淺析變速器與燃油經濟性的關系

任龍

摘要：車輛機構設計技術始終在發生著變革，目前技術狀況可用下式表示：環境——交通——車輛——發動機/變速器。諸如經濟性、環境和使用情況這樣的一些問題尤為重要。變速器的使用性能以它對可用驅動力、燃油經濟性和可靠性、使用壽命、噪聲水平及客戶的駕駛體驗為特征。

關鍵詞：排放;變速器傳動效率;燃油經濟性

汽車變速器開發的重要任務是提高性能;提高舒適性和駕駛樂趣;提高可靠性和使用壽命;減小重量及體積;降低成本;以及最重要的是降低燃油消耗和污染物排放。

對于乘用車，個性化設計的趨勢已經導致許多車輛等級的分化，導致了變速器設計的多樣性：手動變速器（MT）、機械式自動變速器（AMT）、雙離合變速器（DCT）、傳統式自動變速器（AT）、無級變速器（CVT）和混合動力驅動裝置。1990年以前的手動及自動變速器二分天下的局面已經不復存在。

本文以市場上常見的變速器作為樣本，結合各個變速器的結構特點，對比其傳動效率以及燃油經濟性，進而得出相應理論數值及結論供大家參考。

一、燃油消耗

汽車的燃油消耗可用下列一種方法描述：

（1）單位行駛里程的燃油消耗量b，單位用L/100km。

（2）單位時間里的燃油消耗量bt，單位用g/h。

真實的油耗數據與標準狀態下測量的數據不同，是因為駕駛風格、道路狀況、交通情況、環境因素以及車輛狀況與車輛裝備等因素產生了不同的作用。其中駕駛人的作用極為重要，他的車速和擋位決定了發動機的工作點，因而決定了發動機的油耗。

二、計算測量油耗

計算油耗：

任何一個瞬間的比油耗be都可以從等比油耗特性曲線讀出。

三、排放

（1）內燃機排放對環境非常有害。排放的主要污染有：二氧化碳CO2、氮氧化物NOx、未燃氮氫化合物HC、碳煙顆粒物。

燃油消耗是決定機動車效率的一個重要因素，而且可靠利用資源和降低污染正在成為越來越重要的因素。

（2）變速器影響燃油消耗主要表現在兩個方面。一是變速器本身的損失，二是為高效利用發動機的功率提供合適的傳動比。降低燃油消耗的手段有：

①優化內燃機效率，降低部分負荷的油耗。

②利用適當的發動機性能特性，即車輛不得過載，也不得輕載。

③降低行駛阻力，如滾動阻力和空氣阻力。

④降低配件（空調、收音機）功率消耗。

⑤改善傳動效率，主要針對無級變速器和液力變矩器。

⑥對自動變速器和無級變速器實現傳動比的自適應控制。

四、變速器傳動效率

（1）在所有轉換裝置中，齒輪式汽車變速器效率最高，這也是單級和多級的單端和多段變速器在汽車上獲得成功的原因。使用液壓傳動、液力變矩器以及帶輪和摩擦輪原理的無級變速器一般效率比較低。

（2）發動機和傳動系的效率影響到燃油消耗、排放和運行性能。按照組成將傳動系損失分為以下部件引起的損失：

①起步元件，如液力變矩器。

②變速器，如齒輪變速器、帶式變速器。

③最終傳動。

④輔助裝置，如轉向泵、自動變速器油泵、空調系統、無級變速中的變排量泵。

為了計算可用的驅動力或發動機工作點，必須知道從發動機輸出軸到驅動輪的整個傳動系的效率。

（3）傳動系各部件的功率損失Pv包括：

①齒輪齒合損失：a.摩擦損失（與載荷有關）;b.飛濺潤滑帶來的攪動損失和擠壓損失。

②軸承損失：a.摩擦損失（與載荷有關）;b.潤滑損失（與載荷無關）。

③密封損失：a.軸封旋轉所引起的摩擦損失;b.活塞環所引起的摩擦損失（用于保持換擋原件處有壓力油）。

④同步損失：同步器鎖環與摩擦錐環之間的流體摩擦。

⑤離合器損失：離合器摩擦片工作中產生的摩擦損耗。

⑥液力變速器損失：液力變矩器內部損耗。

（4）潤滑油的選擇：

①適當的粘度。

②良好的熱氧化安定性。

③良好的抗磨性能。

④良好的摩擦特性。

⑤優良防腐防銹性。

⑥優良貯存安定性。

⑦良好的抗泡性。

五、傳動比

為了使車輛具有下述能力，傳動系必須在發動機轉速與驅動輪轉速之間提供傳動比：

（1）在困難的條件下起步。

（2）達到要求的最高車速。

（3）工作在發動機特性圖上的節油范圍內。

要求的最大傳動比iA，max由第一種情況決定，最高車速傳動比iA（vmax，th）決定第二種情況，第三種情況決定最小傳動比。高的失速轉矩比iA，max，以便起步和加速，低的最小傳動比iA，min，以便在高速降低發動機轉速，從而降低燃油消耗。

