模块4液控自动变速器的结构与工作原理.ppt

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4-14 BMW 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 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，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 4.3.3 A132L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4-17 A132L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4-18 A132L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 (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