汽车自动变速器原理与维修：无级变速器

模块九无级变速器9.1无极自动变速器概述9.1.1无极自动变速器概念

CVT(CONSTANTVARIABLETRANSMISSION)技术即无级变速技术，它采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配。常见的无级变速器有液力机械式无级变速器和金属带式无级变速器（VDT-CVT），如图9-1。图9-1无级变速器模块九无级变速器9.1.2无级变速器发展历史无级自动变速器（ContinuouslyVariableTransmission,CVT）由意大利文艺复兴时期的多项领域博学者列奥那多·达芬奇所发明。

1987年，日本Subaru把装备CVT变速器的汽车投放市场，获得成功。欧洲的Ford和Fiat也将VDT-CVT装备于排量为1.1L到1.6L的轿车上。随着技术的发展，能源危机引发全球性的节约能源和环境保护意识的提高，在总结第一代的CVT的经验基础上，开发出了性能更佳，转矩容量更大的CVT。当前，全世界各大汽车厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行CVT的研发工作。现在NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽车品牌中，都有配备CVT变速器的轿车销售，全世界CVT轿车的年产量已达到近50万辆。有一点值得注意的是，装备有CVT的汽车市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势。模块九无级变速器9.1.3无级变速器分类为实现无级变速，按传动方式可采用液体传动、电力传动和机械传动三种方式。一、液体传动液体传动分为两类：一类是液压式，主要是由泵和马达组成或者由阀和泵组成的变速传动装置，适用于中小功率传动。另一类为液力式，采用液力耦合器或液力矩进行变速传动，适用于大功率（几百至几千千瓦）。液体传动的主要特点是：调速范围大，可吸收冲击和防止过载，传动效率较高，寿命长，易于实现自动化：制造精度要求高，价格较贵，输出特性为恒转矩，滑动率较大，运转时容易发生漏油。模块九无级变速器二、电力传动电力传动基本上分为三类：一类是电磁滑动式，它是在异步电动机中安装一电磁滑差离合器，通过改变其励磁电流来调速，这属于一种较为落后的调速方式。其特点结构简单，成本低，操作维护方便：滑动最大，效率低，发热严重，不适合长期负载运转，故一般只用于小功率传动。二类是直流电动机式，通过改变磁通或改变电枢电压实现调速。其特点是调速范围大，精度也较高，但设备复杂，成本高，维护困难，一般用于中等功率范围（几十至几百千瓦），现已逐步被交流电动机式替代。三类是交流电动机式，通过变极、调压和变频进行调速。实际应用最多者为变频调速，即采用一变幅器获得变幅电源，然后驱动电动机变速。其特点是调速性能好、范围大、效率较高，可自动控制，体积小，适用功率范围宽：机械特性在降速段位恒转矩，低速时效率低且运转不够平稳，价格较高，维修需专业人员。近年来，变频器作为一种先进、优良的变速装置迅速发展，对机械无级变速器产生了一定的冲击。模块九无级变速器

三、机械传动机械传动的特点主要是：转速稳定，滑动率小，工作可靠，具有恒功率机械特性，传动效率较高，而且结构简单，维修方便，价格相对便宜；但零部件加工及润滑要求较高，承载能力较低，抗过载及耐冲击性较差，故一般适合于中、小功率传动。9.2无级变速器原理与操作方法及特点1-主动带轮伺服油缸；2-主动带轮滑动盘；3-钢带；4-主动带轮固定盘；5-输入轴；6-前进挡离合器；7-太阳轮；8-齿圈；9-行星架及行星齿轮；10-倒挡制动器；11-阀体；12-从动带轮伺服油缸；13-从动带轮滑动盘；14-从动带轮固定盘；15-中间减速从动轮；16-主减速器从动齿轮；17-主减速器主动齿轮；18-输出轴；19-起步离合器；20-中间减速主动齿轮；21-中间轴9.2.1基本原理无级变速器和普通自动变速器的最大区别是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，而只用了两组带轮进行变速传动。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速，其设计构思十分巧妙，如图9-3和9-4。由于CVT可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性，所以它是理想的汽车传动装置。图9-3锥型盘和钢片链条图9-4无级变速示意图

