第八章 无级变速器与双离合器自动变速器结构与维修

    第一节 无级变速器结构与检修
    一、无级变速器结构
    1．无级变速器简单工作原理
    汽车上装配的变速器除了手动变速器（MT）和自动变速器（AT）外，有些车型装有无级变速器（CVT），如图8-1所示为东风日产阳光轿车和斯巴鲁汽车CVT实物。

    无级变速器（Continuously Variable Transmission，直接翻译就是连续可变传动，一般译为无级变速器，缩写为CVT）是传动比可以在一定范围内连续变化的变速器。
    金属带式无级变速器的变速原理如图8-2所示。变速部分由主动带轮、从动带轮和金属带所组成。主动带轮和从动带轮都是由两个带有锥面结构的半个带轮组成，其中一个半轮是固定的，称为固定盘，而另一个半轮则可以通过液压控制系统控制其轴向移动，称为可动盘，它们的锥面所形成的V形槽与V形金属带啮合。由于两个带轮之间的中心距是固定的，因此可通过反向调节主动带轮可动盘与从动带轮可动盘的轴向移动（即当其中一个带轮的V形槽变窄时，另一个带轮的V形槽就会变宽），来改变主动轮、从动轮与V形传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。由于两个带轮的直径可以连续无级变化，所以形成的传动比也是连续无级变化的。

    2．无级变速器的主要结构和工作过程
    下面以奥迪Multitronic CVT（该无级变速器的内部编号为01J为例对无级变速器主要结构和工作过程进行介绍。
    （1）基本组成奥迪01）型CVT主要由缓冲减振装置、动力连接装置、速比变换系统、液压控制系统和电控系统组成，如图8-3所示。

    ①缓冲减振装置。由于01J型无级变速器取消了变矩器，因此在CVT上需要一个缓冲减振装置来缓冲飞轮转动的不均匀对变速器所形成的扭转振动。目前奥迪V6 2. 8L发动机采用飞轮减振装置，奥迪A4 1.8L四缸发动机采用双质量飞轮作为缓冲减振装置，如图8-4所示。

    ②动力连接装置。动力连接装置包括前进档离合器、倒档制动器、行星齿轮机构和辅助减速齿轮，其传动简图如图8-5所示。

    a．前进档离合器和倒档制动器。前进档离合器用于连接输入轴和行星齿轮机构的行星架，倒档制动器用于固定行星齿轮机构的齿圈，两者均采用湿式多片式结构，这与前述的自动变速器中的离合器和制动器的结构是相同的，这里不再叙述。
    b．行星齿轮机构。由齿圈、两个行星轮、行星架、太阳轮组成。当太阳轮顺时针转动时，驱动行星轮1逆时针转动，再驱动行星轮2顺时针转动，最后驱动齿圈也顺时针转动。作为输入元件的太阳轮与输入轴和前进档离合器钢片相连接，作为输出元件的行星架与辅助减速齿轮的主动齿轮和前进档离合器的摩擦片相连接，齿圈和倒档制动器摩擦片相连接，倒档制动器钢片和变速器壳体相连接。行星齿轮机构的简图如图8-6所示。

    c.辅助变速齿轮。辅助变速齿轮是一对普通变速齿轮机构，用于行星齿轮机构传来的动力减速后传给速比变换器的主动链轮，由于受空间限制，其传动比为1. 109。
    ③速比变换器。速比变换器是CVT最重要的装置，其功用是实现无级变速传动速比变换器。由主动链轮、从动链轮和专用传动链组成，如图8-7所示。主动链轮由发动机通过辅助减速齿轮驱动，发动机转矩由传动链传递到从动链轮装置，并由此传给主减速器。每组链轮装置中的其中一个链轮可沿轴向移动，来调整传动链的跨度尺寸，从而连续地改变传动比。两组链轮装置必须同步进行，这样才能保证传动链始终处于张紧状态，以保证传动链和链轮之间的有足够的接触压力。

