05第五章自动变速器.ppt

第五章自动变速器 第一节概述第二节液力变矩器第三节行星齿轮机构第四节自动变速器控制系统第五节电子控制系统第六节自动变速器故障诊断与检修 第一节概述 优点分类操纵手柄使用控制开关使用偶合器 一 优点 取消了离合器 能够根据发动机负荷和车速等情况自动变换传动比 使汽车获得良好的动力性和燃料经济性 并减少发动机排放污染 换档平滑 无冲击 振动 噪音小 在车辆拥挤时 可大大提高车辆行驶的安全性及可靠性 操纵轻便 在车辆拥挤时 可大大提高车辆行驶的安全性及可靠性 传动效率高 能防止发动机过载 第一节 二 分类 1 按齿轮变速系统的控制方式分为 a 液控液动自动变速器 在手控制阀选定位置后 由反映节气门开度的节气门阀和反映车速的调速器阀把节气门开度和车速转变为液压信号 在换档点 这些液压信号直接控制换挡阀进行换档 第一节 b 电控液动自动变速器 在手控制阀选定位置后 由反映节气门开度的节气门位置传感器和反映车速的车速传感器把节气门开度和车速转变为电信号 这些电信号输入电子控制单元 ECU 由电子控制单元控制液压阀和液压执行机构进行换档 第一节 2 按传动方式可分为 普通齿轮式自动变速器 轮式自动变速器体积较大 最大传动比较小 只有少数几种车型使用 如本田ACCORD轿车 行星齿轮式自动变速器 结构紧凑 能获得较大的传动比 为绝大多数轿车采用 链条式自动变速器 少数 第一节 3 按变矩器的类型分类 A 无锁止离合器的变矩器早期的变矩器中没有锁止离合器 在任何工况下都是以液力的方式传递发动机动力 因此传动效率较低 B 有锁止离合器的变矩器新型轿车自动变速器大都采用带锁上离合界的变矩器 这样当汽车达到一定车速时 控制系统使锁止离合器接合 液力变矩器输入部分和输出部分连成一体 发动机动力以机械传递的方式直接传人齿轮变速器 从而提高了传动效率 降低了汽车的燃油消耗量 第一节 4 按汽车驱动方式的不同 可分为 后驱动自动变速器 FR 前驱动自动变速器 FF 第一节 三 自动变速器操纵手柄的使用 操纵手柄只改变自动变速器的阀板总成中手动阀的位置 而自动变速器本身的档位则是由换档执行机构的动作决定的 它除了取决于手动阀的位置外 还取决于汽车的车速 节气门开度等因素 要正确操作自动变速器 首先应当了解自动变速器操纵手柄各个档位的含义 第一节 一 停车档 P位 停车档通常位于操纵手柄的最前方 当操纵手柄位于该位置时 自动变速器中的停车锁止机构将变速器输出轴锁止 使驱动轮不能转动 防止汽车移动 同时换档执行机构使自动变速器处于空档状态 当操纵手柄离开停车档位置时 停车锁止机构即被释放 二 空档 N位 空档通常位于操纵手柄的中间位置 在倒车档和前进档之间 当操纵手柄位于空档位置时 换档执行机构的动作和停车档相同 也是使自动变速器处于空档状态 此时 发动机的动力虽经输入轴传入自动变速器 但只能使各齿轮空转 输出轴无动力输出 第一节 三 前进档 D位 前进档位于空档之后 大部分轿车自动变速器在操纵手柄位于前进档位置时可以实现4个不同传动比的档位 即1档 2档 3档和超速档 其中1挡传动比最大 2档次之 3档为直接档 传动比为1 超速档的传动比小于1 在汽车行驶过程中 如果操纵手柄位于前进档位置 则自动变速器的液压或电子控制系统能根据车速 节气门开度等因素的变化 按照设定的换档规律 自动变换档位 第一节 四 前进低档 S位和L位 前进低档通常有2个位置 S位和L位 当操纵手柄位于这两个位置时 自动变速器的控制系统将限制前进档的变化范围 当操纵手柄位于S位时 自动变速器只能在1挡 2档 3档之间自动变换档位 当操纵手柄位于L位时 自动变速器固定在1档或只能在l档 2档之间自动变换档位 有些车则将S位标为2位 L位标为1位 其含义是相同的 有的标 2 1 2档 和 L 1档 第一节 四 自动变速器控制开关的使用 新型自动变速器除了可用操纵手柄进行换档控制外 还可以通过操纵手柄上或汽车仪表板上的一些控制开关来进行一些其它的控制 不同车型自动变速器的控制开关往往有不同的名称 其作用也不完全相同 常见的控制开关有以下几种 第一节 一 超速档开关 O D开关 这一开关用来控制自动变速器的超速档 当这个开关打开后 超速档控制电路接通 此时若操纵手柄位于D位 自动变速器随着车速的提高而升档时 最高可升入4档 即超速档 该开关关闭后 超速档控制电路被断开 仪表盘上的 O DOFF 指示灯随之亮起 表示限制超速档的使用 自动变速器随着车速的提高而升档时 最高只能升入3档 不能升入超速档 第一节 二 模式开关 大部分电子控制自动变速器都有一个模式开关 如图595 用来选择自动变速器的控制模式 以满足不同的使用要求 所谓控制模式主要是指自动变速器的换档规律 常见的自动变速器的控制模式有以下几种 1 经济模式 ECONOMY 这种控制模式是以汽车获得最佳的燃油经济性为目标来设计换档规律的 当自动变速器在经济模式状态下工作时 其换档规律应能使发动机在汽车行驶过程中经常处在经济转速范围内运转 从而提高了燃油经济性 2 动力模式 POWER 这种控制模式是以汽车获得最大的动力性为目标来设计换档规律的 在这种控制模式下 自动变速器的换档规律能使发动机在汽车行驶过程中经常处在大功率范围内运转 从而提高了汽车的动力性能及爬坡能力 3 标准模式 NORMAL 