ZF 6HP21變速箱重建及軟體設定心得

想也沒想過這台E92 335會跟著我一轉眼就七年多了,從當初的原裝N54到現在的盡可能看起來原裝的N54,變化實在不可謂不大。N54的動力可塑性極大這早已是舉世皆知的"常識",但近幾年讓我感到十分驚奇的卻是由ZF提供的6HP21變速箱,怎麼說驚奇呢? 這個變速箱因應動力的不斷提升卻不需要任何硬體上的變更還能維持該有的傳輸效率。
為了說明6HP這個10年前老變速箱的能耐,讓我們先了解一下個人目前的使用狀態。
車型:
2008 E92 N54 6AT
里程:
11萬公里
改裝:
custom Flash+piggy back
upgrade turbo
FBO Mod
Meth injection
動力:
原廠輪馬約在280WHP 38KgM
目前輪馬力在557WHP 75KgM
<馬力圖>
 


加速性:
原廠約在14秒多
目前在無減重狀態為6.59秒
 



以現況的動力來說早已是原設計的兩倍有餘,卻能在"硬體"不需更動的狀態下勝任,真的出乎預料。對! 聰明如你有發現我強調硬體不需更動,但軟體是需要升級的,由於E世代車型引擎管理DME跟變速箱管理TCU兩者存在工作協調機制,且兩者都有所謂扭力限制,所以在動力提升到某一個程度的時候,TCU基於保護自身原則將傳訊號要求DME延遲點火以達到保護及換檔平順的目的,但也同時限制了動力的輸出。
經過了11萬公里的摧殘,期間不斷地更改動力輸出特性再加上小孩出生前頗愛往山上跑,心中對於變速箱的健康狀態一直存疑,實際上參考ZF電磁閥的數據確實已經有了相當的消耗。
 






尤其是A組及E組離合器片組,已經明顯高於標準範圍,經過爬文發現大多數的車主也都是A E組磨損最快,探究原因可以發現其實不難理解,一到四檔都是由A組搭配另外的一組,簡單說就是只要入檔幾乎A組都會用到,E組則是因為內縮在內側半徑明顯比其他組小,雖然有加寬接觸面積但由於力矩較小且剛好是加速過程中3換4檔必須常用的檔位導致磨耗相對快速。
 


 



也因此下定決心好好整理一下這個變速箱,便開始收集各種變速箱的資訊並跟熟識的各間車廠討論,如何處理是最佳方式。
整理了一下常見的故障症狀:
1. 離合器滑差 (故障碼 4F81~4F85, 4F8a~4F8E)

2. 加速或減速換檔頓挫或失敗

3. 鎖檔

變速箱的不順症狀的成因通常是複合或是有多種可能,所以若是有上述的症狀基本上整個重建是必須的,千萬不要想說可不可以單換某某零件就好,那只會讓你花更多的時間跟金錢在上面。
既然決定要重建變速箱,在尋訪車廠的過程中發現價格差距非常大,大約5萬到10多萬都有人做,而其中的價差難道僅僅是各家利潤成本不同?深入探討後發現真的不是那麼簡單。

重建變速箱的重點部位
1.離合器片組(含壓板)
2.修理包(包含密封環 銅套 墊片 螺絲組)
3.電磁閥
4.閥體
5.扭力轉換器
6.外觀噴砂清潔

尋廠過程發現多數較低價的通常費用只包含 1+2 (不含壓板) ,而較高價的通常為 1+2+3+6,4及5很少有廠有在施工,原因在後面會提到,但是這不符合我的需求阿,經過多方打聽終於找到可以施工的車廠(苦主?)願意協助我
我們先看看零件一字排開的照片 很壯觀吧?
 



很多車主看到這邊心中會浮現一個疑問,畢竟整個重建是筆不小的花費,難道不可以檢查壞那就只換那邊就好嗎? 關於這個,個人在研究過程中得到一個結論,"有相當的風險"。承接上段說明,這跟變速箱本身的邏輯有關係,對於變速箱而言,本身有太多的補償設定,為的就是讓換檔能夠順利,而各種補償過程會讓單一零件的故障症狀被隱藏,如果你看過星際旅客這部電影,太空船受到隕石撞擊時會由其他部位分擔工作而讓當下不至於停機,但卻增加查找問題的難度。再者,拆裝變速箱的成本也不低還要加上變速箱油及墊片等等耗材,若分次更換反而讓成本會變得更高,況且車是拿來開的整天停在車廠也是很虐心的一件事情。
以下就主要部位更換的內容做個說明
1.離合器片組(含壓板)
這部位可說得最常見的損耗部位,畢竟離合器本身就是個耗材,照片中可看到雖然還沒完全磨光但已明顯看到剝離的現象。
 


