汽车发动机减振和变速器先进技术

2nd学习会发动机系统的振动汽车业技术介绍①1.发动机系统的振动——成因、关键作用力2.汽车业技术介绍——双质量飞轮DMF3.汽车业技术介绍——变速器相关2015.4.23PART1发动机系统的振动——成因、关键作用力前置基础知识复习：力使物体绕某点转动的力学效应，称为力对该点之矩。力的大小F与力臂长度d的乘积冠以适当的正负号，以符号Mo(F)表示，记为：Mo(F)＝±F·d*矩=力×长度*力=质量×加速度（位移的二阶导数）驱动曲轴转动的源泉可以归结于曲柄销中心B点处的一个总力矩Mo，那么Mo怎么来的？Mo=“沿着连杆轴向的总力Pt”ד曲轴中心与Pt作用线的距离h”*Mo=Pt×h那么Pt是怎么来的？Pt的来源可以归结于活塞的Pg和PjPg是活塞顶面上气体的爆发压力Pj是活塞本身运动带来的惯性力显然，根据余弦定理*Pt=(Pg+Pj)/cosβ那么Pg和Pj如何计算？见下页为曲柄半径与连杆长度之比。

pg是活塞顶面受到的单位爆发压力（压强），通过单缸试验实测得到

气体爆发压力=单位压力（压强）×活塞顶面的面积活塞往复惯性力=活塞质量×活塞加速度

显然曲柄销中心点B在圆周上不同位置时，h和Pt也是不同的，因而Mo是周期性大小变化的，可以表示为关于曲柄转角的周期性函数，这一周期性变化的转矩激起了曲轴的扭振。显然活塞作往复运动时，连杆总是从侧面以一定角度推动活塞的，因而活塞总是对缸体有一个侧向压力Pn：Pn=（Pg+Pj）/tanβ综上，总结如下：发动机工作中，主要存在4种类型的力，它们是发动机能够工作和输出扭矩的源泉，也是发动机产生各种振动的根源：气体压力Pg、往复惯性力Pj、活塞对缸壁的压力Pn、旋转质量的惯性离心力Fi（1）气体压力Pg、往复惯性力Pj、活塞对缸壁的压力Pn、旋转质量的惯性离心力Fi，这四者的横向分量共同使发动机产生了水平方向的振动。（2）往复惯性力Pj、旋转质量的惯性离心力Fi，这两者的竖直分量共同使发动机产生了竖直方向的振动。（3）气体压力Pg、往复惯性力Pj形成的周期性变化力矩Mo导致了曲轴的扭振，Pg和Pj都是关于曲轴转角的周期函数。发动机（往复式内燃机）的本质？通过曲柄连杆机构，把往复直线运动转化成连续的回转运动。显然，推力作用点是偏心的，推力与圆心（轴心）形成力矩从而推动曲轴连续回转运动（如果推力不偏心，其作用方向通过圆心则力矩为零，曲轴不会转动），这种由直线运动转化来的间接回转运动决定了内燃机工作过程中必然存在周期性的振动。气体爆发压力Pg活塞往复惯性力Pj活塞对缸体侧向压力Pn旋转质量惯性力FiPART2汽车业技术介绍①——常见变速器技术介绍双质量飞轮（DMF）双质量飞轮，就是将原来的一个飞轮分成两个部分，一部分保留在原来发动机一侧的位置上，起到原来飞轮的作用，用于起动和传递发动机的转动扭矩，这一部分称为初级质量。另一部分则放置在传动系变速器一侧，用于提高变速器的转动惯量，这一部分称为次级质量。两部分飞轮之间有一个环型的油腔，在腔内装有弹簧减振器，由弹簧减振器将两部分飞轮连接为一个整体。次级质量能在不增加飞轮的惯性矩的前提下提高传动系的惯性矩，令共振转速下降到怠速转速以下。离合器变速器飞轮曲轴TVD1-离合器2-变速器3-万向节4-驱动桥

