浅谈本田雅阁混合动力E-CVT变速箱高速动力不足的诊断与排除
2018-01-24黄广镒
黄广镒
(广州市交通高级技工学校,广东 广州 510170)
前言
过去10年,混动市场处于培育期,目前的混动技术以及混动产品多以提供节油环保方面的价值为主,这也是市场的传统需求。目前市场上油电混合动力车型一般分为两类,一类是专为节油而设计,这类车型有不错的燃油经济性,但缺乏驾控乐趣;另一类就是专为动力而生,采用大排量发动机与电机双组合,力求达到更强动力,但又牺牲了一些节油特性,就如同鱼与熊掌一般,让人难以兼得。
而集多种"黑科技"于一身的混动雅阁,并实现高效领先的燃油经济性的同时,更具有激动人心的性能表现。混动雅阁的i-MMD混动系统由2.0L阿特金森循环发动机、动力控制单元(PCU)、高功率电机以及大容量锂离子电池组成,其中E-CVT变速箱的电机部分装载的是双电机,既没有传统的变速箱传动系统,也不需要行星齿轮,结构上要比丰田的THS-II混动系统更简单一些。
这套混动系统最主要的特点是,它不仅可以像其它混动系统一样提供出色的燃油经济性,而且动力方面的要求也绝不降低,所以被称为运动型混合动力系统。E-CVT变速箱提供驱动力结构简单但却十分有效,经实测:0-100 km/h加速仅需8.09秒,作为一台以环保为主要目的的混合动力量产民用轿车,十分惊人。同时,工信部给出的官方实测综合油耗是每百公里4.2L的最低油耗,作为一台2.0L排量的中高级量产民用轿车,其节油程度也是相当可观。
而随着混动雅阁的销量增加,广汽本田特约店对混动雅阁的维护和检测工作也将逐步增加。但是由于E-CVT变速箱与传统变速箱在结构和功能方面有极大的差异,其检测方法也存在极大的区别。对于E-CVT变速箱来说,并不能通过时滞测试、失速测试和传统路试方式进行性能的判断,只能依靠诊断电脑、油压测试、工作噪音及动力模式工作情况进行基本判断。因此,重点研究和分析E-CVT变速箱的油压测试,对于掌握E-CVT检测检验工作尤为重要。
1 故障现象
该故障车辆是一台新出厂的混合动力雅阁,在到店执行PDI检查时发现,在60KM/H时速行驶,车辆动力明显不足。同时发现该车比其他混动雅阁的高压电池消耗电量速度要快很多。为避免影响该车的销售,需要要求尽快解决问题。
2 E-CVT变速箱的介绍
混动雅阁的E-CVT变速箱是本田i-MMD混合动力系统的重要组成部分。混动雅阁所搭载的 i-MMD系统,是目前全球最高效的混合动力系统,由2.0L阿特金森循环发动机和双电机动力控制单元结合锂电池组组成。如图1所示。
图1
本田的E-CVT变速箱随着各行驶条件的不同,可以自动进行行驶模式的切换,使燃料效率和动力性能最优化的结合。动力模式的切换方式,不需要使用行星齿轮,只通过超速离合器进行,机械损失减到最小限度。如图2所示,共有三种行驶动力驱动模式。
图2
E-CVT变速箱通过组合使用发动机、齿轮和电动电机,提供无级变速的前进速度和倒车。
E-CVT变速箱允许车辆通过电动动力或发动机动力驱动。两种动力均通过变速箱内的齿轮传送到输出轴。该变速箱无传统的齿轮或带轮变速机构,完全依靠超速离合器进行动力切换,以及电机的功率变化输出不同速比动力和扭矩。
电动机的功率输出特点不同于内燃机,可以在运转初期就输出极大的扭矩(因此起步时不可过于激烈操作加速踏板,避免出现危险)。
E-CVT变速箱需要定期更换变速箱油(ATF-DW1),且不可分解,如有故障只能整体更换(虽然没有变速机构,但还有机械传动机构和离合器,需要使用变速箱油,电动机、发电机也要通过变速箱油进行散热)。
3 故障原因分析和E-CVT变速箱超速离合器作用
车辆在进行PDI检查的时候发现了异常,但是通过本田诊断仪HDS进行检查,未发现故障码。通过对数据分析,发现在60KM/H行驶,超速离合器工作/结合的时候,该车的输出轴转速比其他混动雅阁车辆稍低,虽然也处于正常范围。由于是全新车型,没有过往案例参考和借鉴,只能从工作原理上进行初步分析。
首先分析超速离合器的作用:用于切换发动机和电动电机驱动两个不同的动力输出源。本文简单介绍一下E-CVT的三种驱动模式。
E-CVT变速箱共有三种驱动模式:纯电动模式、发动机及电动机混合动力模式、纯发动机模式。
根据工况的不同,利用超速离合器的结合/分离操作,E-CVT可以进行动力的切换。如图3所示。
图3
纯电动/EV行驶模式时,利用PCU将电能控制在最佳电量范围内,用以驱动行使用电机。