壓板則是常被忽略的地方,基本上跟煞車碟盤一樣也會有磨損甚至變形的狀態,我拆開後壓板經過量測並無變形,就跟老闆借了一片來拍照示意,為了安心我還是選擇換新。
 


最容易被忽略或是弄錯的部分是離合器組各自有其標準間隙,並非裝上就好,需依照ZF官方提供的數據調整,個人就見過數台更換過離合器片的車在電磁閥壓力調節部分負值超過規範
 



2.修理包
基本上有拆開就會更換,沒甚麼好想的,據說可以單買,建議還是整套修理包無腦更換吧

3.電磁閥

6HP21具有7個電磁閥 分為3種規格 彼此不能通用
 



大陸有列表量測電磁閥的標準做法,但由於我只能做到電阻檢測無法量測油壓,所以.... 還是換掉吧 (淚)
 


對於預算極度吃緊的車主,電磁閥我是唯一一項認為可以不用更新的部件,原因是電磁閥在拆下油底殼後就能更換,算是施工成本最低的部分,但仍然建議直接更新。

4.閥體
分解後的組成大致如圖所示,分為TCU模組、上下油路板、隔板及電磁閥驅動部件。
前面有提到大多數的翻修不會碰到閥體的原因在看過分解圖後大概心裡有底,閥體的分解需要專業的技術與工具,而許多車廠並無此資源,尤其若是分解過程造成變形或是內漏將無法挽回,只能選擇更新整個閥體但全新閥體動則8萬以上實在並非好的選項。
所以我的選擇是整體分解清潔並更換隔板以確保密封度,另外DAMPER也是常被忽略的地方。
需要補充的是在大陸已經有膛孔並檢測真空的修復技術,這點在國內我一直沒找到相關的經驗,不知道是否市場規模造成,但這點確實大陸比台灣資源更豐富。
 


電磁閥驅動拆解後如圖
 


閥體拆開後隔板
圖中可看不少的油泥堆積,個人是固定20000KM更換變速箱油,一樣難逃油泥堆積。部分的密封膠也有硬化的問題,好險有拆開整理。
 


Damper 新舊對比
 



5.扭力轉換器
工作原理很像是電風扇帶動,所以可以保持一部份的轉速差而有了AT特有的舒適感,但是ZF設計的扭力轉換器有兩個特點,一是內部包含了鎖定離合器組,二是本身是採用焊接的方式組裝。鎖定結構的用途在於在一定轉速後油壓的推送會使扭力輸出及輸入軸鎖定,這樣一來兩側就沒了轉速差也解決的AT以往油耗比其他形式變速箱差的缺點,但是焊接組裝就頭痛了,既然有離合器就必然存在磨損,結論就是你不切開跟本沒辦法換.....那就切吧。此項施工也是有嚴謹的規範,這也是較少廠商願意施工的原因。
 


拆開後的樣子
 


內部的離合器
 



6.外觀噴砂清潔
這部分就比較單純,就是讓外觀看起來跟新的一樣,須注意的是內部不可噴砂僅可做外部,後續的清理也是需仔細。

噴砂清洗

硬體重建的部分到此算全部完成,可以當作一顆全新的變速箱來看待,這時候就換上軟體的作業(啊?! 蝦密? 這樣還沒搞完?)全新的離合器及電磁閥需要重新歸零從新學習適應,再加前面有提到過所謂的軟體改寫,真正重要的調整作業才正式開始。
首先,若有看過原廠BMW ISTA的朋友應該聽聞過變速箱歸零的作業,這邊要說明一下,依據BMW 或 ZF的說明,在沒有更換電磁閥及離合器的情況下是"不應該"做歸零的動作,原因是ZF變速箱本身的學習邏輯是分兩個區塊(其實不只,這邊為了讓大家理解簡化說明)一部分是平時的駕駛習慣(油門深淺)來略改變換檔時間,另一個部分則是因應離合器及液壓油的狀態調整換檔的動作。ZF變速箱的邏輯簡化說很簡單就是讓換檔平順而不考慮壽命且這部分的學習適應是永遠在執行的並沒有停止的時候。也就是說,當你油髒了、電磁閥壓力變了、離合器磨損、閥體內露等等硬體故障才會開始讓你"發覺"換檔不順,這時候想靠歸零讓變速箱起死回生是不可能的,甚至會進一步縮短壽命。唯一需要也是必須歸零的時機就是硬體更新後。

