自动变速器的结构分析

自动变速器的自动控制是由液压系统完成的。液压系统由三部分组成:动力源、控制机构和执行机构。

动力源是一个由液力变矩器驱动的油泵,它不仅向控制器提供冷却补偿油并使其内部有一定的压力,还向行星齿轮变速器提供润滑油。

操纵机构一般包括主油系统、换档信号系统、换档阀系统和缓冲安全系统。根据换挡信号系统和换挡阀系统采用全液压元件还是电控元件,控制机构可分为液压控制和电子控制。

执行器包括每个离合器制动器的液压缸。

1,油泵

机油泵是自动变速器的重要总成之一,其技术状况对自动变速器的性能和使用寿命有很大影响。油泵一般安装在变矩器的后端,有的在变速器的后端,但不管在哪里,变矩器的泵都是由轴套或轴驱动的,转速和发动机是一样的。

常见的泵型有内齿轮泵、摆线转子泵、叶片泵等固定泵,少数型号采用变量泵(叶片泵)。

1)内啮合齿轮

内啮合齿轮应该是自动变速器中最常见的,它具有体积小、重量轻、流量脉动小、噪音低等特点。内啮合齿轮主要由起主动作用的小齿轮、从动内齿轮、月牙形挡板、泵壳、泵盖等组成。

2)摆线转子泵摆线转子泵具有结构简单、体积小、噪音低、运行平稳、高速性能好等优点;其缺点是流量脉动大,加工精度高。它由一对内啮合转子、泵壳、泵盖等组成。

2.主油系统

自动变速器油从油泵中抽出,进入主油系统。由于机油泵由发动机直接驱动,其输出流量和压力受发动机运行的影响。发动机运转过程中,转速从1000r/min变化,使机油泵输出流量和压力变化较大。主油压过高会造成换挡冲击,增加动力消耗,主油压过低会造成离合器制动器打滑,两者都会影响液压系统的工作,所以主油系统中必须设置主油压调节阀。

主油路调压阀:作用是将油泵的输出压力精确调节到所需油压后输入主油路,多余的油返回油底壳。使系统压力稳定在一定范围内。

主油压调节阀还应满足不同工况、不同档位下不同油压的主油系统的功能要求:

1)油门开度较小时,自耦变压器的传输距离较小,离合制动器不易打滑。反之,主油路压力可以降低,油压要升高。

2)自动变速器在低速档行驶时,所需扭矩较大,主油压较高。在高档,自动挡的传动距离小,可以降低主油压。

3)为了减小自动变速器的尺寸,把倒档执行器做得更小,要提高油压,避免打滑。

3.换档信号系统

为自动变速器提供换挡控制的信号有两个,即所谓的双机控制参数:发动机的负荷和离心式调速阀提供的信号。

1)节流阀

当节气门开度改变时,节气门反映油压。根据输入方式的不同,可分为机械节流阀和真空节流阀。

(1)电子节气门

普通的电子节气门由上部的节气门体、回位弹簧、下部的强制低柱塞和调压弹簧组成。节流阀和强制低柱塞不直接接触,而是通过压力调节弹簧连接在一起,在强制低柱塞下方安装有滚轮,与节流阀凸轮接触。节气门凸轮与节气门控制电机相连。

来自油泵的压力油从节流阀的进油口进入,经过阀口后可以从出油口连接到换挡阀。另外,节流阀上有两个控制油口,分别与来自切断阀的油压和出油口的油压连通,使阀体在A、B处受到向下的油压..发动机怠速时,气门进油口的节气门开度很小,输出油压很低。

踩下油门踏板,油门电机开始运转,会迫使低位柱塞上推,压气门压弹簧,调压弹簧向上推动节气门阀体,使节气门开得更大,增加节气门输出的油压。踩下油门踏板时,节气门开度越大,节气门凸轮的旋转角度越大。强制低柱塞上移越多,节气门体上移越多,节气门开度越大,使得节气门开度与自耦变压器节气门输出的油压有对应关系。

(2)真空节流阀

真空节流阀由真空气室、推杆和润滑油组成。

膜片施加在推杆上的力既与膜片的弹簧力有关,也与真空度有关。

节气门开度小时,进气管真空度大,真空室膜片对阀芯的推力减小,节气门输出油压低;节气门开度大时,进气管真空度小,真空室膜片对阀芯的推力变大,节气门输出油压高。也就是说,真空节流阀产生的控制信号油压是随负载变化的。

2)离心速度控制阀

又称离心调速阀或离心调速器,其作用是为自动变速器的换挡阀提供一个随车速变化的控制油压。原理是利用重物产生的离心力来控制轴转动时润滑阀芯的位置,故称离心调速阀和中间传动复合两级调速阀。

(1)普通复合两级调速阀

来自油泵主油道的压力油从阀入口P经速控阀盖左端面的小孔A、盖上的轴向油道和速控阀壳体左端面的油道进入速控阀,再经壳体左端面的油道、盖上的轴向油道和轴颈外槽的径向小孔B从阀出口O输出。

离心式调速阀的输出油压由主油路压力油入口P的开度决定,即滑阀的轴向位置。当变速器输出轴转动时,滑阀本身的离心力和油压使滑阀向外运动(脱开);另一方面,配重组件的离心力通过调速阀的轴向力使滑阀向内(向内)移动。当变速器输出轴转速很低时,离心力太小,无法平衡油压,于是滑阀向外移动,另一侧的配重总成通过快控阀轴被向内拉动,使入口P的开度减小,输出油压相应降低。当输出转速逐渐增大时,配重总成的离心力迅速增大,拉动滑阀向内移动,增大主油压入口P的开度,阀的输出油压随着车速的增大而急剧升高。

