第一节 自动变速器的基本组成和工作过程

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2024年1月13日发(作者：)

第一章 自动变速器维修基础

第一节 自动变速器的基本组成和工作过程

一、自动变速器的基本组成

自动变速器的厂牌型号很多，外部形状和内部结构也有所不同，但它们的组成基本相同，都是由液力变矩器和齿轮式自动变速器组合起来的。常见的组成部分有液力变矩器、行星齿轮机构、离合器、制动器、油泵、滤清器、管道、控制阀体、速度调压器等，按照这些部件的功能，可将它们分成液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统、自动换挡控制系统和换挡操纵机构等五大部分。

1、液力变矩器

液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。它利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递自动变速器的输入轴，并能根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动地、无级地改变传动比和扭矩比，具有一定的减速增扭功能。

2、变速齿轮机构

自动变速器中的变速齿轮机构所采用的型式有普通齿轮式和行星齿轮式两种。采用普通齿轮式的变速器，由于尺寸较大，最大传动比较小，只有少数车型采用。目前绝大多数轿车自动变速器中的齿轮变速器采用的是行星齿轮式。

变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换档执行机构两部分。

行星齿轮机构，是自动变速器的重要组成部分之一，主要由于太阳轮（也称中心轮）、内齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。行星齿轮机构是实现变速的机构，速比的改变是通过以不同的元件作主动件和限制不同元件的运动而实现的。在速比改变的过程中，整个行星齿轮组还存在运动，动力传递没有中断，因而实现了动力换挡。

换挡执行机构主要是用来改变行星齿轮中的主动元件或限制某个元件的运动，改变动力传递的方向和速比，主要由多片式离合器、制动器和单向超越离合器等组成。离合器的作用是把动力传给行星齿轮机构的某个元件使之成为主动件。制动器的作用是将行星齿轮机构中的某个元件抱住，使之不动。单向超越离合器也是行星齿轮变速器的换挡元件之一，其作用和多片式离合器及制动器基本相同，也是用于固定或连接几个行星排中的某些太阳轮、行星架、齿圈等基本元件，让行星齿轮变速器组成不同传动比的挡位。

3、供油系统

自动变速器的供油系统主要由油泵、油箱、滤清器、调压阀及管道所组成。油泵是自动变速器最重要的总成之一，它通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。在发动机运转时，不论汽车是否行驶，油泵都在运转，为自动变速器中的变矩器、换挡执行机构、自动换挡控制系统部分提供一定油压的液压油。油压的调节由调压阀来实现。

4、自动换挡控制系统

自动换挡控制系统能根据发动机的负荷（节气门开度）和汽车的行驶速度，按照设定的换挡规律，自动地接通或切断某些换挡离合器和制动器的供油油路，使离合器结合或分开、制动器制动或释放，以改变齿轮变速器的传动化，从而实现自动换挡。

自动变速器的自动换挡控制系统有液压控制和电液压（电子）控制两种。

液压控制系统是由阀体和各种控制阀及油路所组成的，阀门和油路设置在一个板块内，称为阀体总成。不同型号的自动变速器阀体总成的安装位置有所不同，有的装置于上部，有的装置于侧面，纵置的自动变速器一般装置于下部。

在液压控制系统中，增设控制某些液压油路的电磁阀，就成了电器控制的换挡控制系统，若这些电磁阀是由电子计算机控制的，则成为电子控制的换挡系统。

5、换挡操纵机构

自动变速器的换挡操纵机构包括手动选择阀的操纵机构和节气门阀的操纵机构等。驾驶员通过自动变速器的操纵手柄改变阀板内的手动阀位置，控制系统根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关的状态等因素，利用液压自动控制原理或电子自动控制原理，按照一定的规律控制齿轮变速器中的换挡执行机构的工作，实现自动换挡。

二、自动变速器的工作过程

自动变速器之所以能够实现自动换挡是因为工作中驾驶员踏下油门的位置或发动机进气歧管的真空度和汽车的行驶速度能指挥自动换挡系统工作，自动换挡系统中各控制阀不同的工作状态将控制变速齿轮机构中离合器的分离与结合和制动器的制动与释放，并改变变速齿轮机构的动力传递路线，实现变速器挡位的变换。

