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汽车自动变速器构造与维修4液压控制系统的检修_图文

高等职业教育汽车类专业教学改革 规划教材

汽车自动变速器 构造与检修
刘春晖 梁玉国 主编
机械工业出版社
CHINA MACHINE PRESS

ISBN 978-7-111-57258-9




前言 模块一 模块二 模块三 模块四 模块五 模块六 模块七 模块八 模块九 自动变速器概述 液力变矩器的检修 齿轮变速系统检修 液压控制系统的检修 电子控制系统的检修 自动变速器的检查与试验 平行轴式自动变速器 双离合自动变速器 无级变速器

模块四 液压控制系统的检修
项目一 液压传动的结构原理 项目二 液压基本回路的组成与特点 项目三 供油调压装置 项目四 换档控制装置 项目五 液力变矩器控制装置

项目六 液压控制系统的控制过程
项目七 液压控制系统的检修

项目一 液压传动的结构原理
液压传动是以工作液体的压力能来进行能量

传递和控制的装置。汽车上自动变速器的控
制系统中就是利用液压传动的方式来进行换 档控制的。

1.液压传动的工作原理
如图 4-2 为液压千斤顶的工作原理。大液压缸 3 和大活塞4组成举升缸,杠杆6、小液压缸8、小 活塞7、止回阀5和9组成手动液压泵。活塞和液 压缸体之间保持一种良好的配合关系,不仅活

塞能在缸内滑动,而且能够实现可靠的密封。

图4-2 液压千斤顶的工作原理 1—油箱 2—放油阀 3—大液压缸 4—大 活塞 5、9—止回阀 6—杠杆 7—小活塞 8—小液压缸

2.液压传动系统的组成
一般液压传动系统,除油液外,应由以下几个部分组成。 (1)动力部分——液压泵 泵。 (2)执行部分——液压缸或马达 它将液压能转换为机械能,输出 它将机械能转换为液压能,给液压系统

提供压力油源。如图4-2中的杠杆、小活塞、止回阀组成的手动柱塞

力、行程和速度。如大活塞和大液压缸组成的液压缸。
(3)控制部分——控制阀 放油阀。 (4)辅助部分——辅助部分 封等。如油箱、管路。 输送液体、储存液体、过滤液体、密 控制液体压力、流量、流速和方向。如

3.液压传动系统的工作特性
1)力的传递按帕斯卡原理进行,在密闭容器内的平衡液 体中,任何一点的变化,将等值地传给液体中的所有各点。

因此,密闭容器内的平衡液体中,各点的压力相等(图43)。 2)工作活塞的液压作用力等于油压与活塞面积的乘积, 作用方向为垂直于作用面。因此可用提高压力和加大活塞 面积的方法来产生较大的液压作用力。 3)液体的可压缩性很小,故一般液压传动中视液体为不 可压缩的。因此运动的传递按等容积原则进行,因此工作 活塞的运动速度,取决于流量而与压力无关。

图4-3 帕斯卡原理

项目二 液压基本回路的组成与特点
液压基本回路是用液压元件组成以液体为工作介 质并能完成特定功能的基本回路。对于任何一种 液压系统,不论其复杂程度如何,实际上都是由 一些液压基本回路组成的。常用的基本回路按其

功能可分为:方向控制回路、压力控制回路、速
度控制回路和顺序动作回路四大部分。

1.方向控制回路
方向控制阀是用来控制液压系统中液流方向和 流经通道的,用来改变执行机构的运动方向和 工作顺序。在自动变速器中,方向控制阀将液 压油引导到相应的换挡执行元件,改变自动变 速器传动比。常见的方向控制阀有单向阀和换 向阀。

(1)单向阀

单向阀的作用是只允许油液向

一个方向流动,不能反向流动。图4-4所示为
两种不同形式的单向阀。

图4-4 单向阀工作原理

在自动变速器中单向阀常用于控制换挡执行

元件的充油速度。如果离合器或制动器的充
油速度过快,会形成较大的换挡冲击,在油 路中增加单向阀(见图4-5)可以有效地降低

换挡冲击。

图4-5 单向阀节流的应用

在执行升挡动作时,工作液从进排液口①流向进排液口②, 油压将单向阀压在阀座上,油液只能通过一个节流孔流进

离合器或制动器,节流孔产生阻力,进而引起压力下降
(节流孔越小,流动阻力越大,总压降越大)。油压增加 比较慢,有效地缓和了换挡冲击。当液压油停止流动时, 节流孔对系统不再有影响,节流孔两侧液压相等。液压变 化实例如图4-6所示。而在降挡时,油液流动的方向相反, 使离合器或制动器中的油液快速排出,以便顺利进入其他 挡位。

图4-6 在油液通过节流孔和停止流动时, 液压变化实例

2.压力控制回路
压力控制回路主要是调节系统或系统的某一部分的 压力。可用来实现调压、减压等控制。实现压力控 制的阀类称为压力调节阀。在液压系统中可起到安 全保护、保持系统压力和调节系统压力等作用。在 自动变速器中压力控制阀用于对油压进行调节和控 制,以适应工作的需求。压力控制阀是依靠液体压 力和弹簧力平衡的原理来实现压力控制的。

(1)球阀式 如图4-12,它由弹簧和钢球组 成。当管路液压低于规定值,球阀在弹簧作 用下关闭。当管路液压力超过规定压力时, 钢球上升,球阀打开,从管路排出压力,从 而起到调节管路压力的作用,防止管路压力 过高。

