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誰說全新奧迪A6L雙離合變速器不如9AT?

2019年1月15日,一汽-大眾奧迪旗下全新一代奧迪A6L正式上市。該車軸距達到3024mm,相比上一代A6L空間更大;外觀上,也採用全新設計語言,整車看起來大氣時尚,更加年輕、運動。動力方面搭載2.0T高低功率發動機和3.0T發動機,並全系採用了被稱為“S Tronic”的7速濕式雙離合變速器,企業內部代號為DL382,全面替換“Multitronic”的無級手動一體式CVT變速器。

有媒體在報導中稱“奧迪的雙離合變速器與寶馬的8AT以及奔馳的9AT相比較,各方面還是有一些差距的”,那麽這種說法是真的嗎?我們邀請畢業於清華大學的業內專家陳慶貴先生來解答這個問題。他曾在主機廠售後技術領域工作超15年,擔任過捷豹路虎(中國)區域技術經理、奔馳和大眾的技術培訓師,對眾多車型的零組件細節有著很深入的了解。

在陳慶貴看來,上述說法的形成,是因為對奧迪變速器的理解跟不上變化,是以老眼光看人,自然就得不出公正的結論了。曾幾何時,奧迪癡迷CVT,不僅對之冠以獨有名稱”Multitronic”,還通過多次改進,使得其能承受高達400Nm扭矩。但由於CVT在動力傳遞時,完全依靠鋼帶和錐輪之間的摩擦來傳遞動力,造成了它在大扭矩傳遞上的短板,也無法獲得比其他變速器更強的性能(主要指運動性能),因此2014年奧迪宣布正式棄用“Multitronic”變速器。在此之後,奧迪陸續推出的新車型A4、A5上CVT不見了蹤影,取而代之的是“S tronic”的7速濕式雙離合變速器DL382。

1、全新一代奧迪A6L其實裝備了DL382/DL382+這兩種7擋雙離合變速器

值得注意的是,在全新一代A6L上, 相比新A4L和A5,7速濕式雙離合變速器“S tronic”的適配發動機型號從2.0 TFSI汽油發動機進一步擴大到3.0 TFSI發動機上。而這款3.0升V6 TFSI峰值扭矩更是達到500Nm,最大功率達到250kW。適配3.0 TFSI發動機的7速濕式雙離合變速器,是DL382雙離合變速器的更新版本,內部代號DL382+。+即表示更新,更新的含義。DL382+通過重新設計的雙離合器和雙品質飛輪,強化的齒輪和軸承以及提高變速器電子油泵的轉速,使得變速器可傳遞的扭矩從400Nm進一步提高到500Nm,從而滿足了3.0TFSI的功率扭矩輸出需要。

大眾汽車以TSI+DSG為黃金動力組合,雙離合器變速器隨著大眾車型在中國的熱賣,早已為廣大車主所熟悉。在換擋過程中,雙離合變速器換擋迅速又無衝擊。而與此同時,燃油消耗卻與手動變速器相當。但是成也蕭何,敗也蕭何。一談及雙離合變速器,人們不免就想起了當年那款登上萬眾矚目的315晚會的7速乾式雙離合變速器,車企內部代號DQ200。那全新奧迪A6L搭載的DL382會不會也出現DQ200當年暴露的換擋頓挫、甚至突然動力中斷的故障呢?

其實這樣的擔心是多餘的,雖然名稱中都含有“7速雙離合變速器”的字樣,但是相比較DQ200採用的乾式離合器,在全新奧迪A6L上DL382(+)採用的卻是濕式離合器。

2、DL382/DL382+是沒有散熱困擾的濕式雙離合變速器

那麽什麽是乾式離合器?他與濕式離合器有什麽差異呢?為什麽乾式離合器在城市路線容易出現過熱,甚至導致動力中斷呢?下面讓我們來詳細說明一下。

所謂離合器的乾式和濕式,是指離合器的結合形式。在乾式離合器中,發動機變速器結合是通過壓盤在機械杠杆力作用下將離合器摩擦片壓向飛輪實現的。如下圖所示,離合器K1結合時,結合杠杆向右側推動結合軸承,結合軸承通過碟形彈簧向左側拉動離合器壓盤,從而將離合器摩擦片壓向和發動機曲軸輸出一直相連的主動輪。而離合器K1摩擦片通過內花鍵與變速箱的輸入軸1相連。這樣就將發動機的動力,通過主動輪,摩擦片傳遞到了變速箱的輸入軸1上。