传统的液力自动变速器根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化，自动变速挡位。其换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号转换成控制油压，并将该油压加到换挡阀的两端，以控制换挡阀的位置，从而改变换挡执行元件（离合器和制动器）的油路。这样，工作液压油进入相应的执行元件，使离合器结合或分离，制动器制动或松开，控制行星齿轮变速器的升挡或降挡，从而实现自动变速。

电控液力自动变速器是在液力自动变速器基础上增设电子控制系统而形成的。它通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态，接受驾驶员的指令，并将所获得的信息转换成电信号输入到电控单元。电控单元根据这些信号，通过电磁阀控制液压控制装置的换挡阀，使其打开或关闭通往换挡离合器和制动器的油路，从而控制换挡时刻和挡位的变换，以实现自动变速。其工作过程如图1-1所示。

图1-1 电控液力自动变速器的工作过程示意图

1-节气门位置传感器 2-液力变矩器 3-行星齿轮变速器 4-车速传感器 5-液压控制装置

6-换挡阀 7-电磁阀

三、自动变速器的类型

不同车型所装用的自动变速器在型式、结构上往往有很大的差异，常见的分类方法和类型如下：

1、按变速方式分类

汽车自动变速器按变速方式的不同，可分为有级变速器和无级变速器两种。

有级变速器是具有有限几个定值传动比（一般有3~5个前进挡和一个倒挡）的变速器。无级变速器是能使传动比在一定范围内连续变化的变速器，无级变速器目前在汽车上应用较少。

2、按汽车驱动方式分类

自动变速器按照汽车驱动方式的不同，可分为后驱动自动变速器和前驱动自动变速器两种。这两种自动变速器在结构和布置上有很大的不同。

后驱动自动变速器的变矩器和齿轮变速器的输入轴及输出轴在同一轴线上，发动机的动力经变矩器、自动变速器、传动轴、后驱动桥的主减速器、差速器和半轴传给左右两个后轮。这种发动机前置，后轮驱动的布置型式，其发动机和自动变速器都是纵置的，因此轴向尺寸较大，在小型客车上布置比较困难。后驱动自动变速器的阀板总成一般布置在齿轮变速器下方的油底壳内。

前驱动自动变速器除了具有与后驱动自动变速器相同的组成部分外，在自动变速器的壳体内还装有差速器。前驱动汽车的发动机有纵置和横置两种。纵置发动机的前驱动自动变速器的结构和布置与后驱动自动变速器基本相同，只是在后端增加了一个差速器。横置发动机前驱动自动变速器由于汽车横向尺寸的限制，要求有较小的轴向尺寸，因此通常将输入轴和输出轴设计成两个轴线的方式；变矩器和齿轮变速器输入轴布置在上方，输出轴布置在下方。这样的布置减少了变速器总体的轴向尺寸，但增加了变速器的高度，因此常将阀板总成布置在变速器的侧面或上方，以保证汽车有足够的最小离地间隙。

3、按自动变速器前进挡的挡位数不同分类

自动变速器按前进挡的档位数不同，可分为2个前进挡、3个前进挡、4个前进挡三种。早期的自动变速器通常为2个前进挡或3个前进挡。这两种自动变速器都没有超速挡，其最高挡为直接挡。新型轿车装用的自动变速器基本上都是4个前进挡，即设有超速挡。这种设计虽然使自动变速器的构造更加复杂，但由于设有超速挡，大大改善了汽车的燃油经济性。

4、按齿轮变速器的类型分类

自动变速器按齿轮变速器的类型不同，可分为普通齿轮式和行星齿轮式两种。普通齿轮式自动变速器体积较大，最大传动比较小，使用较少。行星齿轮式自动变速器结构紧凑，能获得较大的传动比，为绝大多数轿车采用。

5、按变矩器的类型分类

轿车自动变速器基本上都是采用结构简单的单级三元件综合式液力变矩器。这种变矩器又分为有锁止离合器和无锁止离合器两种。早期的变矩器中没有锁止离合器，在任何工况下都是以液力的方式传递发动机动力，因此传动效率较低。新型轿车自动变速器大都采用带锁止离合器的变矩器，这样当汽车达到一定车速时，控制系统使锁止离合器结合，液力变矩器输入部分和输出部分连成一体，发动机动力以机械传递的方式直接传入齿轮变速器，从而提高了传动效率，降低了汽车的燃油消耗量。

