鞏明 魏存洋

摘要：通過(guò)試驗(yàn)復(fù)現(xiàn)市場(chǎng)上液力自動(dòng)變速器通氣塞噴油現(xiàn)象，結(jié)合流體力學(xué)和變速器工作原理，得出液力自動(dòng)變速器通氣塞噴油機(jī)理，并給出了相應(yīng)的解決辦法。

關(guān)鍵詞：液力自動(dòng)變速器；流體力學(xué)；通氣塞噴油

在液力自動(dòng)變速器工作時(shí)，除了內(nèi)部零部件所需的潤(rùn)滑壓力使變速器油溫升高外，換擋時(shí)各離合器結(jié)合所需要的控制壓力對(duì)變速器油溫升高作用更加顯著。隨著油溫的升高，變速器內(nèi)腔中的氣體壓力也逐漸增大，如果沒(méi)有壓力平衡裝置，會(huì)使密封件受損，如油封、密封圈等，導(dǎo)致變速器漏油甚至失效，所以在設(shè)計(jì)變速器時(shí)會(huì)增加一個(gè)通氣塞來(lái)平衡變速器工作時(shí)的內(nèi)腔壓力，保證變速器的正常工作。

然而，在市場(chǎng)上經(jīng)常出現(xiàn)通氣塞噴油現(xiàn)象，本文針對(duì)通氣塞噴油現(xiàn)象進(jìn)行了復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)，結(jié)合流體力學(xué)及液力自動(dòng)變速器工作原理，得出液力自動(dòng)變速器通氣塞噴油機(jī)理，并給出了相應(yīng)的解決辦法。

復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)

隨機(jī)挑選一臺(tái)測(cè)試合格的液力自動(dòng)變速器，將其裝配在臺(tái)架試驗(yàn)臺(tái)上，加注油液至標(biāo)準(zhǔn)油位。為方便觀察通氣塞噴油現(xiàn)象，本試驗(yàn)用透明塑料管（帶安裝螺紋及刻度線）代替通氣塞，如圖1所示。

手動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)將變速器輸入轉(zhuǎn)速按 600r/min、1000r/min、1300r/min、1500r/min、1800r/min和2100r/min分別在各擋位下（共6個(gè)前進(jìn)擋）穩(wěn)定 5s，然后開(kāi)始降速直至電動(dòng)機(jī)停止，記錄變速器油液溫度和透明塑料管噴油情況。

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)變速器在1擋工作（變矩工況）、輸入轉(zhuǎn)速達(dá)到2100r/min、變速器油液溫度高于110℃，同時(shí)滿足上述三個(gè)條件時(shí)，在電動(dòng)機(jī)停止后2～10s內(nèi)，透明塑料管會(huì)發(fā)生噴油現(xiàn)象，但是噴油的概率并不高，大約在10%，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)如圖2所示。

為進(jìn)一步探究通氣塞噴油與輸入轉(zhuǎn)速、穩(wěn)定時(shí)間的關(guān)系，在變速器油液溫度大于110℃的前提下，手動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)將變速器輸入轉(zhuǎn)速按 1500r/min、1800r/min、2100r/min分別在1擋工作（變矩工況）下穩(wěn)定30s和60s，然后開(kāi)始降速直至電動(dòng)機(jī)停止，觀察并記錄透明塑料管噴油高度。記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

通過(guò)試驗(yàn)可以得到以下結(jié)論：

1）只有在1擋（變矩工況）工作，電動(dòng)機(jī)停止后通氣塞會(huì)發(fā)生噴油現(xiàn)象。

2）通氣塞噴油概率與工作穩(wěn)定時(shí)間成正比。

3）通氣塞噴油高度與變速器油液溫度、輸入轉(zhuǎn)速、輸入轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)間成正比。

相關(guān)概念

（1）氣體的溶解度 在一定溫度和壓強(qiáng)下，氣體在一定量溶劑中溶解的最高量稱為氣體的溶解度，隨溫度和壓強(qiáng)的變化而變化。當(dāng)壓強(qiáng)一定時(shí)，氣體的溶解度隨著溫度的升高而降低，溫度升高，氣體分子運(yùn)動(dòng)速度加快，容易從液面逸出；當(dāng)溫度一定時(shí)，氣體的溶解度隨著壓強(qiáng)的增大而增大，當(dāng)壓強(qiáng)增大時(shí)，液面上的氣體濃度增加，進(jìn)入液體的氣體分子比從液面溢出的分子多，從而使氣體的溶解度升高。

（2）能量守恒定律 在流體力學(xué)中稱為伯努利效應(yīng)，即流體速度加快時(shí)，物體與流體接觸的界面上的壓力會(huì)減小，反之壓力會(huì)增加。

