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变速箱是怎么影响油耗和动力的

2018-10-16 15:17:01 7

一些车友抱怨的加速肉和耗油量高的问题可能正是因为被大家选车时忽视的变速箱引起的,我们真的有必要了解一些变速箱的相关常识。

1、变速箱的基本原理

变速箱是连接在发动机输出端和车轮驱动轴之间的动力-转速调配装置,基本作用是:根据汽车行驶需要改变相应的“动力-转速”组合、改变转速方向(倒挡)和分离发动机和驱动轴的连接(怠速)。我们只分析第一个作用:根据行驶需要改变相应的“动力-转速”组合。

(1)动力和转速的关系:

大家都清楚加速用较低挡位、匀速用较高挡位,原因就是挡位越低输出的力量越强,挡位越高发动机的转速利用率越高。

发动机从曲轴输出的动力被称为扭矩,是推动汽车行驶的唯一动力来源。我们在中学时学习过“杠杆原理”,通过加长杠杆可以撬动很重的物体,这个原理在日常生活中也会经常用到。通过计算杠杆长度和使用的力量大小在数学上被叫做“力矩”,所以力矩是有方向的;如果是齿轮(车轮)转动,被叫做“扭矩”。具体到发动机和曲轴的设计就表现为用几个直径(齿数不同)不同的齿轮和曲轴的齿轮(实际设计时也是以组直径不同的齿轮)相配合,当驱动轴一侧的齿轮数量比曲轴一侧多时,驱动轴一侧的扭矩增大、同时旋转速度减慢。

这是从网上找来的变速箱原理示意图,图中有一点问题:上下轴两侧的几组齿轮不可能同时对齐,否则就没有“变速”了。发动机曲轴输出的扭矩通过结合驱动轴上的齿轮把扭矩增大后输到驱动轴上,驱动轴再通过扭矩驱动车轮转动。如果需要改变输出“动力-转速”组合、就踩下离合器把齿轮分开,通过挡杆改变位置使新的一组齿轮相对应,放开离合器后这组新对应的齿轮就结合到一起。这就是变速箱的基本作用。

假设发动机曲轴上的齿轮有10个齿轮,车轮驱动轴上的齿轮有20个齿轮,曲轴每转2圈驱动轴转1圈。当曲轴旋转了100圈时驱动轴只转了50圈,这时曲轴输出的扭矩增加了1倍、而转速也下降了1倍。这就是变速器的基本原理:通过降低转速的方式来提高输出扭矩。每一个变速箱都有几组对应的齿轮比值,专业工程师把这些齿轮比值称为“减速比”;曲轴齿轮(10)/驱动轴齿轮(20)=2(减速比)。我们接着讨论。

(2)减速比设计

减速比分为主减速比、各挡位减速比和倒挡减速比。实际上曲轴进行了二级减速:第一级是主减齿轮减速,幅度较大,通常在4倍左右(标记为主减速比=4);第二级是各挡位减速齿轮减速(包含倒挡齿轮),减速的比例从大到小,挡位越高减速程度越低。总减速比=主减速比×挡位减速比(包括倒挡)。我们来看个实际例子:

来看和1.6L发动机配合的“5速手动”下面的数字。差动比(主减速比)=4.529、倒挡减速比=3.250,挡位分布范围是(1)3.545、(2)1.904、(3)1.310、(4)0.969、(5)0.815。我们用主减速比乘以挡位减速比就可以得出驱动轴在这个挡位时扭矩增加的幅度。“最高挡传动比”增加的幅度最小(4.529×0.815=3.691),但是,转速传动效率最高:发动机曲轴转2000转时,车轮可以转2000/3.691≈542圈,乘以车轮周长就是汽车行驶的距离。

再看第二个与1.8L发动机配合的“6速手动”。与5速手动的区别不大:主减速比相等、1挡减速比=3.166(5速手动=3.545)、2、3、4、5挡和前面一样、6挡减速比=0.725、最高挡减速比=3.284。

这款车配置的两款发动机为什么要和不同的变速箱组合?它的动力特性和耗油量会有什么差别吗?我们来对比一下:1挡是起步或者爬陡坡用的,减速比最高(输出的动力最大),同一车型使用了1.8L发动机后,动力比1.6L提高了将近20牛米,调低1挡减速比既可以满足起步和爬坡要求,又可以降低燃油消耗;2-5挡行驶中情况大致相同、保持减速比不变,1.8L的动力会比1.6L的动力略强,主要体现在油门反应的时间和程度;如果没有6挡设计,1.8L的耗油量会比1.6L的高出一些,同等条件下排气量大一些的发动机燃油消耗率高一些很正常;6挡减速比仅有0.725,比5挡低了约20%,这意味着跑高速时用6挡可以比5挡手动变速箱的1.6L发动机更加省油,对于经常跑高速的用户来说购买1.8L/6挡手动的卡罗拉比1.6L/5挡手动的更省油,动力也更好。

这就是学习一点发动机和变速箱知识对你根据自己的需要来理性选车的好处。

2、灵活选择和使用挡位(变速箱)

选车前,上网站来查找目标车型的变速箱资料,再到网上去搜一下速比数据有利于对所购车辆的变速箱情况有个比较理性的认识。

(1)选择合适的变速箱

目前很多车型至少有两个变速箱配置:手动挡和自动挡。选择前最好不要使用“哪个好开”的标准,而是通过对比变速箱的速比特点看看是否适合自己。我们先从手动变速箱的选择入手,还是用上面的例子来分析。