图4-12 球阀式压力调节阀

(2)活塞式

如图4-13,当液压未超出规定

压力时,在弹簧作用下活塞将上移将排液口
关闭,当液压超过压力时,活塞下移至规定 位置时,排液口开启,从系统排出工作油液

调节油压。

图4-13 活塞式压力调节阀

(3)滑阀式 这种压力调压类似于活塞式, 滑阀的元件结构如图 4-14 。工作情况如图 415,当油压低于规定值时,油压作用在端面A 上向下的力F1小于弹簧作用在端面B上向上的 力 F2 ,滑阀将排液口关闭。此时,阀将不起 调节作用。

当油压超过规定压力时,F1大于F2,液压的

作用力使滑阀下移,开启排液口,通过排液
口排出工作液起到调节压力的作用。

图4-14 滑阀结构

图4-15 滑阀式压力调节阀工作情况

(4)改良滑阀式 在滑阀的上下两端施加了两个 独立油压,可根据这两个独立油压的升高或下降 来操纵调压的油压,其结构示意图如图 4-16所示, 滑阀上端面A和端面B的有效作用不相同,即F2> F1,当压力油流经时将产生一个向下的推力。当 无外加压力时,利用弹簧的弹力与压力油产生的 向下的推力控制滑阀的位置,调节油压

当下面有外加压力时,调节油压将变化,油 压会升高,且外加油压越高,调节后的油压 越高,如图 4-18 。而当上面有外加压力时, 调节油压将会降低,外加压力越大,调节后 的油压越低,如图 4-19 。自动变速器控制系 统的主调节阀就是这种形式

图4-16 改良滑阀式压力调节阀结构

图4-17 无外加油压的调节情况

(5)调压阀实例
自动变速器的液压是由调压阀控制的。首先,液压必须 足够大以防止离合器和制动器打滑。但过大的液压会使变

速器油温升高、产生大量的乳化泡沫,使发动机负荷增加。
多数变速器,调压阀装在油泵出口处,调压阀的原理是液 压作用在一侧,弹簧作用在另一侧。此外,还有一个与油 泵连通的油道通到调压阀的一个环槽处,在这个环槽旁边 有一个回到油泵入口处的回油通道

当油泵液压与阀的作用面积的乘积大于弹簧 的弹力时,调压阀就向弹簧侧移动,一部分 液压油流回到油泵的入口处。调压阀始终处 于一个平衡位置以保持系统内的液压,这个 平衡位置使作用在阀上的液压力和弹簧的弹 力相平衡。

3.流量控制回路
液压系统流量控制的目的是控制液压执行元件的 运动速度。在自动变速器控制系统中是用来控制 液压缸内的活塞的运动速度,防止执行元件接合 过快而出现冲击。流量控制阀包括节流阀、调速

阀、溢流节流阀和分流节流阀等。自动变速器中
控制系统中,用来控制流量主要是节流阀。

(1)筒式节流阀

如图4-21,旋动手轮,阀

芯便作轴向移动并改变节流口的开度的大小,
从而改变油液通过的流量,这种节流阀结构 简单。一般用于流量调节要求不变的场合。

(2)单向节流阀

如图4-22为单向节流阀的一种结构。

当油液从油口 P1 进入时,阀芯保持在调节杆所限定的位

置上,油液只能经过阀芯上的三角形节流沟槽流向油口
P2,这时阀起节流作用。而当油液从该阀的油口P2进入 时,阀芯被油压压下,油液得以通过并从油口P1 流出, 这时阀起单向阀的作用,不起节流作用。这种形式被自动 变速器控制系统广泛采用。

图4-21 筒式节流阀

图4-22 单向节流阀

(3)节流阀的应用回路

如图4-23,用单向

节流阀来控制活塞的前进速度,减小冲击,
回程时通过单向阀迅速排油以使活塞快速反 退。

(4)容积调速回路

自动变速器控制系统中

是利用执行元件的容积变化来调节执行元件
的速度。如图 4-24 。给液压缸供油时,利用 活塞的下移使容积变大,从而使液压缸内的

活塞移动速度减小,以减少接合冲击。

4.顺序动作回路

顺序动作回路的作用是控制执行元件的先后动 作顺序,回路中主要元件是顺序阀。根据控制 油液来源,顺序阀可分为两类:一类是直接利 用本阀的进油压力来控制的自控顺序阀;另一 种是利用外来油压进行控制的远控顺序阀。自 动变速器控制系统中所用为自控顺序阀。

如图 4-25 所示,只有进油口油压达到规定值 后,才能使阀芯克服弹簧弹力移动,从出油 口流出,这样就使这两路油压控制的执行元 件有一个先后动作顺序。具体在自动变速器 的应用如图 4-26 。顺序阀让外活塞在内活塞 工作后才工作,有助于减小接合冲击。

项目三 供油调压装置
供油调压装置是自动变速器的一个基本组成

部分,是液压系统各个机构的动力源。其作
用是向整个液压系统提供具有一定油压、足 够流量、温度合适的油液。此外,也给整个

系统提供润滑和冷却。

1.油泵
油泵的功用是把机械能转化为自动变速器油的压力。 能产生一定压力和流量的自动变速器油( ATF ), 可称之为工作介质(自动变速器油)。油泵将工作 介质供给液力变矩器、液压控制系统和行星齿轮机 构。自动变速器油既是能量传递的介质,又是阀体 动作的液压控制介质,同时也是自动变速器机械部 件润滑的主要介质。油泵通常安装在液力变矩器的 后方(图 4-27),由变矩器壳后端的轴套驱动。在 发动机运转时,不论汽车是否行驶,油泵都在运转。

