第二節 雙離合器的結構和工作原理

一 基本結構特點和工作原理

結構特點

大眾02E雙離合變速器的雙離合器結構如右圖所示。

發動機曲軸的旋轉，使油液產生離心力，離心力的作用使離合器接合過程中所需的壓力增加。為了使離合器接合更加順利，必須對這個由離心力引起的壓力進行補償。這就要利用離合器K1的碟形彈簧，與K1活塞和K2外片支架形成的腔，以及K2回位彈簧固定片與K2活塞之間形成的腔，為這兩個空腔內充油，對在發動機高速運轉過程中離心力作用下產生的平衡油壓進行補償。

特點：因為離合器K1用作1檔和倒檔起步離合器，所以該離合器上的負載要大于離合器K2上的負載。

雙離合器設計成讓離合器K1處于外側這樣一種結構，可以使離合器K1的直徑更大些，也就能傳遞更大些的轉矩及獲得更大的工作能力，這樣就可滿足各種要求了。

為了使換檔過程中需要同步的質量盡可能地小，將這兩個離合器的襯片歸到相應的內片支架上，較重的鋼制摩擦片歸到外片支架上。

02E雙離合變速器的雙離合器動力傳遞原理圖

雙離合器工作特性：

最大轉矩350N?m；

最大接觸壓力10bar；

最大摩擦功率70kW；

冷卻雙離合器油流量20L/min。

二 雙離合自動變速器油（ATF）供給

ATF供給

ATF供給情況如右圖所示。該圖表示的是兩種不同的狀態：

1）圖的上半部分表示的是離合器K1已接合的狀態。

2）圖的下半部分表示的是離合器K2已接合的狀態。

雙離合器所使用的ATF由主轂借助于旋轉孔來提供，矩形環用于實現殼體和主轂之間的密封。主轂內的油道將ATF送至相應的位置。

有一套單獨的冷卻ATF系統，該系統根據需要對離合器進行永久式冷卻和潤滑。

冷卻和潤滑用油經主轂內的同軸孔被送至離合器K2，壓力平衡腔內的油也來自其中。

如果K1已剛性接合，則冷卻ATF流經已脫開的K2（未吸收熱量），然后流向K1，油在這里完成潤滑和冷卻工作后被甩入變速器殼體。

片支架上打有孔，這樣冷卻ATF就可從內到外流經相應的離合器。襯片的形狀和離心力都有助于ATF流經離合器，這樣可以使冷卻ATF的壓力相對較低（不需要那么高的壓力），更重要的是可以保證冷卻油量。

ATF的供給

三 控制系統

離合器控制

要想控制離合器K1和K2，就需要處理以下信息：

①發動機轉速；②變速器輸入轉速（G182）（與離合器輸入轉速相同）；③輸入軸1的轉速（G501）（與離合器K1的輸出轉速和分變速器1的輸入轉速相同）；④輸入軸2的轉速（G502）（與離合器K2的輸出轉速和分變速器2的輸入轉速相同）；⑤發動機轉矩；⑥冷卻ATF出口溫度（G509，該傳感器用于測量多片式離合器的ATF溫度）；⑦制動壓力。

這些功能與雙離合器緊密相關：①起步；②動力切換；③離合器冷卻；④車輛停止時的離合器控制（蠕動控制）；⑤過載保護；⑥安全切斷；⑦微滑控制；⑧離合器自適應。

離合器控制

起步：

在車輛起步時，要考慮發動機轉速，以便控制離合器。

變速器控制單元根據車輛的起步特性確定出發動機的規定轉速，該轉速值通過離合器轉矩來調節。駕駛人意愿以及各種發動機的轉矩曲線最終確定了起步特性，如下圖所示。

如果以很小的節氣門開度（比如60%）來讓車輛起步，那么發動機轉速會很慢地提升到臨近的離合器接合點。

如果以很大的節氣門開度（比如100%）來讓車輛起步，那么發動機轉速會很快地提升到離合器接合點。

起步時的轉矩控制曲線

動力切換（重疊）與換檔過程分為兩部分：

1)借助于液壓操縱的換檔撥叉掛入到分變速器l或分變速器2中的某個檔位上。

2)借助于離合器Kl和K2來實現分變速器1和分變速器2之間的動力切換。

該動力切換（1檔到6檔）是通過離合器K1和K2之間所謂的“換檔重疊”來實現的。即：在動力切換過程中，正在傳遞動力的離合器（在本例中是K1）仍以已經降低了的壓緊力在傳遞著動力，直至正在接合的離合器（在本例中是K2）開始傳遞發動機轉矩才停止傳遞。

