汽车自动变速器技术与检修：控制机构

1.液压系统的油压

液力自动变速器中存在三种基本控制油压：主油压、节气门油压和速控油压。这些油压都是由调压阀、节气门开度阀和速控阀调节的。主油压是由主油路调压阀调节油泵输出压力形成的，主要用于驱动变速器内的制动器和离合器，同时，主油压经减压装置或节流通道后用于变矩器和润滑变速器。节气门油压是根据发动机负荷或节气门开度变化调节的油压。速控油压是根据车速变化调节的油压。在液力自动变速器中，节气门油压和速控油压综合控制变速器的换档。

在电控液力自动变速器中，由于采用电磁阀控制换档，一般没有节气门开度阀和速控阀，节气门油压由电磁阀调节产生。但有些半电控的自动变速器，还保留了节气门开度阀。

2.主油路系统

液压油由油泵输出后，即进入主油路系统。而自动变速器油泵由发动机曲轴通过变矩器外壳驱动，因此油泵的泵油量和压力均受发动机转速的影响。当发动机在怠速附近工作时，转速仅1000r/min左右，而在最高车速时，转速在5000r/min以上，从而引起油泵输出的流量和压力变化很大。当主油压太低时，将导致离合器、制动器等执行元件打滑；主油压过高时，又会引起换档冲击和增加功率消耗，两者均影响液压控制系统的正常工作。因此，在主油路系统中必须设置主油路调压阀，其作用是将油泵输出压力精确调节到所需值后再输入主油路。为了使主油压能满足自动变速器不同工况的需要，主油路调压阀还应具备下列功能：

1）主油压应能随发动机节气门开度的增大而升高。当节气门开度较大时，由于发动机输出功率和自动变速器所传递的转矩都较大，为了防止离合器、制动器等换档执行元件打滑，主油压要相应升高；反之，主油压可以相应降低。

2）汽车在高速档以较高车速行驶时，由于此时汽车传动系统处在高转速、低转矩状态下工作，因此可以相应地降低主油压，以减少油泵的运转阻力，节省燃油。

3）倒档时主油压应比前进档时的主油压大，通常可达1～1.5MPa。这是因为倒档在汽车使用过程中所占的时间少，为了减小自动变速器的尺寸，倒档离合器或倒档制动器在设计上采用较少的摩擦片，因此在工作时需要有较高的油压，以防止其接合时打滑。

主油路调压阀的结构与工作原理如图2-50所示，它由上部的阀芯、下部的柱塞套筒及调压弹簧组成。在阀芯的上端A处，受到来自油泵的液压力作用，下端则受到柱塞下部C处来自发动机油门所控制的节气门阀的液压作用力及调压弹簧的作用力。A、C两端的液压作用力的平衡，决定阀体所处的位置。

图2-50 主油路调压阀结构与工作原理

当油泵输出油压升高，作用在阀体上部A处的油压升高，使阀体向下移动，回油通道的截面面积增大，从回油口排出的油液增加，使主油压下降；反之，阀体向上移动，主油压升高。当踩下加速踏板时，发动机转速升高，油泵转速随之加快，由油泵产生的液压压力升高，作用于A处向下的液压作用力增大。但此时，随着节气门开度的增加，节气门油压也会增加，作用在主油路调压阀下端的节气门油压使阀体向上移动，使主油压升高，满足了发动机的功率增加时主油压增大的要求。

当变速杆置于R位时，来自手动阀的主油压作用在阀体的B和C处，由于B处的面积大于C处的面积，使得阀体受到向上力的作用，阀体向上移动，主油压升高，满足倒档较大传动比的要求。

3.换档信号系统

给液力自动变速器提供换档操纵指令的有两个换档信号，即所谓的两控制参数：发动机负荷与车速。在液压控制系统中，这两个信号分别由节气门阀和速控阀提供。

（1）节气门阀 节气门阀的作用是产生与节气门开度（即发动机负荷）成正比的节气门油压，传给主调压阀、次级调压阀和换档阀，控制主油压、变矩器油压、润滑油压和换档。根据输入方式的不同，节气门阀分为机械式和真空式两种。