油泵正常工作应具备三个必备条件:
1)必须具有一个运动件和一个非运动件所构成的密闭容 积。

2)密闭容积的大小,随运动件的运动作周期性变化。容
积由小变大(吸油),由大变小(出油) 3)密闭容积增大到极限时,先要与吸油腔隔开,然后再 转为出油;密闭容积减小到极限时,先要与出油腔隔开, 然后再转为吸油。

(1)内啮合齿轮泵
内啮合齿轮泵是自动变速器中应用最多的一 种油泵,各种丰田汽车自动变速器都采用这 种泵。它具有结构紧凑、尺寸小、质量轻、 自吸能力强、流量波动小、噪声低等特点。 它由小齿轮、内齿轮、月牙形隔板、泵壳、 泵盖等组成(图4-28)。

小齿轮由变矩器壳体后端轴套驱动为主动齿轮, 内齿轮为从动齿轮,月牙形隔板的作用是将工作 腔分隔为吸油腔和压油腔,泵壳上有进油口和排 油口,发动机运转时,小齿轮带动内齿轮如图中 顺时针方向旋转。在吸油腔,因齿轮不断退出啮 合,容积增大,形成真空吸油;在压油腔,因齿 轮不断进入啮合,容积减小,将液压油压出。

图4-28 内啮合齿轮泵结构及实物 1—小齿轮 2—内齿轮 3—月牙形隔板 4—吸油腔 5—压油腔 6—进油道 7—出 油道

(2)摆线转子泵 摆线转子泵是一种特殊齿 形的内啮合齿轮泵,它具有结构简单、尺寸 紧凑、噪声小、运转平稳、高速性能良好等 优点;其缺点是流量脉冲大、加工精度要求 高。它由一对内啮合的转子及泵壳、泵盖等 组成,如图4-29。

图4-29 摆线转子泵结构及实物 1—驱动轴 2—内转子 3—外转子 4—泵壳 油腔 6—出油腔 e—偏心距

5—进

如图 4-30 为转子式油泵的运动原理图(图中

A1为内转子上的齿廓,A2为外转子上的齿廓,
O1为外转子的圆心,O2为内转子的圆心)。 内外转子不同心,有一定的偏心距,且外转

子比内转子多一个齿。

图4-30 转子式油泵的运动原理图

(3)叶片泵

叶片泵由定子、转子、叶片及

壳体、泵盖等组成(图 4-31 )。它具有运转
平稳、噪声小、泵油流量均匀、容积效率高 等优点;但它结构复杂,对压油的污染比较

敏感。

图4-31 叶片泵结构及实物 1—转子 2—定位环 3—定子 4—叶片 进油口 B—出油口

A—

2.自动变速器油

自动变速器油( Automatic Transmission
Fluid , ATF )对于自动变速器的工作非常重 要,它既是传力介质,又能起到冷却、润滑、 清洗等功能。

(1)自动变速器油(ATF)的作用
① 作为液力变矩器中传递能量的介质; ② 作为离合器、制动器、伺服活塞及液压阀传递能量的 介质; ③ 在离合器或制动器工作时帮助产生摩擦力矩;

④ 冷却运动副表面,带走变矩器内高温;
⑤ 润滑运动件; ⑥ 辅助密封元件起到密封作用。

(2)自动变速器油(ATF)的特性
早期的自动变速器使用发动机润滑油作为工作介质, 由于发动机与自动变速器的工作条件相差太大,为 此出现了专用自动变速器油。而为了便于区别发动 机与自动变速器漏油,自动变速器油被添加了红色。 自动变速器油可以是矿物油,也可以是增加了添加

剂的合成油。现在使用的多为合成油,通过添加剂
达到改善油质,满足自动变速器苛刻的工作条件的 目的。

所有变速器油特性基本相近,只是自动变速 器的摩擦特性不同,一般的变速器油的静摩 擦系数比动摩擦系数高。使用一般变速器油, 在离合器或制动器接合时,摩擦系数增加, 可能产生明显的换挡冲击。自动变速器油的 特性与其相反,静摩擦系数比动摩擦系数低。

为此离合器或制动器要有更大的摩擦面积来适应 相对较低的静摩擦系数,但可以改善传动元件接 合时的品质,减小冲击,提高换挡平顺性。当然, 静摩擦系数下降会造成换挡元件打滑,甚至引起 传动失效。所以在进行自动变速器维护时,应参 考维修手册,按照生产厂家的指定产品型号更换 或添加自动变速器油。

(3)自动变速器油(ATF)工作特性的改善

自动变速器油中使用一定的添加剂以改善其
工作特性。添加剂指一些化学合成物,包括 以下物质。

清洁剂:使变速器中的杂质在被滤清器过滤或变速 器油被更换之前维持悬浮状态,这样可保持变速器 的清洁以防止各种滑阀被积垢粘住。 抗氧化剂:减少变速器油的氧化和分解,氧化会产

生沉淀物和胶状物。
改善黏度系数的物质:减少液体瀚度随温度变化的 程度,使液体黏度和换挡特性保持稳定。

改善摩擦系数的物质:改变变速器油的摩擦系数。 抑制泡沫的物质:防止变速器油被搅动时起泡。 使密封圈膨胀的物质:可使密封圈有轻微的膨胀量以补偿 其磨损。 抗磨剂:使相互啮合的部件减少磨损,防止划痕或出现咬 死现象。 防锈剂:防止金属零件生锈。 防腐剂:防止对零件的腐蚀作用。 降低金属活性的物质:在金属表面形成一层保护膜,减少 接触反应,防止氧化。