6、按控制方式分类

自动变速器按控制方式不同，可分为液力控制自动变速器和电子控制自动变速器两种。液力控制自动变速器是通过机械的手段，将汽车行驶时的车速及节气门开度两个参数转变为液压控制信号；阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号的大小，按照设定的换挡规律，通过控制换挡执行机构动作，实现自动换挡，现在使用较少。电子控制自动变速器是通过各种传感器，将发动机转速、节气门开度、车速、发动机水温、自动变速器液压油温度等参数转变为电信号，并输入电脑；电脑根据这些电信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出电子控制信号；换挡电磁阀和油压电磁阀再将电脑的电子控制信号转变为液压控制信号，阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号，控制换挡执行机构的动作，从而实现自动换挡。

四、自动变速器的优缺点

机械齿轮变速器具有效率高，工作可靠，结构比较简单等优点。故被广泛地应用在各种汽车上。但是对于诸如高级小客车、超重型自卸汽车，要求高通过性的军用越野汽车以及城市的大型公共汽车等车型，由于特殊的使用条件和要求，单纯采用机械变速器，虽能适应汽

车的一些需要，但还存在不足之处。

为适应汽车行驶条件的变化，必须经常换挡。换挡时，被啮合的主动齿轮与被动齿轮转速不一样，使齿轮受到冲击，甚至有时挂不上挡。于是换挡前需要对转速加以调整。例如从高挡换至低挡，先要松油门和离合器，摘掉高挡、结合主离合器、加大油门，再分离主离合器、挂上低挡，使换挡时将要相互啮合的齿轮转速相接近，便于挂挡。这样换挡过程过于复杂，要求司机能够掌握时机，有一定的熟练操作技术。同时，驾驶员踩主离合器踏板时，要消耗很大的体力，容易疲劳。

由于换挡时的冲击现象，传动系要受到很大的附加作用力。若汽车在行驶过程中，突然碰到大右块，阻力突增，车速下降。此时发动机工况并未改变，传动系就要“别劲”，使零部件容易损坏或缩短使用寿命。

机械变速器由若干组齿轮构成。齿轮的不同组合可得到不同的挡位。由于齿轮组数目有限，所能得到的挡位也就有限，故普通机械变速器是有级式变速器。机械变速器的挡位愈多，愈能更充分地利用发动机功率，以提高汽车的动力性能。例如结构相同的两辆汽车采用不同的变速器：一辆是两挡变速器，另一辆是四挡变速器。两种变速器的头挡和直接挡速比相同。此两辆汽车在良好路面上以直接挡行驶时，最大车速和克服道路阻力的能力相同。头挡的起步能力和最大爬坡度也相同。但在阻力稍大。不能用直接挡行驶时，情况就不同了。前者只能用头挡，并需关小节气门，最大行驶速度低；后者则可用3挡或2挡行驶，允许节气门开得较大，故发动机功率利用得充分，动力性好，平均车速高，经济性也好。

事实上，机械变速器的挡位不可能增加得很多，否则将会导致结构复杂笨重。挡位增多，换挡次数也就增多，更增加了换挡操纵的困难。因此，载重量在25T以上的重型矿用汽车一般都不单独使用机械变速器。

采用液力自动变速器，可弥补机械变速器的某些不足。使用液力自动变速器的汽车具有下列显著的优点：

1、大大提高发动机和传动系的使用寿命

采取液力自动变速器的汽车与采用机械变速器的汽车对比试验表明：前者发动机的寿命可提高85%，变速器的寿命提高12倍，传动轴和驱动半轴的寿命可提高75%~100%。

液力传动汽车的发动机与传动系，由液体工作介质“软”性连接。液力传动起一定的吸收、衰减和缓冲的作用，大大减少冲击和动载荷。例如，当负荷突然增大时，可防止发动机过载和突然熄火。汽车在起步、换挡或制动时，能减少发动机和传动系所承受的冲击及动载荷，因而提高了有关零部件的使用寿命。

2、提高汽车通过性

采用液力自动变速器的汽车，在起步时，驱动轮上的驱动扭矩是逐渐增加的，防止很大的振动，减少车轮的打滑，使起步容易，且更换平稳。它的稳定车速可以降低到低。举例来说：当行驶阻力很大时（如爬陡坡），发动机也不至于熄火，使汽车仍能以极低速度行驶。在特别困难面行驶时，因换挡时没有功率间断，不会出现汽车停车的现象。因此，液力机械变速器对于提高汽车的通过性具有良好的效果。

