汽车换档系统液压控制装置组成及工作原理

换档系统液压控制装置包括液压调节装置、换档信号装置、换档阀、缓冲安全装置、变矩器控制装置等。

1.液压调节装置

变速器内部工作的压力油由变矩器泵轮驱动的油泵提供，自动变速器油（或称ATF）从油泵输出后即进入主油路系统。而变矩器泵轮由发动机直接驱动，故其输出流量和压力均受发动机运转状况的影响。发动机怠速工作时，转速仅1000r/min左右，而在最高车速时，发动机转速在5000r/min以上，从而使得液压系统输出的油液流量和压力变化很大。因此，在液压油进入主油路和换档系统其他液压控制阀时也应保持稳定的油压力，使系统工作平顺。

（1）主调节阀 主调节阀的作用是根据变速杆的位置、汽车的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力（管路油压力），使其与发动机功率相符，以防止油泵功率损失。

主调节阀结构如图5-23所示，在主调节阀上端，向下的作用力有：来自油泵的管路油压力（管路油压×面积A）。在主调节阀的下端，向上作用的力有：弹簧力、节气门阀油压力（或称加速踏板控制油压力，大小为：节气门阀油压×面积C）、在变速杆处于R位置时的油压力（大小为：[面积B-面积C]×管路油压）。

来自油泵的压力油进入主调节阀并使柱塞作用一向下的力，此力克服弹簧力，打开出油口泄油，当向下的作用力与弹簧力平衡时保持管路油压一定，与此同时输出一定油压力给副调节阀和锁止继动阀。

图5-23 主调节阀

如果管路油压升高（发动机转速升高），向下的作用力增大，阀体下移，开大出油口，泄油量增大，保持管路油压不变。反之亦然。

踩下加速踏板时，从节气门阀来的油压作用在主调节阀下端，向上的作用力增大，关小出油口，使泄油减少，当向上的作用力与向下的作用力达到新的平衡时，管路油压在新的状态下保持平衡。即管路油压的高、低是与节气门位置（加速踏板位置）相关的，节气门开大，向上的力增加，从而使得管路油压增加。反之，节气门关小，向上的力减小，从而使得管路油压下降。这样使得离合器、制动器传递的动力与节气门位置相适应。

变速杆处于R位置时，从手动阀R位置来的油压也作用在主调节阀的下端，使向上的作用力进一步增加，关小出油口，管路油压进一步升高，以适应倒档的需要。

油泵产生的压力由主调节阀调节后产生管路压力，管路压力是用于控制自动变速器的最基本、最重要的压力，因为它用于操作变速器内所有的离合器和制动器，同时它也是自动变速器内所有其他压力的压力源（如节气门油压、速控油压等）。

如主调节阀不能正常工作，管路油压就会过高或过低。压力过高，会产生换档冲击，发动机功率损失；压力过低，会引起离合器、制动器打滑，严重时车辆停驶。

（2）副调节阀 副调节阀的作用调节送至变矩器和润滑系统的油压，使之与发动机功率和车速保持一致。

副调节阀如图5-24所示，在副调节阀的上端，向下作用的力有：主调节阀油压（面积D×油压力）；在副调节阀的下端，向上的作用力有：弹簧力。

来自主调节阀的油液进入副调节阀的上端，产生一个向下的作用力，克服弹簧力，打开通往变矩器和润滑系统的油路，当油压力与向上的弹簧力平衡时，为变矩器和润滑系统提供一定压力油。主调节阀压力波动时，如升高，柱塞阀体下移，打开出油口，泄压，使通往变矩器和润滑系统的油压保持不变。