无级变速箱轿车一样有自己的档位，停车档P、倒车档R、空档N、前进档D等，只是汽车前进自动换档时十分平稳，没有突跳的感觉。图9-5CVT基本结构

CVT传动系统里，传统的齿轮被一对滑轮和一只钢制皮带所取代，每个滑轮其实是由两个椎形盘组成的V形结构，引擎轴连接小滑轮，透过钢制皮带带动大滑轮。玄机就出在这特殊的滑轮上：CVT的传动滑轮构造比较奇怪，分成活动的左右两半，可以相对接近或分离。锥型盘可在液压的推力作用下收紧或张开，挤压钢片链条以此来调节V型槽的宽度。当锥型盘向内侧移动收紧时，钢片链条在锥盘的挤压下向圆心以外的方向（离心方向）运动，相反会向圆心以内运动。这样，钢片链条带动的圆盘直径增大，传动比也就发生了变化。

所谓无级变速，顾名思义就是在一定传动比范围内能线性的调节传动比，理论上相当于有无数个档位。它的结构很简单，由两个锥型盘和一个钢片链条组成。锥型盘就是把两个圆锥型的盘片组合在一起形成一个带V型槽的驱动盘。如下图：图9-6无级变速器锥型盘可在液压的推力作用下做轴向移动，挤压刚片链条以此来调节V型槽的宽度。当锥型盘向内侧移动时，钢片链条在锥盘的挤压下向圆心以外的方向（离心方向）运动。这样，钢片链条带动的圆盘直径增大，传动比也就发生了变化。因此，无及调速得以实现。有人会问，仅凭钢片链条与V型槽的摩擦力能够带得动重达一吨多的汽车吗？其实，汽车用CVT的核心技术就在钢片链条上。它不是普通的链条。它是由许多特殊形状的小钢片组合而成的传动带。下图为奥迪A6L上的链条。图9-7奥迪A6L上的链条CVT系统主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成，与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动，另一侧则固定。可动盘与固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮，然后通过V型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压泵油缸压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。在金属带式无级变速器的液压系统中，从动油缸的作用是控制金属带的张紧力，以保证来自发动机的动力高效、可靠的传递。主动油缸控制主动锥轮的位置沿轴向移动，在主动轮组金属带沿V型槽移动，由于金属带的长度不变，在从动轮组上金属带沿V型槽向相反的方向变化。金属带在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化，实现速比的连续变化。汽车开始起步时，主动轮的工作半径较小，变速器可以获得较大的传动比，从而保证驱动桥能够有足够的扭矩来保证汽车有较高的加速度。随着车速的增加，主动轮的工作半径逐渐增大，从动轮的工作半径相应减小，CVT的传动比下降，使得汽车能够以更高的速度行驶。9.2.2CVT驾驶操作方法（1）想快请用自动模式。以CVT变速箱的自动模式加速，可以全程保持在发动机扭力输出最高的转速，不会有动力波动和换挡“真空期”，因此是加速最快的。手动模式不能完全利用发动机最佳转速，加上换挡耗费时间，所以加速更慢。（2）当心斜坡溜车。不少CVT变速箱在动力接合的初段会发生打滑，如果在斜坡起步，便不能在初段阻止车辆溜坡。所以CVT在斜坡起步时要以手刹辅助。9.2.3CVT的优点与缺点一、

CVT变速箱优点：

1、由于没有了一般自动挡变速箱的传动齿轮，也就没有了自动挡变速箱的换挡过程，由此带来的换档顿挫感也随之消失，因此CVT变速箱的动力输出是线性的，在实际驾驶中非常平顺。