1）机械式节气门阀。机械式节气门阀的结构如图2-51所示，主要由上部的节气门阀体、复位弹簧、下部的强制降档柱塞和调压弹簧等组成。强制降档柱塞装有滚轮，与节气门凸轮相接触。节气门凸轮经拉索与加速踏板相连。当踩下加速踏板节气门开度增加时，节气门拉索拉动节气门凸轮转动，将强制降档柱塞上推，并通过调压弹簧将节气门阀体上推，使节流口开大，输出的节气门油压增加，使节气门油压与节气门开度成正比。

断流阀的作用是使负荷油压与速控油压建立某种联系。在断流阀的上方作用着恒定的速控调节油压，中部环槽的进口处是负荷油压，由于环槽上下截面不等，环槽内的作用力向上。在负荷油压较小时，恒定的速控调节油压可以克服中部环槽内向上的作用力，将断流阀压下，断流阀出口处的油压为断流压力，此压力作用在节气门阀上部的环槽A内，由于环槽A上下面积不等，产生向下的作用力，节气门阀下移，进油口开度变小，节气门油压降低。由于断流阀的作用，节气门开度较小时负荷油压较低，受控于负荷油压的主油压也较低，机油泵消耗的发动机功率降低。当节气门油压较高时，在断流阀中部环槽的油压远大于恒定的速控调节油压，断流阀中部环槽处于关闭状态无断流压力。

2）真空式节气门阀。真空式节气门阀的结构如图2-52所示。真空气室与发动机节气门后的进气歧管相通，当节气门开度增加，节气门后方的真空度减小，使推杆带动滑阀向下移动，增大的节流口的通道面积，使节气门油压增加。同样的，当节气门开度减小时，节气门油压会下降。

（2）速控阀和速控调节阀

1）速控阀。速控阀的功用是产生与车速成正比的控制油压（速控油压），传给换档阀，以便控制换档。速控阀是液控自动变速器反映车速的装置，仅用于液控自动变速器，电控自动变速器采用车速传感器来反映车速。

图2-51 机械式节气门阀

1—强制降档柱塞 2—调压弹簧 3—节气门阀 4—断流阀 5—回位弹簧

图2-52 真空式节气门阀

1—真空气室 2—弹簧 3—膜片 4—推杆 5—滑阀 A—主油压 B—节气门油压 C—泄油口 D—真空接口

正确的速控油压对于自动变速器的正常工作非常重要，如果速控油压过高，会导致换档的车速提前，而速控油压过低，会导致换档的车速滞后。

速控阀的结构如图2-53所示。速控阀安装在变速器输出轴上，与输出轴同步旋转。作用在滑阀上的力包括向外的离心力和向内的速控油压力。当汽车低速行驶时，阀轴和滑阀构成一体，在重锤和滑阀的离心力作用下使滑阀向外移动，此时速控油压随着车速的增加而增加。当车速增加到一定程度时，阀轴被壳体内部台阶限位而不再向外移动，此时滑阀向外移动仅能靠自身的离心力，因此，速控油压随着车速的增加而缓慢增加。所以，速控油压与车速的关系分成两个阶段，一般把这种形式的速控阀称为二阶段速控阀，与此类似的还有三阶段速控阀。

图2-53 速控阀

1—阀轴 2—重锤 3—滑阀 4—壳体 5—弹簧 6—变速器输出轴

2）速控调节阀。速控调节阀用于将速控油压调节成为恒压力来控制断流阀，以减小低速时机油泵对发动机功率的消耗。速控调节阀的结构与工作原理如图2-54所示。速控调节阀的进油口为速控油压，出口油压在通向断流阀的同时还反馈到速控调节阀的右端并与左端的弹簧处于某个平衡位置。当出口油压增加时，反馈到阀右端的液压力大于弹簧力，阀向左移使进油口的开度减小。进油口开度的减小使出口油压降低，其结果是使出口油压保持恒定。

4.换档阀系统

换档阀系统根据换档信号系统提供的信号，控制自动变速器中液压操纵的油路的流向，由此决定所处的不同档位。换档阀系统主要由手动阀、换档阀和强制降档阀组成。

（1）手动阀 手动阀又称选档阀，它是一种手动控制的多路换向阀，位于控制系统的阀板总成中，经机械传动机构和自动变速器的变速杆相连，由驾驶员手动操作。变速杆处于不同位置时，手动阀也随之移至相应的位置，使进入手动阀的主油路油压与不同的控制油路接通，或直接将主油路压力油送入不同的控制油路。图2-55所示为典型手动阀的结构与工作原理简图。手动阀由几段直径相同的阀芯组成，控制阀体上不同油道的开通和关闭，手动阀所处的位置与变速杆的位置相同，手动阀的进油口与主油路调压阀相通，出油口与各换档阀、顺序动作阀等相通。