（3）节气门调节阀 节气门调节阀的作用是调节从节气门阀输出的油压，并将它送到主调节阀下端。使主调节阀的输出油压力随节气门的开度变化而变化，以适应发动机动力。

节气门调节阀如图5-25所示，节气门调节阀柱塞上端作用有油压力，下端作用有弹簧力。当柱塞两端作用力平衡时，调节阀进、出油口之间通道截面一定，节气门油压一定。

当节气门油压增加时，柱塞下移，开大出油口，关小进油口，稳定主调节阀的油压力；节气门油压减小时，柱塞上移，关小排油口，打开进油口，使油压稳定。

图5-24 副调节阀

图5-25 节气门调节阀

（4）二档调节阀 在变速杆处于2位置时，二档调节阀调节来自2-3换档阀的上端的管路油压，经调节后的油压经过1-2档换档阀进入制动器B₁时，用以减小换档冲击。

二档调节阀如图5-26所示，来自手动阀2位置的管路油压作用在阀体的左端，与作用在阀体右端的弹簧力平衡，以保持至制动器B₁的油压力。管路油压增加时，阀体右移，关小进油口，压力减小；管路油压减小时，阀体左移，开大进油口，压力增加。将稳定的油压力送至制动器。

（5）低档调节阀 在变速杆处于L位置时，低档调节阀调节来自手动阀的管路油压，调节后的油压经1-2换档阀进入制动器B₃的油压保持稳定，减少换档冲击。

图5-26 二档调节阀

低档调节阀如图5-27所示，来自手动阀L位置的管路油压作用在阀体的左端，与作用在阀体右端的弹簧力平衡，以保持至制动器B₃的油压力。管路油压增加时，阀体右移，关小进油口，压力减小；管路油压减小时，阀体左移，开大进油口，压力增加。将稳定的油压力送至B₃制动器。

2.换档信号系统

自动变速器的换档由换档阀控制，而给自动变速器换档阀提供换档操纵信号的（压力油）有两个，即所谓的两控制参数：发动机负荷和车速（即通常所称的节气门油压和速控油压）。

在电子控制换档系统中，换档阀所需的发动机负荷信号（压力油）由节气门阀提供；所需的车速信号（压力油）由变速器ECU控制的电磁阀提供。由于电磁阀控制的压力油均来自主调节阀，故在此不赘述。

（1）节气门阀 节气门阀受加速踏板控制，其作用是产生一随节气门开度而变化的油压力，此油压力的主要作用如下：

①作用于主调节阀下端，控制管路油压的高低，使之与节气门开度相适应。

②调节主油道压力，为各换档阀、手动阀提供压力油。

节气门阀由节气门阀体和强制降档阀组成，如图5-28所示。

图5-27 低档调节阀

图5-28 节气门阀

来自油泵的主油道油压由节气门阀的进油口进入，由于进油口的节流作用，出油口压力低于进油口压力，出口的油液被送到主调节阀下端。

踩下加速踏板时，强制降档柱塞上移压缩弹簧，使向上的作用力增大，节气门阀体上移，使进油口开大，从节气门输出到主调节阀下端的油压增高。节气门开度越大，强制降档柱塞压缩弹簧的力越大，阀体上移越多，相应的主调节阀下端油压越高。从而使发动机节气门开度（即发动机负荷）的大小与主调节阀输出油压有了对应关系。

节气门油压在输出到用油部位的同时，还作用在环槽B上。由于环槽B的上下截面不相等，因而产生向下的作用力，当负荷油压上升到一定数值时，作用在环槽B的油压使阀体下移，使节气门阀的进油口关小，并使阀体保持稳定，此时的负荷油压也就稳定在某一特定数值。

