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1、模块4液控自动变速器的结构与工作原理模块4液控自动变速器的结构与工作原理【学习目标】掌握夜空自动变速器的基本结构和工作原理4.1液压控制系统的组成和工作原理4.2供油部分组成和工作原理4.3油压调节部分组成和工作原理4.5改善换挡品质部分组成与工作原理4.1液压控制系统的组成和工作原理4.1液压控制系统的组成和工作原理【本节目标】了解自动变速器的液压控制系统的组成和各部分功能，掌握液压控制系统的工作原理。【基本理论知识】在前几个模块中重点讲述了液力变矩器和行星齿轮变速器，在本模块中将详细介绍液控自动变速器的另一个重要组成部分液压控制系统。液控自动变速器的液压控制系统根据发动机的负荷、车速以及其
2、他行驶条件，通过离合器、制动器等液压执行元件的工作来实现自动换挡。液压控制系统的主要作用是建立起适当的主油路油压，并经各种液压控制阀将油压传递给相应的离合器或制动器等执行元件，以实现复杂的自动变速功能。4.1液压控制系统的组成和工作原理4.1.1液控自动变速器的辅助知识 自动变速器的液压控制系统是以自动变速器油为工作介质来实现能量的传递的，也就是利用液体的传动来实现各种控制阀的工作，所以只有掌握液力学的基础知识，才能理解自动变速器是如何自动换挡的，从而更好地解决自动变速器的故障问题。1)作用在液体上的压强大小不变地向各个方向传递。2)在容器内各处的压强大小相等。4.1.2液压控制系统的组成和各
3、部分功能 自动变速器的自动控制是靠液压控制系统来完成的。液压控制系统由动力源、执行机构和控制机构三部分组成。动力源是被液力变矩器泵轮驱动的油泵，它除了向控制机构、执行机构供给压力油以实现换挡外，还给液力变矩器提供冷却补偿油，向行星齿轮变速器供应润滑油。执行机构包括各离合器、制动器的油缸。这部分内容在上一模块中已有介绍。控制机构大体包括主油路系统、换挡信号系统、换挡阀系统和缓冲安全系统等。根据其换挡信号系统和换挡阀系统采用的是全液压元件还是电子控制元件，可将控制机构分为液控式和电控式两种形式。4.1液压控制系统的组成和工作原理4.1液压控制系统的组成和工作原理 液控式液压控制系统完全利用液压元件
4、和液压原理来完成换挡控制，换挡的主要参数节气门开度(负荷)和车速信号(速度)是以机械方式传入液压控制系统，并转化为相应的液压控制信号的，变速器主要根据这两个液压控制信号的变化进行自动换挡控制，如图4-1所示图4-1液控式液压控制系统工作示意图4.1液压控制系统的组成和工作原理图4-2液控式液压控制系统组成部分如 图4-2所示为液控式液压控制系统组成部分。4.1液压控制系统的组成和工作原理1、主油路和润滑冷却系统2.控制信号3.换挡时刻控制4.换挡品质控制(1)缓冲控制(2)正时控制(3)油压控制5.执行元件6.锁止控制4.1液压控制系统的组成和工作原理4.1.3液控式液压控制系统的工作原理 液
5、控自动变速器根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化，自动变换挡位。其换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号转换成控制油压，并将该油压加到换挡阀的两端，以控制换挡阀的位置，从而改变换挡执行元件（离合器和制动器）的油路。这样，自动变速器油进入相应的执行元件，使离合器接合或分离，制动器制动或释放，改变变速齿轮机构的动力传动路线，控制行星齿轮变速器的升挡或降挡，从而实现自动变速。4.1液压控制系统的组成和工作原理图4-3红旗CA770轿车自动变速器液压控制系统工作原理图(空挡)1变矩器2变矩器压力调节阀3主油路调压阀4油液冷却器5油液精滤器6油液粗滤器7油泵8手控阀9节气门阀10换挡阀11强制