标准模式的换档规律介于经济模式和动力模式之间 它兼顾了动力性和经济性 使汽车既保证一定的动力性 又有较佳的燃油经济性 第一节 模式选择开关可以用来选择功率方式和正常方式 可以适应人们不同的开车习惯 一般来讲 在山区行驶或有拖挂时 自动变速器采用功率方式运行比较有利 而在一般情况下 采用正常方式运行有利于节油 第一节 三 保持开关 有些电子控制自动变速器设有保持开关 如日本JATCO公司生产的R4A EL自动变速器 这种开关通常位于操纵手柄上 图 按下这个开关后 自动变速器便不能自动换档 挡位完全取决于操纵手柄的位置 当操纵手柄位于D位 S位 L位时 自动变速器分别保持在3档 2档 1挡 汽车在雪地上行驶时 可以按下这个开关 用操纵手柄选择档位 以防止驱动轮打滑 第一节 五 偶合器 1 液力耦合器的结构主动元件 泵轮 泵轮刚性连接在外壳上 与曲轴一起旋转 从动元件 涡轮 涡轮连接在从动轴上 在泵轮与涡轮上 径向焊接了数目相同的叶片 用来传递动力 泵轮与涡轮叶片内圆有导流环 装合后构成循环圆 可促进油液循环 第一节 2 工作原理 1 涡流 的产生当泵轮随飞轮转动时 由于离心力的作用 液体沿泵轮叶片间的通道向外缘流动 外缘油压高于内缘油压 油液从泵轮外缘冲向涡轮外缘 又从涡轮内缘流入泵轮内缘 可见在轴向断面 循环圆 内 液体流动形成循环流 称为 涡流 第一节 2 环流的产生因涡流的产生 液体冲向涡轮使两轮间产生牵连运动 涡轮产生绕轴旋转的扭矩 可见 循环圆内的液体绕轴旋转形成 环流 上述两种油流的合成 形成一条首尾相接的螺旋流 只有当涡轮的扭矩大于汽车的行驶阻力矩时 汽车才能行驶 第一节 涡轮的扭矩 Mw 和泵轮的扭矩 Mb 的关系式为 Mw Mb 故液力偶合器不能使输出扭矩增大 只起液力联轴离合器的作用 因此 汽车上很少采用 第一节 第二节液力变矩器 结构原理分析传动特性带锁止离合器的液力变矩器电风扇演示变矩器原理示意图自动变速器组成液力变扭器结构单向离合器锁止离合器 一 结构 主要由泵轮 b 涡轮 w 导轮 d 组成 在液力偶合器的基础上 增设导轮 导轮介于泵轮和涡轮之间 通过单向离合器 单向固定在输出轴上 可顺转 不能逆转 第二节 二 工作原理图中VA为涡流 VB为环流 VC为合成流 转速比i nw nb 第二节 当发动机曲轴带动泵轮旋转时 泵轮带动自动变速器油一起旋转 在离心力的作用下 自动变速器油从叶片的内缘向外缘流动 冲击涡轮的叶片 自动变速油沿着涡轮叶片由外向内流动 冲击到导轮叶片 然后沿着导轮叶片流动 回到泵轮进入下一个循环 第二节 三 分析 变矩器工作时 作用在涡轮上的扭矩 Mw 不仅有泵轮施加给涡轮的扭矩 Mb 还有导轮的反作用力矩 Md 即 Mw Mb Md a 当nw 0 0 85nb时 此时nb nw 油液速度Vc流向导轮的正面 Md 0 Mw Mb Md 可见Mw Mb 起变扭作用 b 当nw 0 85nb时 油液速度Vc与导轮叶片相切 Md 0 Mw Mb 为偶合器 液力联轴器 此转速称为 偶合工作点 c 当nw nb时 油液速度Vc流向导轮的背面 Md为负值 导轮欲随泵轮同向旋转 导轮对油液的反作用力冲向泵轮正面 故Mw Mb Md d 当nw nb时 循环圆内的液体停止流动 停止扭矩的传递 故nw的增大是有限度的 它与nb的比值不可能达到1 一般小于0 9 为提高传动效率 需设锁止离合器 第二节 四 液力传动的特性 变扭比 K MW Mb 一般为2 4倍 转速比 i nw nb 1传动效率 输出功率 输入功率 Nw Nb 1 第二节 1 怠速时 Mw很小 汽车不能行使 2 起步时 Mw最大 3 逐渐加速时 Mw减小 4 偶合点时 k 1 Mw Mb为提高变矩器在耦合区工作的性能 需加装单向离合器和锁止离合器 以提高传动效率 降低燃料消耗 第二节 五 带锁止离合器的液力变矩器 带锁止离合器的液力变矩器由泵轮 涡轮 导轮 锁止离合器压盘和变矩器壳等组成 第二节 六 电风扇演示变矩器原理示意图 电风扇A通电 B不通电 电风扇A将以空气为介质带动电风扇B转动 第二节 如果我们在电风扇A与B之间加一个导管 将电风扇B出来的空气引导到A的背面 对电风扇A来说起增益作用 是有利的 如果电风扇B出来的空气引导到A的正面 对电风扇A来说起阻尼做用 是有害的 第二节 用空气传递动力会有能量损失 且电风扇B的转速永远小于A的转速 如果我们将电风扇A与B用一个轴连接在一起 此时电风扇A可直接带动B同速转动 就没有能量损失 此时的电风扇A相当于液力变矩器的泵轮 电风扇B相当于涡轮 导管相当于导环 空气相当于自动变速器油 连接轴相当于锁止离合器 第二节 七 自动变速器组成 自动变速器由四大部分组成 液力变矩器 齿轮变速机构 控制系统 冷却 润滑系统 第二节 八 液力变扭器结构 泵轮 泵轮与变矩器壳体连成一体 其内部径向装有许多扭曲的叶片 叶片内缘则装有让变速器油液平滑流过的导环 变矩器壳体与曲轴后端的驱动盘相连接 第二节 涡轮 涡轮上也装有许多叶片 但涡轮叶片的扭曲方向与泵轮叶片的扭曲的方向相反 涡轮中心有花键孔与变速器输入轴相联 这是变速器输入轴 涡轮通过花键装在输入轴上 泵轮叶片与涡轮叶片相对安置 中间有3 4mm的间隙 导轮 导轮位于泵轮与涡轮之间 通过单向自由轮安装在与变速器壳体连接的导管轴上 它也是由许多扭曲叶片组成 