聊聊汽车自动变速器保养那些事(二)—自动变速器保养的原因

2016-12-03北京薛庆文

汽车维修与保养 2016年7期

关键词：滤清器油压油液

◆文/北京　薛庆文

◆文/北京薛庆文

薛庆文

(本刊编委会委员)

北京陆兵汽车技术服务有限公司培训讲师、北京清华大学国家骨干教师培训基地专家讲师、北京理工大学客座教授、全国汽车维修专项技能认证技术支持中心培训讲师及命题专家、国家质检总局汽车产品缺陷管理中心特聘专家、中国汽车维修技术总监俱乐部发起人、北京天元陆兵汽车科技有限公司总工程师、马来西亚汽车公会特聘讲师、2016年汽车自动变速箱智能养护大赛总策划兼总裁判长。

(接2016年第4期)

二、自动变速器保养的原因

1.自动变速器液压循环原理

任意一款带有液压控制功能并带有湿式摩擦元件的自动变速器(AT、CVT、DCT、顺序换挡变速器、混动变速器)都具有液压循环系统，该系统又称为“液压冷却循环系统”。如果单纯从冷却方面来理解则过于狭隘，我们必须了解自动变速器液压循环系统的工作原理及作用，包括液压循环的目的以及液压循环系统状态的变化对变速器的影响。

一个带有液力传动控制功能的自动变速器借助油液循环实现多种功能，从而实现变速器的整个液压系统的工作过程(图5)。首先变速器油底壳内必须存储足够量的ATF，启动发动机后变速器油泵开始工作，油泵把油底壳内的ATF通过滤清器的过滤后抽上来，经过其做功并形成油泵油压输送至液压控制单元(阀体俗称“油路板”)，由液压控制单元调整好的各种油压再向其他系统或液压元件输送，其中系统主油压(变速器内最高油压)用来实现各挡位的切换，也就是终端元件(离合器和制动器)所需要的油压，终端元件借助摩擦扭矩(油压的作用下)通过有效管理行星齿轮机构并生成变速器的各挡(倒挡、减速挡、直接挡、超速挡以及P/N挡)。

图5　自动变速器液压循环系统流程图

而由液压控制单元内的变扭器油压调节阀(次级油压调节阀或辅助压力调节阀)调节出来的变扭器所需的工作油压(仅次于系统主油压)，直接输送至变扭器内，变扭器借助发动机的旋转，其内部油液便产生动态离心力，这样变扭器就会把发动机所产生的动力利用液压或机械(TCC闭锁离合器)的方式传递至变速器内。

发动机作为动力源，变扭器作为桥梁把发动机和自动变速器连接起来，从而在动力挡位下让车辆行驶。值得说明的是这一工作过程发生了一定的能耗，也就是功率损失过程，因为发动机输出的是机械能，在变扭器内转换成液压能，在变速器内又转换成机械能。从机械能到液压能之间的转换不存在能耗损失问题，但由液压能转换为机械能时便有能耗的损失，能耗的损失不仅是车辆油耗的损失，更重要的是它形成了大量的热能，因此变扭器做功后，输出端高温状态的ATF必须到冷却控制系统进行热交换过程。目前这条液压循环管路有相应的管理功能，即温度不高时可以不到冷却系统进行热交换，只有温度高的时候才需要热交换过程，因此这仅是一条循环管路，而其他诸如离合器或制动器工作后的油液会直接回到变速器油底壳内，包括机械部件的ATF油路。

因此，结合以上分析我们总结出自动变速器液压循环系统的作用如下：①油液借助油压作用的循环可使所有的机械部件得到良好的润滑过程；②可以通过热交换过程冷却油液和高温部件；③通过过滤装置净化油液状态；④有助于密封件的润滑和减少磨损；⑤良好的液压循环系统可减少机械元件的冷磨损和热磨损；⑥液压循环系统的正常工作过程可延长变速器各部件的使用寿命；⑦借助智能管理功能可提高燃油经济性并减少车辆排放等。

随着变速器使用时间及使用状态的变化，自动变速器液压循环系统的状态也会随之发生变化，特别是在冷循环和热循环状态下容易对变速器介质(ATF)和其他部件带来伤害。因为达到一定时期后变速器的热循环逐渐形成恶性循环，最终进入“死亡循环”(图6)，车辆彻底不能行驶，变速器损坏。

图6　自动变速器“死亡循环图”

2.液力电控自动变速器液压循环原理

自动变速器要比手动变速器寿命短，因为所有的自动变速器都存在液压系统的“死亡循环”，而且这个循环是从新车开动那一时刻就开始了，一直到变速器的寿命结束。如何来延缓自动变速器“死亡循环”的时间呢？在正常使用情况下我们一般的做法是及时更换ATF，一是因长时间高温下变质的ATF会带来液压系统压力的异常，导致元件异常磨损；二是更换滤清器，带走一部分机械部件磨损下来的比较粗的颗粒，净化ATF状态。为了更进一步说明自动变速器液压循环系统的重要性，我们对冷热循环系统加以细致说明，并且把此循环系统称之为“自动变速器生命周期循环图”(图7)，从而分析一个正常自动变速器如何从“冷循环”到“热循环”至“恶性循环”再到“死亡循环”的过程。