6、降挡阀12缓冲阀13低挡阀片14变速器第二轴15离心调速阀16低挡限流阀17低挡单向阀18直接挡离合器19低挡制动器20倒挡制动器如图4-3所示为 红旗CA770轿车自动变速器液压控制系统工作原理图(空挡)4.2供油部分组成和工作原理4.2供油部分组成和工作原理【本节目标】了解供油系统的基本组成、作用，掌握供油泵的种类、结构和工作原理，了解供油辅助装置。【基本理论知识】现代所使用的自动变速器都离不开液压系统，而液压系统所需要的油液是由供油系统所提供的，因此，供油系统是汽车自动变速器中不可缺少的重要组成部分之一。4.2供油部分组成和工作原理4.2.1供油系统的基本组成及作用 自动变速器的供油系统
7、主要由油泵、油箱、滤清器、调压阀及管路所组成。油泵是自动变速器最重要的总成之一，它通常安装在变矩器的后方，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，为自动变速器中的变矩器、换挡执行机构、自动换挡控制系统提供一定油压，足够流量、合适温度的油液。油压的调节由调压阀来实现。具体来讲它们的作用是：1)给变矩器(或耦合器)供油，并维持足够的补偿压力和流量，以保证液力元件完成传递动力的功能；防止变矩器产生气蚀，并及时将变矩器的热量带走，以保持正常的工作温度。4.2供油部分组成和工作原理2)在一部分工程车辆和重型运输车辆中，还需向液力减速器提供足够流量及温度适宜的油液，以便能
8、适时地吸收车辆的动能，得到满意的制动效果。3)向控制系统供油，并维持主油路的工作油压，保证各控制机构顺利工作。4)保证换挡离合器等的供油，以满足换挡等的操纵需要。5)为整个变速器各运动零件如齿轮、轴承、止推垫片、离合器摩擦片等提供润滑油，并保证正常的润滑油温度。6)通过油液的循环散热冷却，使整个自动变速器的发热量得以散掉，4.2供油部分组成和工作原理4.2.2供油油泵的结构与工作原理 在变速器的供油系统中，常用的油泵有内啮合齿轮泵、转子泵和叶片泵。由于自动变速器的液压系统属于低压系统，其工作油压通常不超过2MPa，所以应用最广泛的仍然是齿轮泵。1.内啮合齿轮泵的结构与工作原理图4-8内啮合齿轮
9、泵的结构a)整体结构b)主要部件1月牙形隔板2主动齿轮(外齿轮)3从动齿轮(内齿轮)4泵体5密封环6固定支承7油封8轴承4.2供油部分组成和工作原理图4-9内啮合齿轮泵的工作的原理1外齿轮2内齿轮3月牙形隔板4吸油腔5压油腔6进油路7出油路4.2供油部分组成和工作原理2.摆线转子泵的结构与工作原理图4-10摆线转子泵的结构1驱动轴2内转子3外转子4泵壳5进油腔6出油腔e偏心距4.2供油部分组成和工作原理3.叶片泵的结构与工作原理图4-11叶片泵的结构1 转子2定位环3定子4叶片A进油口B出油口4.2供油部分组成和工作原理4.变量泵的结构与工作原理图4-12变量泵的结构1泵壳2定子3转子4叶片5
10、进油口6滤网7回位弹簧8销轴9反馈油路10出油口11卸压口4.2供油部分组成和工作原理4.2.3供油系统的辅助装置 自动变速器供油系统中除了油泵及各种流量控制阀外，还包括许多辅助装置。这里仅就油箱、滤清器和冷却装置作一些简单介绍。1.油箱2.滤清器图4-13自动变速器滤清器4.2供油部分组成和工作原理(1)粗滤器粗滤器通常装在油泵的吸油管端，用以防止大颗粒或纤维杂物进入供油系统。(2)精滤器精滤器通常设置在回油管道或油泵的输出管道上，它的作用是滤去油液中的各种微小颗粒，提高油液的清洁度，避免颗粒杂物进入控制系统。(3)阀前专用滤清器在一些自动变速器的控制系统中，常在一些关键而精密的控制阀前，例