(4)自动变速器油(ATF)的冷却
自动变速器油面对的最大问题是温度。过高

的温度会使变速器油的使用寿命明显缩短,
造成变速器油的分解和形成胶质和漆状沉淀 物,这些都会增加油路的堵塞或滑阀的粘连。

所有的自动变速器都使用冷却器来帮助散热。 典型的方法是将变速器油送到发动机散热器 的热交换器,如图 4-32 所示。热交换器可以 和发动机散热器做成一体,超负荷的车辆也 可以在散热器的前方装一个附加的辅助冷却 器,如图4-33所示。

图4-32 ATF的典型冷却方法

现在使用较多的合成油是人工对油的分子机

构进行重新排列的,其具有更好的高温润滑
特性、更好的抗氧化能力和低温流动性。高 级的变速器油都是合成油,具有化学稳定性

好、使用寿命长的特点。

2.主油路系统
因油泵由发动机直接驱动,故其理论泵油量与发动 机转速成正比,液力传动油由油泵输出后进入主油 路系统,从而使主油路系统压力发生变化。发动机 高速时,泵油量多,主油路压力高,引起换档冲击 及泵油消耗功率增大;发动机低速时,泵油量少, 主油路压力低,引起制动器、离合器打滑。

为防止上述两种现象发生,油泵的泵油量应在发 动机处于怠速时即可满足自动变速器各部分所需, 而在发动机转速增加时利用主油路系统中的主油 路调压阀来调节压力,让多余的油返回油底壳, 使主油路系统的压力稳定在一定的范围之内。同 时主油路调压阀应能满足主油路系统在不同工况、 不同档位时,具有不同油压的要求:

(1)油门开度较小时,自动变速器所传递的

扭矩较小,离合器、制动器不易打滑,主油
路压力可以降低。而当油门开度较大时,因 传递的扭矩较大,为防止离合器、制动器打

滑,主油路压力要升高。

(2)汽车低速档行驶时,所传递的扭矩较大,

主油路压力要高。而在高档行驶时,所传递
的扭矩较小,可降低主油路油压,以减小油 泵运行阻力。

(3)倒档的使用时间较少,为减小自动变速

器的尺寸,倒档执行机构做得较小(摩擦片
数少),为防止打滑,主油路压力要比前进 档时有所提高。

3.变矩器供油系统

变矩器的压力调节阀在过去传统教材中叫次级压 力调压阀,又称二次调节阀,它的作用是根据汽 车行驶速度和节气门开度的变化,自动调节变矩 器的油压、各部件的润滑油压和冷却装置的冷却 油压。

次级压力调节阀也是由阀门、阀芯和弹簧等组成,其工作 原理如图4-35所示,来自系统的主油压作用到该阀门的上

端及中间部位时,由于作用在阀门中间的向上或向下压力
相等(此处阀门上端及下端截面积相等)并且有输出(润 滑压力),但阀门最上端没有弹簧侧也有压力,因此会导 致阀门向下运动,同时阀门的右下方又有泄油孔,因此就 形成了变矩器的工作压力和润滑压力。另外,在阀门的下 端弹簧侧还有相应的调节压力,这样就形成了不同工况下 的变矩器工作压力和润滑油压。根据该阀门的工作原理不

难看出,次级压力调节阀其实也是一个减压阀。

图4-35 变矩器液力调节阀(二次调节阀)

项目四 换档控制装置
换挡控制装置主要具有两个作用: ① 根据换挡手柄的位置(如P、R、D等),使自动变速器处于不同的挡位状 态; ② 在换挡手柄处于前进挡(如D、S、L等)时,根据车辆行驶状况控制自动 升挡和降挡。 换挡控制装置主要包括以下部分: ① 换挡信号装置:主要包括节气门阀和速控阀。 ② 控制阀:主要包括手动阀、换挡阀和强制降挡阀。

③ 换挡执行机构。
④ 缓冲安全装置:如蓄压减振器、单向节流阀等。

1.换档信号装置

为实现自动换挡,必须以某种(或某些)参数作为 控制的依据,而且这种参数应能用来描述车辆对动 力传动装置各项性能和使用的要求,能够作为合理 选挡的依据,同时,在结构上易于实现,便于准确 可靠地获取。目前,自动变速器控制系统一般以车 速和节气门开度作为控制参数。

车速和节气门开度的变化必须要转化成控制系统能识别的 控制信号(油压信号或电压信号),再输入到相应的控制

系统,并通过控制各种执行机构,从而实现自动换挡。这
种转化装置,称为换挡信号装置。换挡信号装置有液压式 和电子式,液压式换挡信号装置主要包括节气门阀和速控 阀,电子式换挡信号装置主要包括节气门位置传感器和车 速传感器。目前,很多汽车上取消了液压式换挡信号装置。

(1)节气门阀 节气门阀受发动机加速踏板 控制,随节气门开度大小(即发动机负荷大 小)而改变其输出油压力的液压阀,其输出 油压与节气门开度成正比关系。此油压作为 液压控制系统自动换档的一个信号。根据控 制方式的不同分为机械式和真空式两种。

1)机械式节气门阀。如图4-37所示,为一种

常见的机械式节气门阀。它由上部的节气门
阀体,回位弹簧,下部的强制低档柱塞和调 压弹簧等组成。

图4-37 机械式节气门阀

当踩下加速踏板时,节气门拉索被拉动,节气门凸轮作顺 时针转动,将强制低档柱塞上推,压缩调压弹簧。调压弹

簧则推动节气门阀体向上移,使节流口开大,输出油压增
高。节气门开度越大,调压弹簧压缩越多,阀体上移越多, 节流口开度越大,节气门油压越高。当节气门开度维持在 一定时,随着油压增大,在B处由液压产生的向下作用力 增大,将节气门阀向下推至关闭进油口为止,此时节气门 阀输出油压维持不变。