3、具有良好的自适应性

目前，液力传动的汽车都采用液力变矩器，它能自动适应汽车驱动轮负荷的变化。当行驶阻力增大时，汽车自动降低速度，使驱动轮动力矩增加；当行驶阻力减小时，减小驱动力矩，增加车速。这说明，变矩器能在一定范围内实现无级变速器，大大减少行驶过程中的换挡次数，有利于提高汽车的动力性和平均车速。

4、操纵轻便

装备液力自动变速器的汽车，采用液压操纵或电子控制，使换挡实现自动化。在变换变速杆位置时，只需操纵液压控制的滑阀，这比普通机械变速器用拨叉拨动滑动齿轮实现换挡

第二节 自动变速器的结构与工作原理

一、液力耦合器和液力变矩器的结构与工作原理

现代汽车上所用自动变速器，在结构上虽有差异，但其基本结构组成和工作原理却较为相似，前面已介绍了自动变速器主要由液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统、自动换挡控制系统、自动换挡操纵装置等部分组成。本章将分别介绍自动变速器中各组成部分的常见结构和工作原理，为自动变速器的拆装和故障检修提供必要的基本知识。

汽车上所采用的液力传动装置通常有液力耦合器和液力变矩器两种，二者均属于液力传动，即通过液体的循环液动，利用液体动能的变化来传递动力。

（一）液力耦合器的结构与工作原理

1、液力耦合器的结构组成

液力耦合器是一种液力传动装置，又称液力联轴器。在不考虑机械损失的情况下，输出力矩与输入力矩相等。它的主要功能有两个方面，一是防止发动机过载，二是调节工作机构的转速。其结构主要由壳体、泵轮、涡轮三个部分组成，如图1-2所示。

要简单轻松得多。而且，它的换挡齿轮组一般都采用行星齿轮组，是常啮合齿轮组，这就降低或消除了换挡时的齿轮冲击，可以不要主离合器，大大减轻了驾驶员的劳动强度 。

综上所述，液力自动变速器不仅能与汽车行驶要求相适应，而且具有单纯机械变速器所不具备的一些显著优点，这是液力自动变速器的主要方面，也是汽车采用液力自动变速器的理由。不过，与单纯机械变速器相比，它也存在某些缺点，如结构复杂，制造成本较高，传动效率较低等。对液力变矩器而言，最高效率一般只有（82~86）%左右，而机械传动的效率可达（95~97）%。由于传动效率低，使汽车的燃油经济性有所降低；由于自动变速器的结构复杂，相应的维修技术也较复杂，要求有专门的维修人员，具有较高的修理水平和故障检查分析的能力。但这些缺点是相对的，由于大大延长了发动机和传动系统的使用寿命，提高了出车率和生产率，减少了维修费用，自动的无级变速提高了发动机功率的平均利用率，提高平均车速，虽然燃油经济性有所降低，却提高了汽车整体使用经济性。此外，目前还采用一种带锁定离合器的液力变矩器，在一定行驶条件下，通过采用与发动机的最佳匹配，遵循最佳换挡规律，采用变矩器的锁止，可使用传动效率大为提高。当锁定离合器分离时，仍与一般液力变矩器相同；当锁定离合器结合时，使液力变矩器失去作用，输入轴与输出轴是直接传动的，传动效率接近百分之百。

图1-2 液力耦合器的基本构造

1-输入轴 2-泵轮叶轮 3-涡轮叶轮 4-轮出轴

液力耦合器的壳体安装在发动机飞轮上，泵轮与壳体焊接在一起，随发动机曲轴的转动而转动，是液力耦合器的主动部分：涡轮和输出轴连接在一起，是液力耦合器的从动部分。泵轮和涡轮相对安装，统称为工作轮。在泵轮和涡轮上有径向排列的平直叶片，泵轮和涡轮互不接触。两者之间有一定的间隙（约3mm~4mm）；泵轮与涡轮装合成一个整体后，其轴线断面一般为圆形，在其内腔中充满液压油。

