了解和理解三4HP-20液压系统的作用

前面我们学习液压系统的第一个部件油泵，从油泵的压力调节入手，接触到了一些阀杆，大家已经有了一些印象，本节带你学习一个完整的自动变速器液压控制系统的阀体，深入掌握其作用和故障分析方向。

1.油泵供油管路

4HP-20自动变速器油泵分八路向液压控制系统供油，使用了主油压调节电磁阀，使系统的管线压力控制得更加准确和稳定。油泵的八路分流方向有不同的作用，见图4-29。

图4-29 4HP-20分流方向

2.4HP-20滑阀分类表

当我们学习了油泵的主供油管路，被各种电磁阀和控制阀吸引住了，迫不及待地想知道各种阀的含义和功能，下面用表4-9供大家深入了解。实物图形参见图4-3。

表4-9 4HP-20 滑阀分类表

电磁阀型号及作用见表4-10

表4-10 电磁阀型号及作用

3.4HP20油泵及其主油压调节

管线压力调节涉及主调压阀（SYS.DR-V）和减压阀（DR.RED-V），还有一个主油压调节电磁阀MV1。油泵向液压系统供油，这几个阀如何协调工作，请看图4-30。

（1）主油压控制调节 主油压调节阀（SYS.DR-V）设定了主管线压力。这个“设定”是以弹簧的张力（用FR表示）来进行的，我们明显地看到滑杆上部有两个使滑杆下移的压缩弹簧端口，即P₃和P-V₁，端口内的滑阀端面是两个大小不同的表面积，滑阀大端面用S表示，滑阀小端面用S₁表示，S-S₁=S_A。施加在P3和P-V1端口油压，对克服弹簧的力F_R得到两个不同的结果：当P₃油压在滑阀的S_A表面积上，假设发动机转速增高，油泵管道间压力增大，则克服弹簧力F_R，滑阀下移，打开回油通道；当P-V₁端口同时对主油压调节阀加压时，则滑阀下移，打开回油通道。我们可以将此阀看作梯形阀，S_A是阀芯的阶梯形环面，这种结构使用很多。

（2）16bar 压力调节（位置） 我们在前面基础部分学习到自动变速器油泵产生的油压一般为30kg/m²左右，而使用到的油压主管线压力为13～19kg/m²，各种离合器、制动器、制动带等活塞使用到的管线压力为4～7kg/m²。

如图4-30所示，4HP20液压系统的主管线油压控制在16bar（相当于16kg/m²）。由ATF泵提供的油施加在调节滑阀（SYS.DR-V）的S_A环形端面区域时：p×S_A=F_R，滑阀下移得到一个平衡位置，即得到：p（主）=16 bar；向B1端口供油（变矩器和润滑回路）。

图4-30 4HP-20 16 bar 压力调节

（3）7bar 压力调节（位置） 如图4-31所示，由TCU根据信号控制主油压电磁阀MV1打开。

来自ATF泵的油现在被施加到滑阀（SYS.DR-V）的P-V1端口（表面积S=S_A+S₁）时：p×（S_A+S₁）=F_R，因此滑阀弹簧力被强压力克服继续下移,打开回油通道，调节的油压降低了：p（主）=7bar

图4-31 4HP-20 7 bar 压力调节

MV1通电后原理图如图4-32所示，MV1用于获得两个主要的压力调节

通电—低压（7bar）

不通电—高压（16bar）

另一个油压调节电磁阀MV2是用来接合离合器E的2、3和4档，以及紧急模式的3档。

（4）减压阀（DR.RED-V）油压调节 主调压阀的控制压力可以采取两种最大的阀门调节：7bar或16bar。然而，对于这种低油压或者高油压被施加到其他（档位）活塞时（比如，MV1电磁阀通电、不通电液压系统内有一个稳定的油压使用），是不利于保持阀（HV类）和控制阀（KV类）工作使用的，稳定的压力对于电磁阀EDS操作更为重要。这个压力最大值是5bar，是减压阀（DR.RED-V）设定的压力。

当油压力大于5bar时，滑阀DR.RED-V向下移动，打开回油通道，如图4-33所示。P1端口等于油泵P压力，经A1流出分三路，A2是减压阀调节端口，当油压大于设定值推动阀芯下移，开启回油通道T，泄掉一部分压力，使得A1端口油压保持稳定；另两路都是给两个油压调节电磁、四个EDS电磁阀、SV阀、SCHM-V阀使用。

