自动变速器是在有效传递功率的同时,通过增加档数来追求换档的顺畅与强劲的动力输出。将这种多档化的思路转变为“无档化”来追求高效率与最强行驶性能的变速器便是无级变速器,简称CVT。
CVT变速器的优势在于:
1.结构简单,制造成本相对较低。
2.低油耗,经济性高。
3.后备功率高,动力性能好。
4.换档平顺,驾驶舒适。
同时也有不足之处:
1.受结构限制,只适用于小排量车型。
2.起步加速体验感相对较差。
目前轿车市场中应用较多的品牌有三菱INVECS CVT、丰田S-CVT(SuperCVT)、日产X-CVT(Xtronic CVT)、奥迪Multitronic、斯巴鲁Lineartronic CVT(纵置链条式无级变速器)。
下面以日产CVT变速器为例进行详细说明。
日产CVT变速器先后经历了三个阶段的演变:
1.“N-CVT”采用电磁离合器传递动力,只能承受较小扭矩。
2.“EXTROID-CVT”采用滚轮来传递动力,能承受的扭矩更大,但成本较高。
3.“Xtronic-CVT”采用高强度钢带等技术,可搭载于中、大排量的车型上。
现阶段又引入全新一代Xtronic-CVT(代号为CVT8)。其结构更加紧凑和轻巧,同时搅拌阻力更低,传动损失更小。目前已取代CVT2和CVT3系列,搭载于天籁公爵、新世代天籁等车型。
工作原理
当变速器控制单元(TCM)接收到车速、负荷等信号,经计算后向步进电机发出指令,电机借助变速杆驱动换档控制阀。初级带轮可移动侧建立油压向下运动,带轮槽宽变窄,初级带轮直径增大,此时变速比减小,处于升档状态。
在回位弹簧的作用下,带轮传感器随初级带轮一同向下移动。同时换档控制阀也向下移动,初级带轮的油路保持一定开度,从而将步进电机和初级带轮维持在一定位置。次级带轮的油压由次级带轮控制电磁阀控制,当次级带轮油压达到平衡后变速停止,变速比固定不变。
结构组成
CVT变速器机械部件由:液力变矩器、行星齿轮装置、钢带与带轮等主要部分组成。
液力变矩器的引入可实现以下功能
1.起步平稳。
2.加速时提供较大扭矩。
不仅保证了平滑的变速,同时也减少了驱动力的损失。
在液力变矩器与初级带轮间,设置行星齿轮装置。当动力经输入轴输入时,通过油压控制离合器来实现前进和后退的转换。
钢带与带轮
钢带由大约400个厚度约为1.8mm的钢板精密冲压而成的钢片和两根12片重叠的钢环(每片钢环厚度约为0.2mm的高强度热处理钢板焊接成环形)组成。
钢片通过压缩作用传递动力,需要与带轮的倾斜面之间发生摩擦力,其原理见下图。由于钢环的张紧力是有整体分散承担,故所受应力变化较小,持久性强。
CVT变速器通过调整钢带和带轮的卷绕半径,实现从低速到高速连续的无极变化。槽宽由初级带轮与次级带轮的油压来控制。
初级带轮、次级带轮都是由倾斜面为11°的固定带轮与可移动式带轮构成。可移动式带轮的背面设有油压室。根据发动机负荷、车速作为输入信号来改变初级、次级带轮的工作压力,可移动式带轮则通过球笼式花键在轴上滑动,从而控制带轮槽宽。
当车辆低速行驶时,初级带轮的槽宽大于次级带轮的,此时初级带轮钢带的圆周半径小于次级带轮的,即小圆带大圆运动,传递较大的扭矩。
当车辆逐渐提速至超速状态行驶时,初级带轮可移动侧向内靠拢,此时槽宽变小迫使钢带升起,直至最高位。而次级带轮可移动侧运动方向相反,向外移动槽宽变大迫使钢带下降。此时初级带轮钢带圆周半径大于次级带轮的即大圆带小圆运动,提供更高的速度行驶。
变速器油冷却系统
CVT油冷却系统分为带CVT油冷却器和不带CVT油冷却器两种。
CVT油加热器通过发动机冷却液,当CVT油温过低时进行加热,油温过高时进行冷却。
CVT油冷却器阀安装在变速器总成上方。通过加热器节温器及回位弹簧来控制冷却器内流动的冷却液,来稳定CVT油温。
注:
1.加热器节温器打开温度为69~73℃。