(2)中间传动复合两级调速阀

前驱动变速器很难布置普通的复合式两级速度控制阀,而中间驱动的复合式两级速度空气阀由于体积小,可以在变速器轴管内脱开,由安装在变速器输出轴上的齿轮间接驱动。因此,中间传动复合两级调速阀广泛应用于自动驱动桥。

当来自主油路的压力油通过进油口A进入时,通过阀芯左端向右推动阀芯,使A口关闭,泄压口C增大,快控阀输出压力降低。当从动齿轮带动阀芯、阀体和保持架转动时,配重组件会在离心力的作用下绕销孔向外摆动。

当输出轴转速较低时,重物上的离心力较小,阀芯在油压的作用下处于正确的位置,A D的开度减小,调速输出油压的速度也减小。输出轴的转速越高,重量部件上的离心力越低,速度控制阀的输出油压越高。因此,速度控制输出油压可以随着输出轴速度的增加而增加。

4.换档阀系统

换档阀组根据换档信号系统提供的信号控制自动变速器中液压控制油路的方向,从而确定不同的档位。换档阀组主要由手动阀和换档阀组成。

1)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操纵,由手柄控制。操纵杆的功能不同于普通手动变速器的换档手柄。

手动变速器换挡手柄的工作位置是变速器的档位。变速器有几个档位,手柄有几个工作位置。自动变速器操纵杆的位置是自动变速器的工作模式,与档位不对应。如果把手放在前进档(D),对于三速自动变速器,变速器可以根据换档信号自动在1和3档之间换档;对于四速自动变速器,变速器可以根据换挡信号自动从1换挡到4挡。当手柄置于前进低档2档(或S档)时,自动变速器只能在1和2档之间自动切换。当手柄置于前进低档1位置(或L位置)时,自动变速器被限制在前进低档1位置工作。手动阀还提供倒档(R)、空档(N)、驻车档(P)等功能。

2)换档阀

换挡阀是弹簧液压方向控制阀,有两个工作位置,可以实现升档或降档的自动切换。

3)强制低阀

通常只有当车速降低到一定值时,自动变速器才能正常回到低速档。但大部分自动变速器都装有强制低档阀,其作用是:当汽车一直高速行驶,此时加速仍不够强劲时,自动变速器会瞬间强制降一档,即“强制低档”。由于此时转速较高,液力变矩器一直工作在耦合状态或锁止状态,扭矩比为1,没有增扭矩作用,而发动机油门几乎已经踩到底,动力输出接近最大。如果自动变速器降一档,输出扭矩会因传动比的增大而增大,能在短时间内起到极强的加速作用,这是特殊情况下快速加速所必需的。结合较低档位,车速的降低可以通过发动机转速的提高来弥补,所以可以用于短时超车。当满足加速要求时,应立即松开油门踏板,否则,当加速接近发动机最高转速时,松开油门踏板进行升档,对高档摩擦部件的工作不利。

强制低换挡阀的工作原理是,从阀门输出的主油路的压力油作用在每个换挡阀的一端,换挡阀与节气门具有相同的油压,相同作用的结果是使换挡阀的阀芯向降档方向移动,从而使自动变速器降档。

5.缓冲安全系统

为了防止自动变速器换挡时的冲击,为了缓冲和安全,安装了很多液压阀和减震器。这种装置统称为缓冲安全系统。

1)缓冲阀

我们从一台两速自动变速器来看缓冲阀的工作原理。变速器在高档位时,应结合离合器,松开制动器;在低速档,制动器工作,离合器分离。

2)蓄能器减震器

蓄能器减震器也常用于自动变速器,以缓冲换档冲击。蓄能器减振器又称储能减振器或减震器,一般由阻尼活塞和弹簧组成。

3)倒档离合器顺序阀

一些自动变速器配备有倒档离合器顺序阀,用于在自动变速器换入倒档时减少换档冲击。

4)调整阀门

换档阀工作时,如果主油路的压力立即作用在执行机构上,会产生很大的影响。为了缓冲,油路中设置了中间调节阀、滑动调节阀等一些调节阀。其工作原理基本相同。

6.液力变矩器控制装置

自动变速器在液压条件下工作时,其中的工作油会传递发动机的大部分动力。但由于液力变矩器的效率不够高,损失的功率转化为热量,使得油温升高。油温过高会加速油的老化变质,破坏密封,甚至产生沸腾,影响正常工作。此外,在液力变矩器工作轮的某些区域,工作流体流速高,压力低,经常出现气穴现象,降低了传递的扭矩。因此,液力变矩器控制装置的作用是将变矩器中的高温油冷却,然后在压力下送回变矩器进行补偿。如果是锁止式液力变矩器,控制装置还控制变矩器中的锁止离合器。

液力变矩器的控制装置由调压阀、锁止信号阀、锁止继动阀(又称锁止继动阀)等阀门和响应油路组成。

1).压力调节阀

液力变矩器调压阀的作用是降低主油路的压力送至液力变矩器,因为油泵输出的油压较高,液力变矩器的补偿油压只需要0.2Mpa~0.5Mpa,很多自动变速器调压阀与主油路调压阀是一体的,直接调节主油路输出的压力油再送至液力变矩器。液力变矩器中的热油从导轮和泵轮之间或导轮和涡轮之间的通道中导出,经冷却器冷却后用于润滑行星齿轮变速器的齿轮和轴承,然后流回油底壳。

2)锁定信号阀和锁定继动阀

液压变矩器中锁止离合器的工作由锁止信号阀和锁止继动阀控制。