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图2-54 速控调节阀

图2-55 手动阀的结构与工作原理

（2）换档阀 换档阀的功用是根据换档控制信号或油压，切换档位油路，以实现两个档位的转换。换档阀直接与换档执行元件（离合器、制动器）相通，当换档阀动作后，会切换相应的油道以便给相应档位的离合器和制动器供油，得到所需要的档位。

换档阀的工作原理如图2-56所示，节气门油压作用在换档阀阀芯的左侧，连同弹簧给阀芯一个向右方向的作用力。速控油压作用在换档阀阀芯的右侧，给阀芯一个向左方向的作用力。当车速较低、节气门开度较大时，换档阀阀芯左侧的节气门油压较高，阀芯被推至右端，如图2-56a所示。主油压至低档换档执行元件的油路接通，高档换档执行元件油路与泄油口相通而泄压，自动变速器处于低档状态。当车速增高时，阀芯右侧的油压随之升高，对阀芯向右的作用力增大，当速控油压增加至大于节气门油压和弹簧作用力时，阀芯被推至左端，如图2-56b所示，主油路与高档换档执行元件油路接通，低档换档执行元件油路与泄油孔相通，高档执行元件结合，变速器升档。如车速下降，速控油压也降低，换档阀阀芯在节气门油压和弹簧力作用下右移，自动变速器又回到低档工作，即自动变速器的升、降档完全是由节气门阀和速控阀产生的油压大小来控制的。当节气门阀输出油压高（发动机负荷大）而速控阀输出油压低（车速低）时，自动变速器在低档工作，随着车速的提高，变速器逐渐升档。因每个换档阀只有两个工作位置，只能在两个档位之间变换，故三档自动变速器需要设置两个换档阀，四档自动变速器需要三个换档阀。图2-57所示为2-3档换档阀工作原理。图2-57a所示为二档时的情况，此时在节气门油压、速控油压及弹簧作用下，2-3档换档阀处于下方位置，主油压不能到达离合器C2，所以自动变速器处于D₂位。当车速增加到一定程度，速控油压大于节气门油压和弹簧力之和时，2-3档换档阀上移处于上方位置，如图2-57b所示，此时主油压经过2-3档换档阀到达离合器C2，自动变速器换至D₃位。

图2-56 换档阀工作原理示意图

图2-57 2-3档换档阀

（3）强制降档阀 强制降档阀用于节气门全开或接近全开时，强制性地将自动变速器降低一个档位，以获得良好的加速性能。强制降档阀主要有两种类型，一种类似于节气门阀，由控制节气门阀的节气门拉索和节气门阀凸轮控制其工作。在节气门接近全开时，节气门拉索通过节气门阀凸轮推动强制降档阀，使之打开一个通往各个换档阀的油路。该油路的压力油作用在换档阀上，迫使换档阀移至低档位置，使自动变速器降低1个档位，降档阀的结构如图2-58a所示。

另一种强制降档阀是一种电磁阀，由安装在加速踏板上的强制降档开关控制，如图2-58b所示。当加速踏板踩到底时，强制降档开关闭合，使强制降档电磁阀通电，电磁阀作用在阀杆上的推力消失，阀心在弹簧弹力的作用下右移，打开油路，主油路压力油进入换档阀的左端（作用着节气门油压的一端），强迫换档阀右移，让自动变速器降低1个档位。

图2-58 强制降档阀

1—节气门拉索 2—节气门阀凸轮 3—强制降档阀 4—加速踏板 5—强制降档开关 6—强制降档电磁阀 7—阀杆 8—阀芯 9—弹簧 A—通主油道 B—通换档阀

5.换档品质控制装置

换档品质是指换档过程的平顺性，即换档过程能平稳而无冲击地进行。对换档过程的具体要求有两个：一是换档过程应尽量迅速地完成，以减少由于换档时间过长而使摩擦元件的磨损增加和减少因换档期间输入功率低或中断而引起的速度损失，其二是换档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，延长汽车使用寿命。