2)真空式节气门阀。如图4-38,真空式节气门阀由真空 室、推杆和滑阀等组成。上部被膜片隔开的真空室通过软

管与发动机节气门后的进气管相通,膜片相连的推杆则在
膜片弹簧力的作用下将滑阀的阀芯往下推。阀芯上有三个 油道口:进油口 A与主油路相通,出油口 B输出节气门阀 油压,泄油口C 用以泄油。从 B口输出的油压流至阀芯底 部,其液压作用力使滑阀芯上移,与膜片弹簧力平衡。油 液从进油口A到出油口B或出油口B到泄油口C,均要经阀 口的节流作用。

图4-38 真空式节气门阀 1—真空膜片室 2—膜片弹簧 3—膜片 4—推 杆 5—滑阀 A—主油路进油口 B—节气门油 压出油口 C—泄油口 D—真空接口

当节气门开度较小时,进气管的真空度大,真空气室膜片 对阀芯向下的推力减小,阀芯上移,节流口变小,输出油

压减小;当节气门开度大时,进气管真空度小,真空室膜
片对阀芯向下的推力增大,阀芯下移,节流口变大,输出 油压力增大;当节气门开度维持不变时,阀芯维持在将A、 C两口关闭的平衡状态,输出油压不变,若此时减小开度 则通过C 泄油口使输出油压降低,反之增大开度,则从 A 口进油使输出油压增大。

(2)速控阀

速控阀也称为调速器,其作用是为自动变

速器换档控制提供一个随车速变化的控制油压。该油压与

节气门阀油压一起共同控制换档阀的工作。它一般安装在
自动变速器的输出轴上,随轴一起转动,或者安装在自动 变速器的壳体上,通过齿轮与输出轴相连。其基本原理是 利用离心力控制滑阀阀芯的位置,来控制速控阀油压的大 小。

图 4-39 为一种安装在输出轴上的双级式速控

阀。重块为初级飞块,滑阀为次级飞块。进
油孔与主油路相通,出油孔输出速控阀油压, 泄油孔用以泄油调节速控阀油压。

图4-39 节流式双级速控阀 1—滑阀 2—重块 3—进油孔 4—出油孔 5—输出 轴 6—销轴 7—弹簧 8—调速器外壳 9—泄油孔

在低速区工作时,重块在离心力的作用下外移, 并通过弹簧带动滑阀一起外移,打开进油孔,

主油路压力油经进油孔节流减压后成为速控阀
油压。作用在油阀上的速控阀油压向下的作用 力使油阀下移关小进油孔,直至速控阀油压的

作用与离心力平衡时,关闭进油口,速控阀输
出油压不变。

因重块质量大,随着车速提高,输出轴转速升高, 离心力增大,速控阀油压急剧升高(图4-39a)。 当车速继续提高时,重块带动销轴逐渐外移,直 至销轴内端的平面抵靠速控阀外壳的台阶为止。 此后车速再提高,重块不再外移,因此速控阀油 压仅靠滑阀的离心力来调节。由于滑阀质量较小, 其离心力增大较慢,从而使速控阀输出油压缓慢

增大(图4-39b)。

当车速下降时,离心力下降,速控阀油压对 滑阀向下的作用力使之下移,打开泄油口, 利用泄油使速控阀油压降低。当车速维持一

定时,进油口和泄油口都处于关闭状态,速
控阀油压维持一定的值不变。

双级式速控阀在低速区和高速区具有不同的工作特性(图 4-40)。它能使自动变速器在低速区和变速区具有不同的

换档规律。在低速区,由于速控阀油压随车速变化较大,
从而使汽车起步后及时由低档升中速档,防止因升档过迟 而使发动机转速过高,增加油耗。在高速区,由于速控阀 油压随车速变化较小,从而使汽车由中速档升至高速档之 前有足够的加速时间,防止过早升档而影响汽车的动力性。

2.控制阀组
控制阀组的作用是按照换挡规律的要求,根

据换挡油压信号的变化,自动地选择最佳换
挡点,改变主油路流向,操纵换挡执行机构, 完成挡位的自动变换。控制阀组包括手动阀、

换挡阀、强制降挡阀等。

(1)手动阀

手动阀是由操纵手柄控制的多

路换向阀。它位于控制系统的阀板总成中,
经机械传动机构和自动变速器的操纵手柄连 接(图 4-41 )。由驾驶员手工操作,用于控

制自动变速器的工作状态。

图4-41 操纵手柄与手动阀的连接

驾驶人通过操纵手柄拨动手动阀,当操纵手柄位 于不同位置时,手动阀也随之移至相应的位置, 使进入手动阀的主油路与不同的控制油路接通, 或直接将主油路压力油送入相应的换档执行元件 (如前进离合器、倒档离合器等),并让不参加 工作的控制油路与泄油孔接通,使这些油路中的

压力油泄空,从而使控制系统及自动变速器处于
不同档位的工作状态。

如手柄置于前进( D )位置时,对三档自动变 速器而言,变速可根据换档信号在1至 3档之间 自动变换;对四档自动变速器而言,变速器则 可根据换档信号1至4 档之间自动变换。当手柄 置于前进档S位(或2位)时,自动变速器只能 在1 至2档间自动变速换档。当手柄置于前进低 档L位(或1位)时,自动变速器被限制在1档工 作。