如果车辆绝大多数时间在市内行驶,一年跑不了几次长途,驾驶者喜欢稳妥行驶,1.6L+5速手动就挺合适。1.6L+5速的动力虽然比1.8L+6速手动弱一点,在这种行车环境下动力差距很难体现出来,油耗会低一些。还有个小细节同样重要:踩油门时,1.6L+5速会比1.8L+6速稍深一点,油门脚会舒适一些。

如果所购车辆跑长途多、或者在非城镇区域、或者追求速度,情况就不同了。1.8L+6速更适合这类用车需求,当长途行车里程比例较高时,因为6挡的速比更低、使用率也最高,所以,耗油量可能比1.6L+5速还要低;由此可见,对数据的全面分析更有利于选对自身需要的车型。

(2)灵活使用挡位

当我们学习驾驶时教练员就给我们灌输了一个挡位使用的基本公式,经过勤学苦练,汽车在各种行驶状态下用什么挡位已经在脑袋里固化了下来。有个问题大家可能都遇到过:如果刚买来的新车配置和驾校练车的情况很可能不一样。

实际上,每个人的驾驶习惯不完全相同,对加速度的感受也不同,换挡的手法、所用的时间可能也不同,遇到相同的驾驶情况时是否换挡和选择的挡位自然就不一样了。比如:车流以40km/h左右的速度前行,有人跟车时选择了3挡、便于提速,有个空就插上去;有人选择4挡、跟着走挺好;还有人选择5挡、慢悠悠的跟着走,图的是省油。三种情况的驾驶人不同、性别、年龄、性格都存在差异,加上他们驾驶时的心态也不同,驾驶时选择挡位就可能有差异;另外,他们驾驶的车型、排量、动力情况也可能不同,挡位的选择就可能不一样。

我们还是拿前面的速比表举例:1.6L(最大输出扭矩154牛米)和1.8L(173牛米)输出的扭矩相差19牛米,2-5挡的速比相同,如果以相同速度行驶、使用相同挡位时1.8L款的储备动力更大、加速也更快;如果是一个平时开慢车的人驾驶1.8L款、性子急的人驾驶1.6L款的,还在前面说的40km/h的车流里,那么挡位选择就可能是:1.8L的主用5挡、1.6L款的主可能用3挡。我们了解了变速箱的基本原理后,对这些驾驶现象就完全可以解释清楚了。

驾驶时尽量使用高挡位有利于节约燃油,这就需要我们学会通过油门幅度来控制行驶速度,最大限度地发挥燃油利用率。上面速比表中“最高挡传动比”数值是发动机转速最高利用率的极限值,最高挡传动比在行驶中所占的比例越高,燃油消耗率就越低。这就是我多次提到的为什么最大限度使用最高挡行驶、通过油门大小控制行驶速度可以降低耗油量的原因。

3、变速箱的主要类型

变速箱大体可分为手动变速器和自动变速箱两大类。手动变速箱因为挡位数量不同也可以细分;自动变速箱也可细分为分级自动变速箱(AT)、手自一体变速箱(DCT和DSG)、无极自动变速箱(CVT)。

前面所述的内容主要是以手动变速箱为基础展开的,自动变速箱的内容太过庞大,我想在以后再和大家分享,敬请关注。

这是手自一体自动变速箱结构图(DSG):

这是分级自动变速箱(AT):

这是无级自动变速箱图(CVT):

自动变速箱油作为自动变速箱的“血液”,从根本上影响着自动变速箱的“健康状况”。那么自动变速器油加的过多,会对变速箱造成什么后果呢

自动变速器油必须严格控制在控制阀上面,所有旋转件的下面。变速器油液液面过高的危害:

1、自动变速器会向外窜油

变速器油液液面过高,行驶中旋转件接触到油后,在高速旋转的机件行星齿轮机构或离合器的搅拌下,引起油液膨胀、沸腾,从加油孔和放气阀像外窜油。变速器下边正好是排气管,行驶中油滴到排气管上,便会从轿车从车裙部向外返黑烟,就好像汽车起火似的。

2、会造成换挡冲击

过多的空气侵入油液,还会引起控制阀体上排油孔产生气堵,造成排油不畅,导致换挡冲击。

3、会造成工作油压过低

自动变速器油液液面过高,使旋转件够着油,形成搅动,导致油液里产生气泡,带气泡的油进入油泵,油泵就无法建立起应有的油压。变速箱油加多了,超过要求的最高限, 那么在齿轮旋转的过程中使得油液容易形成泡沫。  泡沫的润滑效果差,同时里面的空气进入液压控制系统,由于空气具有被压缩性使得控制系统不能有效建立油压,最终造成烧片子。

另外齿轮的搅动,导致油起泡,空气混到油路带到离合器里,换挡打到D档时,离合器片之间有空气存在就无法压紧了,造成离合打滑,车子动不起来,离合器磨损加剧。严重的损害变速箱齿轮和离合器片。最终变速箱报废。

4、降低了变速箱的散热功能和传动效率

变速箱油旳作用主要是润滑和降温,变速箱油要把热量通变速箱壳体与变速箱散热器散热,如果油加多了齿轮旋转会受到更大的阻力,降低了变速箱的散热功能和传动效率,这样就需要发动机提供更多的燃油,整车的燃油经济性就会下降,而且这部分的能量损失都会转化成变速箱内部的热量,从而是变速箱温度持续升高,最终导致变速箱里面的轴承早期磨损和摩擦片的烧损,更换和维修都不便宜,总之油既不能加多或加少,变速箱在设计的时候都会做润滑和升温实验,油加的多少都是经过精确验证的。

自动变速器油应保持在的正常高度的范围内。自动变速器油液液面过高或过低都会造成变速器工作温度过高。自动变速器正常的油液液面高度,在任何挡位,在任何工作温度下都应在控制阀的上面,在所有旋转件的下面。

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