汽車(chē)自動(dòng)變速系統(tǒng)的能源效益及可靠性

對(duì)于購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)的人來(lái)說(shuō)，可靠性及燃油效益是僅次于價(jià)格的兩項(xiàng)重要考量因素。毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)于新車(chē)主而言，最可怕的事情莫過(guò)于汽車(chē)在途中熄火。此外，車(chē)主也期望汽車(chē)能盡量經(jīng)久耐用。與此同時(shí)，由于目前全球燃油價(jià)格不斷上升，以使車(chē)主更加關(guān)注燃油效率，并希望能盡量減低二氧化碳的排放量。

汽車(chē)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括有一個(gè)內(nèi)燃機(jī)、一個(gè)多齒輪比變速器及車(chē)輪。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩及速度會(huì)因汽車(chē)所需的牽引動(dòng)力而在變速器中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。此外，汽車(chē)的變速器還可控制車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

變速器一般分為手動(dòng)及自動(dòng)變速兩種。自動(dòng)變速可自動(dòng)控制磨擦單元、齒輪比的選擇及換檔。

自動(dòng)變速會(huì)采用液壓油來(lái)達(dá)到潤(rùn)滑及冷凍的效果，液壓油是一種非常特別的液體，可在任何惡劣的環(huán)境下運(yùn)行。自動(dòng)變速箱油(ATF)的主要功能為：

* 　　 把動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)變矩器傳送到動(dòng)力傳動(dòng)裝置;

* 　　 吸收由變矩器產(chǎn)生的熱力并轉(zhuǎn)移到汽車(chē)前端的冷凍裝置;

* 　　 作為離合器磨擦的冷凍劑，它可吸收及散發(fā)由離合器或帶嚙合所產(chǎn)生的熱能;

* 　　 通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的液壓控制系統(tǒng)把液體壓力傳送開(kāi)去，該系統(tǒng)采用汽門(mén)、伺服機(jī)、泵、離合器總泵、液壓管路及管道來(lái)進(jìn)行控制;

* 　　 作為行星齒輪、軸承、伺服機(jī)、離合器和軸襯的潤(rùn)滑劑及冷凍劑。

冷起動(dòng)

自動(dòng)變速箱油于工作溫度下(約90°C/195°F)的黏度一般都非常低?？墒羌偃缬蜏靥蜁r(shí)(例如是0°C/30°F以下)，其粘度便會(huì)大幅增加，導(dǎo)致產(chǎn)生非常高的曳力矩(drag torque)。結(jié)果，齒輪便難以嚙合，原因是當(dāng)中的同步器件一般都不能應(yīng)付這般高的轉(zhuǎn)矩力。假如齒輪不能?chē)Ш匣驌Q檔，汽車(chē)便不能開(kāi)動(dòng)。基于這個(gè)原因， “冷起動(dòng)”程序會(huì)因應(yīng)油溫而被激活，以確保至少有一個(gè)齒輪能夠成功嚙合。

暖車(chē)過(guò)程

當(dāng)汽車(chē)開(kāi)始行駛后，除非需要明顯加速或拖拉笨重的物體(例如是拖車(chē))，否則液壓油溫只會(huì)慢慢地上升，而這也意味著曳力矩也會(huì)緩慢地上升。假如汽車(chē)長(zhǎng)期處于高曳力矩的環(huán)境，同步器件便會(huì)超載并且受損。

在齒輪箱加入一些損耗、將換檔點(diǎn)移到較高的轉(zhuǎn)速汽門(mén)及提高齒輪箱潤(rùn)滑油的質(zhì)量，這些均可加快暖車(chē)的過(guò)程。由此，發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱及催化劑便可更快地達(dá)到最佳的運(yùn)作溫度。變速器越快達(dá)到最優(yōu)的工作溫度，便可越快啟動(dòng)用于節(jié)省耗油量的齒輪換檔程序。

齒輪的換檔組成部份是經(jīng)由液壓或電子起動(dòng)汽門(mén)來(lái)控制，這些換檔單元的起動(dòng)會(huì)顯著地受到溫度的影響，原因是自動(dòng)變速箱油的粘度會(huì)隨著溫度而顯著地上升，因此溫度可以影響施加壓力的程度及時(shí)間特性。一旦自動(dòng)變速箱油變熱，其溫度變化的幅度便會(huì)增大，因此當(dāng)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的換檔油壓時(shí)，必須考慮有關(guān)油溫的問(wèn)題。

在高溫下運(yùn)行

毫無(wú)疑問(wèn)，自動(dòng)變速箱油很容易受到溫度的影響，但相比對(duì)低溫的反應(yīng)，其對(duì)高溫的反應(yīng)要大得多。自動(dòng)變速的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生很多的磨擦，而這些磨擦?xí)a(chǎn)生很多熱力。液體會(huì)不斷在變矩器中攪動(dòng)并且被泵過(guò)測(cè)流口(metering orifice)和液壓電路。每當(dāng)變速換檔時(shí)，離合器組件會(huì)產(chǎn)生出超乎箱油所能帶走的熱力。變速器的負(fù)載越大，所產(chǎn)生的熱力便越大，而箱油也會(huì)變得更熱。

一般的傳統(tǒng)變速箱油溫所能允許的最高溫度為80到100°C或175到212°F，而特制的變速箱油溫則可高達(dá)110到130℃或230到 265°F。然而，現(xiàn)如今先進(jìn)的汽車(chē)的變速箱油溫可能高達(dá)120到150℃或250到300°F，而對(duì)于重型貨車(chē)?yán)缡?8輪的貨運(yùn)列車(chē)來(lái)說(shuō)，假如在炎熱天氣下行駛，其油溫甚至可高達(dá)160到170°C或320到340°F。如此高的油溫會(huì)導(dǎo)致箱油及變速組件受損。

變速箱油的工作壽命

在高溫的環(huán)境下，變速箱油的工作壽命會(huì)被縮短。一旦溫度超出正常運(yùn)作的水平(90°C/195°F以上)，潤(rùn)滑油的氧化速度便會(huì)增加，導(dǎo)致其有效壽命被縮短?；趭弥付?，當(dāng)溫度超出正常運(yùn)作溫度12°C/20°F時(shí)，箱油的預(yù)期工作壽命便會(huì)減半。

工作表面的磨損

除上述的影響外，高溫還會(huì)對(duì)變速器活動(dòng)組件的工作表面構(gòu)成威脅。原因是當(dāng)溫度越來(lái)越高時(shí)，從磨擦區(qū)被帶走的熱力便越少，因此齒輪被卡住的機(jī)會(huì)便會(huì)大增。當(dāng)溫度上升超過(guò)175°C/350°F時(shí)，鋼鐵的硬度便會(huì)下降。假如我們考慮到齒輪和離合器工作表面的溫度通常都高于油溫時(shí)，我們便可預(yù)期齒輪的硬度會(huì)隨著油溫度而下降，即使油溫低于175°C/350°F。

橡膠密封件及流通管道

橡膠密封件及冷凍劑流通管道對(duì)高油溫極其敏感。當(dāng)橡膠密封件遇上高溫時(shí)便會(huì)變硬和變得脆弱，導(dǎo)致其工作壽命和可靠性大幅度降低。當(dāng)汽車(chē)不能安裝金屬制的冷凍劑管道時(shí)，便需采用由PA12塑料(酰胺12或尼龍12)制成的冷凍劑流通管道，該管道將轉(zhuǎn)矩器流通輸出端口與冷凍劑連接。在高溫(超出 175°C/350°F)的環(huán)境下，塑膠制的冷凍管道可能會(huì)屈曲，以致箱油向上流并使冷凍劑失效。