主管线压力P有三个端口分别向KV-B、SIV和WS供油，压力比较大，如何使用、有什么特别的转矩传递要求，下面进行讲解学习。

油泵泵油波动，受发动机动力、转速影响，主管线P压力出现时大时小波动，相关调节阀也随之活动，阀芯有活动就会存在磨损、弹簧疲软、阀孔卡滞，故障随之产生（如换档冲击）。

图4-32 4HP-20 MV1压力调节

图4-33 4HP-20 减压阀压力调节

4.选档阀（手动阀）（WS）

对自动变速器的操作入档，驾驶人拨动操纵杆（换档手柄）即可，下方是通过一条换档拉线到达自动变速器，内部有一个阀门（杆）控制油道的切换，这个阀门就是换档阀，也称为选档阀或者手动阀。所有自动变速器都有这样的一个阀，但是不一定全用拉线来操作，也可以用电动机来操作这个阀门，如宝马745iL的6HP26自动变速器。

不同的自动变速器、或者说电子控制程度不同的自动变速器选档阀的阀口是不同的，但是也有一些规律性，如换档手柄上的档位指示，一般P/N是一端口、R和D各自有一个端口，一些不是全电子控制的自动变速器还设有其他档位的端口。4HP20自动变速器选档阀比较简单，控制的端口油道只有两三个，电气信号和TCU控制了各式的电磁阀（油路），完成了自动变速器内部离合器、制动器接合的功能。另外一个规律是，油泵在这里有一个油道入口，供应油压在选档阀上，为换档做准备；并且在P/N位时，已经向某个离合器、制动器供油了（注意：这就是前面我们学习到的“待命”状态）。我们先学习4HP20选档阀（WS）和离合器B组控制的两个阀之后，再综合一个油路图加深了解。4HP20选档阀（WS）如图4-34所示。

图4-34 4HP-20 手动阀油路切换

A油路：实现倒档（R）功能 供油至KV-D阀（即D组制动器控制阀）和B组离合器活塞注油

B油路：前进档油路

5.离合器B组控制阀（KV-B）和保持阀（HV-B）

如图4-35所示，这是未经过主油压调节阀、减压阀，直接由油泵而来的第二条油路，通向离合器B组控制阀（KV-B）的P端口。

经P-A1出来分两路，一路到保持阀（HV-B）A2端口，另一路推动三通油路中单向球阀右移（封闭右侧油道），迫使油液上行到达离合器B组（接合、工作）。

另一条来自油泵的油路加在控制阀（KV-B）和保持阀（HV-B）的顶端，就是控制压力。KV-B阀上端阀芯表面积稍大，P1油压克服弹簧力而阀杆下移，则P-A1相通；HV-B阀上端阀芯表面积稍小，P2油压克服弹簧力而阀杆下移，则切断A2与B2（回油）油道，而建立油路中的油压（保持）。

图4-35 4HP-20 离合器B组控制阀、保持阀油路切换

6.转换阀（SV）

如果手动阀（WS）像一个前哨所，那么转换阀（SV）就是一个枢纽站。几乎所有的管路在这里关联，4HP20共有六个电磁阀，我们已经于前面认识了MV1，其余的五个全在转换阀（SV）附近了。转换阀（SV）有近七、八个阀口，在液压系统中能与其相比的还有一个安全阀（SIV），我们先了解转换阀（SV）的各端口油路的走向和电磁阀布置位置，始终是围绕离合器、制动器而设定的。如图4-36所示。

图4-36 4HP-20 转换阀油路切换

7.手动阀、离合器B组阀、转换阀四阀综合油路图

释义：在图4-37中我们看到了离合器B组控制阀（KV-B）和保持阀（HV-B）各端口所处在的系统内，油压供应到离合器B所关连到元件有：油泵、手动阀（SW）、电磁阀、转换阀（SV）。

离合器B组工作，是自动变速器中首先工作的元件。迫使这两个阀杆下移取决于阀口P1、P2的压力克服弹簧的预设力矩，才能打开油泵到离合器B组（P-A1）的油路。这条管线油压的建立，我们在转换阀（SV）上可以看出。EDS6电磁阀工作，在MV2电磁阀的作用下SV-P1端口压力作用，使得阀杆右移SV-P5不泄压而建立的油压。

终端控制：A1油压的供应使得阀体中钢球右移封闭了右侧油道，油压输送到自动变速器的后壳盖进入B离合器，将输入轴的动力传递在后太阳轮上，完成待命工作过程。

注：阀体中钢球单向活动情况，我们将在后面结合变速杆挂入的R位进行讲解。

图4-37 4HP-20手动阀、离合器B组阀、转换阀四阀综合油路图

8.制动器D组控制阀（KV-D）和保持阀（HV-D）

变速杆由P位拉到R位，自动变速器将实现倒车工作，如图4-38所示。液压元件是如何工作的呢？下面我们一起来学习吧。

图4-38 4HP-20制动阀D组KV-D/HV-D油路切换(www.xing528.com)

