解读|长安CS95的增扭模式是怎么回事?

今天车技君看到长安新车CS95的广告,可以看出厂商对CS95的扭矩输出能力非常有信心,有如下宣传,摘抄一段:

长安CS95搭载了中国最强芯——蓝鲸2.0TGDI直喷增压发动机,可实现最大233马力(171KW),持续360N·m的最大扭矩,瞬态可爆发最大380N·m的扭矩。配合强大的爱信6AT变速器液力增扭功能,起步瞬间可将发动机最大扭矩放大到720N·m。

如果长安的宣传属实,那么就等于将发动机输出最大扭矩放大了一倍,达到了过去装备有4L低速档的硬派越野车的增扭效果,这对于CS95这样基于横置前驱平台的,没有配备低速分动箱的SUV车型来说是怎么实现的呢?

长安的D20TGDI发动机可以短时间输出380N·m的扭力,也就是所谓的超增压模式。当ECU监测到电子油门踏板处于深踩急加速状态时,便会控制改变VGT涡轮的叶片角度,从而改变涡轮的增压值,这样可以输出更高的扭矩和功率。

但这个超增压模式的代价就是更加严重的turbo lag,长安这台D20TGDI在开启超增压模式后,外特性曲线随之改变,涡轮介入,进入正压工况的转速被大大延后,从普通增压模式1600rpm上到扭矩平台延后到了2000rpm。同时在高缸压情况下发热增大,在散热系统冗余不足的情况下引擎寿命会缩短,所以在福克斯ST上超增压模式也只能开启15秒。所以这个超增压模式并不适合在红绿灯起步,坡道起步等情况使用,而更适合超车,出弯,中段加速时使用。

回到前文的疑问,下面重点讨论的是CS95广告词所宣传的:起步瞬间将发动机扭矩放大到720 N·m? 也就是长安CS95宣传的增扭功能是基于怎么样的原理。

主机厂这样的宣传,其实就是将传统的液力自动档变速器的扭矩输出特性表述了出来。起步瞬间,实现增大扭矩的效果,就是自动变速器中连接发动机和齿轮组的关键部件液力变矩器的液力传动工作特性带来的,也就是液力变矩器名称的由来。

当发动机运转时,带动液力变矩器的壳体和泵轮与其一同旋转,泵轮内的液压油在离心力的作用下,由泵轮叶片外缘冲向涡轮,并沿涡轮叶片流向导轮,再经导轮叶片内缘,形成循环的液流。液力变矩器之所以实现变力矩,泵轮和涡轮之间ATF(变速器油)的循环流动。而油液循环流动的产生,正是由于泵轮和涡轮之间存在着转速差,使两轮叶片外缘处产生压力差所致。如果泵轮和涡轮的转速差减小,则ATF的流动相对静止,则液力变矩器起不到变矩的作用。

力的作用总是相对的,那么液力变矩器是如何实现扭矩放大的呢?根据流体力学,流速与压强的关系,也就是著名的伯努利效应(Bernoulli effect):

在稳定流动中,流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。这一现象称为“伯努利效应”。扩展一下,伯努利方程:p+1/2ρv^2+ρgh=常量(其中,p为压强,ρ为流体密度,v为流体速度,g为重力加速度,h为高度。)

基于这样的原理,变速器工程师巧妙的将涡轮叶片的截面设计成了类似机翼的形状。这样从涡轮叶片下缘流向导轮的液压油就会有相当大的冲击力,只要将泵轮、涡轮和导轮的叶片设计成一定的形状和角度,就可以利用上述冲击力来提高涡轮(变矩器扭矩输出轮)的输出扭矩。

当汽车在液力变矩器输出扭矩的作用下起步后,与驱动轮胎相连接(经过行星齿轮组)的涡轮也开始随着转动,其转速随着汽车的加速不断增加。这时由泵轮冲向涡轮的液压油除了沿着涡轮叶片流动之外,还要随着涡轮一同转动,使得由涡轮下缘出口处冲向导轮的液压油的方向发生变化,不再与涡轮出口处叶片的方向相同,而是顺着涡轮转动的方向向前偏斜了一个角度,使冲向导轮的液流方向与导轮叶片之间的夹角变小。

当液力变矩器的输入泵轮和输出涡轮之间存在转速差时,泵轮转速越高,涡轮转速越大,车速随着变快,转速差逐渐趋于消失,冲向导轮的液压油方向与导轮叶片的夹角就愈小,液力变矩器的增扭作用亦愈小;反之,汽车行驶受到阻力越大,涡轮和泵轮的转速差越大,车速愈低,液力变矩器的增扭作用就愈大。

当液压油对涡轮和导轮产生冲击扭矩时,涡轮和导轮也对液压油产生一个与冲击扭矩大小相等、方向相反的反作用扭矩Mt和Ms,其中Mt的方向与Mp的方向相反,而Ms的方向与Mp的方向相同。根据液压油受力平衡原理,可得:Mt=Mp+Ms。由于涡轮对液压油的反作用,扭矩Mt与液压油对涡轮的冲击扭矩(即变矩器的输出扭矩)大小相等,方向相反,因此可知,液力变矩器的输出扭矩在数值上等于输入扭矩与导轮对液压油的反作用扭矩之和。显然这一扭矩要大于输入扭矩。