混动行驶模式时,发动机带动发电机,所产生的电能传送至高压蓄电池,通过高压蓄电池控制系统控制在最佳电量范围内,驱动行驶用电动机。
纯发动机驱动时,通过E-CVT变速箱的超速离合器,发动机的动力直接用作驱动力,同时,行驶用电动机可在车辆减速或制动时辅助或回收能量。
如图4所示:
图4
首先,是纯电动模式,又称为EV模式。由混合动力高压蓄电池提供电力给电动机进而驱动车辆。如图5所示,当超速离合器不工作/分离的时候,电动机对驱动轮进行直接的动力输出。
图5
此时,电动机传输到驱动轮的动力流程:电动机→电动机轴→副轴
主减速器主动齿轮→主减速器从动齿轮→差速器→驱动半轴→驱动轮
其次,介绍发动机及电动机混合动力模式。当发动机与电动机一起工作的时候,本文称之为混合动力模式。发动机的主要工作是对混合动力高压电池进行充电,同时,电动机对车辆进行驱动。此时,超速离合器不工作/分离。
只要油门到达一定深度系统判断需要加速时,发动机就会启动但却并非像传统混动那样将发动机电动机动力混合起来。发动机此时的角色就是发电机,它完全不会参与到驱动,而只负责带动发电机进行发电,然后将电力提供给驱动电动机,用以驱动车轮并将富余电能用于电池充电,可以看出这与插电式混动原理一致。如图6所示。
图6
发动机及电动机输出的动力流程分别为:
(1)发动机→飞轮→输入轴→发电机齿轮→发电机
(2)电动机→电动机轴→副轴→主减速器主动齿轮→主减速器从动齿轮→差速器→驱动半轴→驱动轮
最后,我们介绍下纯发动机模式。当只有发动机进行驱动轮驱动的时候,就是纯发动机工作模式。
当车辆处于高速巡航状态,由于电动机不擅长转速运转且耗电量很大,而混动雅阁所搭载的2.0 L阿特金森发动机较适合高转速低油耗运行,所以在高速巡航(约60KM/H以上)时,会由发动机直接驱动车辆。如图7所示。
图7
此时,发动机的动力输出流程:
发动机→飞轮→输入轴→超越离合器→超越齿轮→副轴→主减速器主动齿轮→主减速器从动齿轮→差速器→驱动半轴→驱动轮
另外,在E-CVT变速箱三种模式之外,最后再说明一下E-CVT变速箱是如何实现倒挡的。E-CVT的倒车挡是通过纯电动/EV模式中电动机反转来实现的。如图8所示。
图8
此时,电动机的动力传输流程与纯电动/EV模式一致:电动机反转→电动机轴→副轴→主减速器主动齿轮→主减速器从动齿轮→差速器→驱动半轴→驱动轮
从超速离合器的作用和 E-CVT变速箱的三种工作模式的特性进行推断分析,最大的故障可能性是超速离合器打滑,导致了发动机动力在巡航行驶状态不能完全提供给车辆行驶系。
总结可能原因,并按可能性进行依次排序:
(1)超速离合器打滑
(2)E-CVT变速箱油量不足
(3)E-CVT变速箱油内部存在泄压
(4)E-CVT变速箱油液滤网堵塞
(5)电磁阀控制异常(根据诊断电脑数据分析基本不可能)
(6)动力系统电脑控制异常(根据诊断电脑数据分析基本不可能)
(7)线束问题(根据诊断电脑数据分析基本不可能)
(8)IPU工作异常(根据诊断电脑数据分析基本不可能)
4 E-CVT变速箱的油压测试流程及相关数据分析
针对该混合动力雅阁进行油压测试:
首先注意:
(1)使用电脑诊断仪检查变速箱系统是否有 DTC。如果存储了任何DTC,先进行故障排除再予以清除。
(2)安装压力表适配器时,不要让灰尘或其他异物进入孔口。
(3)测试各个压力孔后,务必检查ATF液位。安装或拆卸压力表适配器时,ATF可能从压力检查孔流出。
(4)每次测试压力,油门踏板踩下不要超过 10 秒钟。
(5)提高发动机转速时,不要使变速箱换档。
(6)提高发动机转速后,如需降低发动机转速,请缓慢放松油门踏板。避免突然松开油门踏板,因为驱动轮空负荷情况下,电机回收能源产生过大的磁通阻力,瞬间自动制动变速箱,损坏变速箱内部齿轮。
行驶测试时可能出现VSA系统DTC。如果出现VSA系统DTC,测试完成后用 HDS 清除 DTC。
测试流程开始:
(1)测试各个检查孔的机油压力,从下表中选择一个合适的适配器,并将各个适配器连接至A/T机油压力表。如图9所示:
图9
(2)车辆-举升(如图10)
图10
(3)ATF - 液位检查车辆(如图11)
图11
(4)HDS DLC - 连接车辆(如图12)
图12
(5)管路压力测试
1)安装油压测试工具(如图13、14)。
图13
图14
2)执行 VSA 系统禁用程序