节气门油压的作用极其重要，油压过高或过低都会使自动变速器换档速度产生变化。油压过低自动变速器换高档的速度会比标准值低，反之则换高档的速度会比标准值高。

（2）减压阀 减压阀的作用是使节气门油压与车速建立某种联系，即使节气门油压与速控油压有一定的关联性。

在自动变速器中，档位的变换是由速控油压与节气门油压共同控制的，加速踏板的位置相同，车辆行驶的速度可能不同。例如节气门开度不变，车辆下坡，车速增加，自动变速器应适时换入高速档。此时如果节气门油压不随车速有所改变，则车辆换档时机与平路上就会有很大区别。为此目的，在车速增加时，将速控油压引至节气门阀的上方，产生一向下的作用力，使节气门油压下降，由于节气门油压作用在各换档阀的上方，从而使得各换档阀上方的力减小，下方的弹簧压力相对不变，这样换档时刻就提前了，这时也应有与之相应的节气门油压，这一任务便由减压阀产生的油压力作用在节气门阀上端完成。

如图5-29所示，在减压阀的上方作用着来自1-2换档阀的油压，油压力向下；中部环槽作用着节气门油压，由于环槽截面上大下小，环槽内的作用力向上。

节气门油压一定时，若来自1-2换档阀的油压升高，减压阀下移，开大进油口，输出的断流压力高，此压力作用在节气门上方，使节气门阀体下移（图5-28），关小节气门阀的进油口，使节气门油压下降。反之则升高。

3.换档阀组

换档阀组根据换档信号系统提供的油压信号，控制自动变速器中液压控制油路的方向，由此决定所处的不同档位。换档阀组主要由手动阀、换档阀等组成。

（1）手动阀 手动阀由变速杆通过联动装置控制，通过手动阀可对自动变速器液压控制系统的油路进行切换，对不同的换档执行元件进行控制，实现不同的换档需要。(www.xing528.com)

手动阀结构如图5-30所示，在阀体上有多条油道，其中第三条为与主油路相连的进油道，其余为出油道，分别通往“P”“R”“D”“2”和“L”位相应的滑阀或直接通往换档执行元件。

图5-30 手动阀

手动阀是安装在控制系统阀板总成中的多路换向阀，由驾驶室内的自动变速器变速杆控制。变速杆的作用与普通手动变速器的变速杆不同，手动变速器变速杆的工作位置就是变速器的档位，变速器有几个档位，变速杆就有几个工作位置。而自动变速器变速杆的位置是自动变速器的工作方式，与档位数并不对应。如变速杆置于前进档（D）位置时，对三档自动变速器而言，变速器可根据换档信号在D₁～D₃档之间自动变换；对四档自动变速器而言，变速器则可根据换档信号在D₁～D₄档之间自动变换。当变速杆置于前进低档2位（或S位）时，自动变速器只能在21～22（或23）档之间自动变换。当变速杆置于前进低档1位（或L位）时，自动变速器被限制在1档工作。手动阀还提供倒档（R）、空档（N）、驻车档（P）等功能。

（2）换档阀 换档阀通过控制换档执行元件进油通道是否开通而实现自动变速器的升降档，换档阀开、闭进油通道是根据节气门油压和速控油压（电磁阀控制油压）的平衡状况自动进行的，档位变换由离合器和制动器执行完成。

换档阀是一种由弹簧和液压力作用式的方向控制阀，有两个工作位置，可以实现升档或降档的自动变换。因为每个换档阀只有两个位置，只能在两个档位之间切换，故对三档自动变速器而言要设置两个换档阀；对四档变速器而言要有三个换档阀。下面以丰田A140E电子控制变速器为例叙述各换档阀工作原理。

1）1-2换档阀。1-2换档阀的作用是控制自动变速器1、2档之间的变换，实质上是控制通向B₂的油路（见表4-3），因为1档时C₀、C₁、F₀、F₂工作；2档时C₀、C₁、B₂、F₀、F₁工作。1档时1号电磁阀接通泄油，2号电磁阀断开关闭泄油口，3号电磁阀断开关闭泄油口；2档时1、2号电磁阀均接通泄油，3号电磁阀断开关闭泄油口。

