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模塊4 液控自動變速器的結構與工作原理 模塊4 液控自動變速器的結構與工作原理 【學習目標】 掌握夜空自動變速器的基本結構和工作原理 4.1 液壓控制系統(tǒng)的組成和工作原理 4.2 供油部分組成和工作原理 4.3 油壓調(diào)節(jié)部分組成和工作原理 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 4.1 液壓控制系統(tǒng)的組成和工作原理 4.1 液壓控制系統(tǒng)的組成和工作原理 【本節(jié)目標】 了解自動變速器的液壓控制系統(tǒng)的組成和各部分功能，掌握液 壓控制系統(tǒng)的工作原理。 【基本理論知識】 在前幾個模塊中重點講述了液力變矩器和行星齒輪變速器，在 本模塊中將詳細介紹液控自動變速器的另一個重要組成部分液 壓控制系統(tǒng)。液控自動變速器的液壓控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機的負荷、 車速以及其他行駛條件，通過離合器、制動器等液壓執(zhí)行元件的工 作來實現(xiàn)自動換擋。液壓控制系統(tǒng)的主要作用是建立起適當?shù)闹饔?路油壓，并經(jīng)各種液壓控制閥將油壓傳遞給相應的離合器或制動器 等執(zhí)行元件，以實現(xiàn)復雜的自動變速功能。 4.1 液壓控制系統(tǒng)的組成和工作原理 4.1.1 液控自動變速器的輔助知識 自動變速器的液壓控制系統(tǒng)是以自動變速器油為工作介質(zhì)來實 現(xiàn)能量的傳遞的，也就是利用液體的傳動來實現(xiàn)各種控制閥的工作 ，所以只有掌握液力學的基礎知識，才能理解自動變速器是如何自 動換擋的，從而更好地解決自動變速器的故障問題。 1)作用在液體上的壓強大小不變地向各個方向傳遞。 2)在容器內(nèi)各處的壓強大小相等。 4.1.2 液壓控制系統(tǒng)的組成和各部分功能 自動變速器的自動控制是靠液壓控制系統(tǒng)來完成的。液壓控制 系統(tǒng)由動力源、執(zhí)行機構和控制機構三部分組成。動力源是被液力 變矩器泵輪驅(qū)動的油泵，它除了向控制機構、執(zhí)行機構供給壓力油 以實現(xiàn)換擋外，還給液力變矩器提供冷卻補償油，向行星齒輪變速 器供應潤滑油。執(zhí)行機構包括各離合器、制動器的油缸。這部分內(nèi) 容在上一模塊中已有介紹?？刂茩C構大體包括主油路系統(tǒng)、換擋信 號系統(tǒng)、換擋閥系統(tǒng)和緩沖安全系統(tǒng)等。根據(jù)其換擋信號系統(tǒng)和換 擋閥系統(tǒng)采用的是全液壓元件還是電子控制元件，可將控制機構分 為液控式和電控式兩種形式。 4.1 液壓控制系統(tǒng)的組成和工作原理 4.1 液壓控制系統(tǒng)的組成和工作原理 液控式液壓控制系統(tǒng)完全利用液壓元件和液壓原理來完成換擋 控制，換擋的主要參數(shù)節(jié)氣門開度(負荷)和車速信號(速度)是以 機械方式傳入液壓控制系統(tǒng)，并轉(zhuǎn)化為相應的液壓控制信號的，變 速器主要根據(jù)這兩個液壓控制信號的變化進行自動換擋控制，如圖4 -1所示 圖4-1 液控式液壓控制系統(tǒng)工作示意圖 4.1 液壓控制系統(tǒng)的組成和工作原理 圖4-2 液控式液壓控制系統(tǒng)組成部分 如 圖4-2所示為液控式液壓控制系統(tǒng)組成部分。 4.1 液壓控制系統(tǒng)的組成和工作原理 1、主油路和潤滑冷卻系統(tǒng) 2.