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聊聊變速器過熱的那點事兒(上)

車輛過熱總是一個繞不開的話題, 大部分案例都是發動機“發燒”, 但是你知道嗎?其實變速器也有過熱的報警。 可能大家都覺得, 變速器不像發動機, 把化學能轉化為熱能、動能, 而只是能量的“搬運工”, 其實, 變速器犯起脾氣來, 照樣會警告:“我熱了”!

為此, 筆者想和大家一起聊聊變速器過熱話題。

案例1:寶馬760變速器油溫高

一輛寶馬760, 底盤型號F02, 行 駛里程200 000km, 裝備N74 發動機 與ZF 的8HP 自動變速器, 車輛因變速 器油溫過高報警而進廠維修。

首次進廠時, 車輛不僅有變速器油 溫過高報警, 還有發動機渦輪增壓輔助 水泵故障,

更換輔助水泵後消碼, 反復 試車故障不能再現, 交還客戶。 但一周後, 車輛再次進廠, 變速器油溫報警( 圖1) 再 次出現, 客戶要求徹底解決。

維修人員用診斷儀檢測車輛, 讀取 如圖2 所示故障代碼。 維修人員檢查了 變速器油位和油質, 均正常;檢查變速器 散熱油管無彎曲、變形,

變速器油的熱交 換器無碰撞損壞跡象;同時查看此車報 警記錄, 並沒有發動機過熱報警的歷史, 測試發現車輛的電子扇功能也正常。 奇怪 的是:維修人員反復試車, 卻不能重現變 速器過熱的現象。

筆者查閱故障代碼的凍結資料,

如 圖3 所示。 故障代碼的凍結資料說明: 此車變速器模組的晶片溫度是133℃, 變 速器油的溫度是131℃, 而[1004] 組數 據的過熱的閾值是145℃, 而讓人費解的 數據是:轉換器溫度為156℃。

經過分析, 筆者認為:變速器過熱關閉的閾值是變速器程式 設置的變速器過熱保護溫度值, 如果超過這個溫度值,

變速器會 進入過熱的故障模式。 進入過熱模式後, 變矩器提前進入閉合狀 態, 以避免變矩器溫度進一步上升。 當發動機收到變速器過熱信 號後會自動進入輸出受限模式, 以避免變速器損壞。 而凍結資料 中“【36】轉換器的溫度”中的“轉換器”則是翻譯出現了偏差, 這個實際是指變矩器!由此可以看出該車變矩器的油溫超過了過 熱保護的閾值, 因此變速器出現了過熱報警的現象。

從故障凍結資料來看, 發動機在怠速、車輛靜止, 變速器渦 輪軸轉速( 輸入軸轉速) 為0, 這顯然是堵車的駕駛工況!

因此, 筆者給出下面的測試檢查建議。

1.檢查油位, 並在標準油位的基礎上, 再多加50ml ;

2.啟動發動機, 在太陽下, 打開空調, 踩住刹車,

擋位保 持在N 擋、D 擋和M1 擋, 觀察變速器油溫和發動機水溫;

3.完成上述測試後, 拆卸變速器油底殼, 檢查油底殼有無 油泥;

4.拆卸變速器油熱交換器, 檢查有無堵塞;

5.檢查水箱、冷凝器表面, 有無髒汙。

維修人員經過仔細排查, 確認如下資訊。

1.故障車變速器油位元處於正常範圍, 檢查之後又多加了 50ml ;

2.開空調踩刹車掛擋時, 發動機溫度118℃, 變速器油溫 134℃, 明顯偏高;

3.拆卸變速器油底殼, 變速器油質無異常, 油底殼上無沉 積的油泥, 如圖4 所示;

4.拆卸檢查變速器熱交換器,發現冷卻水道堵塞,如圖5 所示;

5.檢查冷凝器表面髒汙。

由上可見,變速器報警是因為變速器油熱交換器冷卻迴圈 水道堵塞,車輛散熱不良,變速器油的熱量無法及時釋放,熱 量經過一定的堆積後,出現過熱報警的故障現象。所以,建議 維修人員:更換變速器油的熱交換器,清洗髮動機的冷卻迴圈 以及冷凝器、水箱表面。維修過後試車確認,怠速堵車開空調 狀態,變速器油溫保持與水溫一致,變速器油溫過熱的故障現 象消失。