3)进入发动机保养模式,起动汽油发动机(如图 15、16所示)
图15
图16
4)将变速箱换至 D 位置/模式。
5)将发动机转速分别保持为1,500 rpm和3,000 rpm时,通过HDS监控发动机转速和油压传感器数值,再从A/T机油压力表读取并测量管路压力。
注意:
在运转车辆上作业时,收放油门踏板要缓慢,同时不要用力踩制动器。否则可能会导致传动系统损坏。
经读取压力表数据:管路压力在1,500rpm时,压力值为710kPa。管路压力在 3,000rpm时,压力值为280kPa。对比标准值:
表1
6)如果管路压力超出维修极限,参考表中列出的故障及可能原因。
表2
7)虽然管路压力处于较低值状态,但未到维修极限,但是对于新车来说,这个数据已经属于异常状态,接下来再进行超速离合器的油压测试。
8)关闭发动机。
9)拆下A/T机油压力表。
10)用新的密封垫圈安装密封螺栓。
注意:不要重复使用旧的密封垫圈。
拆卸变速箱油压传感器(如图17所示)
图17
超速档离合器压力测试
11)安装油压测试工具(如图18、19)。
图18
图19
执行 VSA 系统禁用程序
进入发动机保养模式,起动汽油发动机
将变速箱换至 D 位置/模式。
将发动机转速保持为1,500 rpm,通过HDS监控发动机转速和油压传感器数值,再从A/T机油压力表读取并测量管路压力。
注意:
在运转车辆上作业时,收放油门踏板要缓慢,同时不要用力踩制动器。否则可能会导致传动系统损坏。
1)经读取压力表数据,管路压力:在发动机 1,500rpm时,管路压力数值是680kPa。对比标准数值:
表3
2)从数据上明显发现超速离合器管路压力的实测值比标准值低,测试结果正如我们的意料之中,接下来完成后续的检测操作。
3)如果超速档离合器压力超出维修极限,参考表中列出的故障及可能原因。
表4
4)关闭发动机。
5)将插接器从变速箱油压传感器上断开。
6)拆下A/T机油压力表。
7)从压力表适配器 A 上拆下变速箱油压传感器。
8)用新的密封垫圈安装密封螺栓。
变速箱油压传感器安装
ATF -液位检查(如图20所示)
注意防止异物进入E-CVT变速箱。
● 关闭发动机后,在60-90秒钟内检查液位。
● 如果散热器风扇启动三次或更多次,则将显示更高的液位。
图20
DTC检查:使用HDS检查所有DTC。如有必要,使用HDS 清除 DTC。
完结
由于该车是属于未售新车,发现了该故障情况直接向厂家申请保修1台E-CVT变速箱总成。
5 故障排除
更换E-CVT变速箱总成后,故障排除。
6 结束语
由于 E-CVT变速箱与传统变速箱在结构和功能方面有极大的差异,其检测方法也存在极大的区别。对于E-CVT变速箱来说,并不能通过时滞测试、失速测试和传统路试方式进行性能的判断,只能依靠诊断电脑、油压测试、工作噪音及动力模式工作情况进行基本判断。
时滞测试不适用于E-CVT:E-CVT变速箱的传动比变化和扭矩变化,完全利用电动电机的功率输出变化。因此无法通过过往的时滞测试进行判断。
失速测试不适用于E-CVT:E-CVT变速箱没有配置液力变矩器,而唯一的超速离合器是只有车辆在匀速巡航状态才工作结合,因此也无法通过过往的失速测试进行判断。
路试不适用于E-CVT:E-CVT变速箱的传动比变化和扭矩变化,完全利用电动电机的功率输出变化。因此不存在固定的换挡点,类似CVT带轮及钢带传动的模式,甚至比CVT更加的平顺,所以才称之为E-CVT,电动动力驱动的无极变速。
E-CVT变速箱可以说是目前混合动力技术中非常特别的一种混合动力变速箱,虽然称之为CVT无级变速变速箱,但实际上却是通过电动机的电能输出进行功率、扭矩的调控。该变速箱通过简单的结构,却实现了复杂的混动动力驱动切换,并且实现了变速箱的功率与扭矩变化。
希望各位能通过对本文的阅读,能掌握E-CVT油压测试的操作方法,知悉检测的标准数据。并通过对油压测试的分析,初步掌握E-CVT变速箱的检测方法、基本机构、工作原理。由此,进一步学习混动雅阁E-CVT变速箱的检测、诊断技术,提升对E-CVT变速箱的维修诊断准确性。
[1] 2016款混合动力雅阁新车型技术培训教材.广汽本田内部培训资料.
[2] 本田MaRISⅡ网络版维修手册广汽本田内部培训资料.
[3] 电动汽车结构与原理.北京大学出版社.
[4] 高级汽车检测工考证指导教材.广东科技出版社.