九 单向离合器 1 组成 由外座圈 内座圈 保持架 楔块等组成 2 工作原理 当内座圈固定时 外座圈顺时针方向转动楔块不锁止 外座圈可自由转动 当外座圈逆时针转动时 楔块锁止 外座圈不能转动 保持架的作用是使楔块总是朝着锁止外座圈的方向略微倾斜 以加强楔块的锁止功能 动画1 第二节 十 锁止离合器 1 锁止离合器的组成 减振盘 它与涡轮连接在一起 减振盘上装有减振弹簧 在离合器接合时 防止产生扭转振动 锁止离合器 通过凸起卡在减振盘上 可在油压的作用下轴向移动 离合器壳 它与泵轮连接在一起 前盖上粘有一层摩擦材料 以增加离合器接合时的摩擦力 2 工作原理 1 当车辆低速行驶时 自动变速器油由锁止离合器从动盘的前端流入 所以锁止离合器从动盘前端及后端的压力基本相等 使锁止离合器不起作用 分离 此时 变矩器起变速变扭作用 2 当车辆高速行驶时 信号阀中的滑阀向上移动 使继动阀中的滑阀也向上移动 改变油路 油液从锁止离合器的后端流入 锁止离合器与前盖之间的油液被排出 两面的压力不等 使其向前移动 锁止离合器接合 此时 动力传递路线为 前盖 锁止离合器 变速器输入轴 动画2 第二节 第三节行星齿轮机构 行星齿轮机构的组成行星齿轮工作原理辛普森式行星齿轮变速机构拉威娜式齿轮变速机构 一 行星齿轮机构的组成 它由太阳轮或称为中心轮 行星齿轮 行星齿轮架 通常简称为行星架 齿圈等组成 行星齿轮为轴转式齿轮系统 与定轴式齿轮系统一样 也可以变速 变矩 动画3动画4 第三节 二 行星齿轮工作原理 单排行星齿轮机构运动特性方程 n1 n2 1 n3式中n1太阳轮转速n2齿圈转速n3行星架转速 Z2 Z1Z2齿圈齿数Z1太阳轮齿数 第三节 1 齿圈固定 太阳轮主动 行星架被动n2 0 n1 1 n3i n1 n3 1 Z1 Z2 Z1 1 为前进降速档 动画5从演示中可以看出 此种组合为降速传动 通常传动比一般为2 5 5 转向相同 第三节 2 齿圈固定 行星架主动 太阳轮被动i n3 n1 1 1 Z1 Z1 Z2 1 为前进超速档 动画6从演示中可以看出 此种组合为升速传动 传动比一般为0 2 0 4 转向相同 第三节 3 太阳轮固定 齿圈主动 行星架被动n1 0 n2 1 n3i n2 n3 1 Z1 Z2 Z2 1为前进降速档 动画7从演示中可以看出 此种组合为降速传动 传动比一般为1 25 1 67 转向相同 第三节 4 太阳轮固定 行星架主动 齿圈被动i n3 n2 1 Z2 Z1 Z2 1为前进超速档 动画8从演示中可以看出 此种组合为升速传动 传动比一般为0 6 0 8 转向相同 第三节 5 行星架固定 太阳轮主动 齿圈被动n3 0 n1 n2i n1 n2 Z2 Z1 为倒档 降速档 动画9从演示中可以看出此种组合为降速传动 传动比一般为1 5 4 转向相反 第三节 6 行星架固定 齿圈主动 太阳轮被动n3 0 n1 n2i n2 n1 1 Z1 Z2为倒档 升速档 动画10从演示中可以看出此种组合为升速传动 传动比一般为0 25 0 67 转向相反 第三节 7 把三元件中任意两元件结合为一体的情况 当把行星架和齿圈结合为一体作为主动件 太阳轮为被动件或者把太阳轮和行星架结合为一体作为主动件 齿圈作为被动件的运动情况 动画11从演示中我们可以看出 行星齿轮间没有相对运动 作为一个整体运转 传动比为1 转向相同 汽车上常用此种组合方式组成直接档 第三节 三 辛普森式行星齿轮变速机构 辛普森式行星齿轮变速机构 第三节 1 空档 B0 F0 C1 C2 B1 B2 B3 F1 F2不工作 动力无法传递 5与6不通 5与9不通 第三节 2 D 1档 C0 F0 C1 F2工作传力过程 5 C1 6 8 11 129 13 7 10F2防止前行星架14逆转动画12 第三节 前排行星齿轮 太阳轮逆转行星架被F2锁住行星齿轮顺转齿圈顺转动画13后排行星齿轮 齿圈顺转行星齿轮顺转行星架顺转太阳轮逆转动画14 第三节 反拖时 输出轴转速 后内齿圈转速传力过程 输出轴顺转 后行星架顺转 行星齿轮逆转 太阳轮顺转 前齿圈顺转 带动前行星架顺转 此时F2不起作用 前行星齿轮不转 反拖力无法传倒输入轴 D 1档无发动机制动 3 D 2档 C0 F0 C1 B2 F1工作 传力过程 5 C1 6 8 11 9 12 10后齿圈顺转带动后行星齿轮顺转 试图使太阳轮逆转 由于太阳轮被B2 F1单向锁止 故后行星齿轮绕太阳轮旋转 并带动后行星架顺转 此时前排行星齿轮机构处于空载运行 后排行星齿轮 齿圈顺转行星齿轮顺转行星架顺转太阳轮固定 被B2 F1锁住 动画16前排行星齿轮 太阳轮固定行星架顺转行星齿轮顺转齿圈顺转处于空载运行 第三节 反拖时 输出轴转速 后内齿圈转速传力过程 输出轴顺转 后行星架顺转 行星齿轮逆转 太阳轮顺转 此时F1不起作用 前齿圈顺转 带动前行星架顺转 F2不起作用 前行星齿轮不转 反拖力无法传倒输入轴 D 2档无发动机制动 传力过程 5 C1 6 8 C2 9 11 12 108与9同向同样速度旋转 后排行星齿轮机构成为一个整体 动画17 4 D 3档 直接档 C0 F0 C1 C2 B2工作 后排行星齿轮 齿圈顺转行星齿轮不转行星架顺转太阳轮顺转 B2制动 F1起单向作用 前排行星齿轮 太阳轮顺转行星架顺转行星齿轮不转齿圈顺转动画18 