汽車(chē)自動(dòng)變速器原理與維修：無(wú)級(jí)變速器

模塊九無(wú)級(jí)變速器9.1無(wú)極自動(dòng)變速器概述9.1.1無(wú)極自動(dòng)變速器概念

CVT(CONSTANTVARIABLETRANSMISSION)技術(shù)即無(wú)級(jí)變速技術(shù)，它采用傳動(dòng)帶和工作直徑可變的主、從動(dòng)輪相配合來(lái)傳遞動(dòng)力，可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的連續(xù)改變，從而得到傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳匹配。常見(jiàn)的無(wú)級(jí)變速器有液力機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器和金屬帶式無(wú)級(jí)變速器（VDT-CVT），如圖9-1。圖9-1無(wú)級(jí)變速器模塊九無(wú)級(jí)變速器9.1.2無(wú)級(jí)變速器發(fā)展歷史無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器（ContinuouslyVariableTransmission,CVT）由意大利文藝復(fù)興時(shí)期的多項(xiàng)領(lǐng)域博學(xué)者列奧那多·達(dá)芬奇所發(fā)明。

1987年，日本Subaru把裝備CVT變速器的汽車(chē)投放市場(chǎng)，獲得成功。歐洲的Ford和Fiat也將VDT-CVT裝備于排量為1.1L到1.6L的轎車(chē)上。隨著技術(shù)的發(fā)展，能源危機(jī)引發(fā)全球性的節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，在總結(jié)第一代的CVT的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了性能更佳，轉(zhuǎn)矩容量更大的CVT。當(dāng)前，全世界各大汽車(chē)廠商為了提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，都大力進(jìn)行CVT的研發(fā)工作。現(xiàn)在NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽車(chē)品牌中，都有配備CVT變速器的轎車(chē)銷(xiāo)售，全世界CVT轎車(chē)的年產(chǎn)量已達(dá)到近50萬(wàn)輛。有一點(diǎn)值得注意的是，裝備有CVT的汽車(chē)市場(chǎng)，由最初的日本，歐洲，已經(jīng)滲透到北美市場(chǎng)，因此無(wú)級(jí)變速汽車(chē)是當(dāng)今汽車(chē)發(fā)展的主要趨勢(shì)。模塊九無(wú)級(jí)變速器9.1.3無(wú)級(jí)變速器分類(lèi)為實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，按傳動(dòng)方式可采用液體傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)三種方式。一、液體傳動(dòng)液體傳動(dòng)分為兩類(lèi)：一類(lèi)是液壓式，主要是由泵和馬達(dá)組成或者由閥和泵組成的變速傳動(dòng)裝置，適用于中小功率傳動(dòng)。另一類(lèi)為液力式，采用液力耦合器或液力矩進(jìn)行變速傳動(dòng)，適用于大功率（幾百至幾千千瓦）。液體傳動(dòng)的主要特點(diǎn)是：調(diào)速范圍大，可吸收沖擊和防止過(guò)載，傳動(dòng)效率較高，壽命長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化：制造精度要求高，價(jià)格較貴，輸出特性為恒轉(zhuǎn)矩，滑動(dòng)率較大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易發(fā)生漏油。模塊九無(wú)級(jí)變速器二、電力傳動(dòng)電力傳動(dòng)基本上分為三類(lèi)：一類(lèi)是電磁滑動(dòng)式，它是在異步電動(dòng)機(jī)中安裝一電磁滑差離合器，通過(guò)改變其勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)速，這屬于一種較為落后的調(diào)速方式。其特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作維護(hù)方便：滑動(dòng)最大，效率低，發(fā)熱嚴(yán)重，不適合長(zhǎng)期負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，故一般只用于小功率傳動(dòng)。二類(lèi)是直流電動(dòng)機(jī)式，通過(guò)改變磁通或改變電樞電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速。其特點(diǎn)是調(diào)速范圍大，精度也較高，但設(shè)備復(fù)雜，成本高，維護(hù)困難，一般用于中等功率范圍（幾十至幾百千瓦），現(xiàn)已逐步被交流電動(dòng)機(jī)式替代。三類(lèi)是交流電動(dòng)機(jī)式，通過(guò)變極、調(diào)壓和變頻進(jìn)行調(diào)速。實(shí)際應(yīng)用最多者為變頻調(diào)速，即采用一變幅器獲得變幅電源，然后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變速。其特點(diǎn)是調(diào)速性能好、范圍大、效率較高，可自動(dòng)控制，體積小，適用功率范圍寬：機(jī)械特性在降速段位恒轉(zhuǎn)矩，低速時(shí)效率低且運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn)，價(jià)格較高，維修需專(zhuān)業(yè)人員。近年來(lái)，變頻器作為一種先進(jìn)、優(yōu)良的變速裝置迅速發(fā)展，對(duì)機(jī)械無(wú)級(jí)變速器產(chǎn)生了一定的沖擊。模塊九無(wú)級(jí)變速器

