自动变速器故障诊断与维修.doc

自动变速器故障诊断与维修 在我国的汽车市场上，自动变速器的装车率越来越高，像上海大众、一汽大众、上海通用、东风日产，东风雪铁龙、一汽及海南马自达，奇瑞、北京现代等我国生产的汽车上，均装有自动变速器。但由于国内的机油品质，驾驶员的驾驶习惯以及环境和道路状况等因素，自动变速器出现了各种各样的故障。由于自动变速器技术含量非常高，集电脑控制、液压控制和机械传动于一身，给我们的修理工作增加了很大难度。尤其是自动变速器的换挡质量问题，除了要求我们具有自动变速器的基础理论知识，还要求我们对自动变速器油路，电控上设计的细节有更深的研究，除此之外，如果你维修经验不够丰富，以及对发动机系统和车上的其它控制系统不熟悉，那依然很难解决自动变速器的换挡品质问题。我刊出此文，一方面对自动变速器的基本理论作一阐述，另一方面对一些国产常见自动变速器设计上的细节进行讲述，再引入一些本人维修过的典型案例来和大家共同探讨自动变速器的故障诊断方法和维修思路。目前，在我国市场上主要以行星齿轮机构式的自动变速器为主，固定平行轴自动变速器只有在本田等少数车型采用。所以我主要对行星齿轮机构式的自动变速器予以讲解。该种自动变速器由其发展可分为全液控自动变速器，比如奔驰公司的722.3自动变速器，半电控半液压自动变速器，比如奔驰的722.5，到我们现在市场上的全电控自动变速器，比如大众的01M、01V,通用公司的4T65E等等。全电控自动变速器主要由液力元件、变速机构、控制系统、散热系统、主传动部件等几大部分组成。液力元件主要是指变矩器，变速机构包括换挡执行元件和行星齿轮机构，控制系统主要由电控系统和液控系统组成，液控系统主要是指阀体。 主传动部件由主减速器和差速器组成，散热系统主要由散热器与散热油管组成.这就是目前我国市场上较流行的行星齿轮机构式的自动变速器的基本组成，下面简单描述一下各个部件的工作原理及结构组成。液力变矩器位于发动机与变速器之间，与发动机转速相同，其是由泵轮、涡轮、导轮及单向离合器组成。其具有传递动力、降速增扭、缓冲振动、充当自动离合器（它可以在发动机运转且变速器档位齿轮啮合的情况下，使车辆静止不动）、驱动变速器油泵和充当飞轮的作用。要想理解液力变矩器的工作原理，首先我们要从液力耦合器开始。因为液力变矩器是由液力耦合器为基础发展起来的。液力耦合器是由泵轮、涡轮和壳体组成。泵轮与变矩器壳焊接为一体。由发动机飞轮驱动，涡轮与变速器输入轴通过花键相连，是变矩器的动力输出端。其工作原理就如同两个风扇。当电风扇A通电旋转时，未通电的电风扇B由于受A吹出的空气推动，也会随之旋转，那么如果嫁接到液力耦合器中，泵轮就相当于风扇A，涡轮相当于风扇B，自动变速器油就相当于空气。 当泵轮旋转时，其中的工作液也被叶片带动一起转，在离心力作用下，工作液从叶片内缘向外缘流动，因此，叶片外缘处压力较高，而内缘处压力较低，其压差决定于工作轮的半径和转速，由于泵轮和涡轮的直径是相同的，故当泵轮转速大于涡轮的转速时，泵轮外缘的液压大于涡轮叶片外缘的液压，于是工作液在绕工作轴线旋转，形成环流，还在压力差的作用下，沿耦合器内壁作圆周运动，形成涡流。液体质点的流线形成一个首尾相连的环形螺旋线。泵轮对工作液做功，使之在从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，其圆周速度和动能逐渐增大，而在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，其圆周速度和动能则逐渐减小。故液力耦合器的传动过程是：泵轮接受发动机传来的机械能，传给工作液，使其动能提高，然后再由工作液将动能传给涡轮，因此，液力耦合器实现传动的必要条件是工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动的产生，是由于两个工作轮转速不等，使两轮叶片的外缘产生液压差所致。故液力耦合器在正常工作时，泵轮转速总是大于涡轮转速，如果二者转速相等，则耦合器内部涡流停止，液力耦合器不能起到力的传递作用。我们了解了液力耦合器的基本工作原理，因此我们知道，采用液力传递动力的液力耦合器，在泵轮与涡轮转速差较大时，涡流速度加快，传动效率很低，且不能起到增扭作用。为克服此缺点，液力变矩器被设计出来了。它与液力耦合器的最大不同是增加了一个导轮，导轮单向固定（只能单向转动），从而改变了涡轮在低转速时，变矩器内油液的流动方向，增加了输出扭矩。液力变矩器最高效率时滑差也要达到4%5%，这不但使油温升高，还降低了传动效率。为此现代汽车的自动变速器的液力变矩器中都装有锁止离合器（TCC），锁止离合器与涡轮相连，当锁止离合器摩擦片与泵轮或变矩器壳体压紧时，把涡轮和泵轮连为一体，形成刚性连接。