汽车的新型无级变速器及其性能

曹正

摘 要：变速箱，作为汽车的重要部件，人们一直不懈的研究，其技术性能也不断提高，但时至今日各种变速箱的性能并不理想，有级变速试图缩小换挡间隔使之趋于无级的完美，但未能如愿，而无级变速CVT却只能承受较小扭矩。本文中介绍的无级变速器，就是针对上述各种变速器的缺点而研发。

关键词：汽车;无级变速;大扭矩

汽车，已经从上个世纪的奢侈品变成了今天的日用品，并跨行业挤掉了自行车市场。汽车三大件之一的变速箱，与发动机匹配共同尽可能的使车辆发挥出优越的性能，随着科技的进步变速箱也不断改进，但现实中的各种变速箱依然存在着各自的不足。总的来说，变速箱可分为两大类：无级变速和有级变速。最传统的MT，简单可靠性能一般，AT动力损耗明显，DCT低速顿挫且离合片磨损严重，以上皆属于有级变速，虽已具备优良的性能，各档切换间的动力连接迅速，较多的档位数量也缩小了各档之间的速比差，但提速过程中的速比变化仍不够线性。无级变速CVT，克服了以上缺点，提速比较平顺，降低油耗，操作简单，但承载功率有限，这使得许多大功率车辆不能采用。为了解决现实中的不足，很多从业者及爱好者一直没有放弃努力，不断尝试新的方法，各种新技术方案层出不穷，仅无级变速器就有百余种问世，除CVT外，其它的只有个别方案投入使用且效果并不理想，其它大多数更是只停留在理论状态。提速平顺，连接迅速，动力充足，操作简单，仍然是人们的研究方向，也是广大车友一直的期待。

今天这种变速器，也是属于无级变速，它同样具有CVT无级的优点，同时克服了CVT承载功率有限的缺点。其技术方案为： 采用两组齿轮组，每组齿轮组类似于齿轮液压泵的结构，第一齿轮组（主动齿轮，以下简称一齿组）相当于液压泵，转动产生油压，第二齿轮组（被动齿轮，以下简称二齿组）则相当于液压缸，一齿组产生的油压推动二齿组转动，这就形成了动力传递，在齿轮组截面上装有滑板沿齿轮轴向往复移动，用于控制输油量以调节齿轮转速，另设置有油管连接于二齒组下方和一齿组上方之间，液压油推动二齿组后经油管进入一齿组上方形成往复循环，在两齿组之间的液压腔设置有两条油管与一齿组上方连接并在其油管上分别设有单向阀和普通阀门。在动力传递的过程中实现转速的无级变化的关健，也就是此装置的关健结构，采用了齿轮两端的滑动挡板，另设置有电动或液压的外力装置推动挡板，使挡板沿齿轮轴向滑动，滑动挡板带有滑动轴承，滑动轴承内圈设有内齿，其内齿与齿轮配合连接。在这个装置中，是靠液压油传递动力的，一齿组连接动力源带动齿轮转动，产生油压，压向二齿组，二齿组在油压的作用下产生转动，也就是一齿组产生的液压油推动二齿组转动，一齿组连接发动机，二齿组连接车轮，这就形成了动力传递。在这个装置中使用了移动滑板是使装置产生变速作用的关健，在两组齿轮之间的腔，以上下滑板的中间为界分为上齿轮腔（上腔）和下齿轮腔（下腔），滑板的滑动改变了两个腔空间的大小，也就是改变了两个齿组工作空间的大小，改变了两个腔压入和压出的油量，当上下滑板都处于中间位置时，上腔与下腔空间相等，也就是同一时间内一齿组压出的油量与压入二齿组的油量相等，所以一、二齿组的转速相等，当上腔滑板向内滑动且同时下腔滑板向外滑动时，上腔空间变小，在同一时间内一齿组压出油量变少，而下腔空间却变大，在同一时间内推动二齿组转动需要的油量增加，在一齿组转速不变的情况下二齿组转速降低，换种说法，打个比方一齿组工作空间缩小至二齿组的1/2，也就是二齿组工作空间扩大至一齿组的2倍，此时一齿组转一圈压出的油量只能推动二齿组转半圈，一齿组转两圈压出的油量才能满足推动二齿组转一圈，即一齿组转两圈二齿组转一圈，这就是由原来的上下两腔相等转速相等变化至上下两腔不等转速不等，如果上下两腔滑板移动方向相反，则两齿组变速比相反，滑板任意移动就能产生任意变速比，这就实现了无级变速。当上部上腔变小下部下腔变大时，速比变小，油压升高，动力充足，反之上部上腔变大下部下腔变小时，油压降低，动力下降，速比增大。挡板上的一个特殊结构，即滑动挡板得以滑动，要借助于特殊形状的滑动轴承，轴承内圈形状带有内齿状，内齿与齿轮外齿较为紧密相配合，形成密封，同时轴承转动部分同样实施密封，防止液压油泄露。这种特殊形状的轴承，同时实现了齿轮的密封、转动和滑动起到了齿轮转动的同时滑板任意滑动的作用，是工作过程中较为重要的部件。在两齿组之间与一齿组上方连接的两条油管，其中，装有单向阀的作用是当二齿组受惯性作用转速比一齿组快的情况下，直接由一齿组上方向腔内补充油量，单向阀的作用则是油只能由一齿组上方向腔内单向流动，另外一条，装有普通阀门的作用相当于离合器，当阀门打开时，液压油由一齿组压出直接回到一齿组上方并往复循环，液压油不经过二齿组，也就没有了动力传递，此时相当于离合器分离切断动力，当阀门关闭时，则恢复了动力传递，相当于离合器连接。

