電子與液壓控制系統的結晶 自動變速箱概論與保養

 

文:童國輔 圖:童國輔
自動變速箱為現代汽車帶來了舒適、簡單與方便的駕馭感受,使駕駛不需擁有極佳的駕駛技巧,就能使車輛穩定前進,徹底降低車輛駕駛入門技術,對於車輛普及有功不可沒的重要性,但自動變速箱內複雜的機構,對多數人來說卻視其為麻煩製造者,歸咎其因在於缺乏正確保養觀念,因為利用油壓進行驅動的自排箱,可不是只要更換ATF就可永保安康。

液壓扭力轉換器
傳遞動力不熄火


        自動變速箱內的機構依功能不同,大致可分成負責傳遞引擎動力的扭力轉換器、負責檔位切換的電磁閥體,與進行變速動作的離合器組及行星齒輪等三大部分。先針對前者進行說明,相信對手排變速箱稍有概念的讀者都知道,在變速箱與引擎曲軸間有些名為離合器片、飛輪與壓板的零件,這些零件的功能在於傳遞引擎動力至手排變速箱內,並於換檔時透過下壓離合器踏板時的油壓推動,來切開彼此間的聯繫,以利同步齒輪減速咬合進行變換檔位動作,並且在車輛靜止時防止引擎熄火,而扭力轉換器的功能就像上述所提到的離合器機構一樣,是負責傳遞引擎動力的零件,只是它不需踩離合器踏板就能變換檔位,且靜止時也不會造成引擎熄火,他是如何辦到的?看下去就知道。

 

        液壓扭力轉換器構成的零件主要有下列幾項(請參閱圖A、B):一是與引擎飛輪連動的泵輪(主動輪)、一為與變速箱內各項齒輪連動的渦輪(被動輪)、另一則為負責調解自排油流向的導輪。前兩者形狀都呈現碗型,內部各設計一些稱為輪葉的分隔體,兩個碗型部件面面相對,中間留有容納自排油與導輪的空隙,兩者間永遠不會產生磨擦現象,且都裝在盛滿自排油的金屬外殼體裡,所以此裝置從外表來看就像顆金屬作成的貝殼一般。

        既然泵輪與渦輪兩者間並沒有直接接觸,那引擎動力又如何傳遞到變速箱內呢?關鍵在於液壓的流動!請大家試著將泵輪與渦輪,視為兩具相互對吹的電風扇,而兩輪內的輪葉就像電風扇葉片,此時若前者有插電並強力運轉中,後者未通電的話,會發生什麼狀況?後者風扇葉片雖未通電無法自行轉動,但透過前面風扇吹送過來的風力推動,後者風扇也會開始轉動,且風力愈強、轉動愈快,這就是扭力轉換器傳遞動力的簡易過程(圖D),只是將傳遞動力的介質,從原來的氣體改用密度更高、傳輸效率更佳的液體,也就是自排油。也因為泵輪與渦輪間並未直接磨擦,因此當車輛靜止時,引擎才不致熄火。至於位於泵輪與渦輪間的導輪,則是控制自排油於高低轉速時的流向,使兩者間的動力傳輸能更有效率。

        值得一提的,對於經常聽到的高速時自排箱直接傳動的作用,主要是透過一組位於渦輪與扭力轉換器外殼間的磨擦式離合器片來完成(圖F),在低速時渦輪與外殼間的動力傳遞是透過液壓來達成,高速時鎖在外殼上的離合器便於渦輪接合,直接將來自飛輪的動力傳輸到變速箱內,就像手排變速箱一樣,如此就能大大減少動力傳遞耗損的問題。

換檔動作執行者
油路閥體與電磁閥


        手排車進行換檔動作,主要透過車內外排檔桿與撥叉,來決定使用何組檔位齒輪,那沒有撥叉設計的自排車呢?於是油路閥體與電磁閥便應運而生。請看圖G,這是張油路閥體拆開的模樣,上面複雜的溝槽就是提供自排油流動的油道,每組油道的終點就是自排變速箱內的各檔離合器片或制動帶,其功能像電路板上的電路一樣,負責將自排油導引至正確的目的地,而油道導通與否的開關(即水龍頭),就是所謂的電磁閥。設計如此複雜的油路閥體,原因在於自排箱內的各檔位齒輪的接合,就是透過各油道內的油壓來推動,就像手排車的撥叉一樣;而換檔電磁閥就是檔位連桿,用來切換各檔位所屬的油道;至於該用哪一檔位的時機,則交由自排變速箱電腦下達指令給電磁閥來決定。