三、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)的特點(diǎn)主要是：轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，滑動(dòng)率小，工作可靠，具有恒功率機(jī)械特性，傳動(dòng)效率較高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，價(jià)格相對(duì)便宜；但零部件加工及潤(rùn)滑要求較高，承載能力較低，抗過(guò)載及耐沖擊性較差，故一般適合于中、小功率傳動(dòng)。9.2無(wú)級(jí)變速器原理與操作方法及特點(diǎn)1-主動(dòng)帶輪伺服油缸；2-主動(dòng)帶輪滑動(dòng)盤(pán)；3-鋼帶；4-主動(dòng)帶輪固定盤(pán)；5-輸入軸；6-前進(jìn)擋離合器；7-太陽(yáng)輪；8-齒圈；9-行星架及行星齒輪；10-倒擋制動(dòng)器；11-閥體；12-從動(dòng)帶輪伺服油缸；13-從動(dòng)帶輪滑動(dòng)盤(pán)；14-從動(dòng)帶輪固定盤(pán)；15-中間減速?gòu)膭?dòng)輪；16-主減速器從動(dòng)齒輪；17-主減速器主動(dòng)齒輪；18-輸出軸；19-起步離合器；20-中間減速主動(dòng)齒輪；21-中間軸9.2.1基本原理無(wú)級(jí)變速器和普通自動(dòng)變速器的最大區(qū)別是它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動(dòng)，而只用了兩組帶輪進(jìn)行變速傳動(dòng)。通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)輪與從動(dòng)輪傳動(dòng)帶的接觸半徑進(jìn)行變速，其設(shè)計(jì)構(gòu)思十分巧妙，如圖9-3和9-4。由于CVT可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的連續(xù)改變，從而得到傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳匹配，提高整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，改善駕駛員的操縱方便性和乘員的乘坐舒適性，所以它是理想的汽車(chē)傳動(dòng)裝置。圖9-3錐型盤(pán)和鋼片鏈條圖9-4無(wú)級(jí)變速示意圖

無(wú)級(jí)變速箱轎車(chē)一樣有自己的檔位，停車(chē)檔P、倒車(chē)檔R、空檔N、前進(jìn)檔D等，只是汽車(chē)前進(jìn)自動(dòng)換檔時(shí)十分平穩(wěn)，沒(méi)有突跳的感覺(jué)。圖9-5CVT基本結(jié)構(gòu)