在升檔時發動機轉矩會短時降低（如右圖），在降檔時發動機轉矩會短時升高，這樣會有助于完成換檔。

02E的雙離合器動力切換圖

離合器控制

說明：1）在每種操作情形下，離合器必須被控制在一個相對穩定的狀態下，并且貫穿整個使用周期。因此，離合器控制閥的控制電流與離合器轉矩之間必須進行不斷地調整和適應。

2）離合器的摩擦系數是不斷變化的，其摩擦系數的主要影響因素包括：①ATF的質量、老化程度、油位；②ATF的溫度；③離合器溫度；④離合器打滑量。通過離合器微量打滑來探查并儲存離合器控制與轉矩之間的關聯性，從而為彌補這些因素造成的影響提供依據。

離合器的動態壓力平衡控制

在發動機轉速較高時，因旋轉運動的作用，離合器壓力腔內的油承受了很大的離心力作用。

該離心力導致離合器壓力腔內的壓力沿離合器半徑最大方向遞增。我們把這種情況稱為“動態壓力形成”。

在實際工作中，人們并不期望這種動態壓力出現，因為這會額外增大壓緊力，使得壓力腔內的壓力無法按規定來升或降。

為保證離合器K1和K2按規定接合或者脫開，當發動機轉速升高時，在其各自的壓力平衡腔內都會發生一個動態壓力平衡（補償）過程，如右圖。

這樣就可以精確控制換檔過程了，換檔舒適性也隨之顯著提高。

若發動機轉速較高時，無法控制離合器的接合，則壓力平衡腔內的泄漏會導致離合器及同步機構損壞。

工作過程如下：

活塞的兩面都存在ATF壓力的作用，這是另加的ATF腔（壓力平衡腔）實現的，壓力平衡腔內的ATF壓力作用在活塞的另一側。

為此，離合器K2裝有一個擋板，該擋板與活塞K2構成了壓力平衡腔K2。

對于離合器Kl來說，離合器K2的外片支架同時起著擋板的作用。

壓力平衡腔內充注的是冷卻用ATF，其壓力很低。壓力平衡腔內充注的ATF所受到的作用力（動態壓力形成的作用力）與壓力腔中的作用力是相同的，因此壓力腔內的壓緊壓力處于平衡（穩定）狀態。

離合器的動態壓力平衡控制

筆記

離合器的液壓控制

Mechatronik控制單元J743根據參數計算出離合器的規定壓緊力，并確定壓力控制閥N215或N216所需要的控制電流大小。

傳感器G193及G194（液壓壓力傳感器）將離合器壓緊力（實際壓緊力）傳給液壓控制單元。

離合器實際壓緊力與其規定壓緊力（由J743計算出來）一直在進行對比。

這就是說，控制單元一直在校驗著實際壓緊力和規定壓緊力，如果其偏差達到一定程度，就會執行安全切斷操作，如下圖所示。

說明：02E雙離合變速器的一個特點就是用電磁壓力控制閥來直接控制離合器K1和K2。

雙離合器液壓控制系統

G193—液壓壓力傳感器1 G194—液壓壓力傳感器2 K1—離合器1 K2—離合器2 KKV—離合器冷卻閥 N88—電磁閥1 N89—電磁閥2 N90—電磁閥3 N91—電磁閥4 N92—電磁閥5 N215—電動壓力控制閥1 N216—電動壓力控制閥2 N217—電動壓力控制閥3 N218—電動壓力控制閥4 N233—電動壓力控制閥5 N371—電動壓力控制閥6 Sys.Dr.v—系統壓力閥（主壓力）

四 冷卻系統

離合器冷卻

為了避免離合器過熱，一般采用單獨的ATF流來對離合器進行冷卻，在離合器調節過程開始的同時，離合器冷卻系統也開始工作了。

由于微滑幾乎是永遠存在的，因此離合器也一直在被冷卻并潤滑著。

Mechatronik控制單元J743根據離合器狀態和冷卻ATF需求情況，以一定強度的電流來激活N218。N218隨即產生相應大小的控制壓力。該控制壓力作用到離合器冷卻閥的活塞上。根據該控制壓力大小，系統會分出相應量的ATF，并把分出的ATF送往離合器，最大冷卻能力時的ATF輸送量在控制壓力為2.0bar時可達約20L/min。

