《汽车底盘构造、原理与检修（上）汽车传动系统》-第八章

第一节无级变速器简介无级变速器（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，简称ＣＶＴ）一直是汽车变速器的理想目标。最常见的无级实现方法是通过改变双锥体上传动钢带（图８-１）或传动链（图８-２）半径的方法，多层传动钢带压在鱼形骨架上，鱼形骨架两侧的多层钢带与两侧的锥体自适应接触。在图８-３的链传动中，转动压块与锥形轮的接触来实现传力。两种方法都可以很容易实现主动锥盘与从动锥盘半径的增大和减小，实现低速挡至高速挡的过渡。因传动过程中接触部分接触压力高，所以带传动只能用在小排量的轿车上，链传动可以用到稍大排量的轿车上，但总体讲：“无级变速器只能用于传递较小的扭矩”。下一页返回第一节无级变速器简介１.钢链式传动带国内从２００２年开始在奥迪Ａ６２.８Ｌ装备的０１Ｊ链传动无级变速器，是迄今为止最先进的无级变速器。其他车系如本田的飞度和菲亚特的西也纳采用多层钢带的带传动，由于仍然使用变扭器作为发动机和变速器之间的动力传递装置，所以功率损失较大。图８-４所示为０１Ｊ变速器的结构图，ＣＶＴ由电控系统部分，液压部分，双质量飞轮或扭转减振器（不采用液力变扭器），双行星轮换向行星排、前进挡离合器、倒挡制动器（有些书上错写为倒挡离合器）组成的换向机构，主从双锥体（带轮）、钢链组成。链轮装置由发动机通过辅助减速齿轮驱动，发动机转矩通过传动链传递到链轮装置，并由此传给主减速器。上一页下一页返回第一节无级变速器简介每个链轮装置中的一个链轮可沿轴向移动，调整传动链的跨度尺寸和改变传动比。两组链轮装置必须同时进行调整，保证传动链始终处于张紧状态和有足够的盘接触传动压力。图８-５所示为０１Ｊ变速器的传动示意图，行星齿轮换向机构采用一个双行星轮行星排，主要作用是实现前进挡和倒挡的转换。制动器Ｂ和离合器Ｋ均采用湿式摩擦片，工作时要有相应的制动器缸和离合器缸控制。前进挡时，前进挡离合器Ｋ接合，行星架直接输出动力，双行星轮行星排不改变传动比。上一页下一页返回第一节无级变速器简介倒挡时，制动器Ｂ制动内齿圈，太阳轮输入，顺时针转动，内行星轮逆时针转动，外行星轮顺时针转动，由于内齿圈不动，行星架逆时针转动，传动比为从动行星架虚拟齿数除以主动太阳轮齿数（行星架虚拟齿数＝内齿圈齿数－太阳轮齿数）。辅助减速机构变速比为５１∶４６。０１Ｊ变速器没有用变扭器作为发动机和变速器之间的动力传递，而采用双质量飞轮作为传力装置和减振装置。倒挡制动器接合时为倒挡，前进挡离合器接合为前进挡，两者都不接合时为空挡或驻车挡。油泵轴带动油泵泵油，电控单元（在阀体后部）和人右手共同控制阀体（液控单元），从而控制前进挡离合器、倒挡制动器工作及主从双锥体半径的大小。上一页下一页返回第一节无级变速器简介２.加副变速器的ＣＶＴ目前ＡＴ液力自动变速器已发展到８挡甚至９挡，限于传统ＣＶＴ的工作原理，通过加大带轮直径实现大速比，不仅使变速器体积增大，更会使机械效率下降。近年来，加装副变速器的新一代ＣＶＴ（如图８-６所示）开始出现。因此新一代ＣＶＴ引入行星齿轮以及离合器，不仅将带轮直径减小，同时还将变速器速比扩大到７.３∶１。图８-７所示为新型ＣＶＴ和传统ＡＴ速比范围对比。在变速器输出轴之前增加一组带离合器的副变速机构，这种一体式行星齿轮结构在传统ＡＴ内很常见，具有１.０和１.８２１两种速比。上一页下一页返回第一节无级变速器简介而传统的ＣＶＴ部分进行了体积削减，通过将带轮直径减小，将速比范围缩小到４∶１，最终实现了变速器总体积的小型化。工作状态下，在带轮部分提供４.