自动变速箱油冷器及其试验方法研究

刘海洋，张桂忠

（西安双特智能传动有限公司，陕西 西安 710119）

自动变速箱油冷器及其试验方法研究

刘海洋，张桂忠

（西安双特智能传动有限公司，陕西 西安 710119）

∶针对3种自动变速箱油冷器特点进行了分析和对比，根据自动变速箱的散热要求提出了油冷器的性能要求，并论述了自动变速箱油冷器开发过程中需要开展的换热性能、可靠性、台架试验和道路试验方法。

∶自动变速箱；油冷器；试验方法

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.067

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

引言

自动变速箱工作过程既存在液压传动又存在液力传动，油温过高则会导致油品变质、换挡性能下降甚至引起离合器烧损。因此，自动变速箱一般都匹配油冷器以保证变速箱的油温处于正常范围。高效稳定的油冷器对于保证自动变速箱正常工作、延长变速箱和变速箱传动液寿命具有重要作用。

1、自动变速箱油冷器的分类与特点

自动变速箱油冷器的冷却液通过发动机散热系统获得，冷却系统的构成如图1所示。发动机冷却液经过散热器后，由发动机散热器出水口流出，经过管路进入油冷器的进水口，在油冷器中吸收变速箱油的热量后流出油冷器。变矩器是自动变速箱产生热量的主要元件，故多数变速箱油在变矩器处流入油冷器，变速箱油经过冷却后沿管路流回变速箱油底壳或润滑部位等压力要求不高的回路。

图1　自动变速箱冷却系统示意图

目前自动变速箱上使用的油冷器主要有管壳式、板翅式和板式等几种形式。

管壳式油冷器是在一个圆筒形壳体内插入由许多平管束组成的管束而构成的冷却器。这种油冷器工作时热油在管中流动，冷却液在壳体中流动。管壳式油冷器结构简单，制造工艺难度小，成本较低。管壳式油冷器的缺点主要是质量较大、铜管易产生较大热应力、油液管路的压力损失大、容易产生结垢等。目前这种油冷器主要用于工程机械、重型车辆的变速箱散热。

图2　管壳式油冷器

板翅式油冷器一般是由翅片、隔板、封条和导流片等部件组成，相邻隔板之间为翅片，两端用密封条密封。变速器油和冷却液进入后由导流片被导入各自的流道。在板翅式油冷器中金属板为一次换热面，翅片为二次换热面。板翅式油冷器的特有结构可有效提高传热效率，传热系数可以达到管壳式散热器的5～10倍，而且采用铝合金为主要材料结构紧凑，重量较轻。板翅式油冷器的缺点是流道狭小，因此压降较大且易堵塞结构。

图3　板翅式油冷器

板式油冷器是由一系列具有一定波纹形状的金属片经过钎焊而成的一种新型高效换热器。这种油冷器板片通常由不锈钢轧制而成，板上开有孔，多块板堆叠形成矩形流体通道。冷热介质自入口进入后流经板片两侧的油路，通过板片进行热量的交换。板式油冷器容易形成紊流从而可以提高换热系数，此外还具有重量轻、承压能力强、不易结垢、压降较小、振动可靠性高等优点。

图4　板式油冷器

2、油冷器的性能要求

自动变速箱的设计工况决定了对油冷器的散热功率、最高油温、压力损失等要求。

自动变速箱的散热量是由液力元件（主要包括变矩器和缓速器）工作产生的，而变矩器主要工作在1挡和2挡变矩工况，故自动变速箱的油冷器换热量约等于变矩器产生的热量。对于非公路用车液力变矩器的效率一般不低于75%，公路用车配置的变矩器效率一般不低80%，工况较好的旅游大巴车等变矩器效率可以达到85%以上。很多重型自动变速箱集成有液力缓速器，为车辆下坡时提供辅助制动，对于缓速器型的变速箱而言，缓速器在辅助制动工况时产生的热量大于变矩器工作时产生的热量，此时油冷器的散热功率需要根据缓速器在持续工作工况下的发热量来确定。