（减速器和差速器）初级飞轮质量和壳体与曲轴固联，次级飞轮质量套在壳体轴套上可以与初级飞轮质量形成相对转动（相对转角可达40°），初级飞轮质量和次级飞轮质量之间通过弹簧扭振减振器连接，离合器与次级飞轮质量通过摩擦片接合。DMF的作用是：降低“发动机-传动系”系统的扭振，实际是将发动机传出的振动进一步衰减，使从离合器开始的传动系统的扭振大幅降低，DMF并不是减轻发动机本身的振动。DMF相当于连接动力系统和传动系统的一座桥梁。所以，DMF不能代替TVD，因为二者的作用对象、目的是不同的。由次级飞轮质量与离合器的摩擦片来完成离合动作，这样就可以衰减发动机的旋转振动，减轻变速器的负荷。双质量飞轮的次级质量与变速器的分离和结合是由一个不带减振器的刚性离合器盘来完成的，由于离合器没有了减振器，质量明显减小。下图是双质量飞轮的减振效果和离合器从动盘减振器的减振效果对比。所以DMF是汽车NVH领域最先进的技术之一。如要加装DMF，整个发动机系统的动力、振动相关参数都要重新设计计算，无法沿用或改装，所以工作量很大，对技术要求很高，目前国内还无法独立设计，多是直接引进国外的发动机。双离合（DCT）全称是双离合变速器（DualClutchTransmission），是四类自动变速器的一种，也是最先进的自动变速器之一，他的另一个名字就是所谓的DSG（Direct

ShiftGearbox，“直接换挡变速器”，这是大众的命名）自动变速器【全自动，半无级】液力自动变速器（AT）AutomaticTransmission【全自动，全无级】机械无级变速器（CVT）ContinuouslyVariableTransmission【全自动，有级】双离合变速器（DCT）DualClutchTransmission【半自动，有级】电控机械变速器（AMT）AutomatedManualTransmission机械双离合变速器DualClutchTransmission2个离合器，两根轴，1#离合器连接奇数档位，2#离合器连接偶数档位，以某一个档位工作时，其实它的下一档位齿轮已经啮合，只是另一个离合器还处于分离状态，当控制系统检测到换挡意图时（油门、刹车），电脑自动控制现在的离合器分离，同时下一档位的离合器接合，两者同时进行，从而达到换挡平滑，动力无间断。比如，1档工作时，1#离合器处于接合状态，通过1档齿轮传动；此时2档的齿轮其实也是啮合的，但2#离合器处于分离状态，所以对传动没有影响；控制系统检测到油门继续加大，会自动开始换挡，此时1#离合器分离，同时2#离合器接合，此时一个换挡动作完成，时间短至0.8s，动力没有间断。机械无级变速器Continuously

VariableTransmissionCVT可以实现真正的无级变速，它类似自行车链条传动，只不过CVT的前后两个“链轮”的轮径是可以在一定范围内逐渐连续变化的，理论上可以说是有无限个档位。从图上可以理解，CVT的传动轮每一个都分为左右两片锥轮，两锥轮在轴向可以靠近和远离，两片之间形成了可变宽度的轮槽。比如主动轮（发动机侧）的两片锥轮靠近时，轮槽变窄，轮径变大；从动轮的两片锥轮会远离，轮槽变宽，轮径变小，即低档变向高档。其它反之。液力自动变速器Automatic

TransmissionAT的原理与其它自动变速器完全不同，它通过液力方式传输动力。关键部件是液力变矩器（FTC,FluidTorqueConverter），其它变速器没有这个部件。液力变矩器不同于液力耦合器的主要特征是它具有固定的导轮。导轮对液体的导流作用使液力变矩器的输出扭矩可高于或低于输入扭矩，因而称为变矩器。但AT的缺点也多，一是对速度变化反应较慢；二是液力传动阻力较大，反应慢比较费油，传动效率低，变矩范围也有限；三是机构复杂，修理困难。在液力变扭器内高速循环流动的液压油会产生高温，所以要用指定的耐高温液压油。总之，外负荷↖，车速↘，涡轮转速↘，输出扭矩↖；外负荷↘，车速↖，涡轮转速↖，输出扭矩↘。这种不需控制,自动随外界负荷变化而改变输出转矩和转速的性能称为变矩器的自适应性。电控机械变速器AutomatedManual

Transmission