第二节 双离合器的结构和工作原理

一 基本结构特点和工作原理

结构特点

大众02E双离合变速器的双离合器结构如右图所示。

发动机曲轴的旋转，使油液产生离心力，离心力的作用使离合器接合过程中所需的压力增加。为了使离合器接合更加顺利，必须对这个由离心力引起的压力进行补偿。这就要利用离合器K1的碟形弹簧，与K1活塞和K2外片支架形成的腔，以及K2回位弹簧固定片与K2活塞之间形成的腔，为这两个空腔内充油，对在发动机高速运转过程中离心力作用下产生的平衡油压进行补偿。

特点：因为离合器K1用作1档和倒档起步离合器，所以该离合器上的负载要大于离合器K2上的负载。

双离合器设计成让离合器K1处于外侧这样一种结构，可以使离合器K1的直径更大些，也就能传递更大些的转矩及获得更大的工作能力，这样就可满足各种要求了。

为了使换档过程中需要同步的质量尽可能地小，将这两个离合器的衬片归到相应的内片支架上，较重的钢制摩擦片归到外片支架上。

02E双离合变速器的双离合器动力传递原理图

双离合器工作特性：

最大转矩350N•m；

最大接触压力10bar；

最大摩擦功率70kW；

冷却双离合器油流量20L/min。

二 双离合自动变速器油（ATF）供给

ATF供给

ATF供给情况如右图所示。该图表示的是两种不同的状态：

1）图的上半部分表示的是离合器K1已接合的状态。

2）图的下半部分表示的是离合器K2已接合的状态。

双离合器所使用的ATF由主毂借助于旋转孔来提供，矩形环用于实现壳体和主毂之间的密封。主毂内的油道将ATF送至相应的位置。

有一套单独的冷却ATF系统，该系统根据需要对离合器进行永久式冷却和润滑。

冷却和润滑用油经主毂内的同轴孔被送至离合器K2，压力平衡腔内的油也来自其中。

如果K1已刚性接合，则冷却ATF流经已脱开的K2（未吸收热量），然后流向K1，油在这里完成润滑和冷却工作后被甩入变速器壳体。

片支架上打有孔，这样冷却ATF就可从内到外流经相应的离合器。衬片的形状和离心力都有助于ATF流经离合器，这样可以使冷却ATF的压力相对较低（不需要那么高的压力），更重要的是可以保证冷却油量。

ATF的供给

三 控制系统

离合器控制

要想控制离合器K1和K2，就需要处理以下信息：

①发动机转速；②变速器输入转速（G182）（与离合器输入转速相同）；③输入轴1的转速（G501）（与离合器K1的输出转速和分变速器1的输入转速相同）；④输入轴2的转速（G502）（与离合器K2的输出转速和分变速器2的输入转速相同）；⑤发动机转矩；⑥冷却ATF出口温度（G509，该传感器用于测量多片式离合器的ATF温度）；⑦制动压力。

这些功能与双离合器紧密相关：①起步；②动力切换；③离合器冷却；④车辆停止时的离合器控制（蠕动控制）；⑤过载保护；⑥安全切断；⑦微滑控制；⑧离合器自适应。

离合器控制

起步：

在车辆起步时，要考虑发动机转速，以便控制离合器。

变速器控制单元根据车辆的起步特性确定出发动机的规定转速，该转速值通过离合器转矩来调节。驾驶人意愿以及各种发动机的转矩曲线最终确定了起步特性，如下图所示。

如果以很小的节气门开度（比如60%）来让车辆起步，那么发动机转速会很慢地提升到临近的离合器接合点。

如果以很大的节气门开度（比如100%）来让车辆起步，那么发动机转速会很快地提升到离合器接合点。

起步时的转矩控制曲线

动力切换（重叠）与换档过程分为两部分：

1)借助于液压操纵的换档拨叉挂入到分变速器l或分变速器2中的某个档位上。

2)借助于离合器Kl和K2来实现分变速器1和分变速器2之间的动力切换。

该动力切换（1档到6档）是通过离合器K1和K2之间所谓的“换档重叠”来实现的。即：在动力切换过程中，正在传递动力的离合器（在本例中是K1）仍以已经降低了的压紧力在传递着动力，直至正在接合的离合器（在本例中是K2）开始传递发动机转矩才停止传递。