换档品质控制装置的功用是使自动变速器升档、降档在合适的时间范围内，使自动变速器换档平稳、无冲击。常见的换档品质控制装置有缓冲阀、蓄能器、单向节流阀、顺序阀等。

（1）缓冲阀 缓冲阀在有的自动变速器中称软接合阀，图2-59所示为一种缓冲阀的结构简图。这主要由滑阀芯1、阀体2和弹簧3等组成。在阀体2上，有4个油道，油道c是主压力油进油道，并通过内部油道以及节流孔4和油道a相通，油道b为主油压的出油道，通往换档执行机构，使换档执行机构接合，d为节气门调节压力输入油道。由图可见，经节流后的油压作用在滑阀芯1的左端，节气门油压在滑阀芯的右端。在换档时，主油压经油道c进入滑阀的中间。同时也经节流孔4进入左端，并克服变化着的节气门油压的作用力和弹簧力使滑阀芯右移，使出油孔b开度减小，节制和缓冲了换档执行机构油压的升高。

（2）蓄能器 蓄能器又称蓄压器或减振器，自动变速器控制系统中一般采用弹簧式蓄能器，它由减振活塞、弹簧及壳体组成，其工作原理如图2-60所示。蓄能器与离合器或制动器油路并联安装，在工作油液进入离合器或制动器的活塞腔的同时，也进入蓄能器，蓄能器内的活塞受力下移，这减缓了工作压力的迅速增长，防止了因换档迅速而引起的换档冲击。为了使蓄能器的缓冲程度可控且与节气门开度有关，在蓄能器的弹簧端还同时作用着节气门油压。节气门油压的存在使离合器或制动器油压的建立过程加快。在节气门开度加大时，节气门油压升高，加快换档进程，防止在传递大转矩时换档执行元件打滑，从而满足汽车在各种行驶条件下对换档过程的不同要求。

图2-59 缓冲阀

1—滑阀芯 2—阀体 3—弹簧 4—节流孔 a、c—主油压输入油道 b—至换档执行机构油压输出油道 d—节气门油压输入油道

图2-60 蓄能器工作原理

A—节气门油压或主油压 B—工作油液 1—进油口 2—离合器活塞 3—蓄能器活塞 4—蓄能器弹簧

（3）单向节流阀 单向节流阀串连安装在换档阀至换档执行元件之间的油路中，作用是对流向换档执行元件的液压油产生节流作用，在换档执行元件接合时延缓油压增大的速率，以减小换档冲击。在换档执行元件分离时，单向节流阀对换档执行元件的泄油不产生节流作用，以加快泄油过程，使换档执行元件迅速分离。

单向节流阀有两种形式：一种是弹簧节流阀式，如图2-61a所示。在充油时，节流阀关闭，液压油只能从节流阀中的节流孔通过，从而产生节流效应。在回油时，液压油将节流阀推开，节流孔不起作用。另一种是球阀节流孔式，如图2-61b所示。在充油时，球阀关闭，液压油只能从球阀旁的节流孔经过，减缓了充油过程，在回油时，球阀开启，加快了回油过程。

图2-61 单向节流阀

（4）倒档离合器顺序阀 在一些自动变速器中装有倒档离合器顺序阀，用于自动变速器换倒档时减小换档冲击。图2-62所示为一自动变速器在倒档工作时需结合的倒档离合器（后离合器）。此时，自动变速器手动阀置于倒档位置，主油压经倒档离合器顺序阀作用在后离合器的内活塞上，同时克服顺序阀的弹簧作用力，使阀芯左移，B油口与通往后离合器外活塞的管路A相同，即外活塞在内活塞工作后才开始工作，从而减小了换档冲击。

图2-62 倒档离合器顺序阀工作原理

（5）调整阀 换档阀动作时，若主油压被立即加至执行元件，将产生较大的换档冲击。为进行缓冲，油路中设置了一些调整阀，如中间调整阀和滑行调整阀，其工作原理大体上相同。如图2-63所示的强制降档调整阀。来自油泵的压力油并不直接去强制低档阀，而是先进入调整阀，待克服弹簧预紧力，使调整阀阀芯左移后，才打开去往强制低档阀的油路，从而起到缓冲作用。

图2-63 强制降档调整阀