控制信號 3. 換擋時刻控制 4.換擋品質(zhì)控制 (1) 緩沖控制 (2) 正時控制 (3) 油壓控制 5.執(zhí)行元件 6.鎖止控制 4.1 液壓控制系統(tǒng)的組成和工作原理 4.1.3 液控式液壓控制系統(tǒng)的工作原理 液控自動變速器根據(jù)汽車的行駛速度和節(jié)氣門開度的變化，自 動變換擋位。其換擋控制方式是通過機械方式將車速和節(jié)氣門開度 信號轉(zhuǎn)換成控制油壓，并將該油壓加到換擋閥的兩端，以控制換擋 閥的位置，從而改變換擋執(zhí)行元件（離合器和制動器）的油路。這 樣，自動變速器油進入相應的執(zhí)行元件，使離合器接合或分離，制 動器制動或釋放，改變變速齒輪機構的動力傳動路線，控制行星齒 輪變速器的升擋或降擋，從而實現(xiàn)自動變速。 4.1 液壓控制系統(tǒng)的組成和工作原理 圖4-3 紅旗CA770轎車自動變速器液壓控制系統(tǒng)工作原理圖(空擋) 1變矩器 2變矩器壓力調(diào)節(jié)閥 3主油路調(diào)壓閥 4油液冷卻器 5油液精濾器 6油液粗濾器 7油泵 8手控閥 9節(jié)氣門閥 10換擋閥 11強制降擋閥 12緩沖閥 13低擋閥片 14變速器第二軸 15離心調(diào)速閥 16低擋限流閥 17低擋單向閥 18直接擋離合器 19低擋制動器 20倒擋制動器 如圖4-3所示為 紅旗CA770轎車自動變速器液壓控制系統(tǒng)工作原理圖(空擋 ) 4.2 供油部分組成和工作原理 4.2 供油部分組成和工作原理 【本節(jié)目標】 了解供油系統(tǒng)的基本組成、作用，掌握供油泵的種類、結構和 工作原理，了解供油輔助裝置。 【基本理論知識】 現(xiàn)代所使用的自動變速器都離不開液壓系統(tǒng)，而液壓系統(tǒng)所需 要的油液是由供油系統(tǒng)所提供的，因此，供油系統(tǒng)是汽車自動變速 器中不可缺少的重要組成部分之一。 4.2 供油部分組成和工作原理 4.2.1 供油系統(tǒng)的基本組成及作用 自動變速器的供油系統(tǒng)主要由油泵、油箱、濾清器、調(diào)壓閥及 管路所組成。油泵是自動變速器最重要的總成之一，它通常安裝在 變矩器的后方，由變矩器殼后端的軸套驅(qū)動。在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，不 論汽車是否行駛，油泵都在運轉(zhuǎn)，為自動變速器中的變矩器、換擋 執(zhí)行機構、自動換擋控制系統(tǒng)提供一定油壓，足夠流量、合適溫度 的油液。油壓的調(diào)節(jié)由調(diào)壓閥來實現(xiàn)。具體來講它們的作用是： 1)給變矩器(或耦合器)供油，并維持足夠的補償壓力和流量，以保證 液力元件完成傳遞動力的功能；防止變矩器產(chǎn)生氣蝕，并及時將變 矩器的熱量帶走，以保持正常的工作溫度。 4.2 供油部分組成和工作原理 2)在一部分工程車輛和重型運輸車輛中，還需向液力減速器提供足 夠流量及溫度適宜的油液，以便能適時地吸收車輛的動能，得到滿 意的制動效果。 3)向控制系統(tǒng)供油，并維持主油路的工作油壓，保證各控制機構順 利工作。 4)保證換擋離合器等的供油，以滿足換擋等的操縱需要。 5)為整個變速器各運動零件如齒輪、軸承、止推墊片、離合器摩擦 片等提供潤滑油，并保證正常的潤滑油溫度。 6)通過油液的循環(huán)散熱冷卻，使整個自動變速器的發(fā)熱量得以散掉 ， 4.2 供油部分組成和工作原理 4.2.2 供油油泵的結構與工作原理 在變速器的供油系統(tǒng)中，常用的油泵有內(nèi)嚙合齒輪泵、轉(zhuǎn)子泵 和葉片泵。