2、液力耦合器的工作原理

当发动机运转时，曲轴带动液力耦合器的壳体和泵轮一同转动，泵轮叶片内的液压油在泵轮的带动下随之一同旋转，在离心力的作用下，液压油被甩向泵轮叶片外缘处，并在外缘处冲向涡轮叶片，使涡轮在液压冲击力的作用下旋转；冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮内缘的液压油，又被泵轮再次甩向外缘。液压油就这样从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回到泵轮而形成循环的液流。

液力耦合器中的循环液压油，在从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，泵轮对其作功，其速度和动能逐渐增大；而在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，液压油对涡轮作功，其速度和动能逐渐减小。液力耦合器要实现传动，必须在泵轮和涡轮之间有油液的循环流动。而油液循环流动的产生，是由于泵轮和涡轮之间存在着转速差，使两轮叶片外缘处产生压力差所致。如果泵轮和涡轮的转速相等，则液力耦合器不起传动作用。因此，液力耦合器工作时，发动机的动能通过泵轮传给液压油，液压油在循环流动的过程中又将动能传给涡轮输出。由于在液力耦合器内只有泵轮和涡轮两个工作轮，液压油在循环流动的过程中，除了受泵轮和涡轮之间的作用力之外，没有受到其他任何附加的外力。根据作用力与反作用力相等的原理，液压油作用在涡轮上的扭矩应等于泵轮作用在液压油上的扭矩，即发动机传给泵轮的扭矩与涡轮上输出的扭矩相等，这就是液力耦合器的传动特点。

液力耦合器在实际工作中的情形是：汽车起步前，变速器挂上一定的挡位，起动发动机驱动泵轮旋转，而与整车连接着的涡轮即受到力矩的作用，但因其力矩不足于克服汽车的起步阻力矩，所以涡轮还不会随泵轮的转动而转动。加大节气门开度，使发动机的转速提高，作用在涡轮上的力矩随之增大，当发动机转速增大到一定数值时，作用在涡轮上的力矩足以使汽车克服起步阻力而起步。随着发动机转速的继续增高，涡轮随着汽车的加速而不断加速，涡轮与泵轮转速差的数值逐渐减少。在汽车从起步开始逐步加速的过程中，液力耦合器的工作状况也在不断变化，这可用如图1-3所示的速度矢量图来说明。假定油液螺旋循环流动的流速VT保持恒定，VL为泵轮和涡轮的相对线速度，VE为泵轮出口速度，VR为油液的合成速度。

图1-3 涡轮处于不同转速时的液流情况

(a)涡轮不动 （b）中速 （c）高速

当车辆即将要起步时，泵轮在发动机驱动下转动而涡轮静止不动。由于涡轮没有运动，泵轮与涡轮间的相对速度VL将达最大值，由此而得到的合成速度，即油液从泵轮进入涡轮的速度VR也是最大的。油液进入涡轮的方向和泵轮出口速度之间的夹角θ1也较小，这样液流对涡轮叶片产生的推力也就较大。

当涡轮开始旋转并逐步赶上泵轮的转速时，泵轮与涡轮间的相对线速度减小，使合成速度VR减小，并使VR和泵轮出口线速度VE之间的夹角增大。这样液流对涡轮叶片的冲击力及由此力产生的承受扭矩的能力减小，不过随着汽车速度的增加，需要的驱动力矩也迅速降低。

当涡轮高速转动，即输出和输入的转速接近相同时，相对速度VL和合成速度VR都很小，而合成速度VR与泵轮出口速度VE间的夹角很大，这就使液流对涡轮叶片的推力变得很小，这将使输出元件滑动，直到有足够的循环油液对涡轮产生足够的冲击力为止。

由此可见，输出转速高时，输出转速赶上输入转速是一个连续不断的趋势，但总不会等于输入转速。除非在工作状况反过来，变速器变成主动件，发动机变成被动件，涡轮的转速才会等于或高于泵轮转速。这种情况在下坡时可能会发生。