    a．传动链轮。速比变换器传动链轮的工作模式是基于双活塞工作原理，如图8-8所示。其特点是利用少量的压力油就可以很快地进行换档，这可以保证在相对低压时，锥面链轮与传动链之间有足够的接触压力。

    b．传动链。01）型自动变速器新开发的传动链，与以前传统的滑动带或V带相比传递转矩大，传动效率高，很小的跨度半径就可以产生很大范围的传动比变化。
    另外，01J自动变速器传动链采用了不等长度的链节，可以有效防止共振，并减小运动噪声。
    （2）液压控制系统CVT的液压控制系统也像自动变速器的液压控制系统一样，担负着系统油压的控制、油路的转换控制、用油元件的供油以及冷却、润滑控制等。
    ①液压控制单元。液压控制单元与油泵和变速器控制单元集成为一个小型的不可分单元。液压控制单元和变速器控制单元直接插接在一起。液压控制单元由手动换档阀、9个液压阀和3个电磁控制阀组成。
    ②液压控制油路。液压控制系统的油路图如图8-9所示。为防止系统工作压力过高，限压阀将油泵产生的最高压力限制在0. 82MPa，并通过输导控制阀向三个压力调节电磁阀提供一个恒定的0. 5 MPa的输导控制压力。压力阀防止起动时油泵吸入空气，当油泵输出功率高时，压力阀打开，允许ATF液从回油管流到油泵吸入侧，提高油泵效率。施压阀控制系统压力，在各种工况下都始终能够提供足够的油压。电磁阀N88、N215和N216是压力控制阀，它们将控制电流转变为相应的液压控制压力。

    ③供油装置。供油系统的主要部件是油泵，油泵是变速器中消耗动力的主要部件。奥迪01J型CVT的供油装置采用的是带月牙形密封的内啮合齿轮泵，直接装在液压控制单元上，形成一个整体，并直接由输入轴通过直齿轮驱动泵轴转动，减少了压力损失。
    ④冷却系统。来自主动链轮装置的自动变速器油（ATF），最初流经ATF散热器（ATF散热器与发动机散热器集成在一起）之后，在流回液压控制单元前流经ATF滤清器，如图8-10所示。图中差压阀DDV1防止ATF冷却器压力过高。当ATF温度低时，供油管和回油管建立起的压力有很大不同。达到标定压差，差压阀DDV1打开，供油管与回油管直接接通，使ATF油温度迅速升高。当ATF滤清器的流动阻力过高时（如滤芯堵了），差压阀DDV2打开，阻止DDVI打开。

    为了保护离合器不暴露在高温之下，离合器由单独的油流来冷却（特别是在苛刻条件下行驶）。为了减少离合器冷却时的动力损失，冷却油流由控制单元控制。冷却油可通过吸气喷射泵来增加而不必对油泵容量有过高的要求。
    ⑤润滑系统。位于链轮装置2上的飞溅式润滑油罩盖是变速器又一个独特的结构，它可阻止压力缸建立起动态压力，其结构如图8-11所示。在发动机转速很高时，压力缸内变速器油承受很高的旋转离心力，使其压力上升，此过程称为“动态压力建立”。动态压力建立不是我们所希望的，它能不恰当地提高接触压力，并对传动控制产生有害的影响。

    封闭在飞溅润滑油罩盖内的油承受与压力缸内油相同的动态压力，这样，压力缸内的动态压力得到补偿。飞溅润滑油腔通过燃油喷射孔直接从液压控制单元处获得润滑油，通过此孔，润滑油连续喷入飞溅润滑油腔入口。飞溅润滑油腔容积减少（当改变传动比时）使润滑油从供油入口排出。
    （3）电子控制系统图8-12所示为奥迪01J型f CVT的电子控制系统的组成，其主要由电子控制单元、输入装置（传感器、开关）和输出装置（电磁阀）三部分组成。其特点是电子控制单元集成在速比变换器内，控制单元直接用螺栓紧固在液压控制单元上。3个压力调节阀与控制单元间直接通过坚固的插头连接（S形接头），没有连接线。控制单元用一个25端子的小型插头与汽车线束相连。电控系统更具特点的是集成在控制单元内的传感器技术，壳体容纳全部的传感器，因此不再需要线束和插头，这种结构大大提高了工作效率和可靠性。另外将发动机转速传感器和多功能开关设计成霍尔传感器，霍尔传感器没有机械磨损，信号不受电磁干扰，这使其可靠性进一步提高。传感器为控制单元的集成部件，若某个传感器损坏，必须更换电子控制单元。