針對該案例,楊老師想跟大家分享ZF 8HP自動變速器的油 溫監控策略。

自動變速器模組EGS 需要監視變速器不同部位的溫度,變 速器油溫度、變速器模組的晶片溫度和變矩器的溫度,而前兩個 溫度值是通過實際的物理感測器直接檢測而得的,但變矩器溫度 在模組中並沒有相關的實物感測器,是通過測算得來的。

那麼, 自動變速器中的變矩器油溫如何測算而來?而變矩器 的油溫為什麼這麼重要,為什麼控制模組必須要知道變矩器的油 溫呢?如果從原理、結構等理論的角度來講這兩個問題,即使費 很多筆墨也不一定能真正講清楚,但讀完下面的案例2,相信讀 者能夠找到這兩個問題的答案。

案例2:寶馬3系變速器油溫高

一輛寶馬3 系轎車,底盤F35,裝備N20 型發動機與ZF 8HP 自動變速器,行駛中儀錶臺上變速器油溫過高報警燈點亮, 並且存在發動機熄火的併發症狀,客戶進廠要求檢修。

維修人員用診斷儀讀取了如圖6 所示的故障代碼。

根據故障代碼,維修人員又運行了檢測計畫ABL 程式,但 沒有得出任何結果,只有“刪除故障代碼記憶體”,“在此涉及一 個偽故障,該偽故障主要在車輛程式設計之後出現”等字樣的提示。 也就是說:根據診斷軟體的檢測計畫描述,過熱報警的故障代碼 是虛假的,可能是在程式設計後出現的,請刪除故障代碼。

於是,維修人員刪除故障代碼再次測試,結果發現變速器的 過熱報警依然出現。同時維修人員可以肯定的資訊是:變速器出 現過熱報警時,變速器的溫度絕對不高,車輛在廠裡停了4h 後 上路,剛行駛了3min 系統就開始報警,因此維修人員懷疑是程 序方面的問題,導致變速器油溫的誤報警,但是對車輛程式設計之後 重新試車,故障依然存在。

筆者看到案例後,查看了故障代碼的凍結資料,如圖7 所示。

首先,從故障代碼凍結資料來看,維修人員的判斷沒有錯, 0001 組變速器油溫33℃,的確是變速器處於預熱階段的油溫。

其次,資料中清晰的記錄著:0024 組的變速器溫度200℃, 溫度報警的閾值還是145℃,所以一定是虛假報警,但是這個 200℃的溫度是哪裡來的?

此外,從資料看我們可以看出車輛當時的狀態:擋位2 擋、發動機扭矩56N·M,節氣門開度0,變速器模組EGS 的晶片 溫度31℃。

讓人感覺比較奇怪的是:變速器模組EGS 系統感測器供電 電壓是8.9V,屬於正常,而系統電壓才11.44V,難道是系統電 壓出了問題?並且此時發動機轉速高達4 096r/min 啊!

經過溝通得知,出現變速器油溫過熱報警故障時,發動機立 即熄火,車速20km/h 左右,雖然未注意到熄火前發動機的轉速, 但肯定到不了4 096r/min。發動機熄火?這個線索比較新奇!自 動變速器能把發動機拖熄火的唯一可能只有變矩器卡滯了,但這 個概率很小很小。那麼反過來想:為什麼變速器虛報油溫高了, 這是不是因為發動機熄火造成的?

我們再回過頭去看一下圖6 所示的該車所有的故障代碼,除 了變速器過熱的故障代碼,還有五個發動機模組的故障代碼,其 中有三個居然都是曲軸感測器!

很顯然,車輛出現熄火的故障是因為曲軸位置感測器信號 缺失、不可信或者同步失敗,所以發動機模組DME 就會告訴其 他模組( 變速器控制模組EGS) 一個錯誤的曲軸轉速信號!因此 EGS 中顯示的4 320r/min 轉速信號是徹頭徹尾虛假值!

因此,筆者建議維修人員首先檢查曲軸位置感測器,檢查結 果發現信號盤磁性物質( 圖8) 脫落。之後更換此信號盤後,再次 試車,發動機熄火、變速器油溫過熱報警故障一併消失!