附表 是ZF提供的標準學習模式,照ZF說法這是最快速可以完成調適的建議模式,但實際跑一次流程至少要花不間斷三小時而且在沒封閉環狀道路上非常非常難完成。有多難? 讓我們看下去。 閱讀無障礙的直接看圖再跳到心得部分即可。
 



準備前提:
變速箱油溫在工作溫度且電磁閥是乾淨的
第一步驟
以15~25%的油門加速到4檔 >以20~40%再加速到6檔 > 用滑行的方式降速到 25MPH(40KM/H)再很輕的踩煞車至停止 > 停止時踩住煞車10秒
然後重複整個步驟9次
第二步驟
加速到30MPH(48KM/H)用手動M檔固定在3檔 > 3檔持續行駛約 2 miles (3.2KM) > 加速到 45MPH (72KM/H) 切換至5檔 > 輕油門加速到 60MPH(96KM/H)再不踩油門的滑行降速到40MPH(64KM/H)[重複5檔加減速動作4次] > 加速到 55MPH(88KM/H)並換到6檔 > 輕油門加速到 65MPH(104KM/H)再不踩油門的滑行降速到50MPH(80KM/H)[重複6檔加減速動作4次]
然後重複整個步驟5次
第三步驟
在發動停止狀態 從N檔切入D檔 踩住煞車5秒後切回N檔 > 在發動停止狀態 從N檔切入R檔 踩住煞車5秒後切回N檔
然後重複整個步驟4次
完成

看起來似乎只是比較麻煩但不困難? 仔細想想 一 二步驟在不是封閉環狀道路你該怎麼開? 光一個3檔 48KM/H 連續行駛 3.2公里就難倒我了,大台北去哪找沒紅綠燈的路段啊? 當時浮現心中的可行路段是台11線但實在是太遠了外加有超速取締5~6檔也無法學習就放棄這個想法,唯一想的到可完整執行又沒有安全性問題的就剩下馬力機了。雖然如此,在我有實際歸零過幾次的經驗後(你沒想錯,以前曾經手賤歸零後悔不已)有發現幾個學習的重點情境,但是這僅為個人經驗及認知,沒有任何ZF背書,供有需要的人參考。把整個ZF學習步驟包含其他種變速箱簡化來看,我的解讀為第一部分 升降檔、第二部分 3 5 6檔巡航(加減速但不換檔)、第三部分 D><R切換,主要都是讓電磁閥適應壓力及填充時間,若無法照正規的方式執行我個人建議是這樣做。
第一部分 從靜止輕油門加速到6檔>盡可能不煞車的停止,重複 3~9次
第二部分 在有合適路段就固定 3 5 6檔行駛,盡可能保持在緩慢加減速狀態,每檔約5~10分鐘
第三部分 照SOP
個人經驗是一必須先做,二三順序並不是特別重要,在無法照SOP學習的情況下也可以在三天日常行駛中完成。
這部分我強烈建議車主要自己操作,車廠不可能在一台車上花費那麼多的時間幫你完成學習,而且學習的過程我相信也不可能標準。變速箱都花了大把鈔票去重建,不要為了省一點精力而前功盡棄。至於追求完美的車主則只能租馬力機或半夜環島了 XD