０～１.０速比的同时，副变速机构也能从速比１.８２１按需求切换到１.０，这样两组变速机构速比相乘，就形成了７.３∶１的大速比范围的ＣＶＴ变速器。在低速起步时，副变速器处于１挡，速比为１.８２１，发动机动力通过液力变矩器传递给ＣＶＴ变速器，车速均匀上升。液力变矩器转速逐渐与发动机转速同步，并最终锁止行程等速传动。上一页下一页返回第一节无级变速器简介车辆行驶速度逐渐增加时，ＣＶＴ带轮从低速位逐渐变为高速位，此时变速器可提供７.３～１.０的总速比范围；当车速需要继续提升时，副变速器机构进入２挡，副变速器速比从１.８２１降至１.０，通过离合器进行柔性切换，理论上这一过程类似ＡＴ变速器的升挡过程，但是由于速比跨度过大，换挡冲击在所难免，这也是ＡＴ变速器无法完全消除冲击的原因而在新一代ＣＶＴ结构中，得益于ＣＶＴ速比任意调整的优势，副变速器机构的换挡过程中，ＣＶＴ带轮部分也会随之调整，并使调整过程中的总速比输出不变。通过两组传统变速机构的组合应用，速比相乘，实现了７.３∶１的超大范围速比，更重要的是变速器不仅降低了带轮压盘的压力、提高了机械效率，而且总体积缩小。上一页返回第二节奥迪０１Ｊ变速器结构原理与检修奥迪６缸采用飞轮减振装置，４缸汽油机和６缸ＴＤＩ柴油机采用双质量飞轮。上坡或挂车时离合器压力过高时，为了保护离合器系统，进行安全切断。在上坡或挂车时，频繁起步和刹车将导致离合器温度升高，离合器进行过载保护。奥迪０１Ｊ无级变速器可通过控制实现６挡有级变速，各挡的最高车速如表８-１所示。一、采用双活塞原理图８-８所示为双活塞工作原理。压力缸的特点是压强小，但作用面积大，因此压力大，作用是保持链和锥盘的接触压力，保证传递的扭矩。分离缸的特点是压强大，但作用面积小，调整油量小，效率高，作用为改变压力平衡、调整速比。下一页返回第二节奥迪０１Ｊ变速器结构原理与检修为阻止压力缸建立起的离心动态压力，在输出轴侧带轮的压力缸右侧设计了飞溅式油罩盖。０１Ｊ变速箱使用另一种ＡＴＦ作为变速介质。只有作为备件供应的ＣＶＴ变速箱用ＡＴＦ才可用于行星齿轮系保养。轿车每行驶６００００公里或４年需更换自动变速箱ＡＴＦ润滑油。第一次加约７.５Ｌ，换油为４.５～５.０Ｌ。二、带半月牙板的两隙自调式内啮合泵图８-９所示为带月牙板的两隙自调式内啮合齿轮泵结构，为了提高油泵的工作效率，设计上应减小油泵齿轮和月牙板内侧的间隙，同时也要减小油泵齿圈和月牙板外侧的间隙，这两隙越大，吸油区和压油区的连通越大，油泵效率越低。上一页下一页返回第二节奥迪０１Ｊ变速器结构原理与检修为了实现两隙自调为零的目的，半月牙板采用了内扇区和外扇区组合的形式，将内扇区和外扇区中间的密封腔与压油区连通，消除两隙，理论上两隙可为零。三、０１Ｊ变速器控制元件组成１.Ｊ２１７变速器控制单元图８-１０所示为Ｊ２１７变速器控制单元，特点是位于变速器内，控制单元集成了大量的传感器，执行器（电磁阀）采用插接式结构，安装方便，从而节省了大量线束。奥迪０１Ｊ变速器传感器作用、失效替代和仪表故障显示如表８-２所示。上一页下一页返回第二节奥迪０１Ｊ变速器结构原理与检修２.０１Ｊ变速器控制电路图奥迪０１Ｊ变速器控制电路图如图８-１１所示。３.Ｔｉｐｔｒｏｎｉｃ开关Ｔｉｐｔｒｏｎｉｃ开关结构如图８-１２所示。４ＣＡＮ－ＢＵＳ信息交换ＣＡＮ－ＢＵＳ信息交换如图８-１３所示四、液压系统控制（一）离合器控制离合器的控制包括：正常控制、过压控制、过载控制、冷却控制、微量打滑控制和匹配控制。上一页下一页返回第二节奥迪０１Ｊ变速器结构原理与检修１离合器的正常控制离合器的正常控制流程如图８-１４所示。