CVT傳動(dòng)系統(tǒng)里，傳統(tǒng)的齒輪被一對(duì)滑輪和一只鋼制皮帶所取代，每個(gè)滑輪其實(shí)是由兩個(gè)椎形盤(pán)組成的V形結(jié)構(gòu)，引擎軸連接小滑輪，透過(guò)鋼制皮帶帶動(dòng)大滑輪。玄機(jī)就出在這特殊的滑輪上：CVT的傳動(dòng)滑輪構(gòu)造比較奇怪，分成活動(dòng)的左右兩半，可以相對(duì)接近或分離。錐型盤(pán)可在液壓的推力作用下收緊或張開(kāi)，擠壓鋼片鏈條以此來(lái)調(diào)節(jié)V型槽的寬度。當(dāng)錐型盤(pán)向內(nèi)側(cè)移動(dòng)收緊時(shí)，鋼片鏈條在錐盤(pán)的擠壓下向圓心以外的方向（離心方向）運(yùn)動(dòng)，相反會(huì)向圓心以?xún)?nèi)運(yùn)動(dòng)。這樣，鋼片鏈條帶動(dòng)的圓盤(pán)直徑增大，傳動(dòng)比也就發(fā)生了變化。

所謂無(wú)級(jí)變速，顧名思義就是在一定傳動(dòng)比范圍內(nèi)能線性的調(diào)節(jié)傳動(dòng)比，理論上相當(dāng)于有無(wú)數(shù)個(gè)檔位。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，由兩個(gè)錐型盤(pán)和一個(gè)鋼片鏈條組成。錐型盤(pán)就是把兩個(gè)圓錐型的盤(pán)片組合在一起形成一個(gè)帶V型槽的驅(qū)動(dòng)盤(pán)。如下圖：圖9-6無(wú)級(jí)變速器錐型盤(pán)可在液壓的推力作用下做軸向移動(dòng)，擠壓剛片鏈條以此來(lái)調(diào)節(jié)V型槽的寬度。當(dāng)錐型盤(pán)向內(nèi)側(cè)移動(dòng)時(shí)，鋼片鏈條在錐盤(pán)的擠壓下向圓心以外的方向（離心方向）運(yùn)動(dòng)。這樣，鋼片鏈條帶動(dòng)的圓盤(pán)直徑增大，傳動(dòng)比也就發(fā)生了變化。因此，無(wú)及調(diào)速得以實(shí)現(xiàn)。有人會(huì)問(wèn)，僅憑鋼片鏈條與V型槽的摩擦力能夠帶得動(dòng)重達(dá)一噸多的汽車(chē)嗎？其實(shí)，汽車(chē)用CVT的核心技術(shù)就在鋼片鏈條上。它不是普通的鏈條。它是由許多特殊形狀的小鋼片組合而成的傳動(dòng)帶。下圖為奧迪A6L上的鏈條。圖9-7奧迪A6L上的鏈條CVT系統(tǒng)主要包括主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。金屬帶由兩束金屬環(huán)和幾百個(gè)金屬片構(gòu)成。主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組都由可動(dòng)盤(pán)和固定盤(pán)組成，與油缸靠近的一側(cè)帶輪可以在軸上滑動(dòng)，另一側(cè)則固定。可動(dòng)盤(pán)與固定盤(pán)都是錐面結(jié)構(gòu)，它們的錐面形成V型槽來(lái)與V型金屬傳動(dòng)帶嚙合。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸輸出的動(dòng)力首先傳遞到CVT的主動(dòng)輪，然后通過(guò)V型傳動(dòng)帶傳遞到從動(dòng)輪，最后經(jīng)減速器、差速器傳遞給車(chē)輪來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。工作時(shí)通過(guò)主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的可動(dòng)盤(pán)作軸向移動(dòng)來(lái)改變主動(dòng)輪、從動(dòng)輪錐面與V型傳動(dòng)帶嚙合的工作半徑，從而改變傳動(dòng)比。可動(dòng)盤(pán)的軸向移動(dòng)量是由駕駛者根據(jù)需要通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)主動(dòng)輪、從動(dòng)輪液壓泵油缸壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的工作半徑可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速。在金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的液壓系統(tǒng)中，從動(dòng)油缸的作用是控制金屬帶的張緊力，以保證來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力高效、可靠的傳遞。主動(dòng)油缸控制主動(dòng)錐輪的位置沿軸向移動(dòng)，在主動(dòng)輪組金屬帶沿V型槽移動(dòng)，由于金屬帶的長(zhǎng)度不變，在從動(dòng)輪組上金屬帶沿V型槽向相反的方向變化。金屬帶在主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組上的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)速比的連續(xù)變化。汽車(chē)開(kāi)始起步時(shí)，主動(dòng)輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳動(dòng)比，從而保證驅(qū)動(dòng)橋能夠有足夠的扭矩來(lái)保證汽車(chē)有較高的加速度。隨著車(chē)速的增加，主動(dòng)輪的工作半徑逐漸增大，從動(dòng)輪的工作半徑相應(yīng)減小，CVT的傳動(dòng)比下降，使得汽車(chē)能夠以更高的速度行駛。9.2.2CVT駕駛操作方法（1）想快請(qǐng)用自動(dòng)模式。以CVT變速箱的自動(dòng)模式加速，可以全程保持在發(fā)動(dòng)機(jī)扭力輸出最高的轉(zhuǎn)速，不會(huì)有動(dòng)力波動(dòng)和換擋“真空期”，因此是加速最快的。手動(dòng)模式不能完全利用發(fā)動(dòng)機(jī)最佳轉(zhuǎn)速，加上換擋耗費(fèi)時(shí)間，所以加速更慢。（2）當(dāng)心斜坡溜車(chē)。不少CVT變速箱在動(dòng)力接合的初段會(huì)發(fā)生打滑，如果在斜坡起步，便不能在初段阻止車(chē)輛溜坡。所以CVT在斜坡起步時(shí)要以手剎輔助。9.2.3CVT的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)一、