在升档时发动机转矩会短时降低（如右图），在降档时发动机转矩会短时升高，这样会有助于完成换档。

02E的双离合器动力切换图

离合器控制

说明：1）在每种操作情形下，离合器必须被控制在一个相对稳定的状态下，并且贯穿整个使用周期。因此，离合器控制阀的控制电流与离合器转矩之间必须进行不断地调整和适应。

2）离合器的摩擦系数是不断变化的，其摩擦系数的主要影响因素包括：①ATF的质量、老化程度、油位；②ATF的温度；③离合器温度；④离合器打滑量。通过离合器微量打滑来探查并储存离合器控制与转矩之间的关联性，从而为弥补这些因素造成的影响提供依据。

离合器的动态压力平衡控制

在发动机转速较高时，因旋转运动的作用，离合器压力腔内的油承受了很大的离心力作用。

该离心力导致离合器压力腔内的压力沿离合器半径最大方向递增。我们把这种情况称为“动态压力形成”。

在实际工作中，人们并不期望这种动态压力出现，因为这会额外增大压紧力，使得压力腔内的压力无法按规定来升或降。

为保证离合器K1和K2按规定接合或者脱开，当发动机转速升高时，在其各自的压力平衡腔内都会发生一个动态压力平衡（补偿）过程，如右图。

这样就可以精确控制换档过程了，换档舒适性也随之显著提高。

若发动机转速较高时，无法控制离合器的接合，则压力平衡腔内的泄漏会导致离合器及同步机构损坏。

工作过程如下：

活塞的两面都存在ATF压力的作用，这是另加的ATF腔（压力平衡腔）实现的，压力平衡腔内的ATF压力作用在活塞的另一侧。

为此，离合器K2装有一个挡板，该挡板与活塞K2构成了压力平衡腔K2。

对于离合器Kl来说，离合器K2的外片支架同时起着挡板的作用。

压力平衡腔内充注的是冷却用ATF，其压力很低。压力平衡腔内充注的ATF所受到的作用力（动态压力形成的作用力）与压力腔中的作用力是相同的，因此压力腔内的压紧压力处于平衡（稳定）状态。

离合器的动态压力平衡控制

笔记

离合器的液压控制

Mechatronik控制单元J743根据参数计算出离合器的规定压紧力，并确定压力控制阀N215或N216所需要的控制电流大小。

传感器G193及G194（液压压力传感器）将离合器压紧力（实际压紧力）传给液压控制单元。

离合器实际压紧力与其规定压紧力（由J743计算出来）一直在进行对比。

这就是说，控制单元一直在校验着实际压紧力和规定压紧力，如果其偏差达到一定程度，就会执行安全切断操作，如下图所示。

说明：02E双离合变速器的一个特点就是用电磁压力控制阀来直接控制离合器K1和K2。

双离合器液压控制系统

G193—液压压力传感器1 G194—液压压力传感器2 K1—离合器1 K2—离合器2 KKV—离合器冷却阀 N88—电磁阀1 N89—电磁阀2 N90—电磁阀3 N91—电磁阀4 N92—电磁阀5 N215—电动压力控制阀1 N216—电动压力控制阀2 N217—电动压力控制阀3 N218—电动压力控制阀4 N233—电动压力控制阀5 N371—电动压力控制阀6 Sys.Dr.v—系统压力阀（主压力）

四 冷却系统

离合器冷却

为了避免离合器过热，一般采用单独的ATF流来对离合器进行冷却，在离合器调节过程开始的同时，离合器冷却系统也开始工作了。

由于微滑几乎是永远存在的，因此离合器也一直在被冷却并润滑着。

Mechatronik控制单元J743根据离合器状态和冷却ATF需求情况，以一定强度的电流来激活N218。N218随即产生相应大小的控制压力。该控制压力作用到离合器冷却阀的活塞上。根据该控制压力大小，系统会分出相应量的ATF，并把分出的ATF送往离合器，最大冷却能力时的ATF输送量在控制压力为2.0bar时可达约20L/min。

