CVT及基本结构
首先,CVT是英文Continuously Variable Transmission的缩写,可以直译为【可连续变化的变速箱】,中文有个优雅的名字叫【无极变速器】,这里的”可连续变化“和”无极“的说法,是相较于MT、AT、DCT等有固定齿比变速箱而言的;
CVT的基本结构是由两个布置于平行轴上的锥轮,以及两个锥轮之间的钢带或者钢链,来传递动力;透过锥轮的开合度,来改变传动比;
因为结构特性,传动是通过钢带或者钢链与锥轮之间的摩擦力来完成的;相较于通过齿轮啮合的方式,钢带与锥轮之间的静态摩檫力能够承受的扭矩上限要低的多;这也是常说的搭载CVT变速箱的车型不适合激烈驾驶,例如弹射起步;
而很多听到丰田混动车型E-CVT的人,主观的第一映像就是CVT,我个人身边的亲友就有不少;
实际上,如果看一下丰田E-CVT内部结构,就能明白E-CVT和CVT的区别;白马非马,名实有别;
当然,只从功能定义出发,E-CVT、CVT都可以实现【可连续变化】的特性;
因为我个人的车型是8代凯美瑞混动,其搭载的E-CVT型号是P710;下面以P710型号为例,聊聊丰田E-CVT的结构;
注:P710型号的E-CVT属于丰田第四代混动系统,其结构和之前版本(1~3代)结构上有些不同;现在最新的第五代我还没有查到相关的资料;
E-CVT(P710)结构
了解过丰田E-CVT结构的应该都听说过几个名词:MG1、MG2,PSD
MG1、MG2是两个马达电机,即充当马达、又是发电机,这也是MG缩写的缘由(M表示Motor,马达;G表示Generator,发电机);
PSD是Power Split Device的缩写(动力分配装置),也就是网上很多资料中说的【行星齿轮机构】;
图-2的截面图中,有4个黑色的箭头,分别标识为a、b、c、d,他们表示4个平行轴;
1、a是MG1、发动机动力输入,PSD;
2、b是一个中间轴,一端连接MG2和PSD的外齿圈(后面会讲),另一段连接差速器的减速齿轮(尾牙齿轮);
3、c是MG2
4、d是前桥差速器,动力直接输出到车轮
图-3 传动示意图中已经展示的很明晰了;举个“栗子”,图-3中,【MG2:9】,其动力输出经由【中间轴:5】传递到【差速器:6】,如果用图-3中的数字表示动力流向:9=>8=>7=>5=>6,最终到达车轮;
以上是P710内部的基本结构,但是要了解E-CVT对应车辆不同工况下的工作原理,需要理解PSD的结构;
PSD结构
丰田E-CVT的PSD,也就是动力分配行星齿轮机构,网上图文、视频的讲解已经很多了,稍微搜索一下就可以找到很多资料;
结合图-3和图-4,再开动一下大脑的想象力,眼前没有实物的情况也能理解整个结构是什么样子的;
1、图-3中,3标识的是【太阳齿轮】;
2、图-3中,1标识的是【行星架】,4标识的是【行星齿轮】,从图-4中可以看出,【行星齿轮】安装在【行星架】上面;
3、图-3中,10标识的是【外齿圈】,从图-4中可以看到,【外齿圈】内侧和外侧都是有齿轮的(2、3标识处),内侧与【行星齿轮】啮合,外侧与【中间轴齿轮】啮合;
4、发动机动力输出到【行星架】,带动整个【行星架】转动;
5、MG1与【太阳齿轮】物理连接;
【太阳齿轮】、【行星架+行星齿轮】、【外齿圈】组成了【动力分配行星齿轮机构】;
案例-1:车辆驻车、动力电池处于低电量,发动机需要起机带动【MG1】转动来发电;
1、因为车辆处于停止状态,车轮、【差速器齿轮】、【MG2】、【中间轴齿轮】、【外齿圈】都处于不转的状态;
2、首先是【MG1】通电,带动【太阳齿轮】转动,因为整个【外齿圈】可以认为锁死状态,动力会流向【行星架】,带动发动机起机;
3、发动机起机后,带动【MG1】转动来发电;
案例-2:油电混合驱动
1、【发动机】输出到【行星架】的动力,一部分用于驱动【太阳齿轮】带动【MG1】发电;一部分透过【外齿圈】输出到【中间轴齿轮】
2、【MG2】的动力也是输出到【中间轴齿轮】的
3、两个动力源最终输出到【差速器齿轮】,也就输出到车轮了;
综上,PSD类似于三个水流管道的交汇处,可能是【一进一出】,可能是【一进二出】;
动力类似于水往低处流,总是喜欢往没有阻力或者阻力小的地方流失,(类似开放式差速器,单边车轮打滑的情况);
这里说的阻力只是形象说法,正确的讲法应该是正扭矩和负扭矩;
其实MG1/MG2在控制单元的控制下,既可以正转也可以反转,根据车辆当前状态判定需要【正扭矩】还是【负扭矩】,来确定他们是【发电】还是【驱动】;
例如:P710在倒车时,动力只是通过MG2来输出,如果此时动力电量不够,发动会起机带动MG1发电,以驱动MG2和为动力电池充电;
改变传动比
以手动变速箱(MT)来说,从发动机动力输入端,到差速器输出端,不同挡位有不同的【传动比】,加速时提高发动机转速、降低挡位,以提速到期望时速;当巡航时,使用对应高挡位,以降低发动机转速来降低油耗;
丰田E-CVT从上面的结构来看,【发动机】=>【外齿圈】=>【中间轴齿轮】=>【差速器】整个齿轮都是啮合状态,不存在齿比的改变;
但是PSD的存在,可以将动力分流一部分存储在电池中或者用于其他用电设备,例如空调压缩机;
综上,E-CVT通过收集整个车辆的状态,以电控的方式控制MG1/MG2提供正负扭矩的方式,来控制发动机转速,发动机一直处于最佳效率区间;而不能仅从传动比这个参数来考察E-CVT的传动效率;
总结
这个帖子,从网上找了一些有关丰田双擎车型搭载的E-CVT结构示意图,说明和分析了一下其基本工作原理,期望对想要了解这块内容的车友有一点帮助;
从结构和整个驱动桥的动力传递过程看,MG1/MG2能够提供正负扭矩、功率,以及PSD中那些齿轮能够承受的最大扭矩等参数,以我一个非相关专业,纯车主的认知来说,应该是要好于钢带驱动CVT;
整个E-CVT内部算是比较简单的结构,结构越简单的东西,出故障的概率相对而言也就越少吧;