变矩器不但与耦合器一样能将转矩从泵轮传递到涡轮上，还能在泵轮转矩不变的情况下，增加涡轮输出的转矩数值，变矩器之所以能起变矩作用，是由于结构上比耦合器多了导轮机构，在涡轮相对于泵轮低转速时，在液体循环流动的过程中，由涡轮返回泵轮的液流冲击导轮的叶轮，冲击方向使导轮的单向离合器锁止，固定不动的导轮改变了回液流向，给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出的转矩高于泵轮输入的转矩，如图一所示： 图一 变矩器低速增扭 当涡轮高速旋转时，由涡轮返回泵轮的液流冲击导轮的叶轮背面，冲击方向使导轮的单向离合器处于超越空转状态，导轮不起作用，变矩器处于耦合状态，如图二所示。 图二 变矩器耦合状态 现代汽车的液力变矩器还带有锁止离合器，比如大众公司生产的01M自动变速器，变矩器锁止离合器的工作由变速器控制单元（ECU）控制，ECU输出控制信号给TCC控制电磁阀，TCC电磁阀再通过液压滑阀来控制锁止离合器的结合与分离。当TCC控制电磁阀电流较小时，TCC阀出来的ATF油从锁止离合器前方进入，从而断开锁止离合器与变矩器壳体的连接，实现液压传递，当TCC控制电磁阀电流较大时，TCC阀上移，而从它出来的ATF油从锁止离合器的后方进入，从而将锁止离合器与变矩器壳体压在一起，实现刚性连接，如图三所示。 图三 变矩器两种工作状态 变矩器锁止离合器前方进油是通过K1轴的内孔来实现的；而其后方进油是通过变矩器轴颈内圆与单向离合器轴中间的缝隙来流通的。介绍一下液力变矩器的性能指标：一、液力变矩器传动比：液力变矩器传动比=涡轮转速泵轮转速，这与齿轮啮合传动比的计算方法相反，当传动比越小时，变矩器增扭作用越大。二、变矩器的转矩比：液力变矩器的转矩比是指输出转矩与输入转矩之比，当涡轮转速为0时，称其为失速点，此时转矩比最大，达到1.72.5.随着涡轮转速升高，转矩比减小，这一段称为变矩区。当涡轮转速接近于泵轮转速时，（传动比升为0.85左右时），转矩比为1，液力变矩器进入耦合区，就和普通耦合器工作一样。三液力变矩器传动效率：传动效率=（涡轮输出转矩/泵轮输出转矩）传动比。当速比为0时，泵轮旋转而涡轮不转，最大转矩传递到涡轮，但因涡轮不转，故效率为0。当涡轮开始旋转时，效率陡然上升，在达到耦合点稍前一点时，一直处于上升趋势，而后开始下降，当导轮开始旋转时液力变矩器变为耦合器，此时转矩比为1。效率与速比直线上升。假定涡轮与泵轮转速相同，则变矩器效率为100%，但此时变矩器中环流停止，也就无法传递动力，因此，液力变矩器效率无法达到100%,最高时约为95%。图四为液力变矩器效率特性曲线。 图四 液力变矩器效率特性曲线 我们知道，液力变矩器的工作需要ATF油作为介质传递动力，那么就涉及到三个压力，T1为变矩器进油口压力，T2为变矩器气浊压力，T3为变矩器出油口压力，对于液力变矩器而言，要想让ATF油在其内部循环流动，这就需要一个稳定的压力源为其提供足够的压力与流量的ATF油。那变矩器压力调节阀就起到这个作用。变矩器出油口压力T3的建立也是必要的，这个压力的建立也是通过阀体中类似减压阀原理的柱塞或单向阀建立的。那为什么还需要一个出油口压力T3呢？假如没有出油口压力T3，那么变矩器进出油口的压差变大，这样就会造成液力变矩器内部ATF油流量增大，如果变矩器压力调节阀供应不了较大的ATF油流量，那么液力变矩器内ATF油的密度降低，也就是说变矩器内部ATF占的体积减小，那泵轮甩给涡轮的介质较少，从而降低了变矩器的扭矩传递。变矩器气浊压力T2是如何产生的呢？一是变矩器内的残留空气，二是ATF油内溶解的微量空气。当泵轮高速旋转搅动ATF油时，使ATF油温度上升，少量ATF油形成气体，一部分溶解在ATF中的空气析出，还有一部分残留在变矩器内的空气，这样它们在泵轮的高速搅拌下形成气浊力T2。如果T2较大，它就会使变矩器进油口压力与其的压差降低，从而右影响到ATF油的流量。总之，在液力变矩器的设计上，一定要考虑这三者之间的关系，否则就会使液力变矩器效率下降，这三个压力的基本关系是T1T2T3。我们之前讲过了液力变矩器扭矩的传递是通过泵轮将ATF油打到涡轮上，使涡轮旋转的，由涡轮返回泵轮的液流冲击导轮的叶轮，从而给涡轮一个反作用力矩，如果在液力变矩器低速增扭区，增扭不够，可能是单向离合器打滑，也可能是ATF油密度降低，与我们之前所说的三个压力有关，当然还有可能是与泵轮叶片变形有关。液力变矩器在设计上，对泵轮、涡轮及导轮叶片角度的设计是变矩器真正的技术含量所在，它需要考虑到许多综合因素。如果叶片变形，必然会导致变矩器效率降低。这时，大家会疑问，叶片怎么会变形呢？“滴水穿石”大家都知道，但真正的道理是什么呢？原来，水滴落到石头上时，水滴首先被碰扁，然后向四周散落开来，就在水滴“落地”与“散开”这一瞬间，在水滴和石头间形成了无数细小的气泡，由于水的表面张力作用，这些气泡的表面积都要尽可