N218采用下降的電流/壓力特性曲線，控制單元一般在N218失效時，會一直按最大量要求來供應冷卻ATF（符合最大冷卻能力的要求），如下表所示。

為了使離合器冷卻所消耗的功率盡可能小，即按下表中的行駛狀態來控制冷卻油流。

*平均電流值，斜坡狀激活曲線，1s內電流從150mA升高至1000mA。

五 離合器功能

離合器功能

1）過載保護。如果冷卻油出口溫度超過160℃（由G509測得），這表示離合器已達到臨界溫度，如圖a所示。離合器過載保護工作過程見圖b。

這個極限溫度可能是以下情況引起的：①車輛在極陡的坡路上起步；②車輛靠一定量的節氣門開度保持在坡路上不動（不靠制動器）。

在以上情況下，保護功能會采用脈動（斷續）方式來操控離合器，這時駕駛人能感到強烈矬車（警告矬車）。與此同時，組合儀表上的變速桿位置指示器會閃爍。這種“警告矬車”就是提醒駕駛人：應終止起步，以防止離合器溫度進一步升高。

a）離合器過載保護溫度傳感器G509

離合器功能

出現這種“警告矬車”時，駕駛人應將腳移離加速踏板。如果駕駛人不理會“警告矬車”并繼續踩加速踏板，則當冷卻ATF出口溫度超過170℃時，發動機轉矩會逐漸下降，直至無力地以很高的怠速轉速工作，這時要求駕駛人必須將腳移離加速踏板。

按要求操作后，離合器冷卻系統以最大的冷卻能力開始工作，離合器短時內便會冷卻，駕駛人再次起步時，就又可以使用發動機的全部轉矩并繼續行車了。

b）離合器過載保護

如果離合器過載保護功能被激活，則選檔桿位置顯示屏會在兩個顯示模式中來回切換（頻率1Hz）。

2）蠕動（Creep）控制。“Creep”是英語單詞，它指的是裝有帶液力變矩器的傳統自動變速器的車輛，在發動機怠速且掛行駛檔時，表現出的一種蠕動（爬行）特性。

在發動機怠速且掛行駛檔時，蠕動調節功能可以使離合器上作用有一定的滑動轉矩（接合轉矩），該轉矩會使車輛蠕動（緩慢爬行）。

在調車（比如駐車）時，該蠕動功能使得駕駛人不踏加速踏板就可移動車輛，這提高了行駛舒適性。開車時感覺就像開傳統自動變速器車一樣。這個接合轉矩的值會在1～40N?m之間自動調節，這取決于行駛狀態和車速。

這種蠕動調節功能的特點：在車輛停住且駕駛人踩下制動踏板時，離合器接合轉矩會降低，因此需要發動機提供的轉矩就小了（離合器也進一步脫開了），接合轉矩根據制動壓力的大小，最多可降至約1N?m。

這相應地就降低了車輛蠕動的趨勢。這個特點有助于節約燃油并提高行駛舒適性。車輛停住時的發動機噪聲得以降低，將車輛停住所需要施加的制動踏板力也明顯變小。

如果停在斜坡上的車輛溜車，且您輕踩制動踏板，則離合器接合轉矩只會稍稍增大。您必須通過增大制動力或者拉緊駐車制動器才能停住車輛，開車時感覺就像手動變速器車一樣。

3）微滑控制。離合器一直都處于接合狀態，其最小滑差約為10r/min。這個滑差值很小，因此被稱為“微滑”。

微滑改善了離合器的調節特性和換檔質量。某些離合器自適應過程就是在微滑狀態下進行的。另外，這種微滑還在發動機和變速器之間起到了減振的作用，因此可改善車輛的振動特性。

當車速高到已經無法降至5檔時，離合器K2會完全接合。這樣可以保護變速器ATF中的專用添加劑。

4）離合器控制的自適應。在各種工況下以及變速器的整個壽命期內，都必須實現離合器的舒適調節，為此就需要不斷地更新離合器閥控制電流與離合器接合轉矩之間的關系。

這個更新過程是必須的，因為離合器的摩擦系數在持續變化。摩擦系數取決于下面這些持續變化的因素：①ATF的質量、老化程度、磨損；②ATF溫度；③離合器溫度；④離合器滑差。

為了補償上述的這些影響，必須獲知并存儲各種行駛狀況下（比如在微滑時）離合器閥控制電流與離合器接合轉矩之間的關系。

離合器功能

5）安全切斷。為防止離合器在不需要時就接合，在液壓回路中集成有安全切斷功能。如果實際的離合器壓緊力明顯高于離合器規定壓緊力，就說明存在與安全相關的功能故障。在這種情況下，相應的分變速器會借助安全切斷功能，切換到無壓力狀態，就是卸掉壓力，啟動應急運行程序。

能觸發安全切斷功能的故障就是所有那些讓變速器控制單元進入應急運行狀態的故障。分變速器1進入應急運行狀態，分變速器2就被切斷了（N371未激活）。分變速器2進入應急運行狀態，分變速器1就被切斷了（N233未激活）。