檔位銜接的受苦者
多片式離合器片


        相信許多自排車主都曾遇過車輛使用一段時間後,發現換檔震動變大,甚至發生滑檔或鎖檔,而使車輛無法正常前進的問題。到了維修廠後,只聽得技師說變速箱離合器片打滑,到底什麼式離合器打滑呢?與手排變速箱的打滑是否為相同道理呢?要知道此問題,需從自排箱各檔位銜接的作用結構說起。

        不論是手排或自排變速箱,其功能皆在轉換引擎輸出的扭力值與轉速,使車輛在低速起步或上坡時,能有充足的扭力向前驅動;在高速時能減少引擎轉速,達到省油與寧靜的功效,因此需多組齒比不同的齒輪組合來完成。在手排箱上檔位銜接機構為同步齒輪,同步齒輪套入各檔位的齒輪後,動力才會完成銜接,且每次只接合一組同步齒輪,那自排箱呢?則透過油壓驅動的多片式離合器片與壓板,來達到同樣的功效,且每一檔位皆有一組離合器片進行對應。從圖H中我們不難看出自排箱的離合器片雖然採多片式設計,但由於厚度薄、接觸面積小,因此本身是無法承受太大的扭力,且屬消耗性零件,如果經常重踩油門、拉高轉速才換檔,離合器片壽命自然無法維持長久,而發生打滑現象,一旦如此,輕者跳檔時發生輕微暴衝現象,重者有可能產生引擎轉速拉高,車輛卻不走的窘境。

何謂CVT無段變速系統?

        上述提到的自排變速箱指的都一般自排箱內的結構,但目前市售車的變速箱種類中,還多了一款名為CVT無段變速的自動變速系統,此系統顧名思義是在變速過程中不會產生換檔頓挫落差感,使車上乘客能更舒適地乘坐車輛。此變速箱與傳統自排箱最大的不同,就在於內部變速零件並非由傳統的齒輪、離合器片所組成,而是由驅動滑輪、被驅動滑輪與V型鋼帶三個部分所構成,如圖I。驅動滑輪連接引擎動力,被動滑輪連接傳動軸,鋼帶則負責傳遞動力。而其變速比的變化,主要是透過油壓調整兩滑輪間V型鋼帶槽的距離,以改變V型鋼帶在兩組滑輪上的作用半徑,再加上鋼帶長度不變的關係,所以驅動滑輪與被驅動滑輪上的作用半徑便會相互影響改變,於是兩者間的變速比也會改變,達到變速的功能。整個過程像變速腳踏車般,只要改變前後齒輪盤大小,所踩踏的力道也會跟著改變,而這就是CVT變速箱簡單變速原理。

        另外,由於鋼帶在滑輪間的V型鋼帶槽內的移動為連續不斷,所以不但可獲得綿密無震動的換檔反應,還可透過鋼帶與兩滑輪間的不同作用半徑,創造出無限多組的變速比變化,而這也是為何三菱車系的CVT變速箱,可擁有多達六速的手自排系統,事實上只要有需要,設計出多達十速的檔位也沒有問題,當然變速箱體積小也是其優點之一。不過CVT也不是沒有缺點,無法承受過大馬力、急加速時鋼帶易在滑輪上產生磨損溝槽,及維修不易等,都是目前尚在克服的問題。

自排保養觀念公開
確保車輛正常運作


        為使車迷更放心地使用愛車上的自排變速箱,筆者特訪問了在自排變速箱維修上擁有20多年歷史的正佳汽車,來為大家說明關於自排變速箱的相關常見問題。

換油篇

        Q.自排油多久更換一次較為妥當?且更換方式分成自然洩放、更換油底殼及大循環,到底哪一種最好?

A.自排油的功能除作為油壓驅動介質外,在自排變速箱內還肩負提供潤滑及冷卻的功效,加上自排箱緊連接著引擎,因此自排油工作環境不見得較機油來的輕鬆,甚至工作油溫還較機油高(最高可到130度),雖然自排油變質後的不良反應,不會如引擎機油般快速,但對於內部離合器片壽命與細小油道的通暢性,卻也是無形慢慢形成傷害或阻塞,因次建議最好每1萬公里時就更換自排油,是保護自排箱的最佳週期。
 

        至於換油方式,由於變速箱內的油道相當複雜,不若引擎般簡單,若採最省事的自然洩放更換,是無法將油道內的自排油洩放出來,整個換油率大約只到30﹪,不建議採用;而換油率達到100﹪的自排油交換機換油方式,雖效率驚人,但操作時若沒有堅守自排油等量、等壓、同步進出自排變速箱的話,就有可能傷害到內部的油封與離合器片,造成變速箱故障,這也是為何常聽到自排箱進行大循環清洗後,便會發生換檔不順的原因;最好的方式是建議車主採用拆卸油底殼的方式進行換油,雖然換油率只達70﹪,但施工難度不高,所需時間也相當快速,非常適合一般車主使用,且記得在換油時順便將濾網一併換新(有些國產車型無法更換),如此就能確保變速箱的健康。

        Q.為何有些進口車系更換自排油後,電腦故障燈會亮起?