（3）油液氣泡 油液在生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)及出廠前的過(guò)濾工作都是在大氣壓力下進(jìn)行的，因此油液中含有空氣。實(shí)踐證明，溶解于油液中的空氣對(duì)油液的物理性質(zhì)沒(méi)有什么直接的影響，但溶解了一定數(shù)量的空氣、處于飽和狀態(tài)的油液，在油液壓力發(fā)生變化時(shí)，過(guò)飽和的空氣會(huì)被析出，使油液中的微氣泡聚集形成足夠大氣泡析出到系統(tǒng)中。

（4）液體表面張力 油液黏度大，表面張力小，氣泡逸出油液表面時(shí)不容易破裂，浮在油液表面，形成一層油液保護(hù)膜，油液內(nèi)部的氣泡層出不窮的從油液中溢出，頂起浮在表面的氣泡，使得氣泡攜帶油液向上移動(dòng)。

（5）油泵吸油 油泵吸油時(shí)，油泵齒輪旋轉(zhuǎn)，在泵入口形成負(fù)壓，油液和氣體一同被吸入油泵，經(jīng)過(guò)齒輪嚙合擠壓后形成高壓，氣體分子混入油液，一同進(jìn)入變速器油道。

（6）變矩工況 變矩工況時(shí)，壓力、流速變化急劇，會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，變速器突然降速，油液由于慣性仍然處于流動(dòng)狀態(tài)，已經(jīng)停止的變矩器三元件（渦輪、泵輪、導(dǎo)輪）變成阻力，油液會(huì)在接觸壁面上產(chǎn)生大量氣泡。

噴油機(jī)理

液力自動(dòng)變速器開(kāi)始工作時(shí)，油泵從油底殼將溶解在油液中的空氣同油液一起吸入油泵，并經(jīng)過(guò)齒輪嚙合擠壓使油液壓力升高。

當(dāng)變速器在1擋變矩工況下工作，油道內(nèi)的控制油液壓力達(dá)到2MPa以上，油液溫度達(dá)到110℃以上時(shí)，變速器突然制動(dòng)，油泵停止工作，油液由于慣性仍然處于流動(dòng)狀態(tài)，已經(jīng)停止的變矩器三元件（渦輪、泵輪、導(dǎo)輪）則變成了阻力。油液會(huì)在接觸壁面上產(chǎn)生大量氣泡，而且油道內(nèi)的控制油液壓力急速降壓增速，氣體溶解度急速降低，油液中的氣體發(fā)生過(guò)飽和現(xiàn)象，將微氣泡聚集形成足夠大氣泡從油液中析出，攜帶油液快速向低壓區(qū)膨脹，最終從通氣塞處噴出。

解決辦法

（1）通氣塞位置 通氣塞應(yīng)設(shè)置安裝在固定位置，避免處于旋轉(zhuǎn)件位置。

（2）通氣塞處的腔體形狀 采用漏斗或開(kāi)闊形狀，給氣泡溢出液面后留足夠的空間，防止使用環(huán)帶、倒漏斗形狀。

（3）油液高度 油液高度盡量避免接觸任何旋轉(zhuǎn)類零件，尤其防止熱油狀態(tài)下液體膨脹、發(fā)泡，造成惡性循環(huán)。

（4）通氣塞結(jié)構(gòu) 盡量采用長(zhǎng)管型、節(jié)流型、折疊回路、迷宮回路、油氣分離網(wǎng)及分離粘接材料（陶瓷）。

（5）液壓系統(tǒng)優(yōu)化 增加溢流閥和背壓閥，減緩變速器油液壓力和流速急劇變化時(shí)油腔內(nèi)的壓降率。

（6）電控系統(tǒng)優(yōu)化 增加禁止轉(zhuǎn)速進(jìn)入急劇切換狀態(tài)命令。

（7）變速器油溫控制系統(tǒng)優(yōu)化 選用散熱能力強(qiáng)的冷卻器，使變速器工作時(shí)最高油溫盡量控制在100℃以下。

結(jié)語(yǔ)

由于液力自動(dòng)變速器的潤(rùn)滑和控制都需要大量的油液，而且變矩器工作時(shí)油液壓力和流速變化劇烈，因此通氣塞的布置在液力自動(dòng)變速器中尤為重要。目前國(guó)內(nèi)液力自動(dòng)變速器技術(shù)水平與國(guó)外仍然存在差距，在開(kāi)發(fā)時(shí)合理準(zhǔn)確地布置通氣塞安裝位置難度較大，導(dǎo)致在市場(chǎng)上仍然有時(shí)發(fā)生通氣塞噴油現(xiàn)象。如果無(wú)法找到通氣塞噴油的根本原因，為保證車輛的正常使用，通過(guò)調(diào)整通氣塞結(jié)構(gòu)也可以杜絕此問(wèn)題的發(fā)生。

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