(2)换档阀 换档阀是一种由液压控制的2位

换向阀(图 4-43 )。它有两个工作位置,可
以实现升档或降档的目的。图中换档阀的右 端作用来自速控阀的输出油压,左端作用着

来自节气门阀的输出油压和弹簧的弹力。

换档阀的位置取决于两端控制压力的大小。当右 端的速控阀油压低于左端的节气门阀油压和弹簧 弹力之和时,换档阀保持在右端;当右端的速控 阀油压高于左端的节气门阀油压和弹簧弹力之和 时,换档阀移至左端。换档阀改变方向时,主油 路的方向发生变化,以实现不同的档位。图中当 换档阀从左端移至右端时,自动变速器升高1个档 位;反之则降低1个档位。

图4-43 换档阀工作原理示意图 1—换档阀 2—弹簧 3—主油路进油孔 4—至低档换 档执行元件 5—至高档换档执行元件 6、7—泄油孔 P1—速控阀油压 P2—节气门阀油压 F—弹簧力

由此可知,自动变速器的升档和降档完全受节 气门阀油压和速控阀油压控制。节气门阀油压 大小反应的是油门的开度大小,速控阀油压大 小反应的车速大小。若汽车行驶时油门开度保 持不变,车速低时换档阀在左端处于低档,随 着车速升高至规定值将推动换档阀移至左端升 入高档,这个车速的规定值称为升档车速(或 升档时刻)。

当节气门开度增大时,节气门阀油压增大,从

而使相应的升档速控阀油压增大即升档车速将
增大,这种规律十分符合汽车的实际使用要求。 因每个换档阀只有两个工作位置,只能在两个

档之间变换,故对三档自动变动器而言要设置
两个换档阀,对四档自动变速器而言要设置三 个换档阀,它们的工作原理完全一样,只是控

制的档位不同而已。

图4-44为一个辛普森式行星排的自动变速器2-3

档换档阀。节气门阀油压和弹簧的作用力使换
档阀阀芯向下;而作用于阀芯下部的速控阀油 压使阀芯向上。由前述执行元件工作情况与档 位关系知,2档和3档执行元件的工作情况的区 别是倒档及高档离合器C1是否工作。C1工作为 3档,C1不工作为2档。

当车速不高时,作用于阀芯下的速控阀油压低,阀芯 在上部节气门阀油压和弹簧弹力的作用下处于下位, 通往C1的油路被切断(图4-44a),自动变速器在2档 工作。而当车速增大时,速控阀输出油压增大,阀芯

被推至上位,主油路与 C1 相通(图 4-44b ),变速器
自动升入3档。升入3档后节气门阀油压对阀芯向下的 作用力消失,此时推动阀芯下移的作用力只有弹簧弹 力,因此由3档降至2档时,速控阀的油压较升档时减 小,即降档车速低于升档车速。

降档车速低于升档车速的作用是,当汽车以 在换档阀动作点附近的车速行驶时,使升档 和降档的车速保持一定的距离,避免由于换

档频繁动作造成自动变速器频繁换档,使执
行元件加剧磨损。

图4-44 2-3档换档阀工作情况

(3)强制低档阀

强制低档阀也称为强制降档

阀。其作用是在节气门全开或接近全开时,强 制性地将自动变速器降低1个档位,以提高驱动 轮的驱动力来获得良好的加速性能。强制低档

阀的工作原理是,从阀输出来自主油路的压力
油作用于各换档阀的与节气门作用相同的一端, 将换档阀阀芯向降档方向移动,从而使自动变

速器降档。

常见的强制低档阀有滚轮式和电磁式两种。如

图 4-45 所示为丰田轿车自动变速器上所使用的
一种滚轮式强制低档阀,它与节气门阀安装在 同一阀体内,上部通过弹簧与节气门阀相连,

下部通过滚轮与节气门凸轮接触。与强制低档
阀配合的阀体上有两条油路,分别与锁止调节 阀和换档阀相通,作为输入和输出。

当节气门开度没有达到规定开度时,节气门凸 轮将强制低档阀顶起不多,输入油路和输出油 路不相通。当达到规定开度(全开或接近全开

时),输入油路与输出油路相通,由锁止调节
阀过来的压力油经强制低档阀通至换档阀的节 气门阀油压作用端,迫使换档阀芯往降档方向

移动,自动变速器将降低1个档位。

应当指出的是锁止调节阀过来的压力油作用在

每一个换档阀上,若自动变速器降低1个档位后
仍无法满足驱动力的要求,汽车行驶的车速将 下降,降低到一定的速度后自动变速器将再次 降低档位直至能满足驱动力的要求为止。此时 的降档车速较正常行驶时的降档车速高,目的 是为了能尽快满足汽车行驶时对驱动力的要求。

图4-45 滚轮式强制低档阀 1—节气门拉索 2—节气门阀凸轮 3—强 制低档阀

日产公司L4N7lB型自动变速器采用的是一种

电磁式强制降档阀,如图 4-46 所示,它由电
磁阀,强制降档开关等组成。

图4-46 电磁式强制低档阀 1—加速踏板 2—强制降档开关 3—强制降档 电磁阀 4—阀杆 5—阀芯 6—弹簧

强制降档开关安装在油门踏板下,当油门踏 板快踩到底时,强制降档开关闭合,电磁阀 通电,阀芯在磁力作用下移动,打开油路, 主油路压力油经阀芯通至各换档阀的节气门 阀油压作用端,使换档阀阀芯向降档方向移 动,自动变速器降低1个档。