由于自動變速器的液壓系統(tǒng)屬于低壓系統(tǒng)，其工作油壓 通常不超過2MPa，所以應用最廣泛的仍然是齒輪泵。 1.內(nèi)嚙合齒輪泵的 結構與工作原理 圖4-8 內(nèi)嚙合齒輪泵的結構 a)整體結構 b)主要部件 1月牙形隔板 2主動齒輪(外齒輪) 3從動齒輪(內(nèi)齒輪) 4泵體 5密封環(huán) 6固定支承 7油封 8軸承 4.2 供油部分組成和工作原理 圖4-9 內(nèi)嚙合齒輪泵的工作的原理 1外齒輪 2內(nèi)齒輪 3月牙形隔板 4吸油腔 5壓油腔 6進油路 7出油路 4.2 供油部分組成和工作原理 2.擺線轉(zhuǎn)子泵的結構與工作原理 圖4-10 擺線轉(zhuǎn)子泵的結構 1驅(qū)動軸 2內(nèi)轉(zhuǎn)子 3外轉(zhuǎn)子 4泵殼 5進油腔 6出油腔 e偏心距 4.2 供油部分組成和工作原理 3.葉片泵的結構與工作原理 圖4-11 葉片泵的結構 1 轉(zhuǎn)子 2定位環(huán) 3定子 4葉片 A進油口 B出油口 4.2 供油部分組成和工作原理 4.變量泵的結構與工作原理 圖4-12 變量泵的結構 1泵殼 2定子 3轉(zhuǎn)子 4葉片 5進油口 6濾網(wǎng) 7回位彈簧 8銷軸 9反饋油路 10出 油口 11卸壓口 4.2 供油部分組成和工作原理 4.2.3 供油系統(tǒng)的輔助裝置 自動變速器供油系統(tǒng)中除了油泵及各種流量控制閥外，還包括 許多輔助裝置。這里僅就油箱、濾清器和冷卻裝置作一些簡單介紹 。 1.油箱 2.濾清器 圖4-13 自動變速器濾清器 4.2 供油部分組成和工作原理 (1)粗濾器 粗濾器通常裝在油泵的吸油管端，用以防止大顆?；蚶w 維雜物進入供油系統(tǒng)。 (2)精濾器 精濾器通常設置在回油管道或油泵的輸出管道上，它的 作用是濾去油液中的各種微小顆粒，提高油液的清潔度，避免顆粒 雜物進入控制系統(tǒng)。 (3)閥前專用濾清器 在一些自動變速器的控制系統(tǒng)中，常在一些關 鍵而精密的控制閥前，例如，雙邊節(jié)流的參數(shù)調(diào)壓閥前的油路中， 串接設置有專用的閥前濾清器，以防止雜質(zhì)進入節(jié)流孔隙處造成調(diào) 壓閥失靈，影響整個控制系統(tǒng)的工作。 3.冷卻裝置 4.2 供油部分組成和工作原理 圖4-14 BMW 5HP-30自動變速器冷卻裝置 如圖4-14所示為BMW 5HP-30自動變速器冷卻裝置 4.3 油壓調(diào)節(jié)部分組成和工作原理 4.3 油壓調(diào)節(jié)部分組成和工作原理 【本節(jié)目標】 了解油壓調(diào)節(jié)部分的作用、分類和工作原理。 【基本理論知識】 自動變速器的供油系統(tǒng)中，必須設置油壓調(diào)節(jié)裝置，一方面是 因為油泵泵油量是變化的。自動變速器的油泵是由發(fā)動機直接驅(qū)動 的，油泵的理論泵油量和發(fā)動機的轉(zhuǎn)速成正比。 圖4-15 油壓調(diào)節(jié)裝置的結構 1主油路調(diào)壓閥 2油泵 3安全閥 4副調(diào)壓閥 5單向閥 4.3 油壓調(diào)節(jié)部分組成和工作原理 4.3.1 主油路調(diào)壓閥 主油路調(diào)壓閥又稱一次調(diào)節(jié)閥，它的作用是根據(jù)汽車行駛 速度和節(jié)氣門開度的變化，自動調(diào)節(jié)流向各液壓系統(tǒng)的油 壓，保證各系統(tǒng)油壓的穩(wěn)定，使各信號閥工作平穩(wěn)。主油 路調(diào)壓閥一般由閥芯、閥體和彈簧等主要元件組成。 