2、CVT的传动系统理论上挡位可以无限多，挡位设定更为自由，传统传动系统中的齿轮比、速比以及性能、耗油、废气排放的平衡，都更容易达到。

3、CVT传动的机械效率、省油性大大优于普通的自动挡变速箱，仅次于手动挡变速箱，燃油经济性要比好很多。二、CVT变速箱劣势：

1、相比传统自动挡变速箱而言，它的成本要略高；而且操作不当的话，出问题的概率更高。

2、CVT变速箱本身还有它的缺点，就是传动的钢制皮带能够承受的力量有限，一般而言超过2.8L排量或者280N·M以上的动力是它的上限，相信钢带的问题会逐步得到解决。9.3梅赛德斯-奔驰7挡自动变速器无级变速器的诞生可以说是汽车发展历史上的一座里程碑。它实现了动力的无间断传输，提高了汽车的加速性能和经济性能。不过由于无级变速器采用的是摩擦传动原理，限制了与大扭矩发动机的匹配使用，因此这种传动技术的运用也仅仅局限于像1.3L的派力奥、1.5L的飞度和1.6L的旗云这些小排量车型之上。最新的技术虽然已经将无级变速器运用到了3.0L发动机上，但这仍是不够的。然而我们没有必要为此担心，机械式自动有级变速器同样可以胜任。根据数学极限原理，当有级自动变速器的挡位数趋近于无限时，就可以认为它是一台无级变速器，而且与无级变速器相比，它可以承受高性能发动机的强大扭矩。从中不难看出，自动变速器的挡位越多，对发挥发动机的性能就越有利。9.3梅赛德斯-奔驰7挡自动变速器

由于自动变速器的设计制造受制于机械构造和体积的限制，目前市场上的自动变速器多为4挡，部分高级轿车上也采用了5挡和6挡自动变速器。就在2003年，梅赛德斯-奔驰突破了这一瓶颈，设计制造了世界第一款7挡自动变速器——7G-TRONIC，这是自动变速器发展史上的一个突破。并且，它从2003年秋季开始作为E500、S430、S500、CL500和SL5005款8缸轿车的标准配备。这款发动机的特点就是换挡更加平顺，燃油经济性明显提高，加速时间更短，中间挡加速更快。多挡变速器提升加速和燃油效率的原理那为什么多挡变速器能够实现如此效果呢？这依然要归结到无级变速器上。同时，也不难看出，汽车的最高车速也有相应提升。至于燃油消耗的道理和上述基本相同。从中也不难看出，增加了选用合适挡位使发动机处于经济工作状态的机会，有利于提高燃油经济性。9.3梅赛德斯-奔驰7挡自动变速器在试验中证明，7G-TRONIC7挡自动变速器相比老款变速器可降低油耗0.6L/100km(取决于车型)，同时可将0～100km/h的加速时间缩短0.3s，并能够显著提高60～120km/h的中间挡加速性能。同时，换挡时比目前所装备的自动变速器更加平稳和舒适。

7挡模式使自动变速器能够保持较低的发动机转速增量，这对于确保最佳的变速器速比具有重要意义，同时也增大了最低挡和最高挡之间的速比范围，使得电子控制模块能够更加灵活地调整换挡，从而降低油耗，提高变速器的响应性。而且，这还降低了发动机的平均转速，在降低油耗和噪声方面均有明显进步。运用循环减挡原理进行快速换挡当驾驶员通过换挡迅速减速时(强制降挡)，7G-TRONIC在必要时将跳过某个挡位，例如从7挡直接退至5挡，从5挡直接退至3挡。在这种情况下，通过强制降挡减速时实际上只需要2次换挡，而不是通常所需要的4次换挡。9.3梅赛德斯-奔驰7挡自动变速器

7G-TRONIC与其前身一样，液力变矩器的锁止离合器是其卓越特性之一。在许多情况下，该系统在很大程度上消除了涡轮和泵轮之间的滑动。这需要在发动机曲轴和变速器轴之间