N218采用下降的电流/压力特性曲线，控制单元一般在N218失效时，会一直按最大量要求来供应冷却ATF（符合最大冷却能力的要求），如下表所示。

为了使离合器冷却所消耗的功率尽可能小，即按下表中的行驶状态来控制冷却油流。

*平均电流值，斜坡状激活曲线，1s内电流从150mA升高至1000mA。

五 离合器功能

离合器功能

1）过载保护。如果冷却油出口温度超过160℃（由G509测得），这表示离合器已达到临界温度，如图a所示。离合器过载保护工作过程见图b。

这个极限温度可能是以下情况引起的：①车辆在极陡的坡路上起步；②车辆靠一定量的节气门开度保持在坡路上不动（不靠制动器）。

在以上情况下，保护功能会采用脉动（断续）方式来操控离合器，这时驾驶人能感到强烈矬车（警告矬车）。与此同时，组合仪表上的变速杆位置指示器会闪烁。这种“警告矬车”就是提醒驾驶人：应终止起步，以防止离合器温度进一步升高。

a）离合器过载保护温度传感器G509

离合器功能

出现这种“警告矬车”时，驾驶人应将脚移离加速踏板。如果驾驶人不理会“警告矬车”并继续踩加速踏板，则当冷却ATF出口温度超过170℃时，发动机转矩会逐渐下降，直至无力地以很高的怠速转速工作，这时要求驾驶人必须将脚移离加速踏板。

按要求操作后，离合器冷却系统以最大的冷却能力开始工作，离合器短时内便会冷却，驾驶人再次起步时，就又可以使用发动机的全部转矩并继续行车了。

b）离合器过载保护

如果离合器过载保护功能被激活，则选档杆位置显示屏会在两个显示模式中来回切换（频率1Hz）。

2）蠕动（Creep）控制。“Creep”是英语单词，它指的是装有带液力变矩器的传统自动变速器的车辆，在发动机怠速且挂行驶档时，表现出的一种蠕动（爬行）特性。

在发动机怠速且挂行驶档时，蠕动调节功能可以使离合器上作用有一定的滑动转矩（接合转矩），该转矩会使车辆蠕动（缓慢爬行）。

在调车（比如驻车）时，该蠕动功能使得驾驶人不踏加速踏板就可移动车辆，这提高了行驶舒适性。开车时感觉就像开传统自动变速器车一样。这个接合转矩的值会在1～40N•m之间自动调节，这取决于行驶状态和车速。

这种蠕动调节功能的特点：在车辆停住且驾驶人踩下制动踏板时，离合器接合转矩会降低，因此需要发动机提供的转矩就小了（离合器也进一步脱开了），接合转矩根据制动压力的大小，最多可降至约1N•m。

这相应地就降低了车辆蠕动的趋势。这个特点有助于节约燃油并提高行驶舒适性。车辆停住时的发动机噪声得以降低，将车辆停住所需要施加的制动踏板力也明显变小。

如果停在斜坡上的车辆溜车，且您轻踩制动踏板，则离合器接合转矩只会稍稍增大。您必须通过增大制动力或者拉紧驻车制动器才能停住车辆，开车时感觉就像手动变速器车一样。

3）微滑控制。离合器一直都处于接合状态，其最小滑差约为10r/min。这个滑差值很小，因此被称为“微滑”。

微滑改善了离合器的调节特性和换档质量。某些离合器自适应过程就是在微滑状态下进行的。另外，这种微滑还在发动机和变速器之间起到了减振的作用，因此可改善车辆的振动特性。

当车速高到已经无法降至5档时，离合器K2会完全接合。这样可以保护变速器ATF中的专用添加剂。

4）离合器控制的自适应。在各种工况下以及变速器的整个寿命期内，都必须实现离合器的舒适调节，为此就需要不断地更新离合器阀控制电流与离合器接合转矩之间的关系。

这个更新过程是必须的，因为离合器的摩擦系数在持续变化。摩擦系数取决于下面这些持续变化的因素：①ATF的质量、老化程度、磨损；②ATF温度；③离合器温度；④离合器滑差。

为了补偿上述的这些影响，必须获知并存储各种行驶状况下（比如在微滑时）离合器阀控制电流与离合器接合转矩之间的关系。

离合器功能

5）安全切断。为防止离合器在不需要时就接合，在液压回路中集成有安全切断功能。如果实际的离合器压紧力明显高于离合器规定压紧力，就说明存在与安全相关的功能故障。在这种情况下，相应的分变速器会借助安全切断功能，切换到无压力状态，就是卸掉压力，启动应急运行程序。