大多数自动变速器都会有一个下置式油底壳，它主要用来存储适量的ATF以及收集一些变速器内的杂质。发动机运转后带动自动变速器油泵一起旋转，油泵会把油底壳内的ATF通过滤清器的过滤，抽上来并压出去，这一过程中滤清器不仅起到油质过滤的作用，还要实现杂质回收，因此我们把油底壳内的ATF和滤清器称之为“以油泵为核心的上游控制”。油泵负责抽油并建立油泵油压的工作，油泵压出去的液压油流向变速器的“心脏”—阀体(油路板)的主油压调节阀处，以便形成变速器的系统油压。阀体相当于自动变速器液压系统的油压分配及系统管理中心，它把调节好的变扭器工作油压输送至液力变扭器内。变扭器的任务是完成发动机的动力传递过程，但它又是一个热源体，做功后的热油必须去冷却系统进行热交换，因此无论是集成式冷却器还是独立式冷却器，它的功能就是确保流量和热交换，经过热交换后的ATF又回到变速器需要润滑的机械部件上(特别是行星齿轮机构)，由于其属于常啮合齿轮组，时刻需要良好的润滑，否则变速器将无法实现各挡工作。齿轮润滑后的油液自然又回到油底壳内，这样便完成一次整体循环过程。

图7　自动变速器生命周期循环图

变速器长时间不保养会对哪些系统或者哪些部件带来损伤？自动变速器长时间高温后ATF的整体性能就会随之下降，性能变差的ATF在液压循环中首先影响的是机械元件。当润滑条件变差时机械元件自然会形成磨损，磨损下来的颗粒一部分被滤清器和冷却器所收集，一部分细微的颗粒会随着油液的循环进入到变速器的核心部位，即变速器的阀体内。滤清器收集的颗粒越多，其过滤能力就会越来越低，从而影响油泵的抽油能力和油泵本身的润滑质量。油泵抽油能力下降，导致液压系统的压力调节功能失调，这样变扭器本身的能耗损失也越来越大，变速器温度持续升高。当冷却器内的颗粒越来越多时变速器的热交换能力以及润滑流量会受到影响，这样变速器温度会越来越高，同时行星齿轮机构因得不到良好的润滑而加剧磨损，磨损下来的更多颗粒进入滤清器，造成严重堵塞情况，此时油泵难以正常工作，变速器因无油压而停止动力传递过程，变速器最终进入“死亡循环”。另外，在滤清器未完全堵塞之前，如果有细微的颗粒进入液压控制单元(阀体)后会导致阀门的卡滞或磨损，包括电磁阀的卡滞或磨损，因此导致变速器提前损坏。接下来我们分别就AT、CVT和DCT三款变速器的热源及润滑条件加以分类说明。

AT变速器无论是行星齿轮式还是本田平行轴斜齿轮式，它们均存在一个液力传递过程，即都带有液力变扭器的变速器。因此AT变速器在工作过程当中变扭器是最主要的热源体，特别是在液力传递中产生大量的热能。从变扭器结构与工作原理方面(图8)我们了解到：变扭器的泵轮由发动机带转，油泵轮上面的叶片带动ATF产生动态液体离心力(机械能到液压能的转换)，由泵轮叶片的外部边缘将带有离心压力的ATF甩向与泵轮对置的涡轮上，涡轮在ATF离心力的作用下开始旋转(液压能到机械能的转换)，当变速器挂入动力挡后由于涡轮与变速器输入轴刚性连接，因此动力流生成车辆可以行驶。在此过程中由于泵轮与涡轮之间存在一定的转速差，这部分转速差是液体带来的能耗损失，而且转速差越大能耗损失也会越大，因此产生的热能就会越多，所以变扭器是AT最主要的热源，这也是变扭器的输出端与冷却系统建立连接的原因。

图8　变扭器工作原理图

除了变扭器生热之外，在AT变速器当中还有终端元件(离合器和制动器)工作过程中摩擦带来的热(图9)，试验证明摩擦片摩擦时瞬间带来的热高达200～300℃，因此如果离合器或制动器工作中存在打滑或滑膜时间过长会导致变速器进入高温状态。

图9　自动变速器结构图(AT)

关于AT变速器的润滑条件或润滑要求，前面我们讲述了行星齿轮机构的润滑，其实所有需要润滑的部件都叫润滑部件，比如轴与轴套之间、阀门与阀孔之间、摩擦片与钢片之间、轴承与垫片之间等，因此涉及到旋转、移动或摩擦的元件都需要良好的润滑过程。

3.电控无级变速器液压循环原理

目前国内轿车搭载的电控无级变速器大概有两种：一种是以钢链传动，如斯巴鲁和奥迪所用的变速器；另一种是以钢带传动，如尼桑全系、本田、丰田及国内很多小排量车型都在使用的变速器。无论是钢链式传动还是钢带式传动，它们与发动机进行动力连接所采取的方式有两种：一是像AT那样利用液力变扭器作为动力传递装置出现(尼桑、丰田等)；二是利用两组或三组湿式摩擦元件作为动力传递装置出现(奥迪、本田飞度等)。带有液力变扭器的液压循环原理与前面我们所描述的AT液压循环原理几乎相同，因此我们以奥迪01J／01T型钢链式无级变速器(CVT)未带液力变扭器的液压循环为例进行讲解。

奥迪CVT变速器的液压冷却循环(图10)像AT变速器那样从变速器到冷却系统之间有两个管路：即来自变速器内来油管路及从冷却器回到变速器内的回油管路。整个循环管路设计中的回油管路增加使用一个外部压力滤清器，防止一些油液中的颗粒进入变速器内部。但是这个外部压力滤清器的内部结构设计很特别，除了过滤网之外还有一个DDV2差压阀。该阀的作用是：当滤清器内的过滤网严重堵塞时，该阀门打开，从冷却器回来的油液仍然通过阀门回到变速器内部，免得滤网严重堵塞后回油过程被终止，而影响这个液压循环管路的正常工作状态，同时也会影响到变速器内润滑过程。