第三节 反拖时 输出轴转速 后内齿圈转速 太阳轮转速传力过程 输出轴顺转 后行星架顺转 后内齿圈顺转 太阳轮顺转 反拖力传倒输入轴 起发动机制动作用D 3档发动机制动 第三节 5 2 1档 C0 F0 C1 F2工作 工作原理与D 1档相同 无发动机制动 第三节 6 2 2档 C0 F0 C1 B1 B2 F1工作 传力过程 5 C1 6 8 11 9 12 10后齿圈顺转带动后行星齿轮顺转 由于太阳轮被B1锁止 故后行星齿轮绕太阳轮旋转 并带动后行星架顺转 此时前排行星齿轮机构处于空载运行 后排行星齿轮 齿圈顺转行星齿轮顺转行星架顺转太阳轮固定动画20前排行星齿轮 太阳轮固定行星架顺转行星齿轮顺转齿圈顺转处于空载运行 第三节 反拖时 输出轴转速 后内齿圈转速传力过程 输出轴顺转 后行星架顺转 前齿圈顺转 前行星齿轮顺转 前行星架顺转 太阳轮固定 B1作用 后行星齿轮顺转 后齿圈顺转 反拖力传倒输入轴 2 2档发动机制动 第三节 传力过程 5 C1 6 8 11 129 13 710B3制动 前行星架14固定动画21 7 L 1档 C0 F0 C1 B3 F2工作 后排行星齿轮 齿圈顺转行星齿轮顺转行星架顺转太阳轮逆转动画22前排行星齿轮 太阳轮逆转行星架固定行星齿轮顺转齿圈顺转动画23 第三节 反拖时 输出轴转速 后内齿圈转速传力过程 输出轴顺转 后行星架顺转 前齿圈顺转 前行星架固定 B3作用 前行星齿轮顺转 太阳轮逆转 后行星齿轮顺转 后齿圈顺转 反拖力传倒输入轴 L 1档发动机制动 第三节 8 倒档 C0 F0 C2 B3工作 传力过程 5 C2 9 13 7 1011 12B3制动使行星架14固定 此时后排行星齿轮机构处于空载状态 动画24 后排行星齿轮 太阳轮顺转行星齿轮逆转行星架逆转齿圈逆转前排行星齿轮 太阳轮顺转行星架固定行星齿轮逆转齿圈逆转动画25 第三节 反拖传力过程 输出轴逆转 前行星架固定 B3作用 前行星齿轮逆转 太阳轮顺转 反拖力传到输入轴 倒档发动机制动 第三节 9 超速档 C1 C2 B0 B2工作 传力过程 1 15 3 2 5 C1 C2 10B0制动 超速太阳轮4被固定 架16主动 圈2从动 为超速档 动画26 在超速档运行时 放松加速踏板 车身能量被传至超速内齿圈 并通过超速行星架传到超速输入轴 产生发动机制动效果 不在超速档时 C0工作将超速行星齿轮机构连为一体 对原有的动力不造成任何影响 10 停车档 B3工作 由于C1或C2没有接合变速器处于空档状态 动力无法传递 机械式锁止机构 当变速杆处于P档位置时 停车联锁凸轮使停车爪上的凸起与联锁结构结合 以防止车辆移动 第三节 第三节 四 拉威娜式齿轮变速机构 1 1挡的工作原理1 1挡时离合器C2接合 单向自由轮F参加工作 动画27 第三节 2 离合器C2结合 输入轴的动力通过它传给小太阳轮 单向自由轮F不允许行星架逆时针转动 小太阳轮顺时针转动 带动短行星齿轮逆时针转动 并力图使行星架逆时针转动 由于单向自由轮不允许行星架逆时针转动 所以绕行星架逆时针转动的短行星齿轮带动长行星齿轮顺时针转动 长行星齿轮带动齿圈顺时针转动 动画28 第三节 3 齿圈经过齿轮将动力传给主减速器主动锥齿轮 自动变速器处于1挡 动画29 第三节 2 2挡的工作原理 1 2挡时离合器C2接合 制动器B1制动 动画30 第三节 2 离合器C2接合 输入轴的动力通过它传到小太阳轮 这些同于1挡传动 制动器B1制动大太阳轮 所以长行星齿轮连同行星架在小行星齿轮的带动下一起绕大太阳轮顺时针转动 长行星齿轮带动齿圈顺时针转动 动画31 第三节 3 齿圈经过齿轮将动力传给主减速器主动锥齿轮 自动变速器处于2挡动画32 第三节 3 3挡的工作原理 1 3挡时离合器C1 C2 C3接合 动画33 第三节 2 离合器C1 C2接合 输入轴的动力将通过它们传给大 小太阳轮 离合器C3接合 输入轴将动力通过它传给行星架 此时行星架和小太阳轮均与输入轴连接 从行星齿轮传动原理我们已经知道 当此种工况行星齿轮机构自锁 元件间没有相对运动 传动比为1 输入轴的动力通过齿轮直接传给主减速器 自动变速器处于3挡 动画34 第三节 3 3挡传动动画35 第三节 4 4挡的工作原理 1 4挡时制动器 1制动 离合器C3接合 动画36 第三节 2 当制动器B1制动时 制动大太阳轮 当离合器C3接合时 输入轴的动力传给行星架 对于行星齿轮排来说 相当于太阳轮固定 行星架输入 齿圈输出 从行星齿轮传动原理我们已经知道 此为超速传动 自动变速器处于4挡 动画37 第三节 3 4挡传动动画38 第三节 5 R挡的工作原理 1 当选挡手柄位于R位置时 自动变速器处于倒挡 在R挡时离合器C1接合 制动器B2制动 动画39 第三节 2 当离合器C1接合时 输入轴的动力将通过它传给大太阳轮 制动器B2制动行星架 对于行星齿轮排来说 大太阳轮通过长行星齿轮带动齿圈转动 从行星齿轮传动原理我们已经知道 此种传动输入输出转向相反 自动变速器处于倒挡 动画40 第三节 3 倒挡传动动画41 第三节 第四节自动变速器控制系统 液压控制系统组成液控系统原理示意图内啮合齿轮式油泵离合器带式制动器片式制动器主油路调压阀手动换档阀节气门阀速度控制阀1 2挡换挡阀2 3挡换挡阀强制低档阀蓄压器自动换档规律 一 液压控制系统组成 