11、如，双边节流的参数调压阀前的油路中，串接设置有专用的阀前滤清器，以防止杂质进入节流孔隙处造成调压阀失灵，影响整个控制系统的工作。3.冷却装置4.2供油部分组成和工作原理图4-14BMW 5HP-30自动变速器冷却装置如图4-14所示为BMW 5HP-30自动变速器冷却装置4.3油压调节部分组成和工作原理4.3油压调节部分组成和工作原理【本节目标】了解油压调节部分的作用、分类和工作原理。【基本理论知识】自动变速器的供油系统中，必须设置油压调节装置，一方面是因为油泵泵油量是变化的。自动变速器的油泵是由发动机直接驱动的，油泵的理论泵油量和发动机的转速成正比。图4-15油压调节装置的结构1主油路调压阀
12、2油泵3安全阀4副调压阀5单向阀4.3油压调节部分组成和工作原理4.3.1主油路调压阀主油路调压阀又称一次调节阀，它的作用是根据汽车行驶速度和节气门开度的变化，自动调节流向各液压系统的油压，保证各系统油压的稳定，使各信号阀工作平稳。主油路调压阀一般由阀芯、阀体和弹簧等主要元件组成。4.3油压调节部分组成和工作原理图416所示为油压调节阀的结构简图。图4-16油压调节阀的结构简图1阀芯2阀体3弹簧a来自油泵的压力油进口b输往选挡阀的出油口c和a连通的进油口d输往变矩器的出油口e泄油口f节气门调节压力的进油口4.3油压调节部分组成和工作原理4.3.2副调压阀、安全阀和单向阀 副调压阀又称二次调节阀
13、，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。副调压阀也是由阀体、阀芯和弹簧等组成。当发动机转速低或节气门关闭时，副调压阀在弹簧的作用下，把通向自动变速器油冷却装置的油路切断。当发动机转速升高和液力变矩器油压升高时，把油路开放。发动机停止转动时，副调压阀用一个单向控制阀把液力变矩器的油路关闭，使自动变速器油不能外流，以免影响转矩输出。4.3油压调节部分组成和工作原理4.3.3A132L型全液压式自动变速器主油路调压阀和副调压阀 如图4-17所示，节气门油压作用在主油路调压阀滑阀下部并产生向上的力，节气门开度越大，节气门油压越高，主油
14、路调压阀所调节的主油路油压随之升高，作用在主油路调压阀滑阀上部的来自油泵的油压产生向下的力，因此主油路油压等于这两个作用力之差。图4-17A132L型D位主油路调压阀和副调压阀工作过程4.3油压调节部分组成和工作原理图4-18A132L型R位主油路调压阀和副调压阀工作过程如图4-18所示为A132L型R位主油路调压阀和副调压阀工作过程4.4换挡部分组成与工作原理【本节目标】了解换挡信号部分和换挡控制部分的结构与工作原理。【基本理论知识】换挡部分主要包括两大部分：换挡信号部分和换挡控制部分。4.4换挡部分组成与工作原理4.4换挡部分组成与工作原理4.4.1换挡信号部分的结构与工作原理1.节气门阀
15、(1)机械式节气门阀如图4-19所示，这是一种常见的机械式节气门阀。图4-19机械式节气门阀4.4换挡部分组成与工作原理图4-20真空式节气门阀1真空气室2膜片弹簧3膜片4推杆5阀芯A主油路进油口B节气门油压出油口C泄油口D真空接口如图4-20所示为真空式节气门阀4.4换挡部分组成与工作原理(2)真空式节气门阀如图4-20所示，真空式节气门阀由真空气室、推杆和阀芯等组成。2.离心调速阀(1)普通复合式双级调速阀图4-21所示为近代汽车自动变速器中应用最广的普通复合式双级调速阀的结构。图4-21普通复合式双级调速阀结构简图a)结构b)输出油压与车速的关系1大重锤2小重锤3滑阀4弹簧5拉杆6、7锁
