PowerShift 雙離合器變速箱

 

 

(感謝雷雷協力拍攝相關照片)




 

移植自 F1 賽車上的自動雙離合器變速箱,最早由美國汽車零件大廠 BORG-WARNER 率先推出可應用在一般車輛上的系統設計,藉由兩組離合器交互作動,大幅縮短了換檔時間與自排變速箱的尺寸,雖然仍與傳統自排變速箱類似,仍採用液壓控制裝置檔位也具備了緩行進功能,但動力傳輸效率卻可媲美手排變速箱,換檔的速度更遠勝於傳統的自排變速箱。

VW 聞名的 Direct-Shift Gearbox DSG,便是首先將自動雙離合器大量應用的車廠,其後的各家車廠,也紛紛將 BORG-WARNER 研發的基礎應用在自家的變速箱上。

而 FORD 集團也和德國變速箱大廠 GETRAG 以 50:50 的比例合資成立了
GETRAG-FORD ,於 2008 正式發表 FORD 的自動雙離合器變速系統:PowerShift。

PowerShift 可說是價格最平易近人的自動雙離合器系統,但其雙離合的科技仍舊不輸其他類似系統,甚至在某些方面更勝於其他同類系統的前輩們。

PowerShift 的意思,便是在 Shift 的換檔階段時,依舊有 Power 動力輸出。
PowerShift 採用濕式的雙離合器設計,離合器沈浸在變速箱內的液壓油中,可藉由液壓油提供潤滑與散熱功能,特別是在較大扭力輸出的一、二檔會產生較多的熱能時,比乾式離合器具有更佳的散熱效果,影能承受更高的扭力輸出,整體工作效能與耐用度也更理想。

PowerShift 和 DSG 垂直式雙離合器的主要差異,是採用了 Layshift 平行軸設計,尺寸相同的二組離合器為左右平行對等排列:

與二組離合器尺寸不同的垂直式 DSG 相較:

採用尺寸相同二組離合器的 PowerShift ,除了可讓二組離合器各別的動力傳輸一致外,更具有較佳的散熱效能,還可有效縮小變速箱體積,並減少動力傳輸路徑提升傳動效能。

在 D 檔滑行時,也因此設計而能提供如傳統自排箱相同的平順緩行進功能,不若垂直式雙離合器容易出現類似半離合的震動感。而在快速換檔的過程中,PowerShift 呈現的則是快速但滑順的表現,和其他競爭對手類似手排換檔較直接換檔感受有些微差異。

在體積較大的一、二檔齒輪上,PowerShift 還用採用簍空設計,更能有效減輕齒輪重量,讓 PowerShift 變速箱重量降低至 91.5kg(含 7L ATF 重量):

PowerShift 的雙離合器,是將一至六檔分為兩組控制,一組負責 1、3、5、R,另一組負責 2、4、6 檔。
當一檔齒輪嚙合且離合器與輸出軸咬合後,二檔齒輪也已經提前嚙合等待離合器結合,當換檔指令下達時,一檔的離合器放鬆時二檔的離合器便立刻咬合,縮短了齒輪嚙合的作動時間。

因此 PowerShift 可具有非常快速的換檔過程,在雙離合器的交互動作中,便可延續換檔過程中的動力輸出,讓加速持續且不中斷。

一檔流程:

二檔流程:

三檔流程:

四檔流程:

五檔流程:

六檔流程:

倒檔流程:

PowerShift 的同步囓合系統,部份是沿用 FORD 成熟度極高的 MMT6 手排變速系統,各檔齒比擁有很高的修改空間,與傳統自排變速箱大多僅能修改終傳比的設計而言,PowerShift 更容易針對不同車種調整齒比,也可降低車輛的開發成本。

PowerShift 負責齒輪動作的是於無塵室中組裝 Mechatronic 電子液壓控制系統,精密設計的油路與滾珠在接受換檔指令後,推動軸承以嚙合對應齒輪。



搭載 PowerShift 的 FOCUS TDCi 的平均油耗表現為 18.2km/L,僅比搭載手排變速箱的 TDCi 油耗略高 1 km/L,以 PowerShift 變速箱 91.5kg 重量高於手排箱 50kg 來說,傳輸效能確實相當優異。