完成了硬體及電磁閥調適兩個工作基本上我已經擁有近全新的駕駛體驗,就回頭說說最前面提到的"軟體改裝"部分,這也是讓我願意最滿意的區塊,畢竟6HP硬體能做到的比我原本想的多出太多了。由於軟體(MAP)我採用的是個人自學的方案且牽涉到許多主觀的想法,所以細部調整的區塊容我省略,我們僅就原理及效果上多心得上的分享。這顆6HP開始於2006搭載在BMW各車系且在改為8HP以前廣泛的被使用,不論 1、3、5、7 X5 Z4等等汽柴油車系都看的到它的存在,也因為使用的多進而推展出軟體改裝的市場。以N54來說分為6HP19及6HP21兩款,大多數看的到的皆為6HP21,以現在的觀點來看2006年的設計真的顯得老舊,D檔升降檔平順但緩慢,S檔好一些但減速降檔卻沒退檔補油機制,M檔無論用撥片或是排檔頭進退檔都慢個半拍再加上 D 跟 S都沒檔位顯示真的讓人開起來覺得不舒服,因此,早期的車主很多都選擇改寫成 ALPINA B3上採用的版本,D跟S有了檔位顯示、換檔也快了一些、退檔也會補一些油但卻也多了一個讓很多人不適應的問題,D檔的換檔時機非常的早,但當時並無其他替代選項也只能將就著用了。大約兩年前位於奧地利的一間軟體公司開發了一套APP可以改寫TCU的MAP,自此6HP就進入了另一個層級的領域。我們可以簡單想像TCU跟DME一樣儲存了所有變速箱應該做的邏輯,早期的B3比較像是罐頭就是整個覆蓋過去,你並無法單獨的調整任何一個區塊,而現在你就可以做到,介面看起來像是這樣。
 



而我們為什麼需要改寫呢? 以B3的來說 D檔絕對是第一個要改的,然後換檔再快一些、撥片反應快一點、退檔補油節氣門開度再大一點最重要的是TQ 扭力限制需要提高一些,這樣就完美了。
簡單條列一下改寫的重點:
1.檔位顯示
2.D檔換檔時機
3.退檔補油
4.換檔速度
5.撥片反應
6.扭力限制
1~5都很容易字面上理解,6則是有做動力提升的N54 N55車主需要特別注意的,因為我用的是JB4+FLASH動力方案所以我以手上找到的JB4 LOG來說明一下, 這台車動力約為480WHP 變速箱全原廠+原廠軟體,圖一為4檔直接WOT可看到點火表現正常但是同樣的設定在同一個時間改為3-4換檔加速結果卻大不相同,在圖二我們可以清楚看到在換檔時間上就已經比較慢,在完成換檔後點火時間馬上退到0度,想當然動力也就整個下降了。會造成點火下降的原因是DME跟TCU本身是有工作協調的,基於保護變速箱本身的立場在原廠設定下若引擎計算出的TQ大於變速箱的TQ限制,此時變速箱會通知引擎降低功率以保護自身。這本身是個對的機制但真的太浪費6HP的潛力。
(圖一)
 


(圖二)
 



而有改寫TCU且動力進一步提升的看起來是這樣的
 




不知不覺地打了落落長一篇文章,也算是給自己這些年改裝的一個心得,若你跟我一樣仍擁有這顆10幾年的老變速箱且剛好又是BMW車型,真心的建議你"它"值得你回春並進化一番,相信它也不會讓你失望的。最後附上重建變速箱的縮時影片替自己留個紀錄。
<拆裝變速箱>
<閥體拆解>
<離合器籃細部分解>
let's casual swing https://www.pureaqua.com.tw
2019-01-04 15:20
bmw_hamann wrote:
想也沒想過這台E92...(恕刪)

同為N54車主(仍現役E90)五分奉上!
樓主對車太有愛了,
且在rebuild前有完整清晰的思路、輔以文獻回顧的知識,無私的分享,
一定要浮上來支持一下!

bmw_hamann wrote:
想也沒想過這台E92...(恕刪)


這樣的翻修價格為何?

WWEHBK wrote:
同為N54車主(仍現...(恕刪)


怕老了以後忘了自己做過甚麼 當作一個紀錄也給車友做為參考
let's casual swing https://www.pureaqua.com.tw

altezzaclio wrote:
這樣的翻修價格為何?


我這次約在9萬有找 實際上還是以車廠的報價為準 我詢價的過程中有發現落差頗大
let's casual swing https://www.pureaqua.com.tw
altezzaclio wrote:


這個廠家是那種Z...(恕刪)


看照片是同一家沒錯
但這是我自己的心得紀錄  若有行銷效果是不是我該去請一筆贊助費用阿  呵呵

bmw_hamann wrote:
想也沒想過這台E92...(恕刪)


實在太專業
請手下小弟5分…
非常實用的一篇,收藏起來,以後有機會用。
收藏先!!!感謝樓主分享~~文章圖解說明都超詳細的
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