液压控制系统主要有油泵 离合器 制动器 主油道调压阀 手控制阀 节气门阀 调速阀 换档阀 强制低档阀 蓄压器等 第四节 二 液控系统原理示意图 节气门对应的节气门阀产生节气门油压 速控阀产生与车速相对应的速控油压 换挡阀控制换挡油路 控制系统的工作油压在换挡阀的控制下通过高挡油路进入变速机构 使自动变速器挂上高挡 通过低挡油路进入变速机构 使自动变速器挂上低挡 第四节 当汽车负载大 节气门开度大 车速低时 节气门阀输出的节气门油压高 速控阀输出的速控油压低 换挡阀左侧大于右侧油压 阀芯右移 工作油压将通过换挡阀 低挡油路进入变速机构 使低挡离合器或制动器结合 自动变速器挂上低挡 第四节 当汽车负载小 车速高时 节气门阀输出的节气门油压低 速控阀输出的速控油压高 换挡阀中左侧油压低于右侧油压 阀芯左移 工作油压将通过换挡阀 高挡油路进入变速机构 使高挡离合器或制动器结合 自动变速器挂上高挡 第四节 从上述分析可以看出 换挡阀的移动 主要取决于换挡阀左右侧节气门油压和速控油压的油压差 阀芯移动 将使不同的离合器 制动器接合 从而使变速机构输出不同的挡位 第四节 三 内啮合齿轮式油泵 1 内啮合齿轮式油泵组成内啮合式齿轮泵由泵盖 泵体 小齿轮和内齿轮等组成 泵盖上的花键用于固定液力变矩器单向离合器的内座圈 小齿轮上有两个凸起 液力变矩器泵轮的两个凹槽插到小动齿轮的两个凸起上带动小齿轮转动 小齿轮带动内齿轮转动 泵体上有一个月牙形隔板 将油腔分成进出油腔 第四节 第四节 2 工作原理液力变矩器的泵轮带动小齿轮转动 小动齿轮带动内齿轮转 齿轮脱离啮合 容积变大产生吸力 将油吸入 当齿轮进入啮合 容积变小将油泵出 第四节 四 离合器 1 离合器的组成卡环 它安装在输入轴转鼓的卡环槽内 限制活塞的行程 输出转鼓 其中心有齿形花键与输出轴相连 边缘有键槽 钢片 是光板 外缘有矩形花键与输入轴转鼓内键槽相连 摩擦片 内圆有花键 与行星齿轮某一元件相连接 其表面有铜基粉末冶金层或合成纤维层 以增大摩擦力 钢片与摩擦片相间排列 可轴向移动 弹簧座卡环 安装在输入轴卡环槽内 许多个回位弹簧沿圆周方向均匀分布 第四节 第四节 2 工作原理当离合器结合时 控制油压通过输入轴中心孔进入活塞 克服回位弹簧力将钢片和摩擦片压紧 产生摩擦力 这时动力从输入轴经过离合器传到输出轴 当需要离合器分离时 控制油压通过原来的管路排出 由于回位弹簧的作用 活塞回到初始的位置 摩擦片和钢片分离 动力不能传递 第四节 3 动力传递路线 第四节 4 故障 自动变速器中的离合器主从动片是易损件 操作不当或漏油 行驶中打滑是常见的故障 在离合器工作的档位时 发动机突然加速而车速变换却缓慢 这种现象可能是由离合器打滑造成 自由间隙 离合器片厚 1 5 2 0 mm 平均每片间的间隙为 0 30 0 50 mm 总间隙随片数不同而异 般为 2 00 5 00 mm 压紧回位弹簧 压板与卡簧间的间隙即为自由间隙 间隙过大 传力时易打滑 说明离合器片已磨薄 间隙过小 造成分离不彻底 可更换主 从动片来调整 第四节 五 带式制动器 1 带式制动器组成 制动鼓 它与行星齿轮的某一元件相连接 制动带 围在转鼓的外圆上 它的外表面是钢带 内表面有摩擦材料 制动带的一端用锁销固定在自动变速器壳体上 另一端与液压油缸的推杆相接触 油缸 它固定在自动变速器壳体上 其内部有活塞和推杆相连接 2 带式制动器的工作原理当液压缸无油压时 制动带与鼓之间要有一定的间隙 制动鼓可随与它相连的行星排元件一同转动 当液压缸通油压时 作用在活塞上油压力推动活塞 使之克服回位弹簧的弹力而移动 活塞上的推杆随之向外伸出 将制动带压紧在制动鼓上 于是制动鼓被固定而不能转动 此时 制动器处于制动状态 动画45 第四节 3 带式制动器调整 拧动调整螺栓来调整 旋紧再松2 3圈 调好后再用锁紧螺母锁紧 带式制动器轴向尺寸小 且工作的平顺性差 控制油路中多配有缓冲阀 第四节 六 片式制动器 1 片式制动器组成 第四节 固定架 有许多槽 它通过螺钉与变速器壳体相连接 固定架上有控制油道孔 钢片外缘上有花键 与固定架上的槽或与变速器壳体上的花键槽相连接 是不动件 摩擦片内圆上有花键 与行星齿轮的某元件相连接 活塞安装在活塞缸内 回位弹簧作用在活塞上 动画46动画47 第四节 2 工作原理当需要制动行星架时 控制油压进入活塞油缸 推动活塞压缩回位弹簧 将摩擦片 钢片压紧 由于钢片与自动变速器壳体相连接 所以行星架制动不转 制动器不起作用时 控制油液排出油缸 由于回位弹簧的作用 活塞回到原来位置 动画48 第四节 七 主油路调压阀 主油路调压阀组成 主油路调压阀由阀芯 弹簧 柱塞 柱塞套等组成 第四节 主油路调压阀原理 来自油泵的油压作用到阀芯上 给阀芯加一个向下的作用力 节气门阀输出的油压力作用到柱塞上 此液压力作用到阀芯上 使阀芯受到一个向上的作用力 弹簧作用到阀芯上一个向上的弹力 当节气门开度小时 阀芯下移 泄油缝隙增大 系统油压减小 反之 系统油压增大 当挂倒挡时又有一个油压作用到差径的柱塞上 柱塞上移 使阀芯又受到一个向上的作用力 由于向上的作用力增大 阀芯上移 所以系统油压增大 动画49 第四节 八 手动换档阀 1 作用驾驶员操纵手控制阀可实现油路的转换 从而改变自动变速器的工作范围 第四节 2 构造和工作原理手控制机构主要由选档手柄 