，在油冷器中吸收變速箱油的熱量后流出油冷器。變矩器是自動變速箱產生熱量的主要元件，故多數變速箱油在變矩器處流入油冷器，變速箱油經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　自動變速箱冷卻系統示意圖

目前自動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圓筒形殼體內插入由許多平管束組成的管束而構成的冷卻器。這種油冷器工作時熱油在管中流動，冷卻液在殼體中流動。管殼式油冷器結構簡單，制造工藝難度小，成本較低。管殼式油冷器的缺點主要是質量較大、銅管易產生較大熱應力、油液管路的壓力損失大、容易產生結垢等。目前這種油冷器主要用于工程機械、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入后由導流片被導入各自的流道。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構可有效提高傳熱效率，傳熱系數可以達到管殼式散熱器的5～10倍，而且采用鋁合金為主要材料結構緊湊，重量較輕。板翅式油冷器的缺點是流道狹小，因此壓降較大且易堵塞結構。

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。冷熱介質自入口進入后流經板片兩側的油路，通過板片進行熱量的交換。板式油冷器容易形成紊流從而可以提高換熱系數，此外還具有重量輕、承壓能力強、不易結垢、壓降較小、振動可靠性高等優點。

圖4　板式油冷器

2、油冷器的性能要求

自動變速箱的設計工況決定了對油冷器的散熱功率、最高油溫、壓力損失等要求。

自動變速箱的散熱量是由液力元件（主要包括變矩器和緩速器）工作產生的，而變矩器主要工作在1擋和2擋變矩工況，故自動變速箱的油冷器換熱量約等于變矩器產生的熱量。對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到85%以上。很多重型自動變速箱集成有液力緩速器，為車輛下坡時提供輔助制動，對于緩速器型的變速箱而言，緩速器在輔助制動工況時產生的熱量大于變矩器工作時產生的熱量，此時油冷器的散熱功率需要根據緩速器在持續工作工況下的發熱量來確定。

自動變速箱油底殼油液在正常工作時溫度會在80～120℃，瞬態溫度會達到150℃。配有緩速器的變速箱在緩速器工作時流出的油溫可能會在短時間內達到180℃，油冷器需要保證變速器在持續運轉工況下的油溫穩定在120℃以內。

變速箱油流過油冷器時會發生壓力損失，壓降值與發動機轉速、變速箱油的粘度和油冷器的結構有關。變速箱的壓降值應該控制在一定范圍內，以保證從油冷器流入變速箱的油壓滿足潤滑、冷卻要求。

3、變速箱油冷器試驗方法

開發一款變速箱油冷器需要進行的試驗包括換熱性能試驗、可靠性試驗、臺架試驗以及道路試驗四部分。前兩項試驗油冷器進行獨立試驗、后兩項試驗一般與變速器或整車一起完成。

3.1換熱性能試驗

換熱性能試驗需要測試油冷器的換熱量、出油溫度、油側壓降、水側壓降等。該項試驗中試驗裝置模擬發動機不同轉速下的冷卻液壓力和流量向油冷器水側提供冷卻液，按照變速箱在不同輸入轉速狀態下的油溫、油壓和油流量向油冷器輸入變速箱油，測試油冷器的出口油溫、油側壓降、水側壓降，并計算油冷器的換算放熱量。

3.2可靠性試驗主要包括以下項目

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

耐壓脈沖試驗：該試驗測試油冷器承受壓力脈沖的能力，在油冷器的油腔充滿介質ATF，油溫為變速 箱穩定工作時的溫度，介質壓力進行循環變化，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。

振動試驗：油冷器內充滿油液和冷卻液，按照工作時的安裝方式固定在振動試驗臺上，按照匹配車輛工作輸入相應加速度、頻率、加載順序進行試驗。

腐蝕試驗：腐蝕試驗包括內部腐蝕試驗和外部腐蝕試驗。內部腐蝕試驗測試油冷器抵抗內部腐蝕的能力，分別在油冷器水側和油側通以氯化鈉溶液運行一定時間后靜置，再反復執行上述循環，檢查溶液外觀不得出現渾濁和沉淀。外部腐蝕試驗必須通過72小時的鹽霧試驗。

清潔度試驗：變速箱油的清潔度對換擋元件壽命和換擋質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，現在通用的做法是采用ISO4406標準對從做完振動試驗的油冷器油樣進行顆粒物評級。

3.3臺架試驗

臺架試驗用于油冷器與變速器的匹配驗證。連接油冷器的變速箱在測試臺架上按照各種預設工況運行，臺架還需向油冷器水側提供符合發動機冷卻液流量變化的冷卻液。試驗過程中采集整個過程中油底殼、變矩器的出口溫度，并采集油冷器油側的油壓降和水側的水壓降。

3.4道路試驗

道路試驗需要車輛按照失速、上坡、低檔運行、高溫環境、重載等對典型工況運行，在試驗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。

4、結論

油冷器作為自動變速箱的散熱部件，其性能直接影響著變速箱的性能。隨著變速箱技術和換熱器技術的發展，在油冷器早開發過程中需要合理選型全面試驗，才能開發出可靠、高效、輕量化的產品。

[1] 王凱峰.用于汽車傳動系統的多功能板翅式機油冷卻器[J].內燃機,2014,01:11-13.

[2] 史美中王中錚熱交換器原理與設計東南大學出版社.

[3] JB/T6003.1-2014內燃機機油冷卻器第1部分:板翅式機油冷卻器技術條件.

[4] QC/T489機油散熱器總成技術條件.

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有限公司，主要從事車輛自動變器研發工作。