CVT變速箱優(yōu)點(diǎn)：

1、由于沒(méi)有了一般自動(dòng)擋變速箱的傳動(dòng)齒輪，也就沒(méi)有了自動(dòng)擋變速箱的換擋過(guò)程，由此帶來(lái)的換檔頓挫感也隨之消失，因此CVT變速箱的動(dòng)力輸出是線性的，在實(shí)際駕駛中非常平順。

2、CVT的傳動(dòng)系統(tǒng)理論上擋位可以無(wú)限多，擋位設(shè)定更為自由，傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪比、速比以及性能、耗油、廢氣排放的平衡，都更容易達(dá)到。

3、CVT傳動(dòng)的機(jī)械效率、省油性大大優(yōu)于普通的自動(dòng)擋變速箱，僅次于手動(dòng)擋變速箱，燃油經(jīng)濟(jì)性要比好很多。二、CVT變速箱劣勢(shì)：

1、相比傳統(tǒng)自動(dòng)擋變速箱而言，它的成本要略高；而且操作不當(dāng)?shù)脑?，出?wèn)題的概率更高。

2、CVT變速箱本身還有它的缺點(diǎn)，就是傳動(dòng)的鋼制皮帶能夠承受的力量有限，一般而言超過(guò)2.8L排量或者280N·M以上的動(dòng)力是它的上限，相信鋼帶的問(wèn)題會(huì)逐步得到解決。9.3梅賽德斯-奔馳7擋自動(dòng)變速器無(wú)級(jí)變速器的誕生可以說(shuō)是汽車(chē)發(fā)展歷史上的一座里程碑。它實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力的無(wú)間斷傳輸，提高了汽車(chē)的加速性能和經(jīng)濟(jì)性能。不過(guò)由于無(wú)級(jí)變速器采用的是摩擦傳動(dòng)原理，限制了與大扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配使用，因此這種傳動(dòng)技術(shù)的運(yùn)用也僅僅局限于像1.3L的派力奧、1.5L的飛度和1.6L的旗云這些小排量車(chē)型之上。最新的技術(shù)雖然已經(jīng)將無(wú)級(jí)變速器運(yùn)用到了3.0L發(fā)動(dòng)機(jī)上，但這仍是不夠的。然而我們沒(méi)有必要為此擔(dān)心，機(jī)械式自動(dòng)有級(jí)變速器同樣可以勝任。根據(jù)數(shù)學(xué)極限原理，當(dāng)有級(jí)自動(dòng)變速器的擋位數(shù)趨近于無(wú)限時(shí)，就可以認(rèn)為它是一臺(tái)無(wú)級(jí)變速器，而且與無(wú)級(jí)變速器相比，它可以承受高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)大扭矩。從中不難看出，自動(dòng)變速器的擋位越多，對(duì)發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的性能就越有利。9.3梅賽德斯-奔馳7擋自動(dòng)變速器