自锁装置 手控制阀等组成 自锁齿板上的凹槽数与手柄的工作位置相对应 当手控阀在D位时 控制油压通向其它控制阀 变速器能自动换档 当手控阀在N位时 封闭油路 变速器处于空档 按控制油路数量的不同 手控阀分为两柱式和三柱式 两速式自动变速器采用两柱式 即能满足油路转换的需要 第四节 九 节气门阀 1 作用它产生与节气门开度成正比的油压Pz 与速控油压Pv共同控制换档阀 实现自动换档 2 构造和工作原理节气门阀按操纵方式分为机械式和真空式两种 第四节 节气门阀利用节流原理 节流孔a和b的节流作用 使PzF 节气门阀右移 节气门开度加大 弹簧力也加大 输出油压Pz就相应地增大 1 机械式 利用拉杆或拉索 凸轮 弹簧来操纵节气门阀 工作可靠 但应定期检查拉杆或拉索的松紧情况 第四节 2 真空式 利用进气歧管真空度 Px 使阀产生位移 开闭进 排油口a和b 当节气门开度加大时 Px变小 在弹簧力和波纹筒弹力的作用下 节气门阀向右移动 PZ加大 当节气门逐渐关小时 Px变大 真空吸力使膜片和波纹筒向左移动 节气门阀随之向左移动 PZ减小 当节气门阀左侧各种力的合力与右侧的油液推力相等时 阀处于平衡状态 真空度 Px的大小受发动机进气系统密封性能的影响 第四节 十 速度控制阀 1 作用产生与车速成正比的速控油压 Pv 与节气门阀的油压 Pz 共同控制 换档阀 实现自动换档 2 构造和工作原理速控阀装在输出轴上 利用滑阀的节流作用 产生速控油压 Pv 多为两级式调速器 1 输出轴不旋转时 因无速控油压 重块和滑阀处于自由状态 第四节 2 当输出轴旋转时 离心力使重块和滑阀一起向外移动 打开进油口a 关闭排油口b 使主抽路油压PH进入 产生速控油压Pv 滑阀的离心力F1弹簧力F液压力F2 B A Pv 滑阀的位置 F1 F F2平衡状态 F1 FF2滑阀向上移动 Pv增大 第四节 3 在低速区工作时 重块的离心力通过弹簧随时作用在滑阀上 加上滑阀本身的离心力作用 使滑阀迅速上移a口开大 b口关小 节流作用加大 Pv加大 当滑阀受力平衡时a口和b口的开度一定 Pv维持不变 当车速加大时 离心力加大 Pv又升高 滑阀又在新的位置维持新的平衡 此时 速控油压Pv随车速的加大而迅速加大 第四节 4 在高速区工作时 重块外移 带动导杆的法兰盘靠在外壳凸缘上 车速再升高 重块的离心力不再压缩弹簧 此时弹簧力较大 随车速的升高 依靠滑阀 小重块 的离心力而改变Pv 在高速区Pv的增大比低速区缓慢 这样可防止高速区频繁换档 保持车速的稳定性 第四节 十一 1 2挡换挡阀 1 2挡换挡阀组成 1 2挡换挡阀主要有低 倒挡柱塞 弹簧 1 2挡换挡阀阀芯 柱塞等组成 第四节 1 2挡换挡阀的原理 阀芯受到向下的力有节气门阀输出的节气门油压力 弹簧产生向下的弹力 阀芯受到向上的力有速控阀输出的速控油压力 当节气门开度大 车速低时 节气门阀输出的节气门油压力及弹簧弹力大于速控阀输出的速控油压力 阀芯下移 切断手控阀与制动器B2之间的油路 此时变速器处于1挡 当节气门开度小 车速高时 节气门阀输出的节气门油压力及弹簧弹力小于速控阀输出的速控油压力阀芯上移 接通手控阀与制动器B2之间的油路 制动器B2工作 此时变速器处于2挡 第四节 当选挡手柄位于R和L位置时时 阀芯上腔又加一个控制油压 阀芯向下的油压力大于向上的油压力 则阀芯不能上移 同时接通了通向制动器B3的油路 动画50 第四节 十二 2 3挡换挡阀 第四节 工作原理阀芯受到向下的力有来自节气门阀的节气门油压力和弹簧弹力 向上的力有从速控阀来的速控油压力 当节气门开度大 车速低时 节气门油压力及弹簧弹力大于速控油压力时 阀芯下移 切断了通向离合器C2的油路 此时变速器具有2挡 当节气门开度小 车速高时 节气门油压力及弹簧弹力小于速控油压力阀芯上移 接通来自1 2挡换挡阀与离合器C2之间的油路 离合器C2工作 此时变速器具有3挡 第四节 当挂倒挡时 来自手控阀R位置的油压将通过换挡阀进入离合器C2 离合器C2工作 当选挡手柄位于2位置时 来自 挡顺序阀的油压将作用在阀芯上 使阀芯受到向下的油压力大于向上的油压力 阀芯不能上移 使变速器最高只有2挡 不能挂上3挡 另一路则到中间调节阀 当车速较高时 可通过 挡换挡阀进入制动器B1 动画51 第四节 十三 强制低档阀 强制低档阀是一个油路转换阀 通过加大换档阀左端的控制油压 快速换入低速档 如节气门迅速打开时 节气门阀油压也急剧升高 并且被输送到强制低档阀 这时迫使强制低档阀打开出口 使主油路油压作用到换档阀上 此时换档阀的弹簧弹力F 强制低档阀附加油压P 和节气门阀油压PZ共同作用在换档阀的一侧 使其移动到降档位置 实现强制快速换档 第四节 电控变速器常用由加速踏板联动装置上的开关操纵电磁阀实现强制降档 当节气门开度增大时 由开关打开电磁阀 增大节气门阀油压而迫使立即降档 及时增大牵引力 改善使用性能 在短暂时间内起强烈的加速作用 该阀由加速踏板控制 控制方式有两种 机械式 a 和电磁阀式 b 两者都是利用加速踏板来控制一条油路 对换档阀的左端施加一个附加油压 强制使换档阀右移 换入低速档 第四节 十四 蓄压器 蓄压器主要用于缓冲换档时油压的冲击 由于液力油的油压始终作用于蓄压器的反压力侧 其压力和弹簧张力一起 将活塞向下推动 当液力油的油压作用于操作一侧时 