4.3 油壓調(diào)節(jié)部分組成和工作原理 圖416所示為油壓調(diào)節(jié)閥的結構簡圖。 圖4-16 油壓調(diào)節(jié)閥的結構簡圖 1閥芯 2閥體 3彈簧 a來自油泵的壓力油進口 b輸往選擋閥的出油口 c和a連通的進油口 d輸往變矩器的出油口 e泄油口 f節(jié)氣門調(diào)節(jié)壓力的進油口 4.3 油壓調(diào)節(jié)部分組成和工作原理 4.3.2 副調(diào)壓閥、安全閥和單向閥 副調(diào)壓閥又稱二次調(diào)節(jié)閥，它的作用是根據(jù)汽車行駛速度和節(jié) 氣門開度的變化，自動調(diào)節(jié)變矩器的油壓、各部件的潤滑油壓和冷 卻裝置的冷卻油壓。副調(diào)壓閥也是由閥體、閥芯和彈簧等組成。當 發(fā)動機轉(zhuǎn)速低或節(jié)氣門關閉時，副調(diào)壓閥在彈簧的作用下，把通向 自動變速器油冷卻裝置的油路切斷。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高和液力變矩 器油壓升高時，把油路開放。發(fā)動機停止轉(zhuǎn)動時，副調(diào)壓閥用一個 單向控制閥把液力變矩器的油路關閉，使自動變速器油不能外流， 以免影響轉(zhuǎn)矩輸出。 4.3 油壓調(diào)節(jié)部分組成和工作原理 4.3.3 A132L型全液壓式自動變速器主油路調(diào)壓閥和副調(diào)壓閥 如圖4-17所示，節(jié)氣門油壓作用在主油路調(diào)壓閥滑閥下部并產(chǎn) 生向上的力，節(jié)氣門開度越大，節(jié)氣門油壓越高，主油路調(diào)壓閥所 調(diào)節(jié)的主油路油壓隨之升高，作用在主油路調(diào)壓閥滑閥上部的來自 油泵的油壓產(chǎn)生向下的力，因此主油路油壓等于這兩個作用力之差 。 圖4-17 A132L型D位主油路調(diào)壓閥和副調(diào)壓閥工作過程 4.3 油壓調(diào)節(jié)部分組成和工作原理 圖4-18 A132L型R位主油路調(diào)壓閥和副調(diào)壓閥工作過程 如圖4-18所示為A132L型R位主油路調(diào)壓閥和副調(diào)壓閥工作過程 4.4 換擋部分組成與工作原理 【本節(jié)目標】 了解換擋信號部分和換擋控制部分的結構與工作原理。 【基本理論知識】 換擋部分主要包括兩大部分：換擋信號部分和換擋控制部分。 4.4 換擋部分組成與工作原理 4.4 換擋部分組成與工作原理 4.4.1 換擋信號部分的結構與工作原理 1.節(jié)氣門閥 (1)機械式節(jié)氣門閥 如圖4-19所示，這是一種常見的機械式節(jié)氣門 閥。 圖4-19 機械式節(jié)氣門閥 4.4 換擋部分組成與工作原理 圖4-20 真空式節(jié)氣門閥 1真空氣室 2膜片彈簧 3膜片 4推桿 5閥芯 A主油路進油口 B節(jié)氣 門油壓出油口 C泄油口 D真空接口 如圖4-20所示為真空式節(jié)氣門閥 4.4 換擋部分組成與工作原理 (2)真空式節(jié)氣門閥 如圖4-20所示，真空式節(jié)氣門閥由真空氣室、 推桿和閥芯等組成。 2.離心調(diào)速閥 (1) 普通復合式雙級調(diào)速閥 圖4-21所示為近代汽車自動變速器中應 用最廣的普通復合式雙級調(diào)速閥的結構。 圖4-21 普通復合式雙級調(diào)速閥結構簡圖 a)結構 b)輸出油壓與車速的關系 1大重錘 2小重錘 3滑閥 4彈簧 5拉桿 6、7鎖止環(huán) 8變速器輸出軸 4.4 換擋部分組成與工作原理 (2) 中間傳動復合式雙級調(diào)速閥 當汽車為發(fā)動機前置前驅(qū)動時，普 通復合式雙級調(diào)速閥難以布置，而中間傳動復合式雙級調(diào)速閥因其 體積較小，可被放置在變速器的軸管內(nèi)，由裝在變速器輸出軸上的 齒輪間接驅(qū)動。 