 

PowerShift 基本規格表

原廠代號:6DCT450

原廠網頁

最大容許扭力:

450 Nm 

淨重: 

89,5 kg 

安裝長度: 

393 mm 

輸入軸 - 差速器

197 mm 

齒比範圍:

4,39 – 6,52 

最大 車輛淨重/拖車淨重:  

2250 kg / 3900 kg 

換檔系統:

液壓換檔控制

其他:

 

 

三軸設計

平行濕式雙離合器 

整合式電子控制

 

Ford Powershift 變速箱細部構造

 

Powershift 換檔模式

 

  1. 自排模式:
    當檔位在 D 檔時,即進入一般自排模式。當變速箱控制模組(TCM)偵測到特殊駕駛情況,
    會自動切換到預先的設定,展現不同的變速箱特性。只有車速在低於 12KM 以下時,才允許
    由 N 檔切換到 R 檔。
     

  2. 手排模式:
    將排檔桿由 D 檔往右撥入即可進入手排模式(若是有 S 檔的車型,向右撥入時會進入 S 檔即
    運動模式,此時向上或向下撥動排檔桿即可轉為手排模式),但是變速箱控制模組(TCM)
    仍會依據車速及引擎轉速限制,自動切換到合適的檔位或限制某些檔位的切換以保護變速箱。
    當加速時,引擎轉速超過 4500rpm 系統會自動切換到下一個較高檔位,目的同樣是為了保護
    變速箱而設計。
     

  3. 上坡模式:
    變速箱控制模組(TCM)會藉由比較引擎動力模組 (PCM) 所傳輸的扭矩值與平路駕駛所儲存
    的扭矩值,來偵測是否處於上坡狀態。
    當引擎傳輸扭矩變高,TCM即判斷為上坡模式,並自動切換較低的檔位以提高推進動力。
     

  4. 下坡模式:
    變速箱控制模組(TCM)會藉由比較引擎動力模組 (PCM) 所傳輸的扭矩值與平路駕駛所儲存
    的扭矩值,來偵測是否處於下坡狀態。
    當引擎傳輸扭矩變低,TCM即判斷為下坡模式,並自動切換至較低檔位以減輕煞車負擔。
     

  5. 高海拔修正模式:
    引擎動力會因為高海拔氣壓下含氧量較低而有所減弱,當引擎動力模組 (PCM) 偵測到大氣壓
    力變低時,會將訊息傳遞給變速箱控制模組(TCM),TCM 會提高各檔位間換檔轉速以補償
    動力的減損。
     

  6. 怠速模式:
    當檔位在 D 檔時,且車輛為靜止狀態並踩住剎車,此時變速箱控制模組(TCM)會預先選擇
    在 2 檔與 R 檔的位置,並減少起步離合器的扭矩值至 5Nm。
    這項功能可以穩定怠速、降低油耗並減少系統的震動傳遞至車艙內。
     

  7. 斜坡潛滑減緩模式:
    當車輛停在上坡的路面,且排檔位在 P 檔或 N 檔位時,1 檔已被預先選定並依據坡度大小,
    引擎怠轉速度會由 800rpm 最高可提高到 1100rpm。
    當車輛停在下坡的路面,且檔位排在 P 檔或 N 檔位時,R 檔已被預先選定並依據坡度大小,
    引擎怠轉速度會由 800rpm 最高可提高到 1100rpm。
     

  8. 緊急安全模式(跛行模式):
    一旦因變速箱發生嚴重故障時,變速箱控制模組(TCM)的程式具有接管變速箱控制的功能。
    當故障發生時,TCM 可讓車輛在有限制的條件下維持基本的操作,此時應儘速前往最近的經
    銷商服務據點,並儘可能縮短駕駛距離以及避免過於激烈的操駕。


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