活塞将克服另一侧压力和弹簧张力 缓慢地向上移动 消耗一定能量减少换档冲击 每个前进档都有一个相应的蓄压器 换档执行元件按先快后慢的过程进行 从而减小了换档冲击 D背压 节气门开度较大时 降低减振能力 加快换档过程 防止打滑 第四节 十五 自动换档规律 自动换档规律就是自动变速器根据车辆速度和载荷 节气门开度 自动变换档位 换档规律用换档图来表示 换档图的横坐标用变速器输出轴转速或车速表示 以每分钟转速或每小时公里数为单位 纵坐标用发动机节气门开度表示 以百分比为单位 图中任何一点 都是由节气门开度和车速大小所决定工作点 也称为换档点 采用换档图时检查换档点是否符合行驶期间自动变速器正确换档规律 可以对变速器进行道路试验和故障诊断 因此换档图对自动变速器故障检修十分重要 第四节 1 图中实线为升档曲线 当节气门开度较小时 升档的车速降低 提前升档 节气门开度较大时 升档的速度提高 延迟升档 从而能符合汽车的实际使用要求 例如 当汽车在良好路面上缓慢加速行驶时 阻力较小 油门开度也小 升挡车速低可以较早地升入高档 使发动机的转速降至低油耗的经济转速范围内运转 减少汽车燃油消耗 当汽车急加速或上坡时 阻力较大 为保证汽车有足够的动力 须加大油门开度 升档车速相应的提高 使发动机在较高的转速范围内运转 以发出较大的功率 提高汽车的加速或爬坡能力 否则 如果过早地升入高档 输出转矩将下降 将影响汽车的动力性能 图52 第四节 2 图中虚线为降档曲线 同一台自动变速器的升档和降档曲线不重合 在一个换档点附近反复升档 降档将影响汽车的行驶性能 并缩短自动变速器的工作寿命 3 图中的单点划线为手控制阀在 L 位置时换档规律 此为车速单参数控制 当选档手柄从 D 位换到 L 位时 在固定车速下 55km h 从2档降至1档 此后不再升档 如果起步时手柄位置就在 L 位 则变速器就一直在1档工作 不会升到2档 其目的是在节气门任何开度时 均可利用发动机制动作用 4 图中的两条双点划线 右边的一条为锁止离合器锁止线 车速超过该线所处位置时 锁止离合器锁止 左边的一条为锁止离合器解除线 当车速低于该线所处位置的值时 锁止离合器锁置解除 图中显示这台自动变速器只有在超速档时 才能实施锁止 图52 第四节 电控自动变速器和液控自动变速器换档规律图的不同点是 液控自动变速器换档规律图是连续变化的曲线 而电控自动变速器由于模拟节气门开度的电参数是阶梯变化的信号 因此规律图也是阶梯性变化曲线 如图 第四节 第五节电子控制系统 控制原理部件功能ECU的功能 一 控制原理 自动变速器电控系统一般由电子控制单元 速度传感器 节气门位置传感器 各种电磁阀 各种开关及指示装置等构成 如图 第五节 1 电液控自动变速器基本原理 下图为电液控自动变速器基本原理示意图 与液控自动变速器不同的是换挡阀左右侧的油压不再是节气门油压和速控油压 取而代之的是由换挡电磁阀控制的油压 节气门位置传感器感受节气门开度信号 车速传感器感受车速信号 这些信号送给自动变速器电脑ECTECU 电脑将这些信号经过处理后发出指令 控制电磁阀A阀和B阀工作 例如节气门开度大 车速低时 节气门位置传感器和车速传感器将节气门开度大的信号和车速低的信号送给ECTECU ECTECU发出指令 电磁阀B通电 打开换挡阀右侧油压的通道 让换挡阀右端泄压 电磁阀A不通电 工作油压加到换挡阀的左端 阀在油压以及弹簧的作用力下右移 接通了低挡油路 使变速机构的低挡离合器或制动器接合 变速机构挂上低挡 第五节 当车速高 节气门开度小时 ECTECU使电磁阀A通电 换挡阀左侧泄压 电磁阀B不通电 换挡阀右侧加控制油压 阀芯在油压差的作用下左移 接通了高挡油路 使变速机构的高挡离合器 制动器接合 变速机构挂上高挡 动画53 第五节 2 电液控自动变速器基本规律 油泵为自动变速器提供工作油压 油泵泵出来的油经过主油路调压阀调节系统的工作油压 工作油压进入手控阀 由手控阀进行油路转换 经手控阀控制的油压可以进入换挡阀 换挡阀控制换挡油路 换挡阀控制进入离合器及蓄压缓冲器 制动器及其蓄压减振器的油路 不同的离合器 制动器工作就可以使自动变速器具有不同的挡位 有的自动变速器上 在蓄压缓冲器的油路中也运用了像锁止离合器背压调节中的PWM阀 以调节蓄压减振器的背压 从而减少换挡冲击 换挡阀由自动变速器电脑通过换挡电磁阀A 换挡电磁阀B控制 换挡电磁阀的数量因车而异 它有三种形式 第五节 1 共控式两个换挡电磁阀 A B 由电脑控制不同的通电 断电组合 组成四种状态 控制三个换挡阀使自动变速器具有4个前进挡 一个倒挡 2 分控式三个换挡电磁阀 A B C 每个电磁阀控制一个换挡阀 使自动变速器具有4个前进挡 一个倒挡 3 连控式三个换挡电磁阀 A B C 联合控制着五个换挡阀 使自动变速器具有4个前进挡 一个倒挡 省去了若干顺序阀和截止阀 第五节 从手控阀出来的油压 由液力变矩器锁止离合器的锁止电磁阀TCC和锁止压力控制电磁阀PWM通过继动阀控制锁止离合器的背压 使锁止离合器具有锁止 半锁止和不锁止等工作状态 其中TCC电磁阀是开关阀 PWM阀是频率控制阀 占空比可从5 到95 进行变化 以调节油压 从手控阀出来的油压进入次调压阀 由次调压阀调节一个定压 分别进入液力变矩器 润滑油道和冷凝器 第五节 二 部件功能 