CVT一到冬天就开不动?发动机升温受阻(CVT变速箱的冷保护)

除了对CVT变速箱情有独钟的日系车外,如今10万上下的国产车也纷纷加入了CVT阵营。诚然,CVT变速箱可以为车辆带来不错的油耗以及平顺性表现,但很多CVT一到冬天就“开不动”的问题也着实令很多车主头疼……那么CVT变速箱的冷保护问题究竟是从何而来的呢?

CVT一到冬天就开不动?发动机升温受阻(CVT变速箱的冷保护)

CVT一到冬天就开不动?发动机升温受阻(CVT变速箱的冷保护)

要想弄明白CVT为何会有冷保护的问题,咱们首先需要了解下CVT是如何工作的。实际上,CVT具有变速功能主要依靠三个部件,它们分别是两个锥轮和一根钢带。如上图所示,其中一个锥轮会与发动机的动力输出端相连接,称为驱动锥轮;另外一个则是需要由驱动锥轮通过钢带带动的从动锥轮。而钢带的作用就很明确了,那就是负责将驱动锥轮动力传递给从动锥轮的介质。没错,CVT的动力传递就是这么简单,与满大街跑的自行车并没有太大区别。

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在知道了CVT是如何传输动力后,下面我们就该了解CVT是如何实现变扭的了。众所周知,无论是手动、AT还是双离合变速箱,它们都是在不同挡位通过匹配不同大小齿轮,并通过齿轮之间的大小比例来调速变扭的。但由于CVT变速箱并没有传统意义上的齿轮,所以CVT的调速变扭功能便都会交由两套锥轮通过改变自身的周长来实现。

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如上图所示,锥轮内部的宽度从中央向四周呈逐渐变宽的趋势,因此当拥有动力的驱动锥轮向中间夹紧时,钢带便会沿着锥轮倾斜的侧壁向上移动。如此一来,驱动锥轮一侧的周长就变得更长了,齿比也会因此发生变化。

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不过由于钢带的长度不能改变,加上CVT变速箱需要在保证齿比变化范围足够大的同时尽可能将体积做小,满足小型化要求,因此CVT变速箱在“升、降挡”时,驱动锥轮和从动锥轮的周长是会一同进行改变的。其中,“升挡”的变化方式为驱动锥轮变大,从动锥轮变小,进而使从动锥轮在增加转速的同时,降低扭矩输出。降挡则刚好相反。

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具体到使用场景就是,当车辆起步时,驱动锥轮周长最小,从动锥轮周长最大,相当于用小齿轮带动大齿轮。此时,驱动端由于周长小,所以会转的飞快。而从动端由于周长大,所以会转的很慢,但是会很有劲。这样一来就能最大程度放大发动机端的扭矩了。

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随着车速的逐渐升高,驱动锥轮开始逐渐变大,从动锥轮开始逐渐变小,二者之间的齿比差距也开始逐渐变小。此时就会出现发动机转速不变,但车速越来越快的效果。

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当车速快到一定程度后,驱动锥轮的周长就会开始大于从动轮的周长,相当于手动变速箱上担任超速挡的5、6挡,最终实现发动机少转,车轮多转的效果。

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由于在车辆起步、逐渐提速、高速行驶这三种速度变换过程中,CVT的锥轮变化极其线性、细腻,因此CVT并不会产生AT、DCT换挡时的顿挫感,于是无级变速的CVT便拥有了“最舒适变速箱”的美名。

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至于大家总在热议的CVT钢带打滑问题,这种现象在一些老车型上曾经存在过,可现如今随着CVT变速箱精度的提高,以及电控系统对发动机扭矩控制能力的提升,无论是绝大多数日系车采用的带式,还是欧美车系外加斯巴鲁采用的更牢靠的链式,都已经不会出现打滑的问题了。

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讲完了CVT两个锥轮与钢带如何配合工作后,下面就不得不提这个能使CVT变速箱如虎添翼的零件–液力变矩器了。作为AT变速箱的御用配件,液力变矩器之所以能得到自动变速箱的青睐,是因为它就如同它的名字一般,可以直接改变整个动力系统的扭矩输出。尤其是在低速起步这种需要大扭矩的工况下,液力变矩器会直接起到放大器的作用,为车轮提供更大的扭矩,从而增强车轮的驱动力。不仅如此,液力变矩器在一些工况下靠油液传递动力的特质,还能在一定程度上吸收发动机的多余震动冲击,使动力总成运行的更加平稳,增加车辆的高级感。而在走走停停的行驶环境下,有液力变矩器的CVT车型在重新起步时,也不用像那些没有液力变矩器,采用摩擦片式离合器的CVT车型一样,担心离合器结合时的闯动冲击。综上所述,虽说液力变矩器在早年间不一定是CVT变速箱的标配,但在当下这个注重行驶品质感的时代,恐怕没有哪家厂商敢舍弃液力变矩器这个“高级”部件。

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在寒冷的冬季,当车辆长时间停放在零下十几度的室外环境后,它的变速箱油温也会趋近于寒冷的室外温度,所以变速箱油的流动性会大幅下降,进而导致无法为CVT的锥轮、钢带等结构提供充足的润滑、保护效果。同时与CVT共用变速箱油的液力变矩器,也会因为变速箱油流动性差,无法达到最佳的变扭、吸收发动机多余震动的功能。所以为了保障CVT变速箱不会在低温中因为大扭矩动力输入受损,同时为了尽快使变速箱油达到最佳温度工况,CVT变速箱便有了“冷保护”的机制。