16、止环8变速器输出轴4.4换挡部分组成与工作原理(2)中间传动复合式双级调速阀当汽车为发动机前置前驱动时，普通复合式双级调速阀难以布置，而中间传动复合式双级调速阀因其体积较小，可被放置在变速器的轴管内，由装在变速器输出轴上的齿轮间接驱动。图4-22中间传动复合式双级调速阀结构示意图1从动齿轮2锁销3阀体及保持架4阀芯5弹簧6次重块7主重块8销子9止推罩A进油口B出油口C泄油口4.4换挡部分组成与工作原理4.4.2换挡控制部分的结构与工作原理 换挡控制部分组根据换挡信号部分提供的信号，控制自动变速器中液压操纵油路的方向，由此决定所处的不同挡位。换挡控制部分主要由手控阀、换挡阀组成。1.手控阀2.换
17、挡阀图4-23手控阀的结构及工作原理图4.4换挡部分组成与工作原理图4-24换挡阀的工作原理示意图a)至低挡b)至高挡1换挡阀2弹簧3主油路进油孔4至低挡换挡执行元件5至高挡换挡执行元件6、7泄油孔调速阀油压节气门油压F弹簧力如图4-24所示为换挡阀的工作原理示意图4.4换挡部分组成与工作原理4.4.3强制降挡阀的结构与工作原理强制降档阀的工作原理是,从阀输出来自主油路的压力油,作用于各换档阀与节气门油压作用相同的一端,其共同作用结果是将换档阀阀芯向低档方向移动,从而使自动变速器降档.常用的强制降档阀有滚轮式和电磁式两种.如图4-25所示为滚轮式强制降挡阀.图4-25滚轮式强制降挡阀1节气门拉
18、索2节气门阀凸轮3强制降挡阀4.4换挡部分组成与工作原理图4-26电磁式强制降挡阀1加速踏板2强制降挡开关3强制降挡电磁阀4顶杆5阀芯6弹簧如图4-26所示为电磁式强制降挡阀4.5改善换挡品质部分组成与工作原理4.5改善换挡品质部分组成与工作原理【本节目标】掌握换挡品质部分的结构与工作原理。【基本理论知识】换挡品质是指换挡过程的平顺性，即换挡过程能平稳而无颠簸或无冲击地进行。换挡品质控制是自动换挡液压控制系统中的基本组成部分之一。对换挡过程的具体要求有两个：一是换挡过程应尽量迅速地完成，以减少由于换挡时间过长而使摩擦元件的磨损增加和减少因换挡期间输入功率低或中断而引起的速度损失；二是换挡过程应
19、尽量缓慢平稳过渡，以使车速过渡圆滑，没有过高的瞬时加速度或瞬时减速度，避免颠簸和冲击，以提高乘坐舒适性，减小传动系的冲击载荷，延长机件寿命。4.5改善换挡品质部分组成与工作原理4.5.1换挡品质控制部分的结构与工作原理1.自动变速器执行机构的缓冲控制(1)断流解锁阀如图4-27所示为断流解锁阀的结构简图。图4-27断流解锁阀的结构简图1滑阀2单向节流阀3节流孔a主压力油进油路b换挡离合器供油路c、d锁止离合器供油路e泄油路4.5改善换挡品质部分组成与工作原理图4-28串联在锁止阀前的断流解锁阀1、2、3柱塞a、b、c、d各挡断流解锁阀的进油路e断流柱塞阀的输出油路如图4-28所示为串联在锁止阀
20、前的断流解锁阀4.5改善换挡品质部分组成与工作原理(2)限流阀图4-29是一种限流阀的结构简图。(3)缓冲阀图4-29限流阀的结构简图1弹性阀片2阀芯3进油口4出油口节气门信号油压4.5改善换挡品质部分组成与工作原理图4-30缓冲阀的结构简图1阀芯2阀体3弹簧4节流孔a、c主油压输入油路b主油压输出油路d节气门油压输入油路如图4-30所示为缓冲阀的结构简图4.5改善换挡品质部分组成与工作原理(4)蓄压器蓄压器又称蓄能器。图4-31蓄压器的结构简图1缸筒2活塞3弹簧4.5改善换挡品质部分组成与工作原理图4-32蓄压器工作原理示意图1蓄压器活塞2油缸3弹簧4制动器伺服活塞5弹簧6制动器伺服油缸7推