因此,液力变矩器可以赋予汽车低速行驶时有较大的输出扭矩,在汽车起步,上坡或遇到较大行驶阻力时,能使驱动轮获得放大的驱动力矩。这也是传统AT变速器相对MT或者DCT,CVT变速器的一大优势,非常适合匹配在越野车型上,所以绝大部分硬派越野车的自动档车型均匹配液力变速器。

上图中,VT为ATF变速器油螺旋循环流动的流速,VL为泵轮和涡轮的相对线速度,VE为泵轮出口速度,VR为油液的合成速度。

当汽车即将要起步时,泵轮在发动机驱动下转动而涡轮静止不动。由于涡轮没有运动,泵轮与涡轮间的相对速度VL将达最大值,由此而得到的合成速度,即油液从泵轮进入涡轮的速度VR也是最大的。ATF油液进入涡轮的方向和泵轮出口速度之间的夹角θ1也较小,这样液流对涡轮叶片产生的推力也就最大,经查询爱信这台6AT变速器,其最大增扭效果可以达到2.6倍左右。

当涡轮开始旋转并逐步赶上泵轮的转速时,泵轮与涡轮间的相对线速度减小,使合成速度VR减小,并使VR和泵轮出口线速度VE之间的夹角增大。这样液流对涡轮叶片的冲击力及由此力产生的承受扭矩的能力减小,不过随着汽车速度的增加,需要的驱动力矩也迅速降低。

当涡轮高速转动,即输出和输入的转速接近相同时,相对速度VL和合成速度VR都很小,而合成速度VR与泵轮出口速度VE间的夹角很大,这就使液流对涡轮叶片的推力变得很小,这时导轮将不受液压油的冲击作用,导轮开始空转,此工作点称为偶合点。液力变矩器失去增扭作用,其输出扭矩等于输入扭矩,这时变速器的效率处于最高(耦合区)。

基于以上液力变速器工况的介绍,我们可以得出上面这幅图。液力变速器的工况可以分为增扭工况(增扭区)和耦合工况(耦合区)。在增扭区范围内,泵轮和涡轮始终存在转速差,转速差距越大,ATF流速越快,增扭作用越明显,但变速器传动效率越低。在耦合区泵轮和涡轮转速差变得很小,传动效率也最高,此时变速器不存在扭矩放大的效能。

可见,自动变速器中涡轮的输出转速赶上泵轮输入转速是一个连续不断的过程,每一个档位都会重复出现。除非在工作状况反过来,变速器变成主动件,发动机变成被动件,涡轮的转速才会等于或高于泵轮转速。这种情况在下坡和减速时可能会发生。

由于涡轮的转速不会完全等于泵轮的转速,转速差一直处于变化之中。因此自动变速器的扭矩输出也处在一个矢量的变化过程。所以我们并不能简单的理解汽车起步时,AT变速器可以将扭矩放大一倍,实际输出达到了多少具体数值的扭力。所以长安CS95的广告词 “配合强大的爱信6AT变速器液力增扭功能,起步瞬间可将发动机最大扭矩放大到720N·m”这句话里加了一个关键词“起步瞬间”

根据这台爱信6AT变速器特性,起步瞬间最大可以将扭矩放大超过2倍,但也只能在转速差最大的瞬时达成,当CS95的驱动轮转速升高,扭矩放大的效能也随着迅速降低,扭矩放大的作用始终是瞬时的。因此增扭作用并不能等同于硬派越野车的低速档扭矩放大功能。

全文总结:

1. 变速器扭矩放大功能是所有传统液力自动变速器都具备的功能,只是之前并没有在广告中提及过。

2. 液力自动变速器由于存在扭矩放大效果,比MT,CVT,DCT变速器更适合硬派越野车使用。

3. 长安CS95的广告宣传属实,但由于液力自动变速器的扭矩输出特性,扭矩放大2倍的工况只能出现在发动机转速和驱动轮转速差据较大的起步或者脱困瞬间,无法长时间保持,所以与我们理解中的传统越野车4L档不可同日而语。

4. 当长安CS95在越野或脱困时,任一驱动轮开始打滑,那么基于液力变速器的特性,发动机转速和驱动轮转速差将变小,变速器的增扭作用也就随之变小,而更大扭矩输出对于已经打滑的车轮,其实对脱困和爬坡能力没有帮助。所以利用变速器增扭模式的前提是长安CS95的驱动车轮尽量不要打滑,抓地良好。

5. 接上一条,CS95的四驱系统的博格华纳多片离合器基于电磁机构控制,结合响应速度较快,这样能够迅速将变速器的输出扭矩平均分配到四个车轮上,更利于防止驱动轮打滑现象的发生,在起步和爬坡脱困等工况时有一定优势。

以上。

友情提示:本文是cartech车技原创文章,转载请注明出处及cartech车技名称,并附上CarTech车技二维码,抄袭者请自重!

本内容来自汽车之家创作者,不代表汽车之家的观点和立场。
车系: 长安CS95
标签: 技术解析
0 +1
收藏
纠错/举报
7220关注 | 103作品
+ 关注
工程师
Ta的内容

下载之家app

178
评论
收藏
意见反馈