在離合器和主動輪結合的過程中,如果兩者之間存在轉速差,則不可避免地存在相對滑動,這樣就會造成摩擦發熱。在乾式離合器中,這個熱量本來是可以通過離合器旋轉過程中主動輪周邊的空氣擾動和熱異塵餘生散發出去。

但不幸的是,中國擁堵的城市路面和多灰塵的路線環境,造成離合器的頻繁操作的同時還被灰塵覆蓋,這樣熱量產生多的同時還無法順利散熱,這就造成了離合器片的過熱,嚴重時甚至出現動力中斷。但是,相比較乾式離合器的開放工作環境,在濕式離合器中,由於離合器是工作在密閉的變速箱油腔裡,有專門的油液冷卻回路,因此可以比較好地解決離合器在結合過程中的散熱問題。

以下是DL382雙離合變速箱的剖面圖。紅色圓圈內是雙離合器部分,從圖中可以明顯看出其是在一個密閉的腔體內。

那下面讓我們深入細節,研究一下這款DL382變速器相比其他來自大眾汽車的濕式雙離合器變速器有怎樣的優點?首先讓我們看看DL382中獨特的雙離合器的設計。

3、DL382/DL382+的兩個離合片採用平行布置方式,優點眾多

在以往的雙離合變速器中,雙離合器都是內外布置的。即一個離合器在外圈,直徑大,另外一個離合器在內圈,直徑小。下圖是7速濕式雙離合變速器DQ500的離合器示意圖:

而在DL382上,離合器K1和K2是平行放置的。

離合器平行放置的一個最大優勢是兩個離合器可單獨冷卻,而且當前結合運行的離合器不會對另一個離合器造成額外的阻力損失。

在DL382上,針對兩個平行放置的離合器還設計了彼此獨立的低壓冷卻油路,根據需要對離合器K1和K2分別進行冷卻,且該過程所需的冷卻油量由變速箱控制單元通過事先設計計算的溫度模型來決定,進一步降低了離合器過熱的可能性。下圖左,右分別展示的是離合器K1和離合器K2的低壓冷卻油路的供油路線。從圖中可以明顯看到,這是兩個彼此獨立的油路。

此外,在以往的離合器上,連接離合器殼體的鋼片(外片)和連接變速箱輸入軸的摩擦片(內片)在結合時,是通過液壓推動活塞擠壓實現連接的,但是要中斷連接時,只能降低活塞背部的液壓壓力,通過回位彈簧將活塞推回。但是離合器的外片和內片不能做到主動分離,而是需要通過轉動來實現分離,分離時存在一定的阻力損失。如下圖所示的DQ380變速箱的雙離合器示意圖:

在DL382上,離合器K1 和K2的摩擦片裡均安裝有5個波紋彈簧。這些彈簧位於離合器各自的內外片之間,可確保各片主動分離以形成單獨的片組。在離合器打開時,會在單獨的離合器片之間,形成明顯的間隙,從而主動將這些片進行分離,減少離合器打開時的阻力損失。

與此同時,在DL382上,離合器直徑也進行了縮減,提升了傳動效率。

4、DL382/DL382+採用了創新的乾式油底殼技術

下面再讓我們來看看DL382的齒輪箱設計上的改進。

所謂齒輪箱,是指在雙離合變速器上,真正形成擋位齧合的齒輪傳動部分。在以往的濕式雙離合變速器設計中,在變速器底部需要積聚有一定深度的齒輪油。這樣齒輪箱內在動力傳遞過程中,各齒輪旋轉時會攪動齒輪箱底部的齒輪油,從而形成齒輪油的飛濺,飛濺的齒輪油到達需要潤滑的各齒輪接觸面和旋轉軸頸處,從而實現這些潤滑點的潤滑。但是很明顯地可以看到,在這樣的攪動過程,如果齒輪旋轉的速度較高,勢必造成較大的阻力,造成動力傳遞損失,同時攪動過程形成的泡沫,也容易造成潤滑不良。

在DL382中,齒輪箱使用了創新型的乾式油底殼技術進行潤滑,可以極大降低了傳動過程的動力損失。那這是怎麽實現的呢?