六、民用常見變速器之間的油耗對比

乘用車手動變速器（MT）包括換擋過程和主離合器接合及起步過程全部由駕駛人手動完成，它們全部裝有圓柱齒輪。手動變速器的油耗完全由駕駛人的操作決定，為了方便與其他變速器作對比，我們將它設為標準值——a。傳動效率η為1。油耗：a。

液力自動變速箱簡稱AT。目前是家用轎車中自動擋中使用最多的、時間最久的自動變速箱了。它是運用行星齒輪進行變速，根據油門踏板的深淺程度和車速進行主動換擋。因為要依靠電腦對于油門的深淺程度和車速進行判斷，然后換擋，所以換擋的時機、速度等都不如手動變速器。這種變速箱的優點就是成熟可靠，缺點就是油耗稍高。

無級變速器簡稱CVT。無級變速箱是由兩組變速輪盤和一條傳動帶構成的，這種變速器比自動變速箱的結構簡單，體積更小，能夠更加靈活的改變傳動比，克服了自動變速器的油門反應速度和油耗高的問題。無級變速器的優點就是平穩、省油，沒有“頓挫”，但缺點就是承受的扭矩較小，俗話說加速感不好。CVT在日系的汽車中應用比較普遍，比如本田就是代表。

雙離合變速器簡稱DCT。這也是最近幾年最火的變速箱，它其實是結合了兩臺手動機械變速器的離合器，它在工作時總有2個檔位是同時結合的，一個在工作，而另一個則正在為下一個擋位做準備，因此，雙離合變速器的換擋速度非常快，頓挫感幾乎難以察覺，同時換擋迅速帶來的另一個好處就是動力損失更小，有效降低了燃油消耗。優點是換擋速度快，傳動效率高、能耗較低，缺點是制造成本高、可靠性不穩定。

液力自動變速（AT）平均比MT多0.9個油（高11.91%）。在動力規格差不多，自重和車身尺寸相近的情況下，各類型自動變速箱的油耗表現差距還是較為明顯，這也是各大廠家調價、技術的不同導致的，但整體而言AT變速箱還是要比MT每百公里多1L油，增加11.9%。

無級變速器（CVT）平均比MT多0.6個油（高7.78%）。無級變速箱的結構簡單，傳動效率高，油耗表現自然也是最接近手動擋變速箱，整體上每百公里只比MT車型多0.6L油，增加7.78%油耗，非常好的表現。日系車為什么比德系、韓系、法系更省油，CVT變速箱的作用也是功不可沒的。

雙離合變速器（DCT）平均比MT多0.76個油（高8.54%）。一般是采用干式雙離合變速箱，傳動效率要高于濕式的，與各自的手動擋車型相比多消耗的油量為8.54%，相比于無縫換擋的CVT變速箱來說還是稍微差點。

智能變速箱AMT平均比MT多0.86個油（高10.48%）。AMT變速箱在結構上與手動變速箱更為相似，一般也都是國產的入門車型使用這種變速箱。雖然結構相似，但與手動擋車型相差超過10%的油耗表現并不是那么的理想，這也說明這種變速箱并不是那么智能，而且頓挫明顯，也難怪國際大廠很少使用這種自動變速箱。

七、結論

（1）影響燃油消耗的因素很多，主要是人為因素以及汽車自身因素。

（2）通過公式我們可以測量汽車瞬時油耗，我們可以通過提高傳動效率來減少油耗。

（3）對于駕駛者而言，我們不得超載，行駛時盡量不要猛加油或急剎車。這樣的話會加重發動機和變速箱的負荷，從而增加油耗。

（4）對于變速器設計者而言，為了提高傳動效率，在選擇變速器油時需要考慮潤滑油特性，請參考（四-4潤滑油的選擇）。

（5）計算最小傳動比并做優化（通過增加檔位數等），使其在高速狀態下減小發動機轉速，達到節油目的。

（6）單純從節油上考慮，從好到差依次是MT-CVT-DCT-AMT-AT，不過它們各自有各自的優點，所以在購車時只作為一項參考指標。

參考文獻：

[1]FrsterHJ（1987）DieKraftübertragungimFahrzeugüberMotorbiszudenRdern.

[2]DIN70020（2004）Straβenfahrzeuge.Kraftfahrzeugbau.

[3]FischerR，JürgensG（1992）EinflussvonPkw-AutomatgetriebenaufdenVerbrauch.

[4]Baidu-http：//baijiahao.baidu.com/s？id=1643829715188109420&wfr=spider&for=pc.