圖4-22 中間傳動復合式雙級調(diào)速閥結構示意圖 1從動齒輪 2鎖銷 3閥體及保持架 4閥芯 5彈簧 6次重塊 7主重塊 8銷子 9止推罩 A進油口 B出油口 C泄油口 4.4 換擋部分組成與工作原理 4.4.2 換擋控制部分的結構與工作原理 換擋控制部分組根據(jù)換擋信號部分提供的信號，控制自動變速 器中液壓操縱油路的方向，由此決定所處的不同擋位。換擋控制部 分主要由手控閥、換擋閥組成。 1.手控閥 2.換擋閥 圖4-23 手控閥的結構及工作原理圖 4.4 換擋部分組成與工作原理 圖4-24 換擋閥的工作原理示意圖 a)至低擋 b)至高擋 1換擋閥 2彈簧 3主油路進油孔 4至低擋換擋執(zhí)行元件 5至高擋換擋執(zhí)行元件 6、7泄油孔 調(diào)速閥油壓 節(jié)氣門油壓 F彈簧力 如圖4-24所示為換擋閥的工作原理示意圖 4.4 換擋部分組成與工作原理 4.4.3 強制降擋閥的結構與工作原理 強制降檔閥的工作原理是,從閥輸出來自主油路的壓力油,作用于 各換檔閥與節(jié)氣門油壓作用相同的一端 ,其共同作用結果是將換 檔閥閥芯向低檔方向移動,從而使自動變速器降檔.常用的強制降 檔閥有滾輪式和電磁式兩種.如圖4-25所示為滾輪式強制降擋閥. 圖4-25 滾輪式強制降擋閥 1節(jié)氣門拉索 2節(jié)氣門閥凸輪 3強制降擋閥 4.4 換擋部分組成與工作原理 圖4-26 電磁式強制降擋閥 1加速踏板 2強制降擋開關 3強制降擋電磁閥 4頂桿 5閥芯 6彈簧 如圖4-26所示為電磁式強制降擋閥 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 【本節(jié)目標】 掌握換擋品質(zhì)部分的結構與工作原理。 【基本理論知識】 換擋品質(zhì)是指換擋過程的平順性，即換擋過程能平穩(wěn)而無顛簸 或無沖擊地進行。換擋品質(zhì)控制是自動換擋液壓控制系統(tǒng)中的基本 組成部分之一。對換擋過程的具體要求有兩個：一是換擋過程應盡 量迅速地完成，以減少由于換擋時間過長而使摩擦元件的磨損增加 和減少因換擋期間輸入功率低或中斷而引起的速度損失；二是換擋 過程應盡量緩慢平穩(wěn)過渡，以使車速過渡圓滑，沒有過高的瞬時加 速度或瞬時減速度，避免顛簸和沖擊，以提高乘坐舒適性，減小傳 動系的沖擊載荷，延長機件壽命。 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 4.5.1 換擋品質(zhì)控制部分的結構與工作原理 1.自動變速器執(zhí)行機構的緩沖控制 (1)斷流解鎖閥 如圖4-27所示為斷流解鎖閥的結構簡圖。 圖4-27 斷流解鎖閥的結構簡圖 1滑閥 2單向節(jié)流閥 3節(jié)流孔 a主壓力油進油路 b換擋離合器供油路 c、d鎖止離合器供油路 e泄油路 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 圖4-28 串聯(lián)在鎖止閥前的斷流解鎖閥 1、2、3柱塞 a、b、c、d各擋斷流解鎖閥的進油路 e斷流柱塞閥的輸出油路 如圖4-28所示為串聯(lián)在鎖止閥前的斷流解鎖閥 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 (2)限流閥 圖4-29是一種限流閥的結構簡圖。 (3)緩沖閥 圖4-29 限流閥的結構簡圖 1彈性閥片 2閥芯 3進油口 4出油口 節(jié)氣門信號油壓 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 圖4-30 緩沖閥的結構簡圖 1閥芯 2閥體 3彈簧 4節(jié)流孔 a、c主油壓輸入油路 b主油壓輸出油路 d節(jié)氣門油壓輸入油路 如圖4-30所示為緩沖閥的結構簡圖 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 (4)蓄壓器 蓄壓器又稱蓄能器。 圖4-31 蓄壓器的結構簡圖 1缸筒 2活塞 3彈簧 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 圖4-32 蓄壓器工作原理示意圖 1蓄壓器活塞 2油缸 3彈簧 4制動器伺服活塞 5彈簧 6制動器伺服油缸 7推桿 a來自油泵的主壓力油進油路 b來自換擋閥的主壓力油進油路 圖4-32為在油路中設置了蓄壓器的帶式制動器的工作原理示意圖 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 (5)單向節(jié)流閥 單向節(jié)流閥布置在換擋閥至換擋執(zhí)行元件之間的油 路中。 圖4-33 單向節(jié)流閥 a)彈簧節(jié)流閥式充油過程 b)彈簧節(jié)流閥式回油過程 c)球閥節(jié)流孔式充油過程 d)球閥節(jié)流孔式回油過程 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 (6)倒擋順序動作閥 倒擋順序動作閥的作用是降低掛倒擋時通往制 動器B3內(nèi)活塞上的油壓，使倒擋接觸平穩(wěn)、無沖擊。 (7)倒擋離合器用順序動作閥 倒擋離合器用順序動作閥的作用是降 低掛倒擋時通往離合器內(nèi)活塞上的油壓，使倒擋離合器接合平穩(wěn)、 無沖擊。 圖4-34 倒擋順序動作閥的結構和工作原理 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 圖4-35 倒擋離合器用順序動作閥的結構和工作原理 圖4-35所示為倒擋離合器用順序動作閥的結構和工作原理 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 (8)低壓隨動閥 圖4-36是自動變速器中所用的低壓隨動閥，它主要 由閥芯和彈簧組成，隨動閥的進油口壓力油來自于手控閥的管路壓 力油，并經(jīng)隨動閥減壓后由隨動閥出油口至低壓滑動換擋閥后，再 送到制動器B3的后活塞。 (9)中間隨動閥 中間隨動閥的作用是變速桿在2擋工作時，利用發(fā) 動機制動作用，調(diào)節(jié)制動器B1活塞上的油壓，防止活塞受到?jīng)_擊， 如圖所示。 圖4-36 低壓隨動閥的結構和工作原理 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 圖4-37 中間隨動閥的結構和工作原理 如圖4-37所示為中間隨動閥的結構和工作原理 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 圖4-38 調(diào)節(jié)閥隨動閥的結構和工作原理 (10)調(diào)節(jié)閥隨動閥 調(diào)節(jié)閥隨動閥的作用是調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥輸出壓力。 工作原理圖如圖4-38所示. 4.5 改善換擋品質(zhì)部分組成與工作原理 圖4-39 定時閥的結構簡圖 1閥芯 2彈簧 3節(jié)流孔 a主壓力油進油路 b執(zhí)行元件輸油路