在DL382的齒輪箱底部油底殼處安裝有一個電動低壓離心泵,該泵由變速器控制單元驅動,內部代號V533。V533通過立管輸送齒輪油至齒輪組上方的供油井。在供油井裡,設計有不同孔徑的通道。這些通道通往各個需要潤滑的齒輪接觸面和旋轉軸頸。根據齒輪箱內齒輪油的溫度,齒輪箱存在兩種潤滑模式:飛濺潤滑模式和油泵強製潤滑模式。

當齒輪油溫度低於零攝氏度時,考慮到此時齒輪油粘度較大,為了保證良好的潤滑效果,齒輪箱採用飛濺潤滑,此時V533關閉。齒輪組在旋轉過程中將齒輪油液飛濺到各潤滑點處,此時的潤滑方式和傳統的雙離合器變速器是一致的。但是當齒輪油溫度上升至零攝氏度以上時,V533開始工作,齒輪箱進入到油泵強製潤滑模式。此時通過供油井內的油道,有針對性地對需要潤滑的齒輪組和軸頸處進行潤滑,這樣就大大降低了車輛運行時油底殼處的油位,同時因飛濺潤滑造成的牽引損耗也急劇減少,尤其是在車速較高的時候。從而提高了變速器的傳動效率,降低了車輛的油耗。同時,齒輪油相比之前,也是全新開發,降低了粘度,也能達到相同的提高傳動效率,降低油耗的效果。此外,如果V533發生故障,作為故障應急模式,齒輪箱將轉入飛濺潤滑模式,保證齒輪組能夠得到潤滑。

5、DL382/DL382+裝備了按需啟動的變速器油電子油泵

最後讓我們來看看DL382中的另外一個創新,按需啟動的變速器油電子油泵(ATF電子油泵),實現快速換擋和降低油耗。

不管是在雙離合器變速器還是自動變速器中,擋位的分離和結合都有賴於換擋元件的作動,這就需要液壓在電磁閥的控制下按照設計推動相應的活塞實現相應元件的作動。而液壓的建立,傳統的變速器設計中,都是通過與發動機常連接的液壓泵來實現的。以雙離合器變速器DQ380為例,如下圖所示,雙離合器的殼體上安裝有液壓泵傳動齒,這樣只要發動機起動運轉,發動機的轉動都將帶動離合器轉動。通過離合器上的傳動齒輪,變速器的液壓泵就將工作,從而建立起變速器工作所需的液壓壓力:5-25Bar。這樣的機械油壓泵結構簡單,工作可靠。但也會帶來一個問題就是只要發動機運轉,機械液壓泵就開始工作,這樣會增加不必要的油耗。同時,在發動機低轉速、動力不足時又容易由於液壓泵轉速不夠造成油泵壓力輸出不夠,影響換擋速度和品質。

在DL382上,針對這樣的問題,設計了按需啟動的輔助電機液壓泵,為機械驅動主機油泵提供支持,例如:在低轉速範圍內有較高的負載要求;在走走停停的交通中;在啟動/停止模式下;在怠速爬行過程中。不管發動機轉速如何,ATF都能滿足供油需求,隨時待命,同時也增加了變速箱油的供油效率。

與此同時,ATF電子油泵中的齒輪分別與一個低壓油泵和一個高壓油泵串聯,形成一個高壓油路和低壓油路。為滿足不同的過濾需求,兩個油路中的油有各自的ATF過濾器中完成過濾。高壓油路中的蓄壓器的壓力油壓力值被調至約28bar。有了蓄壓器,即使發動機低功率條件下,電子油泵中的高壓油泵沒有運作,在此壓力值下,換擋執行器和離合器也同樣可以運作,保證換擋的速度和品質。而工作的低壓油泵能夠提供給整個變速箱內的各個部件足夠的冷卻和潤滑,並根據要求將變速箱油輸送至變速箱油冷卻器。這樣即使在車輛行進時,發動機停機的工況下,也能冷卻和潤滑雙離合器。

雖然DL382(+)採用了獨特的雙離合器設計,創新的乾式油底殼技術和按需啟動的變速箱油電子油泵,但畢竟它是一款7速雙離合變速器,對比競爭對手奔馳上採用的9前進擋的AT變速器和寶馬採用的來自ZF的8前進擋AT變速器,是不是性能就真的落後了呢?