    ①电子控制单元。控制单元J217集成在变速器内，控制单元直接用螺栓紧固在液压控制单元上，用一个25针的小型插头与汽车线束相连。J217的底座为一个坚硬的铝板壳，此铝板壳起到了隔热作用。该壳体容纳全部的传感器，因此不再需要线束和插头，因而没有单独线束，这种结构更加提高了控制单元J217的可靠性。
    控制单元J217具有以下主要功能：动态换档控制程序、离合器与制动器的控制、离合器匹配控制、微量打滑控制、过载保护控制、依据行驶阻力自适应控制、爬坡控制功能、强制降档功能、故障自诊断功能、升级程序。
    ②输入装置。输入装置包括各种传感器和开关信号。
    a．变速器输入转速传感器G182。该传感器用于检测主动链轮的转速，提供实际的变速器输入转速。它与发动机转速一起用于离合器控制和作为变速控制的输入变化参考量。
    b.变速器输出转速传感器G195和G196。两个传感器用于检测从动链轮装置的转速。
    c．自动变速器油压传感器G193。该传感器用于检测前进位和倒档制动器压力，是进行离合器控制的重要信号。
    d．自动变速器油压传感器G194。该传感器用于检测链轮与链条之间的接触压力，接触压力由转矩传感器调节，因为接触压力总是与实际变速器输入转矩成比例，利用G194的信号可十分准确地计算出变速器输入转矩。
    e．变速器油温度传感器G93。该传感器用于集成在变速器控制单元电子器件中，用于检测变速器控制单元变速器油温度。变速器油温将影响离合器控制和变速器输入转速控制。
    f.“强制降档”信号。强制降档信号不需要单独的开关，由加速踏板组件传感器G79和G185提供信号，当驾驶人激活强制降档功能时，传感器G79和G185信号电压值超过强制降档点相对应的电压值时，发动机控制单元通过CAN总线向变速器控制单元发出一个强制降档信号，此时控制单元将选择最大加速的最大动力控制参数。
    g．多功能开关F125。多功能开关F125由4个霍尔传感器组成，用于检测换档杆位置信息。每个霍尔传感器均有两种状态：高电位和低电位，用二进制1和0表示，因此4个霍尔传感器能产生16种不同的组合，其中4个组合用于识别变速杆的P、R、N和D位，2个换档组合用于监测中间位置（P-R、R-N-D） ，10个换档组合用于故障分析。
    变速器控制单元根据变速杆位置信息，完成起动机锁止控制、倒车灯控制、P/N内部锁控制、离合器控制、倒车锁止变速比等功能。
F125的故障很难显示出来，在某种情况下，车辆将不能行驶，故障指示灯将闪烁。
    h. Tiptronic开关F1890 Tiptronic开关F189集成在齿轮变速机构的鱼鳞板中，由3个霍尔传感器组成，霍尔传感器由位于鱼鳞板上的电磁阀激活，如图8-13所示。

    鱼鳞板上有7个LED指示灯：4个用于变速杆位置显示，1个用于“制动动作”信号，其余2个用于Tiptronic护板上的“＋”和“－”信号。
    ③执行机构。01）自动变速器的执行机构主要是电磁阀N88、N215和N216，它们接受自动变速器控制单元的指令，实现控制换档和油压调节等功能。N88用于控制离合器冷却阀和溢流阀，N215用于离合器控制，N216用于速比变换器控制。

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