（二）液力变矩器的结构与工作原理

液力变矩器是液力传动中的又一种型式，是构成液力自动变速器不可缺少的重要组成部

图1-4 液力变矩器

1-飞轮 2-涡轮 3-泵轮 4-导轮 5-变矩器输出轴 6-曲轴 7-导轮固定套

发动机运转时带动液力变矩器的壳体和泵轮与之一同旋转，泵轮内的液压油在离心力的作用下，由泵轮叶片外缘冲向涡轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片内缘，形成循环的液流。导轮的作用是改变涡轮上的输出扭矩。由于从涡轮叶片下缘流向导轮的液压油仍有相当大的冲击力，只要将泵轮、涡轮和导轮的叶片设计成一定的形状和角度，就可以利用上述冲击力来提高涡轮的输出扭矩。为说明这一原理，可以假想地将液力变矩器的3个工作轮叶片从循环流动的液流中心线处剖开并展平，得到图1-5所示的叶片展开示意图；并假设在液力变矩器工作中，发动机转速和负荷都不变，即液力变矩器泵轮的转速np和扭矩Mp为常数。

在汽车起步之前，涡轮转速为0，发动机通过液力变矩器壳体带动泵轮转动，并对液压油产生一个大小为Mp的扭矩，该扭矩即为液力变矩器的输入扭矩。液压油在泵轮叶片的推动下，以一定的速度，按图1-5（b）中箭头1所示方向冲向涡轮上缘处的叶片，对涡轮产生冲击扭矩，该扭矩即为液力变矩器的输出扭矩。此时涡轮静止不动，冲向涡轮的液压油沿叶片流向涡轮下缘，在涡轮下缘以一定的速度，沿着与涡轮下缘出口处叶片相同的方向冲向导轮，对导轮也产生一个冲击力矩，并沿固定不动的导轮叶片流回泵轮。当液压油对涡轮和导轮产生冲击扭矩时，涡轮和导轮也对液压油产生一个与冲击扭矩大小相等、方向相反的反作用扭矩Mt和Ms，其中Mt的方向与Mp的方向相反，而Ms的方向与Mp的方向相同。根据液压油受力平衡原理，可得：Mt=Mp+Ms。由于涡轮对液压油的反作用，扭矩Mt与液压油对涡轮的冲击扭矩（即变矩器的输出扭矩）大小相等，方向相反，因此可知，液力变矩器的输出扭矩在数值上等于输入扭矩与导轮对液压油的反作用扭矩之和。显然这一扭矩要大于输入扭矩，即液力变矩器具有增大扭矩的作用。液力变矩器输出扭矩增大的部分即为固定不动的导轮对循环流动的液压油的作用力矩，其数值不但取决于由涡轮冲向导轮的液流速分之一。它装置在发动机的飞轮上，其作用是将发动机的动力传递给自动变速器中的齿轮机构，并具有一定的自动变速功能。自动变速器的传动效率主要取决于变矩器的结构和性能。

常用液力变矩器的型式有一般型式的液力变矩器、综合式液力变矩器和锁止式液力变矩器。其中综合式液力变矩器的应用较为广泛。

1、一般型式液力变矩器的结构与工作原理

液力变矩器的结构与液力耦合器相似，它有3个工作轮即泵轮、涡轮和异轮。泵轮和涡轮的构造与液力耦合器基本相同；导轮则位于泵轮和涡轮之间，并与泵轮和涡轮保持一定的轴向间隙，通过导轮固定套固定于变速器壳体上（图1-4）。

图1-5 液力变矩器工作原理图

A-泵轮 B-涡轮 C-导轮 1-由泵轮冲向涡轮的液压油方向 2-由涡轮冲向导轮的液压油方向 3-由导轮流回泵轮的液压油方向。

当汽车在液力变矩器输出扭矩的作用下起步后，与驱动轮相连接的涡轮也开始转动，其转速随着汽车的加速不断增加。这时由泵轮冲向涡轮的液压油除了沿着涡轮叶片流动之外，还要随着涡轮一同转动，使得由涡轮下缘出口处冲向导轮的液压油的方向发生变化，不再与涡轮出口处叶片的方向相同，而是顺着涡轮转动的方向向前偏斜了一个角度，使冲向导轮的液流方向与导轮叶片之间的夹角变小，导轮上所受到的冲击力矩也减小，液力变矩器的增扭作用亦随之减小。车速愈高，涡轮转速愈大，冲向导轮的液压油方向与导轮叶片的夹角就愈小，液力变矩器的增扭作用亦愈小；反之，车速愈低，液力变矩器的增扭作用就愈小。因此，与液力耦合器相比，液力变矩器在汽车低速行驶时有较大的输出扭矩，在汽车起步，上坡或遇到较大行驶阻力时，能使驱动轮获得较大的驱动力矩。