发动机工况信号由水温传感器 节所门开度传感器等提供 车速信号由1号车速传感器 2车速传感器提供 开关信号由空挡起动开关 超速 O D 开关等提供 这些信号进入ECU后 CPU将这些信号与ROM中预先设定的最佳档位比较而确定档位参数 由输出电路输送到某档电磁阀线圈 完成变速工作 即根据车速 加速度 换挡等有关车行驶状态各种信号的检测 通过计算机综合控制发动机转矩和自动变速器的离合器系统配合油压 而实现汽车极其平稳的变速 图54 1 节气门位置传感器 如图 节气门位置传感器根据节气门的开度输出电压信号 因节气门位置传感器与节气门同步转动 节气门开度与电位器电刷的位置同步变化 从电刷输出的电压信号与节气门开度成正比 节气门位置传感器常见故障有 线路故障 传感本身故障 传感器安装调整不当 这些故悔导致发动机的怠速过高或不稳 加速性能变坏 第五节 2 水温传感器 1 它由外壳及热敏电阻等构成 其作用是检测冷却水温 当冷却水温低于80 时 停止超速档变速和锁定系统强制解除 在ECU插座的THW端所测得的电压值为0 3 0 8V时 就可以判断冷却水温为80 左右 当传感器开路时 电压值为5V 短路时为0V 这两种情况均为故障状态 2 水温传感器的检查 可将其从机体上拆下 放入冷水中 用万用表测量其电阻 再将冷水加热 电阻值变化应符合下表 如电阻不随温度变化或差值较大时 应予更换 第五节 温度 20020406080电阻 k 10 204 72 30 9 1 30 4 0 70 2 0 4 第五节 3 车速传感器 它由磁铁 笛簧开关组成 笛簧开关是由小玻璃管内装有两个细长的触头构成 触头由强磁性材料制成 受玻璃管外磁极的控制 有时触头互相吸引而闭合 有时互相排斥而打开 从而形成了开关作用 磁铁旋转 笛簧开关受磁力吸引接通 磁力为零时断开 这样 磁铁装在变速器输出轴驱动齿轮轴上 输出轴旋转 笛簧开关将间歇地接通和断开 通断次数与输出轴转速成正比 图55车速传感器检查 顶起汽车一边车轮 驱动轮 并使车轮转动 用万用表检查传感器二只线端间的电阻 应该间歇出现通路和断路 对于三只线端的速度传感器 将第1脚接蓄电池正极 第2脚接负极 用万用表检查第2脚和第3脚间电阻 应间歇出现通路和断路 第五节 4 空档起动开关 它是检测变速档位置的传感器 在组合仪表板的速度表上利用传感器的信号显示P R N D的位置 也可以利用传感器的信号实现保护作用 即只有在P档或N档才能起动发动机工作 第五节 5 模式选择开关 这是供驾驶人员依据换档和锁定时 选择功率方式之用 第五节 6 制动灯开关 它可检查制动踏板是否被踏下 第五节 7 超速 O D 开关 它可控制车辆进入或脱离超速档 第五节 8 电磁阀 由电磁线圈 铁心 阀体 阀杆 弹簧等组成 图56当电磁阀通电时 吸动铁心 阀杆移动改变油的通道 ECU控制电压使电磁阀处于开或比状态 从而控制油的通 断 使各档的变速阀动作 完成变速控制 1号和2号电磁阀控制变化速度 3号电磁阀是锁止用电磁阀 有电流通过时进行锁止 没有电流通过时锁止解除 有些车上还有4号电磁阀 主要作用是起调节速度和降低齿轮换档时的冲击 图电磁阀的检查 用万用表检查电磁阀的电阻值 正常值为11 15 丰田 21 24 三菱 接通12V电源 检查其动作是否灵活 可在电源通断时听到滑阀移动的声响 密封性检查 1号2号电磁阀用低压空气检查 不应漏气 3号电硭闽用490kPa压缩空气检查 再通12V电压应漏气 压力控制电磁阀线固电阻为26 32 三 ECU的功能 1 换档正时控制 ECU接收各种监测汽车行驶状况和发动机工况的传感器的信号 精确控制ECT的换档正时 锁定正时 行星齿轮系统执行机构的液压以及换档时的发动机的转矩 它具有自我诊断功能 能监测和识别电子控制元件的故障 并通过O DOFF指示灯以故障代码的形式将这些自诊信息输出 第五节 2 超速行驶的控制若超速主开关接通 并且换档杆位于D档位 汽车才有可能以超速档行驶 当汽车使用巡航控制系统在超速档行驶时 若实际车速降到低于设定车速约4km h的情况下 则巡航控制ECU送一信号到发动机和ECTECU去 以解除超速行驶 在车速达到巡行控制ECU存储器中记忆的设定速度以前 还能防止ECT换回超速档 在水温低于60 时 这一控制功能还能防止ECT自动升入超速档 第五节 3 锁止系统的控制在发动机和ECTECU的存储器中 已存入了每一种行驶方式 普通行驶和动力行驶 下锁止离合器的工作情况的程序 根据这种程序 ECU通过车速信号和节气门开度信号使锁止电磁阀开或关 从而控制锁止正时 依靠锁止电磁阀的开或关 锁止继动阀变换作用于变矩器上的液压油路 使锁止离合器接合或脱开 在锁止系统工作时 升档或降档期间ECU会把锁止电磁阀电路暂时切断以减轻换档冲击 此外 若制动开关接通 制动 节气门位置传感器 IDL 触点闭合 节气门全关 或水温低于60 时 只要发生上述任一情况 ECU都将切断锁止电磁阀电路 强制脱开锁止离合器 前二者的目的是防止驱动轮被抱死时发动机失速 后者是用于提高一般的行驶性能 并且加速变速器预热 达到正常工作温度 ECU不光利用锁止电磁阀来控制正时 而且还利用它来调节锁止离合器的液压压力 从而使锁止离合器平顺的接合和脱开 4 蓄压器背控制作用于蓄压器背压由第四电磁阀 仅有部分自动变速并装有第四电磁阀 调节 以控制作用