综合油路图分析。

释义：驾驶人非常轻便的一个动作将变速杆从P位推到R位。我们来看操作后的自动变速器内部情况：原来“默认”P位时的油路是由油泵直接泵送的油液被输送到控制阀（KV-B）的P端口，电磁阀EDS6打开由安全阀（SV）建立起油压工作在控制阀（KV-B）和保持阀（HV-B）的阀杆上，而使得离合器B组工作的一个过程。图4-39中也是离合器B组工作，加上制动器D组工作就实现倒车功能（B+D），而油路的走向却发生了变化。具体是：TCU控制电磁阀EDS6切断了至转换阀（SV）、离合器B组控制阀（KV-B）和保持阀（HV-B）的油压，手动阀（WS）R位开启了另一条油路，这就是单向阀波珠被推向了左侧，同样使得离合器B组工作。同时，油压加到了制动器D组控制阀（KV-D）PD端口待命。TCU控制电磁阀EDS4打开了通向KV-D和HV-D的阀杆油路，使制动器D组工作，将内部的行星齿轮组行星架制动（固定），动力由环齿圈输出。

图4-39 4HP-20制动器D组KV-D/HV-D油路综合图

9.制动器F组控制阀（KV-F）和保持阀（HV-F）

变速杆由P位拉到D位，自动变速器将实现1档工作，如图4-40所示。液压元件是如何工作的呢？下面我们一起来学习吧。

图4-40 4HP-20制动器F组KV-F/HV-F阀

综合油路图（1档控制实现）如图4-41所示

图4-41 4HP-20制动器F组KV-F/HV-F油路综合图

10.离合器E组控制阀（KV-E）和保持阀（HV-E）

变速杆由P位拉到D位，自动变速器将实现1档工作，已于前面学习。接下来自动变速器进行自动升档工作，实现1-2、2-3、3-4各档位，如图4-42所示。液压元件是如何工作的呢？下面我们一起来学习吧。2档时，制动器F组油压保持不退下，离合器B组油压退下，离合器E组控制阀（KV-E）和保持阀（HV-E）参与工作，F+E实现2档。

图4-42 4HP-20离合器E组KV-E/HV-E阀

综合油路图（2档控制实现）如图4-43所示

图4-43 4HP-20离合器E组KV-E/HV-E油路综合图

11.制动器C组控制阀（KV-C）和保持阀（HV-C）

制动器C组控制阀（KV-C）和保持阀（HV-C）是实际4档，如图4-44所示。液压元件是如何工作的呢？下面我们一起来学习吧。4档时，离合器E组油压保持，制动器C组控制阀（KV-C）和保持阀（HV-C）参与工作，E+C实现4档。

图4-44 4HP-20制动器C组KV-C/HV-C阀

综合油路图（4档控制实现）如图4-45所示

图4-45 4HP-20制动器C组KV-C/HV-C油路综合图

12.安全阀（SIV）

有了转换阀SV就能将各油道进行切换，有人说了“S”和“V”，是否还能布置一个“I”在它们中间呢？答案是肯定的。

SIV，德文是sicherungsventil,英文为safety valve，中文译为安全阀。自动变速器但凡产生电气方面、一些机械方面的故障时，不至于抛锚，还能行驶，车子还能开，跛行回家。执行这个工作，电气方面就罢工了，交由全液压去操作。电气范围内的传感器和其他信号，还有电磁阀等，都不工作了，能承担此工作的只有安全阀（SIV）了，在上面的学习中，我们没有看到3档液压油路，大多数自动变速器将3档传动比设计为直接档。在行星齿轮传动基础里面，有两个元件同时作主动（输入），另一个被动（输出）就是3档。4HP20也是如此，这款自动变速器只有两个动力输入部分，即离合器B组和E组，B+E组合就是3档，这两组的控制阀和保持阀我们都已学习过了，如果没有故障，顺利从2档升3档，参与的电磁阀有EDS3/6这两个。又如，如果有故障产生，就进行紧急程序，TCU停止电磁阀工作，安全阀（SIV）参与其中控制离合器B组和E组接合实现3档，如图4-46所示。

如果MV1电磁阀也不工作了，主油压力选择是最高的压力，如果车辆起步，就没有从1档起步了，而直接是3档，唯一有这个档位。那么油压高、且入档就是3档，故而冲击大、行驶无力，故障指示灯点亮报警。