3.缓冲安全系统
自动变速器是利用换档执行元件的工作而实现档位 变换的,换档执行元件在接合或放松时的工作情况 将直接影响换档质量。执行元件(离合器和制动器) 的工作是液力传动油来控制的,如其油压在建立时, 速度太快,离合器和制动器结合过快,将产生冲击,

而油压在泄空时,速度太慢,离合器和制动器放松
太慢,将会出现打滑现象,因此在自动变速器的液 控系统装有许多起缓冲和安全作用的装置。

(1)蓄压减振器

蓄压减振器也称储能减振

器。常见的蓄压减振器由减振活塞和弹簧组
成,如图4-47所示,图中的3个蓄压减振器分 别与三个档位换档执行元件的油路相通。

当自动变速器换档时,主油路压力油进入离合器(或制动 器)的液压缸的同时也进入蓄压减振器,如图4-48所示。

压力油进入的初期,油压不是很高,不能推动减振器活塞
下移,因此液压缸油压升高快,这样便于离合器、制动器 迅速消除自由间隙。此后,油压迅速增大,油压克服减振 弹簧的弹力将减振活塞下移,容积增大,油路部分液力传 动油进入减振器工作腔,使液压缸内压力升高速度减缓, 离合器、制动器接合柔和,减小换档冲击。

图4-47 蓄压减振器 1—减振活塞 2—减振弹簧 A、B、C—通换档 执行元件油路 D—节气门油压

图4-48 蓄压减振器的工作原理

通常,在减振活塞上方还作用有节气门油压 (也称减振器背压),如图4-47中的D油路。 在节气门开度较大时,它能适当降低蓄压减 振器的减振能力,加快换档过程,防止大扭 矩传递时执行元件打滑,以满足汽车在各种 行驶条件下对换档过程的不同要求。

(2)单向节流阀 单向节流阀布置在换档阀 至换档执行元件之间的油路中,对换档执行 元件的液压缸在充油时产生节流作用,而泄 油时不产生节流作用。从而使油压在建立时, 速度减慢,泄油过程加快,以满足接合平顺 柔和,分离迅速彻底的要求。

单向节流阀有两种型式。一种弹簧节流阀式(图 4-49a、b),充油时,阀关闭,液压油只能从节 流孔中流过,起节流作用;泄油时,节流阀打开, 节流孔不起作用。另一种是球阀节流孔式(图 449c、d),充油时,球阀关闭,液压油只能从节 流孔流过,起节流作用;泄油时,球阀开启,不 起节流作用。

图4-49 单向节流阀

(3)调整阀

换档阀动作时,若主油路压力油立即加至

执行元件,将会产生较大的冲击。为进行缓冲,油路中设

置了一些调整阀,如中间调整阀,滑行调整阀等。其工作
原理大体上相同。如图4-50所示的锁止调整阀来自油泵的 压力油并不直接去强制低档阀,而是先进入调整阀,待克 服弹簧预紧力,将调整阀阀芯左移后才打开与强制低档阀 的油路,从而起缓冲击作用。

图4-50 锁止调整阀

项目五 液力变矩器控制装置
液力变矩器控制装置作用主要有两个:一是 为变矩器提供具有一定压力的液力传动油, 同时将变矩器内的高温液力传动油引出加以 冷却,冷却后的液力传动油一部分去润滑行 星齿轮机构;二是控制变矩器中锁止离合器 的工作。

1.第二调节阀
第二调节阀的作用是调节变矩器压力和润滑压力, 与发动机功率和车辆速度保持一致。如图 4-51弹簧 弹力和节气门油压作用在阀芯下端位作为向上的力, 而主油路压力节流后的变矩器压力作用在阀芯上端 位作为向下的力。利用这两个力来调节变矩器压力

和润滑油压。发动机转速低或节气门关闭时,第二
调节阀把通向液压油冷却器的油路切断,发动机转 速升高,液力变矩器油压升高时,把油路接通。

图4-51 第二调节阀

2.锁止信号阀和锁止继动阀
变矩器内锁止离合器的工作是由锁止信号阀和锁止继动阀 一同控制的,如图4-52所示。锁止信号阀上方作用着速控

阀油压。在车速较低时,速控阀油压低,锁止信号阀阀芯
在弹簧的弹力作用下处于图4-52a中上端位置,将通向锁 止继动阀下端的主油路切断,从而使锁止继动阀在上端弹 簧弹力及主油路油压的作用下,保持在图4-52a中的下方 位置。

变矩器中锁止离合器压盘左侧的油腔与来自第二调节阀的 进油道相通,压盘两侧无压差,锁止离合器处于分离状态,

发动机动力完全由液力变矩器来传递。当汽车以超速档行
驶,且车速及相应的速控阀油压升高到一定数值时,锁止 信号阀阀芯下端的速控阀油压推动阀芯至图4-52b中下方 位置,使来自超速档油路的主油路液力传动油进入锁止继 动阀的下端,并推动锁止继动阀阀芯上移至上方位置。锁 止离合器压盘左侧的油腔与泄油口相通,压盘右侧压力使 压盘左移与主动盘(变矩器壳体)接合,锁止离合器接合,

发动机动力经锁止离合器直接传递。

图4-52 锁止信号阀和锁止继动阀

项目六 液压控制系统的控制过程
自动变速器控制系统的作用是根据变速器变 速杆的位置以及汽车行驶时的车速、发动机 负荷等因素,按照预先设定的换档规律,在 汽车行驶过程中自动选择档位,并通过换档 执行元件的工作改变变速器的传动比,实现 换档。