離合器K1和K2的調節，以及換檔控制所需要的ATF，是由其各自的ATF供給系統來供應的。即：離合器K1/分變速器1，或者離合器2/分變速器2是可以實現液壓切斷的。

用于實現分變速器1/2安全切斷的是電動壓力控制閥N233/N371以及相應的安全閥1/2，如下圖所示。

離合器安全切斷油路

離合器功能

N233/N371未通電

右圖表示的是電動壓力控制閥N233/N371未通電時，液壓系統的壓力狀況。

N233/N371未通電。壓力控制閥N233和N371采用的是上升的電流/壓力特性曲線。即，如果這兩個閥未激活，則不會有控制壓力作用到安全閥的滑閥上。因此滑閥會被彈簧力推向左側，并在這個位置切斷主油路與相應的離合器控制油路和換檔控制油路之間的通道。

N233/N371未通電

N233/N371已通電

如果電磁壓力控制閥N233/N371通電，則控制壓力就會作用到相應的安全閥上，如右圖所示。滑閥克服彈簧力被推到右側。滑閥在這個位置打開主油路與相應的離合器控制油路和換檔控制油路之間的通道。

N233/N371已通電

六 變速器換檔順序

換檔撥叉安裝位置

4個換檔接合套由液壓控制的換檔撥叉來操縱，每個換檔撥叉以滾子軸承來實現在兩個鋼套中的導向。鋼套是壓入變速器殼體內的，它同時還是液壓活塞的缸筒，換檔撥叉通過活塞就可來回運動，如右圖所示。

換檔撥叉安裝位置

換檔壓力油經過變速器殼體上的孔，流至向后開口的缸筒（液壓缸）內。

每個換檔撥叉配有一個行程傳感器，該傳感器用于感知換檔撥叉的準確位置和行程。

換檔撥叉上作用有壓力，該壓力大小會將換檔撥叉推至左側止點位置，或右側止點位置（指已掛檔時），以及中間位置（空檔位置），如右圖所示。

換檔撥叉在空檔位置（無壓力）

如果已經掛檔，則相應的液壓缸卸壓至無壓力狀態。已掛入的檔位，由換檔齒輪的齒背和止動銷來保持住，如右圖所示。

在空檔位置時，換檔撥叉被止動銷固定在中間位置處，而換檔接合套有自己的空檔位置止動銷。

為了保證換檔時間恒定不變，換檔壓力會根據變速器溫度、換檔持續時間來進行調節，換檔壓力最大可達20bar。

如果出現功能故障或者換檔位置錯誤，則安全切斷功能會將相應的分變速器液壓油路“安全切斷”。

換檔過程中的換檔撥叉

換檔撥叉安裝位置

說明：為了保證變速器的正常工作，變速器控制單元必須知道換檔撥叉的準確位置。行程傳感器就是用來感知換檔撥叉位置的。

因為存在制造誤差，所以變速器控制單元需要進行每個換檔撥叉止點位置和同步點（每個檔位的）的自適應（基本設定）。在更換了Mechatronik后，或者存儲有換檔方面的故障時，也需要用診斷儀進行基本設定（也叫基本校正）。為此需通過“導航功能”來執行“基本設定”，隨后按規定進行自適應行車。

變速器換檔順序

1）在一檔位置時加速，1st檔齒輪鎖環被壓到位置1，2nD位齒輪鎖環被預壓到位置2，離合器K1被關閉，離合器K2被打開，如圖a所示。

倒檔和1檔被相同的傳輸組件1控制，但是兩個齒輪不能同時被選擇。為了縮短驅動時間，當變速桿在P/N位置時，倒檔被傳輸組件1預選擇，2檔被傳輸組件2預選擇。

2）轉換到2檔：變速器從1檔轉換到2檔時，離合器K1打開，離合器K2關閉。發動機傳輸轉矩到2檔齒輪。此時，3檔齒輪鎖環被預壓到位置1，如圖b所示。

說明：在變速器內部，1檔和3檔被選擇。

D（S）檔被選擇時，離合器K2先短時接合，使轉矩傳遞到2檔齒輪；同時，在傳輸組件1（原自由狀態）中，1檔接合，離合器K1迅速工作，全負載傳輸轉矩；另外，離合器K2立即完全斷開。

在其他一些不可預知的換檔軸狀態，或者極低的溫度下，換檔可能需要更長的時間。檔位變化是通過液壓促動換檔撥叉實現的，因此換檔軸運動至少需要100ms。

a）離合器K2工作

b）3檔齒輪環的預壓位置