汽车自动变速器中的换档控制装置及原理

1.换档控制装置结构

换档控制装置的作用有两个：一是根据自动变速器变速杆的位置，使自动变速器处于不同的档位状态，如停车档（P）、空档（N）、倒档（R）、前进档（D）、前进低档（S、L或2、1）等；二是在前进档（D）或前进低档（S、L或2、1）时，根据发动机负荷、车速等汽车行驶参数，自动控制升档或降档，使自动变速器处于最适合汽车行驶状态的档位上。

换档控制装置由手动阀、换档阀、节气门阀和调速器等控制阀及相应的油路组成。手动阀由自动变速器的变速杆控制。在变速杆处于不同位置时，让主油路压力油进入不同的控制油路，以改变自动变速器的工作状态。

当变速杆位于P位、N位、R位时，自动变速器的档位及各换档执行元件的工作完全由手动阀的位置决定。

当变速杆位于前进档（D）或前进低档（S、L或2、1）位时，自动变速器的档位及换档执行元件的工作由手动阀及换档阀共同控制。

手动阀按其控制的油路数量不同，可分为两柱式和三柱式两种。两柱式手动阀所控制的油路较少，通常少于变速杆的位置数或与之相同；三柱式手动阀可以控制较多的油路。

2.换档阀结构与工作原理

在前进档中，自动变速器档位的变换是通过换档阀的工作来实现的。

这种换档阀是一种由液压控制的2位换向阀。在换档阀的右端作用着来自调速器的调速器油压，左端作用着来自节气门阀的节气门油压和换档阀弹簧的弹力。换档阀的位置取决于两端控制压力的大小。当右端的调速器油压低于左端的节气门油压和弹簧弹力之和时，换档阀保持在右端；当右端的调速器油压高于左端的节气门油压和弹簧弹力之和时，换档阀移至左端。换档阀改变方向时，开启或关闭主油路，或使主油路的方向发生变化，从而让主油路压力油进入不同的换档执行元件，使之处于工作状态，以实现不同的档位。当换档阀从右端移至左端时，自动变速器升高1个档位；反之，换档阀由左端移至右端时，自动变速器降低1个档位。

自动变速器的升档和降档完全由节气门阀产生的节气门油压和调速器产生的调速器油压的大小来控制。节气门阀由发动机节气门拉索操纵，因此节气门油压取决于发动机油门的开度；调速器油压取决于车速。

有些自动变速器用主油路油压代替节气门油压，来控制换档阀的工作，由于主油路油压在一定程度上也是随节气门开度增大而升高的，因此其控制原理是相同的。

由于每个换档阀只有两个位置，因此它只能控制相邻两个档位的升档和降档过程。这样3档自动变速器就应有两个换档阀，分别用于控制1-2档的升降档和2-3档的升降档。4档自动变速器则应有3个换档阀，分别控制1-2档、2-3档、3-4档的升降档，如图6-2所示。

图6-2 换档阀原理、各档离合器工作状态

3.节气门阀结构与工作原理

节气门阀用于产生节气门油压，以便控制系统根据汽车节气门开度的大小改变主油路油压和换档车速，使自动变速器的主油路油压和换档规律满足汽车的实际使用要求。

节气门阀的工作由节气门开度控制。根据控制方式的不同，节气门阀可分为机械式节气门阀和真空式节气门阀两种。

（1）机械式节气门阀 机械式节气门阀由滑阀、弹簧、挺杆和凸轮等组成。机械式节气门阀的凸轮经过拉索与节气门摇臂连接。当驾驶员踩下节气门踏板使节气门开度增大时，拉索拉动凸轮转动，推动挺杆右移，压缩调压弹簧，使调压弹簧的弹力增大，节气门油压也因此而增大。反之，当节气门开度减小时，挺杆左移，调压弹簧的弹力减小，节气门油压也随之降低。(www.xing528.com)

（2）真空式节气门阀 真空式节气门阀由真空膜片室、挺杆和滑阀等组成。真空式节气门阀所调节的节气门较大，使真空膜片对滑阀的推力减小，节气门油压相应地较低；当节气门开度较大时，进气管真空度较小，使真空膜片对滑阀的推力增大，节气门油压也相应地增大，如图6-3所示。

图6-3 节气门调节阀结构与原理

4.调速器结构与工作原理

调速器用于产生调速器油压，为控制系统提供随车速而变化的控制压力。该油压和随发动机节气门开度或进气管真空度而变化的节气门油压一起，共同控制换档阀的工作。调速器一般安装在自动变速器输出轴上，随输出轴一起转动；或安装在自动变速器壳体上，通过齿轮与输出轴连接。根据工作原理不同，调速器可分为泄压式和节流式两种。

（1）泄压式调速器结构与工作原理 泄压式调速器的工作原理如图6-4所示。主油路压力油由一个固定大小的节流孔减压后成为调速器压力油，并经油路分别进入换档阀和调速器。调速器通过控制泄油孔的大小来调节调速器油压。进入调速器的压力油推动滑阀，打开泄油孔泄油。由于调速器安装在输出轴上，当输出轴转动时，离心力使滑阀外移，克服油压力而关小泄油孔。当输出轴转速较低时，滑阀可关闭泄油孔的离心力较小，泄油量多，油路中的调速器油压随之降低；当输出轴转速较高时，滑阀可关闭泄油孔的离心力较大，使泄油孔关小，调速器油压随之升高。因此，调速器油压是随着输出轴转速的增大而升高的。由于输出轴和车轮连接，因此调速器油压也是随着车速的提高而增大的。目前在自动变速器中实际使用的调速器都是双级调速器。

图6-4 调速器阀原理

一种安装在变速器壳体上的泄压式双级调速器。它有两个离心飞块，通过分别控制两个泄油孔的开度来调节调速器油压。当输出轴通过齿轮驱动调速器轴转动时，离心力和弹簧弹力的共同作用下张开，将泄油孔上的钢球向内压，关小泄油孔，使油道内的调速器油压上升，直至油压等于飞块作用在钢球上的压力为止。

（2）节流式调速器结构与工作原理 一种安装在输出轴上的节流式调速器，它由阀体、滑阀、弹簧及重块组成。汽车行驶时，阀体随输出轴一起转动，滑阀和重块在离心力的作用下外移，打开进油口，使主油路压力油进入调速器，产生调速器油压。与此同时，作用在滑阀上的调速器油压使滑阀内移，关小进油口，直至调速器油压与滑阀所受的离心力相平衡为止。

5.强制降档阀结构与工作原理

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1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。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。

各种自动变速器中用于改善换档质量的装置很多，其中最常见的是减振器（又称储能减振器）和单向节流阀。其作用都是使换档执行元件的接合更为柔和，使换档平稳，无冲击。

（1）减振器结构与工作原理 常见的减振器由一个减振活塞和弹簧组成。每个前进档都有一个相应的减振器。它和该档的换档阀至换档执行元件的油路相通。当自动变速器换档时，来自换档阀的主油路压力油在进入换档执行元件液压缸的同时也进入减振器的减振活塞下部。

通常，在减振活塞上方还作用着节气门压力油，通过节气门油压（也称为减振器背压）的变化，使减振器的工作得到一定的控制。在节气门开度较大时，它可适当降低减振器的减振器能力，加快换档过程，防止在大动力传递时换档执行元件打滑，以满足汽车在各种行驶条件下对换档过程的不同要求。

（2）单向节流阀结构与工作原理 单向节流阀布置在换档阀至换档执行元件之间的油路中，其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，另一种是球阀节流孔式。