由于自動(dòng)變速器的設(shè)計(jì)制造受制于機(jī)械構(gòu)造和體積的限制，目前市場(chǎng)上的自動(dòng)變速器多為4擋，部分高級(jí)轎車(chē)上也采用了5擋和6擋自動(dòng)變速器。就在2003年，梅賽德斯-奔馳突破了這一瓶頸，設(shè)計(jì)制造了世界第一款7擋自動(dòng)變速器——7G-TRONIC，這是自動(dòng)變速器發(fā)展史上的一個(gè)突破。并且，它從2003年秋季開(kāi)始作為E500、S430、S500、CL500和SL5005款8缸轎車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配備。這款發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)就是換擋更加平順，燃油經(jīng)濟(jì)性明顯提高，加速時(shí)間更短，中間擋加速更快。多擋變速器提升加速和燃油效率的原理那為什么多擋變速器能夠?qū)崿F(xiàn)如此效果呢？這依然要?dú)w結(jié)到無(wú)級(jí)變速器上。同時(shí)，也不難看出，汽車(chē)的最高車(chē)速也有相應(yīng)提升。至于燃油消耗的道理和上述基本相同。從中也不難看出，增加了選用合適擋位使發(fā)動(dòng)機(jī)處于經(jīng)濟(jì)工作狀態(tài)的機(jī)會(huì)，有利于提高燃油經(jīng)濟(jì)性。9.3梅賽德斯-奔馳7擋自動(dòng)變速器在試驗(yàn)中證明，7G-TRONIC7擋自動(dòng)變速器相比老款變速器可降低油耗0.6L/100km(取決于車(chē)型)，同時(shí)可將0～100km/h的加速時(shí)間縮短0.3s，并能夠顯著提高60～120km/h的中間擋加速性能。同時(shí)，換擋時(shí)比目前所裝備的自動(dòng)變速器更加平穩(wěn)和舒適。

7擋模式使自動(dòng)變速器能夠保持較低的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增量，這對(duì)于確保最佳的變速器速比具有重要意義，同時(shí)也增大了最低擋和最高擋之間的速比范圍，使得電子控制模塊能夠更加靈活地調(diào)整換擋，從而降低油耗，提高變速器的響應(yīng)性。而且，這還降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)速，在降低油耗和噪聲方面均有明顯進(jìn)步。運(yùn)用循環(huán)減擋原理進(jìn)行快速換擋當(dāng)駕駛員通過(guò)換擋迅速減速時(shí)(強(qiáng)制降擋)，7G-TRONIC在必要時(shí)將跳過(guò)某個(gè)擋位，例如從7擋直接退至5擋，從5擋直接退至3擋。在這種情況下，通過(guò)強(qiáng)制降擋減速時(shí)實(shí)際上只需要2次換擋，而不是通常所需要的4次換擋。9.3梅賽德斯-奔馳7擋自動(dòng)變速器

7G-TRONIC與其前身一樣，液力變矩器的鎖止離合器是其卓越特性之一。在許多情況下，該系統(tǒng)在很大程度上消除了渦輪和泵輪之間的滑動(dòng)。這需要在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和變速器軸之間