6、雙離合變速器的換擋速度快是由設計原理決定的

首先,讓我們來了解濕式雙離合變速器的換擋原理。在DSG中,主要由兩個獨立彼此相互獨立的傳動機構組成。每個傳動機構的結構與手動變速器是相同的。每個傳動機構配備一個多片式離合器。這兩個多片式離合器浸在DSG機油中工作,它們根據將要掛入的擋位來進行調節、松開以及接合。一個多片式離合器負責切換奇數擋,另一個負責偶數擋和倒擋。總是有一個傳動機構在傳遞動力,而同時另一個傳動機構已經掛上了鄰近高擋,只是這個擋位的離合器沒有接合而已。因此,可以保證換擋的快速性,在同樣使用DL382變速器的奧迪Q5上,其換擋速度更是達到了跑車級的0.2秒。

下面我們再來看一下傳統自動變速器AT中使用的液力變矩器。

想象一下, 有兩個風扇在一個充滿液體的外殼裡面對面擺放。 當其中一個風扇通過電源驅動旋轉時, 旋轉產生的功率將轉移到流體上, 這時流體就會驅動另一個風扇旋轉。

在實際的液力變矩器中,由電源驅動的風扇變成了和變矩器殼體集成在一起的泵輪。殼體被連接在發動機的輸出軸上,當發動機一旦啟動,泵輪即開始旋轉。而被電源驅動風扇吹動的風扇變成了與變速箱輸入軸相連的渦輪。如下圖所示的變矩器結構。此外,在變矩器中還設計有導輪結構。來保證變矩器中的變速箱油在泵輪帶動下能以正確角度射入渦輪,帶動渦輪旋轉。

因為有液力變矩器的存在,AT自動變速器在發動機和變速器中天然存在了柔性連接,可以降低換擋過程中的衝擊,但是泵輪和渦輪之間存在的滑移是不希望的, 因為它對傳輸效率會產生不利影響, 並降低燃油經濟性。從下圖中,我們也可以看到,在起步時,渦輪和泵輪存在最大的轉速差(此時泵輪是發動機轉速,渦輪靜止),變速器有最大的扭矩放大率,但是傳動效率最低。隨著渦輪和泵輪轉速的逐步接近,扭矩放大倍率逐漸減小,但傳動效率提高。但是當渦輪和泵輪轉速快接近時0.8時,傳動效率會再次降低。

因此,在現代的液力變矩器中都加入了鎖止離合器來提高傳動效率。鎖止功能就是將渦輪與變矩器殼體相連, 消除了在更高速度下的任何滑移,從而提高傳動效率。它是通過在將渦輪和泵輪機械固定在一起的鎖止活塞上施加液壓來實現的。而鎖止離合器的實現恰恰就是通過DSG濕式離合器中的多片式離合器來實現的。

DL382變速箱剖面圖

7、DL382/DL382+的實際表現也證明了其出色性能

上面從原理入手解讀了奧迪A6L裝備的DL382/DL382+這兩款7擋雙離合變速器的優點,那麽它的實際表現如何呢?讓我們回到文章開頭,讓奧迪A6L與寶馬5系和奔馳E級的對應車型比較一番,以實際數據說話。

上面對比的是奧迪A6L、寶馬5系、奔馳E級的入門級車型,可以看出,奧迪A6L在擁有最高動力參數、最大整備品質的情況下,百公里加速成績最出色,可以說在動力性上完勝8AT/9AT。雖然油耗高於寶馬5系,但低於裝備9AT的奔馳E級,再考慮到兩車巨大的整備品質之差(140kg),可以說DL382的經濟性能也毫不遜色,這樣的數據也恰恰說明了DL382的不俗實力。

有人可能發現了,如果對比的是高配車型,奧迪A6L的百公里加速成績會比兩個對手都差一點,這是因為DL382+的表現不夠好嗎?其實也不是,一個很重要的原因是奧迪A6L的高配車型引入了由48V電機構成的微混動力系統,這套動力系統的調校風格偏向靜謐性和柔順性,限制了車型的猛烈加速表現。

從雙離合變速器的原理來講,它相對自動變速器(如8AT/9AT),具有換擋速度更快的天然優勢,實際表現則與整車的調校還有關係,但絕對不能偏頗地認為擋位少了一兩個就不如8AT或9AT。而且,由於一汽-大眾大批量的國產雙離合變速器,它的成本相對8AT或9AT具有優勢,反映在車上就是奧迪A6L的入門級車型比寶馬、奔馳的指導價更低,消費者可以得到實惠。對於變速器的優劣判斷,通常具有很強的主觀性,只有自己親身去體驗才能更深刻地感知孰好孰壞,找到更適合自己駕駛風格的車型。

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