21、杆a来自油泵的主压力油进油路b来自换挡阀的主压力油进油路图4-32为在油路中设置了蓄压器的带式制动器的工作原理示意图4.5改善换挡品质部分组成与工作原理(5)单向节流阀单向节流阀布置在换挡阀至换挡执行元件之间的油路中。图4-33单向节流阀a)弹簧节流阀式充油过程b)弹簧节流阀式回油过程c)球阀节流孔式充油过程d)球阀节流孔式回油过程4.5改善换挡品质部分组成与工作原理(6)倒挡顺序动作阀倒挡顺序动作阀的作用是降低挂倒挡时通往制动器B3内活塞上的油压，使倒挡接触平稳、无冲击。(7)倒挡离合器用顺序动作阀倒挡离合器用顺序动作阀的作用是降低挂倒挡时通往离合器内活塞上的油压，使倒挡离合器接合平稳、无冲
22、击。图4-34倒挡顺序动作阀的结构和工作原理4.5改善换挡品质部分组成与工作原理图4-35倒挡离合器用顺序动作阀的结构和工作原理图4-35所示为倒挡离合器用顺序动作阀的结构和工作原理4.5改善换挡品质部分组成与工作原理(8)低压随动阀图4-36是自动变速器中所用的低压随动阀，它主要由阀芯和弹簧组成，随动阀的进油口压力油来自于手控阀的管路压力油，并经随动阀减压后由随动阀出油口至低压滑动换挡阀后，再送到制动器B3的后活塞。(9)中间随动阀中间随动阀的作用是变速杆在2挡工作时，利用发动机制动作用，调节制动器B1活塞上的油压，防止活塞受到冲击，如图所示。图4-36低压随动阀的结构和工作原理4.5改善换
23、挡品质部分组成与工作原理图4-37中间随动阀的结构和工作原理如图4-37所示为中间随动阀的结构和工作原理4.5改善换挡品质部分组成与工作原理图4-38调节阀随动阀的结构和工作原理(10)调节阀随动阀调节阀随动阀的作用是调节调节阀输出压力。工作原理图如图4-38所示.4.5改善换挡品质部分组成与工作原理图4-39定时阀的结构简图1阀芯2弹簧3节流孔a主压力油进油路b执行元件输油路c调速压力油进油路2.自动变速器执行机构的定时控制(1)定时阀图4-39所示是一种定时阀的结构简图。4.5改善换挡品质部分组成与工作原理(2)单向定时阀图4-40为一种单向定时阀的结构简图。图4-40单向定时阀的结构简图
24、1阀芯2弹簧3单向阀4节流孔4.5改善换挡品质部分组成与工作原理(3)缓冲定时阀缓冲定时阀的作用除了起溢流缓冲阀控制进油路缓慢升压外，还控制另一油路回油时间，从而达到进、回油的满意交替。图4-41所示为缓冲定时阀的结构简图图4-41缓冲定时阀的结构简图1阀芯2溢流阀弹簧3蓄压器活塞4蓄压器弹簧5节流孔a进油路b溢流路c待分离执行机构的回油路d泄油路4.5改善换挡品质部分组成与工作原理4.5.2变矩器控制装置的结构与工作原理 自动变速器在液力工况下工作时，其内部的工作油液要传递发动机的大部分功率，而由于液力变矩器效率不够高，损失的功率转化成热的形式，使得油液的温度升高，过高的油温会加速油液的老化
25、变质，破坏密封，甚至产生沸腾，影响正常工作。另外，变矩器工作轮中有些区域的工作液体的流速高、压力低，往往出现气蚀，使得传递的转矩减小。因此，液力变矩器控制装置的作用就是：一是为变矩器提供具有一定压力的油液，同时将变矩器内受热后的油液送至冷却器冷却，并让一部分冷却后的油液流回到齿轮变速器，对齿轮变速器中的轴承和齿轮进行润滑；二是控制变矩器中锁止离合器（闭锁式液力变矩器）的工作。1.变矩器压力调节阀4.5改善换挡品质部分组成与工作原理2.锁止信号阀和锁止继动阀 如图4-42所示为锁止信号阀和锁止继动阀图4-42锁止信号阀和锁止继动阀1锁止信号阀2锁止继动阀3变矩器壳4锁止离合器5涡轮6泵轮A来自调速阀油压B、D来自超速挡油路油压C来自变矩器压力调节阀油压D来自主油路油压E泄油口F至油底壳