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当我们在冬天对车辆进行冷启动后,车辆首先会对发动机的扭矩进行限制,以防止驾驶员在冷车状态下进行暴力驾驶,从而对CVT的钢带和锥轮造成损坏。

在确保了CVT的安全后,下一步就是如何让变速箱油快速升温了,这个任务由液力变矩器以及CVT共同承担。在液力变矩器部分,要想快速升温就意味着液力变矩器连接发动机一端的泵轮需要转动的更快,从而使更多的机械能转化为热能,这也就意味着当车辆驶离户外停车位后,发动机需要将转速拉得更高。但发动机拉高转速,通常也会带来更大的扭矩,而更大的扭矩又会对处于冰冻状态的变速箱产生冲击。为了解决这个问题,发动机工程师便会在“CVT冷保护”的升温阶段去限制发动机的进气量和喷油量,让发动机实际产生的动力足够突破发动机自身运转阻力,并达到更高的转速就够了。这种转速很快但扭矩很小的效果,其实跟原地轰油门原理类似。如此一来,液力变矩器便能在短时间内完成对变速箱油的升温任务了。

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而在CVT变速箱的部分,为了能尽快提升变速箱油的温度,同样需要通过将更多的机械能转化为热能来实现。它采用的方法则是,通过缩小驱动锥轮的周长,放大从动锥轮的周长,来达到一种“低挡位”的大齿比效果。如此一来,发动机就能以更高的转速来带动驱动锥轮和从动锥轮了,同时由于“低挡位”大齿比的设定,车辆在行驶中还不会被迫产生不必要的加速。

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综上所述,在CVT冷保护升温阶段,整台车就会呈现出一种发动机转速很高,但车辆加速十分缓慢的状态了。这时再叠加CVT本身就平顺的“升挡”方式,就会再次加重驾驶者对于车辆加速无力的主观判断。通常来说,在-20度的环境温度下,一般的CVT车型只需在低温保护下行驶1公里的距离,变速箱就可以恢复正常。

到这里,我们已经解答了绝大多数CVT发动机在冬天冷保护的原因和机制,但这里面并不包括一个经常被人诟病CVT冷启动问题的日系品牌。同时对于这个品牌的车主而言,他们肯定也不认同我们上面给出的只需行驶1公里,CVT冷保护问题就会解除并恢复正常的说法。因为如果他们的用车环境低于-10度,且没有采用有效应对措施的话,甚至可能开出十多公里都到目的地了,CVT变速箱的温度也升不上去。而造成这个现象的原因,则是因为这个品牌的CVT变速箱采用了不同于其它品牌CVT的升温方案。

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为了让变速箱油快速升温,这个品牌在上述靠升高转速加热变速箱油的方法基础上,还设计了一个能让变速箱油在水箱冷却液中穿过的管路机构。在理想状态下,由于水箱冷却液的升温速度要快于变速箱油,因此这个结构便能让变速箱油利用高温冷却液达到比其它CVT单纯靠拉高转速生热更快的升温速度。同时当变速箱油温度升高到100度以上的工作温度,以及激烈驾驶时高于110度的高温工况后,穿过90度左右水箱的设计还能帮助变速箱油起到一定的降温作用。

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这个方案看似非常聪明,可当遇到低于零下十几度的严寒天气后,这套热交换系统的实际工作效果就不会那么理想化了。因为在严寒天气下,虽然水箱冷却液依旧会先于变速箱油升温,但是根据热交换的原理,冰冷的变速箱油在从冷却液那里吸收热量后,也会使冷却液出现降温的现象,这无疑会拉长冷却液达到理想工况的时间。

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雪上加霜的是,当车辆行驶在低于零下十几度的环境温度中时,水箱与寒风迎面相撞又会导致水箱冷却液的强制降温,造成热量流失问题。进而使冷却液和变速箱油双双面临升温受阻的局面。此时,如果车辆的撞风量过大,还可能出现行驶10多公里都无法解除CVT变速箱冷保护的情况……

所以这个品牌车型在严寒天气下靠拉高发动机转速去提升发动机、变速箱温度的时间,会比其它使用常规CVT的品牌车型明显更长,同时转速也会高上不少。并且为了避免大扭矩在低温下对钢带、锥轮造成损害,这个品牌的CVT变速箱在冷保护阶段会极力拒绝“升挡”,甚至还会直接断开与发动机相连的离合器来保护自身组件的健康,最终呈现出的结果就是发动机转速上去了,但车速却无法得到正常提升……

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通过上文,我们不难发现这个品牌车型CVT变速箱一到冬天就频频遭到投诉的原因,虽然目前没有什么特别好的解决方案,但根据这套CVT的工作原理我们也可以为正在遭受不快的车主朋友支支招。如果您具备室内停车的条件,那我们建议您尽量在室内停车场先原地热车1、2分钟,待水箱冷却液温度升高,能起到为变速箱油加温的效果后再开到室外,否则直接开出去的话,冷却液的升温条件就太恶劣了。如果您不具备室内停车条件,也可以尝试用板材对车头进气格栅透风处进行一定的遮挡,以减少车辆撞风对水箱冷却液的强制降温。

CVT一到冬天就开不动?发动机升温受阻(CVT变速箱的冷保护)

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虽然CVT变速箱拥有换挡不会顿挫,以及使发动机能够一直运转在最高效率区间的优点。但由于钢带+锥轮的动力传递模式更加脆弱的关系,因此CVT在冷启动方面确实无法与坚固的齿轮相提并论,这一点也是目前所有CVT变速箱所面临的最大问题。所以如果你平时的驾驶节奏很快,无法忍受车辆冷启动后的糟糕驾驶感受,那么CVT车型可能真的不太适合你!

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