能触发安全切断功能的故障就是所有那些让变速器控制单元进入应急运行状态的故障。分变速器1进入应急运行状态，分变速器2就被切断了（N371未激活）。分变速器2进入应急运行状态，分变速器1就被切断了（N233未激活）。

离合器K1和K2的调节，以及换档控制所需要的ATF，是由其各自的ATF供给系统来供应的。即：离合器K1/分变速器1，或者离合器2/分变速器2是可以实现液压切断的。

用于实现分变速器1/2安全切断的是电动压力控制阀N233/N371以及相应的安全阀1/2，如下图所示。

离合器安全切断油路

离合器功能

N233/N371未通电

右图表示的是电动压力控制阀N233/N371未通电时，液压系统的压力状况。

N233/N371未通电。压力控制阀N233和N371采用的是上升的电流/压力特性曲线。即，如果这两个阀未激活，则不会有控制压力作用到安全阀的滑阀上。因此滑阀会被弹簧力推向左侧，并在这个位置切断主油路与相应的离合器控制油路和换档控制油路之间的通道。

N233/N371未通电

N233/N371已通电

如果电磁压力控制阀N233/N371通电，则控制压力就会作用到相应的安全阀上，如右图所示。滑阀克服弹簧力被推到右侧。滑阀在这个位置打开主油路与相应的离合器控制油路和换档控制油路之间的通道。

N233/N371已通电

六 变速器换档顺序

换档拨叉安装位置

4个换档接合套由液压控制的换档拨叉来操纵，每个换档拨叉以滚子轴承来实现在两个钢套中的导向。钢套是压入变速器壳体内的，它同时还是液压活塞的缸筒，换档拨叉通过活塞就可来回运动，如右图所示。

换档拨叉安装位置

换档压力油经过变速器壳体上的孔，流至向后开口的缸筒（液压缸）内。

每个换档拨叉配有一个行程传感器，该传感器用于感知换档拨叉的准确位置和行程。

换档拨叉上作用有压力，该压力大小会将换档拨叉推至左侧止点位置，或右侧止点位置（指已挂档时），以及中间位置（空档位置），如右图所示。

换档拨叉在空档位置（无压力）

如果已经挂档，则相应的液压缸卸压至无压力状态。已挂入的档位，由换档齿轮的齿背和止动销来保持住，如右图所示。

在空档位置时，换档拨叉被止动销固定在中间位置处，而换档接合套有自己的空档位置止动销。

为了保证换档时间恒定不变，换档压力会根据变速器温度、换档持续时间来进行调节，换档压力最大可达20bar。

如果出现功能故障或者换档位置错误，则安全切断功能会将相应的分变速器液压油路“安全切断”。

换档过程中的换档拨叉

换档拨叉安装位置

说明：为了保证变速器的正常工作，变速器控制单元必须知道换档拨叉的准确位置。行程传感器就是用来感知换档拨叉位置的。

因为存在制造误差，所以变速器控制单元需要进行每个换档拨叉止点位置和同步点（每个档位的）的自适应（基本设定）。在更换了Mechatronik后，或者存储有换档方面的故障时，也需要用诊断仪进行基本设定（也叫基本校正）。为此需通过“导航功能”来执行“基本设定”，随后按规定进行自适应行车。

变速器换档顺序

1）在一档位置时加速，1st档齿轮锁环被压到位置1，2nD位齿轮锁环被预压到位置2，离合器K1被关闭，离合器K2被打开，如图a所示。

倒档和1档被相同的传输组件1控制，但是两个齿轮不能同时被选择。为了缩短驱动时间，当变速杆在P/N位置时，倒档被传输组件1预选择，2档被传输组件2预选择。

2）转换到2档：变速器从1档转换到2档时，离合器K1打开，离合器K2关闭。发动机传输转矩到2档齿轮。此时，3档齿轮锁环被预压到位置1，如图b所示。

说明：在变速器内部，1档和3档被选择。

D（S）档被选择时，离合器K2先短时接合，使转矩传递到2档齿轮；同时，在传输组件1（原自由状态）中，1档接合，离合器K1迅速工作，全负载传输转矩；另外，离合器K2立即完全断开。

在其他一些不可预知的换档轴状态，或者极低的温度下，换档可能需要更长的时间。档位变化是通过液压促动换档拨叉实现的，因此换档轴运动至少需要100ms。

a）离合器K2工作

b）3档齿轮环的预压位置