如图5-31所示为1-2档换档阀。变速器处于D₁档时，2号电磁阀断开，关闭了泄油口，油压作用在1-2换档阀上方，油压力克服弹簧力使柱塞处于下端，关闭了通往B₂制动器的油路，变速器不能升到D₂档，如图5-31a所示。与此同时，另有管路油压通过3-4换档阀被送至超速离合器C₀及通过手动阀的油压作用于离合器C₁，这时C₀、C₁起作用，此时变速器处于D₁档。

当变速器ECU检测到车速达到升D₂档车速时，ECU发出信号，接通2号电磁阀电路，打开泄油口泄油。此时1-2换档阀上端油压消除，柱塞在弹簧力作用下上移，打开通往B₂制动器和蓄压器的油路，变速器升至D₂档，如图5-31b所示。

图5-31 1-3换档阀

a）D₁档位置 b）D₂档位置

2）2-3换档阀。2-3换档阀的作用是控制自动变速器2、3档之间的变换，实质是控制通往C₂的油路，因为2档时C₀、C₁、B₂、F₀、F₁工作，3档时C₀、C₁、C₂、B₂、F₀工作。3档时1号电磁阀断开关闭泄油口，2号电磁阀接通泄油，3号电磁阀断开关闭泄油口。

2-3档换档阀如图5-32所示，变速器处于D₂档时，由于1号电磁阀接通泄油，换档阀柱塞上端无油压作用，柱塞在弹簧力作用下处于上端，从手动阀来的油液无法送到C₂离合器，变速器不能升入D₃档，如图5-31a所示。

当变速器ECU检测到车速达到升D₃档车速时，ECU发出信号，切断1号电磁阀电路，关闭泄油口。此时油压作用在2-3换档阀上端，柱塞下移，打开通往C₂离合器和蓄压器的油路，变速器升至D₃档，如图5-32b所示。

若变速器手动阀处于2或L位置时，来自手动阀的管路油压经2-3档换档阀上部的中间被送到2档调节阀和制动器B₁，此时制动器B₁、B₂均参加工作，由B₁提供有发动机制动效果的2档传动（2位置2档或L位置2档时C₀、C₁、B₁、B₂、F₀、F₁工作）。

如果手动阀处于L位置，来自手动阀的管路油压经2-3档换档阀下部→低档调节阀→1-2档换档阀下部送到制动器B₃，实现由B₃提供有发动机制动效果的L₁档传动（L₁档时C₀、C₁、B3、F0、F2工作）。

3）3-4换档阀。3-4换档阀的作用是控制自动变速器3、4档之间的变换，实质是切换超速离合器C₀和超速制动器B₀的油路，因为三档时C₀、C₁、C₂、B₂、F0工作，四档时B₀、C1、C2、B2工作。四档时1、2号电磁阀均断开关闭泄油口，3号电磁阀接通打开泄油口泄油（使变矩器锁止）。

图5-32 2-3换档阀

a）D₂档位置 b）D₃档位置

3-4档换档阀如图5-33所示，变速器在三档以下工作时，由主油道来的油压经3-4换档阀被送到超速离合器C₀，如图5-33a所示。变速器处于D₃档。

当变速器ECU检测到车速达到升D₄档车速时，ECU发出信号，切断2号电磁阀电路，关闭泄油口。此时油压作用在3-4换档阀上端，柱塞下移，打开通往B₀制动器的油路，变速器升至D₄档，如图5-33b所示。

当手动阀处于2位或L位时，来自于手动阀2位和L位的管路油压作用在3-4档换档阀下端，使3-4档换档阀柱塞不能下移，因此在2位或L位时不可能升入超速档。

图5-33 3-4换档阀

a）D₃档位置 b）D₄档位置

4.缓冲安全系统

为防止自动变速器在换档时出现冲击，液压控制自动换档系统中装有许多起缓冲和安全作用的液压阀和减振器。这类装置统称为缓冲安全系统。

（1）蓄压器 蓄压器也称为蓄压减振器或储能器，常用来缓冲换档冲击，一般由减振活塞和弹簧组成，如图5-34所示。它与离合器或制动器并联安装，压力油进入离合器或制动器活塞工作腔A的同时也进入减振器，将减振器活塞压下，以此方式降低A腔压力，防止离合器或制动器片快速接合时引起的冲击。