图4-46 4HP-20安全阀（SIV）阀

正常3档油路图如图4-47所示

图4-47 4HP-20正常3档油路综合图

安全（紧急）模式下3档油路图如图4-48所示

图4-48 4HP-20安全（紧急）模式下3档油路综合图

13.4HP20变矩器阀（释放/锁止控制）（图4-49）

4HP20变矩器释放/锁止控制类阀由下面几个组成：变矩器压力阀（Torque converter pressure valve，WD-V），变矩器转换阀（Torque converter shift valve，WD-SV）,变矩器锁止阀（Torque converter clutch valve，WK-V）。另外，将润滑油阀（Lubrication valve，SCHM.-V）和一个单向阀归纳于这个系统内。

电气方面MV2、EDS3参与协调工作，如果出现电系故障、故障指示灯亮时，电磁阀也不工作，故此紧急模式下无锁止功能。

图4-49 4HP-20变矩器锁止系统阀

4HP-20变矩器锁止系统油路-释放（P/R/N/1档/故障产生后）如图4-50所示。

MV2不工作，故SV阀在初始位置。EDS3不工作，故WD-SV/WD-V/WK-V三阀端无液压施加，在初始位置。管线液流经WD-V之PWD-V1至BWD-V1端口到达变矩器，流经锁止离合器前面返流至WK-V阀、经WD-V阀至ATF散热器冷却。

图4-50 4HP-20变矩器锁止系统-释放

4HP-20变矩器锁止系统油路-锁止（2～4档有锁止作用）如图4-51所示。

MV2不工作，故SV阀在初始位置，得到SV-P3导通于SV-P4。EDS3工作，故WD-SV/WK-V两阀端液压施加（WD-V又受WD-SV施压），阀杆下移。各阀发生端口切换，WD-SV阀控制WD-V阀断开PWD-V1与BWD-V1（并回油），SV阀控制WK-V阀切换PWK-V1与BWK-V1导通而使得至变矩器液流方向相反（锁止工作）。

图4-51 4HP-20变矩器锁止系统-锁止

14.4HP20阀体阀杆、电磁阀N位时综合油路

我们逐个地了解了各个阀杆，阀的长度、直径和弹簧的长度、直径在图上都有了标注，阀杆所处在阀板上的切换端口位置，都有着极为重要的作用。阀杆的上下移动靠两个力：弹簧力和管道中的液体压力，移动中对各端口产生切换，实现或导通或切断或换向，控制不同的功能，保证自动变速器正常行驶。试想一下：如果这两个力受到卡滞、磨损、泄压、波动、杂质、弹簧疲劳过软和断裂等的影响，将会产生什么样的结果？

阀门中不难看出这些阀有一些规律性，如管控压力的、管控离合器和制动器的、管控锁止的和润滑的等，我们加以分类，搞清楚凡是自动变速器大体都有这样的阀，工作起来就心中有数了。如图4-52所示。

图4-52 4HP-20油路控制分类

在4HP20动力传递流程里，我们了解了机械部分的组合，而液压系统又对应了各档位的动力，即R、N、D（1-4）液压控制方法。现将所有的阀杆组合，如图4-53所示。

图中符号含义：><节流片1.0孔径》《节流片1.5孔径 蓄压器缓冲压力 滑阀专用滤清器

在液压系统中，紧急程序控制的油路走向、相关阀杆的动作，大家要理解清楚。设计者最大的用意是：无电磁阀的操作、纯液压的控制，无制动器工作，选择两个动力输入依靠3档跛行。然而，3档起步会引起无力、冲击、发动机转速高。但是一旦行驶起来后，也有一定车速（80～100km/h），不是“跛行步态”回到修理厂家。如果紧急程序设计在2档，起步虽然平稳一点，车速就起不来则是“跛行”了。此外，不但车速慢，也会因驾驶人操作加大油门（急加速）而造成自动变速器内摩擦片拉伤和其他部件损坏，以及发动机的机械磨损。

除了紧急程序3档外，倒车档也有紧急程序。

图4-53中六个电磁阀、SV、SIV阀前主油路上有一个滑阀专用滤清器，目前其他型式自动变速器均有此配置，放置在一些关键而精密的控制阀前，可想而知这类阀的重要性。用它来防止杂质进入节流孔隙处和阀杆与阀体孔隙处，避免造成阀杆卡滞、失灵、磨损，影响整个控制系统的工作。滤清器不是很大，多由金属丝材料制成。

图4-53 4HP-20空档时油路汇总图