２离合器过压控制离合器过压控制流程如图８-１５所示。３离合器过载控制离合器过载控制流程如图８-１６所示。４液压离合器冷却控制液压离合器冷却控制流程如图８-１７所示５离合器微量打滑控制微量打滑控制如图８-１８所示上一页下一页返回第二节奥迪０１Ｊ变速器结构原理与检修６离合器匹配控制离合器压力控制质量：Ｆ＝Ｎ×μ离合器爬行控制功能：选择前进挡，发动机怠速运转时，爬行控制功能将离合器设定到一个额定的打滑扭矩（离合器扭矩）。离合器爬行控制的意义：一是当车辆处于静止状态选择前进挡时，爬行控制允许不踩加速踏板，而车辆缓慢移动，因此增强了驾驶舒适性；二是当车辆停于坡路上，制动力不足车辆回溜时，离合器压力将增大，使汽车停住（“坡路停住”功能），提高驾驶的安全性；三是在爬行控制模式下，实现了离合器控制匹配，优化了离合器控制。上一页下一页返回第二节奥迪０１Ｊ变速器结构原理与检修（１）爬行模式下匹配。（２）爬行模式下匹配原理如图８-１９所示。（３）部分负荷状态下匹配。部分负荷状态下匹配如图８-２０所示（二）变速器换挡控制无级变速器换挡控制本质是带轮（锥体）半径控制。变速器换挡控制如图８-２１所示，以传动比作为控制目标，以电磁阀Ｎ２１６作为控制实现的对象。奥迪０１Ｊ无级变速器油路图如图８-２２所示。上一页返回第三节０１Ｊ变速器故障一、组合仪表显示故障引起的仪表显示如图８-２４所示，分为轻微性故障、一般性故障和严重故障三种情况。轻微性故障：轻微性故障显示正常，驾驶员根据车辆行驶状况感知该故障。替代程序使车辆可继续行驶，对于驾驶安全性和变速箱安全方面影响并不严重，故障被存储。一般性故障：一般性故障挡位显示反转（全亮）：替代程序使车辆可继续行驶，对于驾驶安全性和变速箱安全方面影响仍不严重，故障被存储；需尽快到服务站维修，否则可能对变速箱造成更大损伤。下一页返回第三节０１Ｊ变速器故障严重故障：严重故障时挡位显示全亮。对于驾驶安全性和变速箱安全方面有严重影响，故障被存储，需马上到服务站维修。注意：该情况可能导致车辆马上停止，或停车后无法再启动车辆。二、０１Ｊ变速箱故障举例（１）半轴油封漏油（箭头为麻点腐蚀），如图８-２５所示。（２）扭矩传感器花键磨损（出现连续冲击，严重时可导致发动机熄火），如图８-２６所示。（３）散热器处冷却油管的供、回油管路接反（挂入Ｄ挡位后松刹车爬行慢，加油冲击后走车）。上一页下一页返回第三节０１Ｊ变速器故障（４）吸气泵前进挡钢套磨损（挂入Ｄ挡，松刹车无爬行，加油冲击后走车），如图８-２７所示。（５）油泵异响（油泵驱动轴衬套脱落），如图８-２８所示。（６）奥迪０１Ｊ电脑多功能开关Ｆ１２５故障，应急模式出现（挡位显示区域出现红屏），如图８-２９所示。。（７）主轴与中壳轴承磨损，导致运转时产生异响，如图８-３０所示。上一页返回图8-1无级变速器的鱼形骨架传动钢带返回图8-2主从双锥体及传动钢链返回图8-3传动链和带轮的接触返回图8-401J变速器的结构返回图8-501J变速器传动示意图返回图8-6新一代CVT返回图8-7新型CVT和传统AT变速比范围对比返回表8-1奥迪01J各挡的最高车速返回图8-8双活塞工作原理返回图8-9带月牙板两隙自调式内啮合齿轮泵结构返回图8-10J217变速器控制单元返回表8-2奥迪01J变速器传感器作用、失效替代和仪表故障显示返回图8-11奥迪01J变速器控制电路图返回图8-12Tiptronic开关结构返回图8-13CAN-BUS信息交换返回图8-14离合器的正常控制流程返回图8-15离合器过压控制流程(HS阀接通油底壳)返回图8-16离合器过载控制流程返回图8-17