浅析变速器与燃油经济性的关系

任龙

摘要：车辆机构设计技术始终在发生着变革，目前技术状况可用下式表示：环境——交通——车辆——发动机/变速器。诸如经济性、环境和使用情况这样的一些问题尤为重要。变速器的使用性能以它对可用驱动力、燃油经济性和可靠性、使用寿命、噪声水平及客户的驾驶体验为特征。

关键词：排放;变速器传动效率;燃油经济性

汽车变速器开发的重要任务是提高性能;提高舒适性和驾驶乐趣;提高可靠性和使用寿命;减小重量及体积;降低成本;以及最重要的是降低燃油消耗和污染物排放。

对于乘用车，个性化设计的趋势已经导致许多车辆等级的分化，导致了变速器设计的多样性：手动变速器（MT）、机械式自动变速器（AMT）、双离合变速器（DCT）、传统式自动变速器（AT）、无级变速器（CVT）和混合动力驱动装置。1990年以前的手动及自动变速器二分天下的局面已经不复存在。

本文以市场上常见的变速器作为样本，结合各个变速器的结构特点，对比其传动效率以及燃油经济性，进而得出相应理论数值及结论供大家参考。

一、燃油消耗

汽车的燃油消耗可用下列一种方法描述：

（1）单位行驶里程的燃油消耗量b，单位用L/100km。

（2）单位时间里的燃油消耗量bt，单位用g/h。

真实的油耗数据与标准状态下测量的数据不同，是因为驾驶风格、道路状况、交通情况、环境因素以及车辆状况与车辆装备等因素产生了不同的作用。其中驾驶人的作用极为重要，他的车速和挡位决定了发动机的工作点，因而决定了发动机的油耗。

二、计算测量油耗

计算油耗：

任何一个瞬间的比油耗be都可以从等比油耗特性曲线读出。

三、排放

（1）内燃机排放对环境非常有害。排放的主要污染有：二氧化碳CO2、氮氧化物NOx、未燃氮氢化合物HC、碳烟颗粒物。

燃油消耗是决定机动车效率的一个重要因素，而且可靠利用资源和降低污染正在成为越来越重要的因素。

（2）变速器影响燃油消耗主要表现在两个方面。一是变速器本身的损失，二是为高效利用发动机的功率提供合适的传动比。降低燃油消耗的手段有：

①优化内燃机效率，降低部分负荷的油耗。

②利用适当的发动机性能特性，即车辆不得过载，也不得轻载。

③降低行驶阻力，如滚动阻力和空气阻力。

④降低配件（空调、收音机）功率消耗。

⑤改善传动效率，主要针对无级变速器和液力变矩器。

⑥对自动变速器和无级变速器实现传动比的自适应控制。

四、变速器传动效率

（1）在所有转换装置中，齿轮式汽车变速器效率最高，这也是单级和多级的单端和多段变速器在汽车上获得成功的原因。使用液压传动、液力变矩器以及带轮和摩擦轮原理的无级变速器一般效率比较低。

（2）发动机和传动系的效率影响到燃油消耗、排放和运行性能。按照组成将传动系损失分为以下部件引起的损失：

①起步元件，如液力变矩器。

②变速器，如齿轮变速器、带式变速器。

③最终传动。

④辅助装置，如转向泵、自动变速器油泵、空调系统、无级变速中的变排量泵。

为了计算可用的驱动力或发动机工作点，必须知道从发动机输出轴到驱动轮的整个传动系的效率。

（3）传动系各部件的功率损失Pv包括：

①齿轮齿合损失：a.摩擦损失（与载荷有关）;b.飞溅润滑带来的搅动损失和挤压损失。

②轴承损失：a.摩擦损失（与载荷有关）;b.润滑损失（与载荷无关）。

③密封损失：a.轴封旋转所引起的摩擦损失;b.活塞环所引起的摩擦损失（用于保持换挡原件处有压力油）。

④同步损失：同步器锁环与摩擦锥环之间的流体摩擦。

⑤离合器损失：离合器摩擦片工作中产生的摩擦损耗。

⑥液力变速器损失：液力变矩器内部损耗。

（4）润滑油的选择：

①适当的粘度。

②良好的热氧化安定性。

③良好的抗磨性能。

④良好的摩擦特性。

⑤优良防腐防锈性。

⑥优良贮存安定性。

⑦良好的抗泡性。

五、传动比

为了使车辆具有下述能力，传动系必须在发动机转速与驱动轮转速之间提供传动比：

（1）在困难的条件下起步。

（2）达到要求的最高车速。

（3）工作在发动机特性图上的节油范围内。

要求的最大传动比iA，max由第一种情况决定，最高车速传动比iA（vmax，th）决定第二种情况，第三种情况决定最小传动比。高的失速转矩比iA，max，以便起步和加速，低的最小传动比iA，min，以便在高速降低发动机转速，从而降低燃油消耗。