1.液压控制系统的分类
液压控制系统有两种操纵方式,一种是全液

压操纵方式,另一种是电子控制液压操纵方
式。两种不同操纵方式的液压控制系统框图 如图4-53、4-54。

在全液压操纵方式的液压控制系统中,车速和节气门 开度信号被转换为液压信号。这个液压信号在液压控制系

统中,经过处理后被直接执行。
而电子控制液压操纵方式的液压控制系统中,车速和 节气门开度信号先被转换为电信号。这个电信号在电子控 制系统中经过处理后,再传递给液压控制系统去执行。这 就是两者的差别。

图4-53 全液压操纵方式

图4-54 电子控制液压操纵方式

2.液压控制系统的组成

液压控制系统由主供油路、控制信号、换档

控制、换档品质控制、执行元件、润滑冷却
和锁止控制等几个部分组成。

(1)主供油路
主供油路是整个液压控制系统的动力源。它

向液压控制系统提供足够压力和流量的工作
介质,而且压力大小可以随发动机的负荷、 车速及档位等不同而相应变化。它主要由油

泵和调压阀组成。

(2)控制信号
控制信号是换档的根据。它主要有三个参数:① 变速杆的位置;② 节气门的开度;③ 车速。这三 个参数是由手动阀以及节气门阀和速控阀来转换 的。其中手动阀与手动变速杆相连,它是手动换 档的控制依据;而节气门阀和速控阀分别与节气 门轴和变速器输出轴相连,它们是自动换档的控 制依据。

(3)换档控制
换档控制是由几个换档控制阀组成的。它是

自动换档操纵系统中的核心机件。实际上它
是一个油路开关,可以根据控制信号的指令, 实现油路的转换,进而达到换档的目的。

(4)换档品质控制
换档品质控制部分的作用是保证换档过程平顺、 无冲击,防止产生大的动载荷,以免造成机件 的损伤和换档过程中不舒适的感觉。它是由在 通向执行元件的油路中增加的蓄压器、缓冲阀、 定时阀、压力调节阀、节流孔、节流球和节流 片等组成。

(5)执行元件
执行元件主要指离合器和制动器。虽然执行

元件是安装在齿轮变速装置中的,但它却是
液压控制系统的一部分。液压控制系统最终 要通过执行元件,才能实现齿轮变速机构的

档位变换。

(6)润滑冷却
润滑冷却部分的主要作用是润滑液力传动装

置和齿轮变速装置的所有机件以及冷却工作
介质,保证正常工作温度。它由次调压阀和 润滑油路以及冷却器和冷却油路组成。

(7)锁止控制
锁止控制的作用是在不同档位下达到一定车

速时,使液力变矩器的泵轮和涡轮锁止,以
提高变矩器的效率。它由锁止信号阀和锁止 继动阀等组成。

3.液力式控制系统工作过程
3N71B是一种采用辛普森式3挡行星齿轮变速

器的自动变速器,它的控制系统由主油路调
压阀、手动阀、2个换挡阀、真空式节气门阀、 调速器、强制降挡阀及2挡锁止阀等组成。其

控制对象是4个换挡执行元件和变矩器。

油泵输出的液压油进入控制系统,在主油路调压阀的调节 下成为主油路压力油,并经过油路被送至手动阀、节气门

阀、强制降挡阀。节气门阀产生的节气门压力油经油路作
用在主油路调压阀下端,使主油路油压随节气门开度的增 大而升高。主油路调压阀还控制变矩器的工作,它将主油 路压力油减压后输入变矩器。从变矩器出来的液压油经散 热器冷却后被送至齿轮变速器中,对行星齿轮机构进行润 滑。

(1)空挡(N) 当操纵手柄位于空挡(N)

位置时,手动阀将主油路关闭,此时2个换挡
阀、4个换挡执行元件及调速器均不工作,使 自动变速器处于空挡状态(图4-55)。

(2)停车挡(P) 当操纵手柄位于停车挡(P) 位置时,手动阀打开两条油路:一条让主油路压 力油经强制降挡阀作用于 2-3 换挡阀及 1-2 换挡阀 左侧,使2个换挡阀保持在右侧低挡位置;另一条

油路让主油路压力油经1-2换挡阀直接进入低挡及
倒挡制动器B2,使低挡及倒挡制动器B2接合。

但由于高挡及倒挡离合器C1和前进离合器C2

均无工作,变速器输入轴上的动力不能传至
行星齿轮机构,使行星齿轮变速器处于空挡 状态(图 4-56 )。此时变速器输出轴被停车

挡机构锁止,使输出轴和驱动轮不能转动。

(3)倒挡(R) 当操纵手柄位于倒挡(R) 位置时,手动阀打开3条油路,其中两条即上 述P位打开的油路,另一条油路让主油路压力 油分成两部分:一部分通往主油路调压阀下 端,使倒挡时的主油路油压升高,以满足倒 裆时换挡执行元件的工作需要;

另一部分经2-3换挡阀分别通往高挡及倒挡离合器 C1和 2挡制动带 B1液压缸的释放腔,使倒挡及高 挡离合器 C1接合, 2挡制动带 B1释放。由于低挡 及倒挡制动器B2也处于工作状态,因此倒挡及高

挡离合器C1和低挡及倒挡制动器B2同时工作,使
行星齿轮变速器处于倒挡状态(图4-57)。

图4-55 3N71B自动变速器控制系统空档(N)油 路

项目七 液压控制系统的检修
液压控制系统检修包括油泵的检修和阀体的

检修,液压控制系统各部件正常与否,是自
动变速器正常工作的保证。

1.油泵的检修

U340E 型自动变速器油泵分解图如图 4-65 所
示。

图4-65 U340E型自动变速器油泵分解图




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