現在,讓我們再回過來聊聊該車的故障原因和系統邏輯。

首先,為什麼曲軸轉速感測器信號盤會脫落?查閱該車的維 修記錄,答案躍然紙上:事故車、換油底殼!因此,筆者懷疑曲軸信號盤上磁性物質脫落是由於維修人員在維修事故車過程中,拆裝曲軸信號盤時不小心所致。

接下來,回到大家最關心的問題,為什麼曲軸位置信號錯誤 會造成變速器的油溫過高報警?這跟前面的問題“自動變速器中 的變矩器油溫如何測算而來?”實質是一樣的。

ZF 8HP 的變矩器( 也叫轉換器) 油溫實際是指變速器模組 計算的變矩器溫度,變矩器沒有實際的油溫感測器,是根據發動 機轉速、變速器輸出轉速等參數計算而來,也就是變矩器泵輪和 渦輪轉速的滑差計算而來,當泵輪轉速與渦輪轉速滑差過大時, 變矩器的計算溫度就會高於閾值145℃,變速器就會出現過熱報 警的提示。

另外一個問題:為什麼變速器需要知道變矩器的溫度?筆者 認為這是一個非常大的命題,限於篇幅,下面只能結合變矩器的 結構( 圖9) 和工作原理做一些簡單的分析和說明。

1.從熱源的角度來說,自動變速器熱量的絕大部分( 估計 80% 以上) 來自於變矩器。變速器內部齒輪咬合不會產生較 大的熱量。變速器的離合器切換時間越來越短,甚至達到了 200ms 左右,離合器結合釋放的熱量非常有限。由於現代機 械加工的精度越來越高,變速器內部旋轉部件間的相對摩擦 產生的阻力和熱量也相對較少。唯獨變矩器在啟動階段攪油 獲得增扭會產生大量的熱量,而在變矩器鎖止離合器調製結合 階段是離合器片的相對滑差控制,也就是打滑控制階段也會產 生大量的熱量,所以說變速器上產生的熱量,主要集中在變矩 器上。

2. 從程式的角度來講,這種變矩器油溫的測算邏輯,並非在 所有變速器與變矩器上應用。目前,在筆者接觸的變速器中,僅 在ZF 的8HP 系列上才具有此邏輯功能。需要提示的是,泵輪、 渦輪轉速差很大有兩種含義:正常時代表急加速,不正常時說明 變矩器打滑了!具體屬於哪一種,需參考加速踏板信號、變矩器 鎖止離合器的控制狀態等主要信號來驗證或判斷。如果系統判斷 為正常急加速,就不會設置故障代碼;而如果判斷為變矩器打滑, 則會設置變矩器鎖止離合器打滑的故障代碼。該滑差是否正常 還要考慮到車速、發動機轉速、擋位、油門開度、負荷等信號 綜合來判斷。也就是說8HP 幾乎不會出現變矩器離合器打滑的 故障代碼,因為出現這個代碼之前,系統測算的變矩器油溫會 提前報警。而其他老款變速器則比較容易出現變矩器鎖止離合 器打滑的故障代碼。

3. 從變矩器鎖止離合器的控制邏輯來說,控制模組需要知 道變矩器的油溫。ZF 從8HP 開始應用三油道精確控制變矩器鎖 止多片離合器,進一步加大了變矩器鎖止離合器的調製控制範圍。 因此精確監視泵輪、渦輪轉速並測算變矩器的溫度,在變矩器鎖 止離合器的精確控制上顯得就十分必要。如果變矩器油溫過高, 則提前進入閉鎖狀態。

從上述三點不難看出,8HP 系列自動變速器需要具有測算 變矩器油溫的邏輯功能,並以泵輪、渦輪轉速滑差為基礎的邏輯 計算功能。

其實,無論是發動機轉速( 泵輪) 信號錯誤,還是輸入軸( 渦 輪) 信號失真,都會影響到變矩器的油溫測算。當CAN 網路出 現故障,變速器模組不能準確接收發動機的轉速信號時,都會影 響變矩器油溫的程式測算而出現油溫報警的故障代碼。甚至當車 輛的程式和編碼資訊錯誤時,發動機的轉速不能及時準確地發送 到變速器模組,變速器模組也會因為設置故障代碼,而誤報變速 器油溫過高的警示燈。

希望維修人員透過此案例能正確認識變速器過熱問題:不是 所有變速器油溫過高報警都是真實的,有些信號和模組具有欺騙 性,只有正確認識並分析變速器過熱報警的實質才能及時找到故 障的根源!

(未完待續.......)