六、民用常见变速器之间的油耗对比

乘用车手动变速器（MT）包括换挡过程和主离合器接合及起步过程全部由驾驶人手动完成，它们全部装有圆柱齿轮。手动变速器的油耗完全由驾驶人的操作决定，为了方便与其他变速器作对比，我们将它设为标准值——a。传动效率η为1。油耗：a。

液力自动变速箱简称AT。目前是家用轿车中自动挡中使用最多的、时间最久的自动变速箱了。它是运用行星齿轮进行变速，根据油门踏板的深浅程度和车速进行主动换挡。因为要依靠电脑对于油门的深浅程度和车速进行判断，然后换挡，所以换挡的时机、速度等都不如手动变速器。这种变速箱的优點就是成熟可靠，缺点就是油耗稍高。

無级变速器简称CVT。无级变速箱是由两组变速轮盘和一条传动带构成的，这种变速器比自动变速箱的结构简单，体积更小，能够更加灵活的改变传动比，克服了自动变速器的油门反应速度和油耗高的问题。无级变速器的优点就是平稳、省油，没有“顿挫”，但缺点就是承受的扭矩较小，俗话说加速感不好。CVT在日系的汽车中应用比较普遍，比如本田就是代表。

双离合变速器简称DCT。这也是最近几年最火的变速箱，它其实是结合了两台手动机械变速器的离合器，它在工作时总有2个档位是同时结合的，一个在工作，而另一个则正在为下一个挡位做准备，因此，双离合变速器的换挡速度非常快，顿挫感几乎难以察觉，同时换挡迅速带来的另一个好处就是动力损失更小，有效降低了燃油消耗。优点是换挡速度快，传动效率高、能耗较低，缺点是制造成本高、可靠性不稳定。

液力自动变速（AT）平均比MT多0.9个油（高11.91%）。在动力规格差不多，自重和车身尺寸相近的情况下，各类型自动变速箱的油耗表现差距还是较为明显，这也是各大厂家调价、技术的不同导致的，但整体而言AT变速箱还是要比MT每百公里多1L油，增加11.9%。

无级变速器（CVT）平均比MT多0.6个油（高7.78%）。无级变速箱的结构简单，传动效率高，油耗表现自然也是最接近手动挡变速箱，整体上每百公里只比MT车型多0.6L油，增加7.78%油耗，非常好的表现。日系车为什么比德系、韩系、法系更省油，CVT变速箱的作用也是功不可没的。

双离合变速器（DCT）平均比MT多0.76个油（高8.54%）。一般是采用干式双离合变速箱，传动效率要高于湿式的，与各自的手动挡车型相比多消耗的油量为8.54%，相比于无缝换挡的CVT变速箱来说还是稍微差点。

智能变速箱AMT平均比MT多0.86个油（高10.48%）。AMT变速箱在结构上与手动变速箱更为相似，一般也都是国产的入门车型使用这种变速箱。虽然结构相似，但与手动挡车型相差超过10%的油耗表现并不是那么的理想，这也说明这种变速箱并不是那么智能，而且顿挫明显，也难怪国际大厂很少使用这种自动变速箱。

七、结论

（1）影响燃油消耗的因素很多，主要是人为因素以及汽车自身因素。

（2）通过公式我们可以测量汽车瞬时油耗，我们可以通过提高传动效率来减少油耗。

（3）对于驾驶者而言，我们不得超载，行驶时尽量不要猛加油或急刹车。这样的话会加重发动机和变速箱的负荷，从而增加油耗。

（4）对于变速器设计者而言，为了提高传动效率，在选择变速器油时需要考虑润滑油特性，请参考（四-4润滑油的选择）。

（5）计算最小传动比并做优化（通过增加档位数等），使其在高速状态下减小发动机转速，达到节油目的。

（6）单纯从节油上考虑，从好到差依次是MT-CVT-DCT-AMT-AT，不过它们各自有各自的优点，所以在购车时只作为一项参考指标。

参考文献：

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[2]DIN70020（2004）Straβenfahrzeuge.Kraftfahrzeugbau.

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

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