自动变速箱油底壳油液在正常工作时温度会在80～120℃，瞬态温度会达到150℃。配有缓速器的变速箱在缓速器工作时流出的油温可能会在短时间内达到180℃，油冷器需要保证变速器在持续运转工况下的油温稳定在120℃以内。

变速箱油流过油冷器时会发生压力损失，压降值与发动机转速、变速箱油的粘度和油冷器的结构有关。变速箱的压降值应该控制在一定范围内，以保证从油冷器流入变速箱的油压满足润滑、冷却要求。

3、变速箱油冷器试验方法

开发一款变速箱油冷器需要进行的试验包括换热性能试验、可靠性试验、台架试验以及道路试验四部分。前两项试验油冷器进行独立试验、后两项试验一般与变速器或整车一起完成。

3.1换热性能试验

换热性能试验需要测试油冷器的换热量、出油温度、油侧压降、水侧压降等。该项试验中试验装置模拟发动机不同转速下的冷却液压力和流量向油冷器水侧提供冷却液，按照变速箱在不同输入转速状态下的油温、油压和油流量向油冷器输入变速箱油，测试油冷器的出口油温、油侧压降、水侧压降，并计算油冷器的换算放热量。

3.2可靠性试验主要包括以下项目

密封性试验：油冷器属于压力容器，油冷器厂家在出厂前必须进行100%的密封检漏。氦气质谱检漏是一种高效的无损检测方法。另外一种检验密封性的简易方法是将油冷器置于水中，油侧和水侧通以压力气体观看是否有气泡产生。密封性是油冷器最基本的性能，除静压爆破试验外，下文中其它可靠性试验完成后都需进行密封性能验证。

耐压脉冲试验：该试验测试油冷器承受压力脉冲的能力，在油冷器的油腔充满介质ATF，油温为变速 箱稳定工作时的温度，介质压力进行循环变化，从脉冲波谷压力上升到脉冲波峰压力，保持后再从脉冲波峰压力下降至脉冲波谷压力。

振动试验：油冷器内充满油液和冷却液，按照工作时的安装方式固定在振动试验台上，按照匹配车辆工作输入相应加速度、频率、加载顺序进行试验。

腐蚀试验：腐蚀试验包括内部腐蚀试验和外部腐蚀试验。内部腐蚀试验测试油冷器抵抗内部腐蚀的能力，分别在油冷器水侧和油侧通以氯化钠溶液运行一定时间后静置，再反复执行上述循环，检查溶液外观不得出现浑浊和沉淀。外部腐蚀试验必须通过72小时的盐雾试验。

清洁度试验：变速箱油的清洁度对换挡元件寿命和换挡质量有非常重要的影响，因此油冷器的清洁度也必须得到控制，现在通用的做法是采用ISO4406标准对从做完振动试验的油冷器油样进行颗粒物评级。

3.3台架试验

台架试验用于油冷器与变速器的匹配验证。连接油冷器的变速箱在测试台架上按照各种预设工况运行，台架还需向油冷器水侧提供符合发动机冷却液流量变化的冷却液。试验过程中采集整个过程中油底壳、变矩器的出口温度，并采集油冷器油侧的油压降和水侧的水压降。

3.4道路试验

道路试验需要车辆按照失速、上坡、低档运行、高温环境、重载等对典型工况运行，在试验过程中油冷器必须能够保证变速箱的油温处于合理范围内。

4、结论

油冷器作为自动变速箱的散热部件，其性能直接影响着变速箱的性能。随着变速箱技术和换热器技术的发展，在油冷器早开发过程中需要合理选型全面试验，才能开发出可靠、高效、轻量化的产品。

[1] 王凯峰.用于汽车传动系统的多功能板翅式机油冷却器[J].内燃机,2014,01:11-13.

[2] 史美中王中铮热交换器原理与设计东南大学出版社.

[3] JB/T6003.1-2014内燃机机油冷却器第1部分:板翅式机油冷却器技术条件.

[4] QC/T489机油散热器总成技术条件.

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

刘海洋（1985-），男，工程师，就职于西安双特只能传动有限公司，主要从事车辆自动变器研发工作。