4.拆卸檢查變速器熱交換器,發現冷卻水道堵塞,如圖5 所示;

5.檢查冷凝器表面髒汙。

由上可見,變速器報警是因為變速器油熱交換器冷卻迴圈 水道堵塞,車輛散熱不良,變速器油的熱量無法及時釋放,熱 量經過一定的堆積後,出現過熱報警的故障現象。所以,建議 維修人員:更換變速器油的熱交換器,清洗髮動機的冷卻迴圈 以及冷凝器、水箱表面。維修過後試車確認,怠速堵車開空調 狀態,變速器油溫保持與水溫一致,變速器油溫過熱的故障現 象消失。

針對該案例,楊老師想跟大家分享ZF 8HP自動變速器的油 溫監控策略。

自動變速器模組EGS 需要監視變速器不同部位的溫度,變 速器油溫度、變速器模組的晶片溫度和變矩器的溫度,而前兩個 溫度值是通過實際的物理感測器直接檢測而得的,但變矩器溫度 在模組中並沒有相關的實物感測器,是通過測算得來的。

那麼, 自動變速器中的變矩器油溫如何測算而來?而變矩器 的油溫為什麼這麼重要,為什麼控制模組必須要知道變矩器的油 溫呢?如果從原理、結構等理論的角度來講這兩個問題,即使費 很多筆墨也不一定能真正講清楚,但讀完下面的案例2,相信讀 者能夠找到這兩個問題的答案。

案例2:寶馬3系變速器油溫高

一輛寶馬3 系轎車,底盤F35,裝備N20 型發動機與ZF 8HP 自動變速器,行駛中儀錶臺上變速器油溫過高報警燈點亮, 並且存在發動機熄火的併發症狀,客戶進廠要求檢修。

維修人員用診斷儀讀取了如圖6 所示的故障代碼。

根據故障代碼,維修人員又運行了檢測計畫ABL 程式,但 沒有得出任何結果,只有“刪除故障代碼記憶體”,“在此涉及一 個偽故障,該偽故障主要在車輛程式設計之後出現”等字樣的提示。 也就是說:根據診斷軟體的檢測計畫描述,過熱報警的故障代碼 是虛假的,可能是在程式設計後出現的,請刪除故障代碼。

於是,維修人員刪除故障代碼再次測試,結果發現變速器的 過熱報警依然出現。同時維修人員可以肯定的資訊是:變速器出 現過熱報警時,變速器的溫度絕對不高,車輛在廠裡停了4h 後 上路,剛行駛了3min 系統就開始報警,因此維修人員懷疑是程 序方面的問題,導致變速器油溫的誤報警,但是對車輛程式設計之後 重新試車,故障依然存在。

筆者看到案例後,查看了故障代碼的凍結資料,如圖7 所示。

首先,從故障代碼凍結資料來看,維修人員的判斷沒有錯, 0001 組變速器油溫33℃,的確是變速器處於預熱階段的油溫。

其次,資料中清晰的記錄著:0024 組的變速器溫度200℃, 溫度報警的閾值還是145℃,所以一定是虛假報警,但是這個 200℃的溫度是哪裡來的?

此外,從資料看我們可以看出車輛當時的狀態:擋位2 擋、發動機扭矩56N·M,節氣門開度0,變速器模組EGS 的晶片 溫度31℃。

讓人感覺比較奇怪的是:變速器模組EGS 系統感測器供電 電壓是8.9V,屬於正常,而系統電壓才11.44V,難道是系統電 壓出了問題?並且此時發動機轉速高達4 096r/min 啊!

經過溝通得知,出現變速器油溫過熱報警故障時,發動機立 即熄火,車速20km/h 左右,雖然未注意到熄火前發動機的轉速, 但肯定到不了4 096r/min。發動機熄火?這個線索比較新奇!自 動變速器能把發動機拖熄火的唯一可能只有變矩器卡滯了,但這 個概率很小很小。那麼反過來想:為什麼變速器虛報油溫高了, 這是不是因為發動機熄火造成的?

我們再回過頭去看一下圖6 所示的該車所有的故障代碼,除 了變速器過熱的故障代碼,還有五個發動機模組的故障代碼,其 中有三個居然都是曲軸感測器!

很顯然,車輛出現熄火的故障是因為曲軸位置感測器信號 缺失、不可信或者同步失敗,所以發動機模組DME 就會告訴其 他模組( 變速器控制模組EGS) 一個錯誤的曲軸轉速信號!因此 EGS 中顯示的4 320r/min 轉速信號是徹頭徹尾虛假值!

因此,筆者建議維修人員首先檢查曲軸位置感測器,檢查結 果發現信號盤磁性物質( 圖8) 脫落。之後更換此信號盤後,再次 試車,發動機熄火、變速器油溫過熱報警故障一併消失!