A.這是因為換油過程當中,變速箱內的油位會有一短暫時間低於原廠規範,或油道內的自排油尚未到位,導致行車電腦以為發生異常而亮燈通知車主注意,並進入鎖檔模式,如此車輛便無法正常駕駛,此狀況以VAG車系最常見,解決方式為消除電腦故障碼即可。值得一提的,由於多數VAG車系都沒有自排油尺的設計,判斷油位是否足夠的依據在於油底殼加油螺絲孔上,需一直添加至自排油流出加油孔後才足量,若油量不足也會導致燈號亮起,甚至導致變速箱損壞,這是換油時不得不慎的問題。
 

        Q.為何引擎過熱維修時,也要一併更換自排油?另外,該換何種自排油較適合?

A.這是因為自排變速箱緊連接著引擎,加上其內部也設有冷卻水道通過,一旦引擎過熱後,不但易將高熱傳遞到自排油上,導致油質劣化,內部的冷卻水管也有可能發生因高壓而產生洩漏問題,嚴重影響自排油的壽命,因此最好在維修引擎時,順便針對變速箱進行換油及有無洩漏的檢查,防止變速箱因此而掛點。至於自排油的更換種類,依筆者經驗,若不知自己愛車所使用的自排油種類的話,最好還是使用原廠所規範的油品,甚至多花點錢直接向原廠購油,或許是最保險的做法,畢竟自排油的種類相當複雜,適用性亦相當嚴苛,稍一用錯後果可是相當嚴重。
 

駕駛篇

        Q.自排可當手排開嗎?另外,跑山路時可固定在D3駕駛嗎?

A.依正佳汽車表示,偶而將自排當手排駕駛是無妨的,甚至還有益於變速箱的健康,可減少油道內油泥的附著,不過要注意的是對一些沒有手自排設計的變速箱而言,切換檔位時要迅速確實,不能發生入錯檔或沒入檔的情況,前者嚴重性不必多說,後者則會使變速箱電腦因等待檔位訊號而出現空檔的現象,此時引擎轉速便會拉高,一旦電腦重新接收到的檔位訊號而執行換檔動作,離合器片可能因瞬間接合力道過大,而發生受損的問題。當然若經常強迫自排降檔,縮短換油里程相信也是必要的保護措施。
 

        另外,對於常往返山路的車主來說,建議養成固定在D3模式駕駛的習慣,雖然引擎轉速較高、噪音較大,但卻可減少變速箱頻頻升降檔的情況,對於延長離合器片及電磁閥的壽命有相當大的幫助,畢竟自排箱最脆弱的時候就是在換檔時,高轉速運作是不會有問題的。事實上不只在山路,在市區也盡量使用D3來駕駛,可減少變速箱一換到四檔,就需減速降檔停紅燈的問題,尤其像是Solio車系。

        Q.聽說D換R檔,最好在N檔停留幾秒再入R檔,對變速箱壽命有正面幫助?

A.沒錯,由於D檔時的油壓驅動方向與R檔時正好是相反,在換檔時若能先排入N檔使油壓停止流動,再入R檔便可減少油壓瞬間逆轉時的對於齒輪的衝擊,對於內部油封、彈簧與齒輪的壽命有正面幫助,否則日子久了入R檔時的異常抖動與噪音,可是相當令人相當難受的。
 

        Q.發生鎖檔怎麼辦?

A.所謂的鎖檔指的是自排檔位跳入某一檔後就不會升降,最常發生在三檔,這是因為內部油路閥體阻塞或電磁閥故障所導致,此時車速一旦降低,車輛便無足夠扭力向前牽引,只能在原地緩慢加速,就像手排車以三檔起步的情況一樣,排除方式可先手動降檔看看是否可順利降至低速檔位,再駛回維修廠,若不行建議最好停車請拖吊車,勉強駕駛只會導致更多零件故障。
 

結語

        自排變速箱的發明帶給大家相當便利的駕駛環境,但其複雜的油壓機構與脆弱的離合器片,也增添不少使用與保養上的不便,更不用說較差的傳輸效率,不過儘管如此只要車主養成正確的使用技巧與保養習慣,自排還是相當好用的,殊不見M.benz全車系依然配備自排的堅持,誰說大馬力車輛一定要配置手排才是王道。