淺談自動變速器過濾系統設計幾點原則

劉星 宋夢依

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

在自動變速器的開發史上，清潔度一直是各大企業的重點問題。而能否滿足自動變速器清潔度的要求，過濾系統是一個至關重要的因素。在當前全球的自動變速器過濾系統開發上，能夠開發合適過濾系統的企業非常少。本文從自身企業的開發經驗上，總結出幾點過濾系統開發的關鍵影響因素，給后續的開發項目提供參考。

1 雜質對自動變速器液壓系統的影響

大顆粒雜質：粒徑超過100μm的雜質定義為大顆粒雜質。自動變速器液壓系統主要依靠閥芯的運動來調節液壓系統油路中的油液流量和壓力。對于滑閥而言，閥芯與閥孔之間的配合間隙一般不會超過50μm，大顆粒雜質的存在有一定的幾率造成閥芯運動過程的卡滯。每個自動變速器生產廠家都會對單位體積油液中的大顆粒雜質數量作出定義和控制，以降低閥芯卡滯的幾率。

小顆粒雜質：粒徑小于100μm的雜質定義為大顆粒雜質。這部分雜質容易堆積在液壓系統的閥芯和閥孔之間，在閥芯運動過程中會造成閥芯閥孔的磨損，嚴重的會導致閥芯響應不及時形成遲滯現象，為控制帶來很大的麻煩。自動變速器生產廠家同樣會對單位體積油液中的小顆粒雜質數量作出定義和控制。

2 常見過濾系統的分類

對于大多數自動變速器而言，過濾系統一般會包含吸油濾清器和壓力濾清器兩類。

吸油濾清器：安裝在液壓系統和油泵之前，依靠油泵吸油形成的負壓，使得油液經過濾清器，將油液中的大顆粒雜質攔截在液壓系統之外。

壓力濾清器：安裝在液壓系統之后，經過濾清器的油為被液壓系統增壓后的高壓油，該處壓力一般在300-800kPa之間。通過壓力濾清器的油液因為已經被吸油濾清器過濾，所以油液中不會有大顆粒雜質，壓力濾清器主要作用是攔截油液中100μm以下的小顆粒雜質。

3 過濾系統過濾效率選擇

3.1 吸油濾清器需要滿足的要求：

（1）能夠攔截大顆粒雜質；

（2）壓力損失滿足油泵吸油要求。因為濾清器過油動力完全依靠油泵負壓，所以理論最大負壓為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和后期的磨損情況相關。

過濾效率低了，大顆粒雜質會更容易進入液壓系統導致液壓系統失效；而過濾效率高了會使油泵的吸油阻力增加，在高轉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計很大的過濾面積，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，使得大顆粒雜質很容易進入到液壓系統使液壓系統產生卡滯，極大增加了售后維修成本。一般的過濾效率根據變速器液壓系統的要求，會選擇在上圖虛線所包裹區域內。

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、導流筋、單向閥的設計都可以控制濾清器的壓力損失。一個好的吸油濾清器設計，是綜合考慮過濾效率、壓力損失、空間、成本以后的平衡產物，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。液壓系統對粒徑大于5μm的雜質有數量限制，在5μm以下的雜質一般不做要求。

（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和后期的磨損情況相關。

（3）便于更換。壓力濾清器在汽車使用到一定里程和時間需要更換，壓力濾清器的設計和布置應便于更換操作，并且不會對其它零件造成影響。

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

綜上所述，壓力濾清器的過濾效率可以設置得高一些，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能力測試

吸油濾清器與壓力濾清器對粒徑具有不同的過濾效率。自動變速器內的油是在吸油濾清器與壓力濾清器之間持續循環，含有雜質的污染油經過過濾系統后，在一定的時間之內這些循環的油液清潔度會趨于穩定值。這個穩定值能滿足液壓系統的要求則為可靠設計。圖3是根據ISO4406的油液檢測方法測試的過濾系統過濾能力。

圖3 過濾系統效率測試

5 結束語

總之，過濾系統的設計目標需要滿足以下幾項：

（1）滿足液壓系統對液壓油的清潔度要求；

（2）滿足油泵對吸油壓力損失要求；

（3）滿足自動變速器空間布置要求；

（4）滿足收集自動變速器耐久運行后產生的雜質要求；

（5）滿足售后更換操作的便利性要求；

（6）滿足成本要求。

過濾系統的設計，是從一個企業的具體情況出發，將以上幾個因素綜合考慮的平衡結果。