这种无级变速器与现实中唯一应用的无级变速器CVT相比，最大的不同就是能够大幅度提高承载功率，这也是克服了CVT最大的缺点，CVT采用了传动带和带轮，依靠两者接触面的摩擦力来传递动力，然而摩擦力非常有限，从而限制了车辆的功率。另外，同样因为传动带的摩擦力有限，高速行使状态下急刹车会对传动带造成意外磨损甚至损坏，这也对车辆的驾驶方式提出了一定要求，而此变速器的液压传递不存在以上缺点。此后，大功率车辆与无级变速将不再矛盾，喜欢无级变速的朋友也将不再受到CVT的制约，而在享受提速平顺的同时可随心随意的释放剧烈驾驶的激情。

不难发现，这种变速器的动力传递过程有点与AT相似，都是采用了液压油，AT是靠涡轮转动加压液压油，然后利用液压油的压力推动另一个涡轮转动，此变速器则是靠一组齿轮来加压液压油，再利用液压油的压力推动另一组齿轮转动。同样是利用油压传递动力，不同的是，当AT的被动涡轮静止不转的时候并不能完全阻碍液压油的流动，就是当负载过大时，主动涡轮转动而被动涡轮可能不转或转速低于主动涡轮，这就出现了动力损耗和动力传递迟滞，而此款变速器，由于齿轮静止不转时形成密闭空间，阻碍了液压油的流动，主动齿轮产生的压力能够完全传递给被动齿轮，这就避免了动力的损耗和传递迟滞，使动力连接更迅速，另外采用了巧妙的滑动轴承等机构使其实现无级变速，而这是AT所没有的。

此变速器的另一特点就是结构较为简单，零部件数量少。目前现实中的变速箱，零件数目繁多，结构复杂，生产中要投入较高的成本，而且零部件越多故障率越高，复杂的结构给维护维修增添了不便，而此款变速器结构简单到了甚至只有屈指可数的几个零部件，降低制造成本和维护方便是显而易见的，简单的结构当然也降低了故障率。

在目前汽车使用的所有变速器中，此变速器的性能与之相比，不夸张的说几乎是有过之而无不及，几乎综合了之前所有变速器的变速平顺、连接迅速、承载力强等优点。从初期的手动变速箱，到后来的无级变速箱、自动变速箱，每一次新生事物的出现都是一次升级，都会焕发新的气息，此变速器的出现也算是一个转折，它的性能应该更符合实际需要，特别是符合一些高性能车的需要，使其性能再度提高，同时满足车友们的期望，更加激发车友们的驾驶乐趣。