現在,讓我們再回過來聊聊該車的故障原因和系統邏輯。

首先,為什麼曲軸轉速感測器信號盤會脫落?查閱該車的維 修記錄,答案躍然紙上:事故車、換油底殼!因此,筆者懷疑曲軸信號盤上磁性物質脫落是由於維修人員在維修事故車過程中,拆裝曲軸信號盤時不小心所致。

接下來,回到大家最關心的問題,為什麼曲軸位置信號錯誤 會造成變速器的油溫過高報警?這跟前面的問題“自動變速器中 的變矩器油溫如何測算而來?”實質是一樣的。

ZF 8HP 的變矩器( 也叫轉換器) 油溫實際是指變速器模組 計算的變矩器溫度,變矩器沒有實際的油溫感測器,是根據發動 機轉速、變速器輸出轉速等參數計算而來,也就是變矩器泵輪和 渦輪轉速的滑差計算而來,當泵輪轉速與渦輪轉速滑差過大時, 變矩器的計算溫度就會高於閾值145℃,變速器就會出現過熱報 警的提示。

另外一個問題:為什麼變速器需要知道變矩器的溫度?筆者 認為這是一個非常大的命題,限於篇幅,下面只能結合變矩器的 結構( 圖9) 和工作原理做一些簡單的分析和說明。

1.從熱源的角度來說,自動變速器熱量的絕大部分( 估計 80% 以上) 來自於變矩器。變速器內部齒輪咬合不會產生較 大的熱量。變速器的離合器切換時間越來越短,甚至達到了 200ms 左右,離合器結合釋放的熱量非常有限。由於現代機 械加工的精度越來越高,變速器內部旋轉部件間的相對摩擦 產生的阻力和熱量也相對較少。唯獨變矩器在啟動階段攪油 獲得增扭會產生大量的熱量,而在變矩器鎖止離合器調製結合 階段是離合器片的相對滑差控制,也就是打滑控制階段也會產 生大量的熱量,所以說變速器上產生的熱量,主要集中在變矩 器上。

2. 從程式的角度來講,這種變矩器油溫的測算邏輯,並非在 所有變速器與變矩器上應用。目前,在筆者接觸的變速器中,僅 在ZF 的8HP 系列上才具有此邏輯功能。需要提示的是,泵輪、 渦輪轉速差很大有兩種含義:正常時代表急加速,不正常時說明 變矩器打滑了!具體屬於哪一種,需參考加速踏板信號、變矩器 鎖止離合器的控制狀態等主要信號來驗證或判斷。如果系統判斷 為正常急加速,就不會設置故障代碼;而如果判斷為變矩器打滑, 則會設置變矩器鎖止離合器打滑的故障代碼。該滑差是否正常 還要考慮到車速、發動機轉速、擋位、油門開度、負荷等信號 綜合來判斷。也就是說8HP 幾乎不會出現變矩器離合器打滑的 故障代碼,因為出現這個代碼之前,系統測算的變矩器油溫會 提前報警。而其他老款變速器則比較容易出現變矩器鎖止離合 器打滑的故障代碼。

3. 從變矩器鎖止離合器的控制邏輯來說,控制模組需要知 道變矩器的油溫。ZF 從8HP 開始應用三油道精確控制變矩器鎖 止多片離合器,進一步加大了變矩器鎖止離合器的調製控制範圍。 因此精確監視泵輪、渦輪轉速並測算變矩器的溫度,在變矩器鎖 止離合器的精確控制上顯得就十分必要。如果變矩器油溫過高, 則提前進入閉鎖狀態。

從上述三點不難看出,8HP 系列自動變速器需要具有測算 變矩器油溫的邏輯功能,並以泵輪、渦輪轉速滑差為基礎的邏輯 計算功能。

其實,無論是發動機轉速( 泵輪) 信號錯誤,還是輸入軸( 渦 輪) 信號失真,都會影響到變矩器的油溫測算。當CAN 網路出 現故障,變速器模組不能準確接收發動機的轉速信號時,都會影 響變矩器油溫的程式測算而出現油溫報警的故障代碼。甚至當車 輛的程式和編碼資訊錯誤時,發動機的轉速不能及時準確地發送 到變速器模組,變速器模組也會因為設置故障代碼,而誤報變速 器油溫過高的警示燈。

希望維修人員透過此案例能正確認識變速器過熱問題:不是 所有變速器油溫過高報警都是真實的,有些信號和模組具有欺騙 性,只有正確認識並分析變速器過熱報警的實質才能及時找到故 障的根源!

(未完待續.......)

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