图5-35所示为自动变速器中的蓄压器，当变速器换档时，来自手动阀的油液经过节流孔在进入离合器等换档执行元件的同时也进入蓄压器的活塞上部。在压力油通入执行元件的初期，油液经节流孔后油压不是很高，主要作用是消除离合器、制动器这些执行元件摩擦片间的间隙，使其开始接合。此后，压力迅速增大，若没有蓄压器的话，摩擦片将在瞬间接合并被加载，从而造成较大的换档冲击。有蓄压器以后，情况就不一样了；油压的升高使蓄压器活塞克服弹簧力上升，容积增大，油路中部分压力油进入蓄压器工作腔，延长了换档执行元件液压缸的充油时间，油压的增长速度减缓，摩擦片逐渐接合，因而减小了换档冲击。

图5-34 蓄压器工作原理图

而离合器或制动器解除工作时，回流的液压油在蓄压器压力的作用下推开单向阀，从二个泄油孔迅速泄压，使之快速解除工作状态，同样减小换档冲击。

（2）缓冲单向阀 缓冲单向阀主要用来减小管道内瞬时压力冲击的作用。如图5-36所示，通常情况下，缓冲单向阀柱塞在下部弹簧的作用下关闭泄油口，使管道内保持一定的油压力。当管道内油压瞬时过高时，油压将克服弹簧力使缓冲单向阀柱塞下移，打开泄油口泄压，以缓冲和保持管道油压。

图5-35 蓄压器

a）工作状态 b）泄油状态

图5-36 缓冲单向阀

5.液力变矩器控制装置

自动变速器中的液力变矩器工作时，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变质，破坏密封，甚至沸腾产生气泡，影响正常工作。另外，变矩器工作轮中有些区域，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把变矩器中的高温油引出加以冷却，然后加压送回到变矩器进行补偿。如果是锁止式液力变矩器，控制装置则还要控制变矩器中的锁止离合器。

电子控制变速器中的液力变矩器的锁止是由锁止信号阀、锁止继动阀和3号电磁阀共同控制。如图5-37所示，锁止信号阀阀芯上方作用着主油道油压，下方与手动阀D位油路相通。当车速较低时，3号电磁阀关断，锁止信号阀在主油道压力作用下保持在下方位置，从而将通往锁止继动阀下端的油路切断，使锁止继动阀在上方弹簧力和油压力的作用下保持在下方位置，变矩器的锁止离合器压盘前端与副调节阀油道相通，锁止离合器处于分离状态，发动机动力全部经液力变矩器传递，如图5-37a所示。

当汽车以超速档行驶，且达到一定的车速时，3号电磁阀接通泄油，锁止信号阀上端油压消除，弹簧力将锁止信号阀推至上端，来自手动阀D位置油路的压力油经锁止信号阀中部进入锁止继动阀下端，锁止继动阀阀芯升至上位，使锁止离合器压盘后端与副调节阀油道相通，锁止离合器处于接合状态，发动机动力经锁止离合器直接传至行星齿轮变速器输入轴，如图5-37b所示。

图5-37 锁止继动阀和锁止信号阀工作原理

a）D₃档位置 b）D₄档位置

锁止离合器锁止时对应的车速，即称为锁止工作点（偶合器工作点）。若自动变速器带有多功能开关，且功能开关未置于超速档状态，则锁止继动阀保持在下方位置。

为防止锁止离合器因车速在锁止点附近变化而出现反复地锁止、解锁工作，必须使锁止点与解锁点的车速不同，即有一个滞后。这个滞后由变速器ECU根据内存的换档图确定，此时的车速较锁止点低得多，从而避免锁止离合器频繁地锁止和解锁。