2.加热器节温器关闭温度为65℃。
3.加热器节温器打开最大行程为5mm(95℃)。
CVT控制系统
通俗来讲,一个完整的CVT控制系统包括:信号的采集和输入、控制单元、命令的执行和反馈三大部分。
控制单元(TCM)的控制项目有:管路压力控制、选档控制、换档控制、锁止控制、ECO模式控制、失效-保护控制、自诊断功能控制等。
注:当车辆出现加速不良、起动缓慢等现象时,TCM检测会到系统故障,车辆可能处于失效-保护模式,以维持车辆的操作。
失速测试
失速测试流程:
1.检查发动机机油油位,确保在正常范围内。
2.检查CVT液是否有泄漏现象,并确保正常。
3.行驶约10分钟进行暖车,使CVT液温度达到50~80℃范围内。
4.踩下制动踏板,将档杆置于D档,并缓慢踩下加速踏板。
(为确保安全务必踩下制动踏板并用合适设备挡在轮胎正前方)
5.迅速读取失速转速,然后松开加速踏板。(测试时切勿踩下加速踏板在5s以上)
6.R档失速测试步骤同D档。
注:
“0”:失速转速在正常范围内
“H”:失速转速偏高
“L”:失速转速偏低
正常失速转速范围:2690~3200rpm
模式学习
A模式学习
1.在更换TCM后,将换档杆推倒P或N档,钥匙开关拧至ON位置。
2.确认组合仪表上档位指示灯是否点亮。(把钥匙开关拧至ON后,约2~3s后点亮)
3.若不显示,则需检查变速器线束、插头端子等是否异常。发现异常需维修或更换。
B模式学习
1.在更换变速器配件完成后,将钥匙开关拧至ON位置。
2.连接专用诊断仪,按“TRANSMISSION”-“自诊断结果”的顺序进行操作。
3.将档杆换到R档。
4.用左脚踩刹车踏板的同时,用右脚将油门踏板踩至不足1/2的位置。
5.进行“记忆删除”操作。
6.档杆在R档的状态下将钥匙开关拧至OFF位置。
7.将档杆推至P或N档。
8.再次将钥匙开关拧至ON位置。
9.确认组合仪表档位指示灯是否点亮。
(把钥匙开关拧至ON后,约2~3s后点亮。否则检查变速器线束及插头针脚是否异常)
C模式学习
1.在变速器总成和TCM同时更换时,应先更换变速器,再更换TCM。
2.更换完成后,进行A模式学习。
3.若先更换了TCM,则需进行B模式学习。
故障点
CVT无级变速器常见故障点集中在阀体、钢带和带轮等处,会引起故障灯点亮、冲击感、异响、提速不畅等现象。
一般情况下CVT油量的不足、阀孔的磨损、电磁阀的卡滞等都会造成油压过低现象的发生。若所有油压都过低,需重点检查油泵中的流量控制阀;若部分油压过低,则需重点检查对应阀体。可采用真空测试法(需专用设备此处不做详细介绍)检查各阀体。
当系统油压过低时,会导致钢带打滑,具体表现为加速时有异响,且速度提不上去。打滑严重时则会加速钢带和带轮的磨损,最终导致变速箱报废。
当油泵流量控制阀卡滞时,造成系统油压不稳定,变速器内则会出现烧离合器片或不正常磨损等现象。
当存在故障码P0848、P0740/P0746时,首先检查变速箱线束及插头是否存在松动接触不良的现象存在。然后再进行阀体的检修或更换。
当无故障码存在,但车子行驶至30~40km/h,发动机转速突然上升,变速器强制降档。此时应重点检查轮速传感器,也不排除变速器的问题。
系统内油压过高则会损坏带轮,严重时会导致带轮的破裂。而各个阀造成油压过低的变现也不尽相同。
电磁阀调节阀油压过低:
1.加速时颤抖或有异响。
2.钢带打滑。
3.钢带和带轮磨损机率增大。
主调压阀/次级调压阀油压过低:
前进档或倒档打滑,加速时颤抖。
次带轮控制阀油压过低:
钢带打滑、颤抖、带轮表面磨损以及出现金属污染物。
锁止控制阀油压过低:
1.挂入前进档时冲击感明显。
2.高速行驶时,锁止离合器无法锁止使引擎转速超过正常值。
油泵流量控制阀油压过低:
钢带打滑、入前进档和入倒档延迟等问题。