当涡轮转速随车速的提高而增大到某一数值时，冲向导轮的液压油的方向与导轮叶片之间的夹角减小为0，这时导轮将不受液压油的冲击作用，液力变矩器失去增扭作用，其输出扭矩等于输入扭矩。

若涡轮转速进一步增大，冲向导轮的液压油方向继续向前斜，使液压油冲击在导轮叶片的背面，如图1-5（c）所示，这时导轮对液压油的反作用扭矩Ms的方向与泵轮对液压油扭矩Mp的方向相反，故此涡轮上的输出扭矩为二者之差，即Mt=Mp-Ms，液力变矩器的输出扭矩反而比输入扭矩小，其传动效率也随之减小。当涡轮转速较低时，液力变矩器的传动效度，也取决于液流方向与导轮叶片之间的夹角。当液流速度不变时，叶片与液流的夹角愈大，反作用力矩亦愈大，液力变矩器的增扭作用也就愈大。一般液力变矩器的最大输出扭矩可达输入扭矩的2.6倍左右。

率高于液力耦合器的传动效率；当涡轮的转速增加到某一数值时，液力变矩器的传动效率等于液力耦合器的传动效率；当涡轮转速继续增大后，液力变矩器的传动效率将小于液力耦合器的传动效率，其输出扭矩也随之下降。因此，上述这种液力变矩器是不适合实际使用的。

2、综合式液力变矩器的结构与工作原理

目前在装用自动变速器的汽车上使用的变矩器大多是综合式液力变矩器（图1-6），它和一般型式液力变矩器的不同之处在于它的导轮不是完全固定不动的，而是通过单向超越离合器支承在固定于变速器壳体的导轮固定套上。单向超越离合器使导轮可以朝顺时针方向旋转（从发动机前面看），但不能朝逆时针方向旋转。

图1-6 综合式液力变矩器

1-曲轴 2-导轮 3-涡轮 4-泵轮 5-液流 6-变矩器轴套 7-油泵 8-导轮固定套 9-变矩器输出轴 10-单向超越离合器。

当涡轮转速较低时，从涡轮流出的液压油从正面冲击导轮叶片，如图1-5（b）所示，对导轮施加一个朝逆时针方向旋转的力矩，但由于单向超越离合器在逆时针方向具有锁止作用，将导轮锁止在导轮固定套上固定不动，因此这时该变矩器的工作特性和液力变矩器相同，涡轮上的输出扭矩大于泵轮上的输入扭矩即具有一定的增扭作用。当涡轮转速增大到某一数值时，液压油对导轮的冲击方向与导轮叶片之间的夹角为0，此是涡轮上的输出扭矩等于泵轮上的输入扭矩。若涡轮转速继续增大，液压油将从反面冲击导轮，如图1-5（c）所示，对导轮产生一个顺时针方向的扭矩。由于单向超越离合器在顺时针方向没有锁止作用，可以像轴承一样滑转，所以导轮在液压油的冲击作用下开始朝顺时针方向旋转。由于自由转动的导轮对液压油没有反作用力矩，液压油只受到泵轮和涡轮的反作用力矩的作用。因此这时该变矩器的不能起增扭作用，其工作特性和液力耦合器相同。这时涡轮转速较高，该变矩器亦处于高效率的工作范围。

导轮开始空转的工作点称为偶合点。由上述分析可知，综合式液力变矩器在涡轮转速由0至偶合点的工作范围内按液力变矩器的特性工作，在涡轮转速超过偶合点转速之后按液力耦合器的特性工作。因此，这种变矩器既利用了液力变矩器在涡轮转速较低时所具有的增扭特性，又利用了液力耦合器涡轮转速较高时所具有的高传动效率的特性。

3、锁止式液力变矩器的结构与工作原理

变矩器是用液力来传递汽车动力的，而液压油的内部摩擦会造成一定的能量损失，因此传动效率较低。为提高汽车的传动效率，减少燃油消耗，现代很多轿车的自动变速器采用一种带锁止离合器的综合式液力变矩器。这种变矩器内有一个由液压油操纵的锁止离合器。锁止离合器的主动盘即为变矩器壳体，从动盘是一个可作轴向移动的压盘，它通过花键套与涡轮连接（图1-7）。压盘背面（图中右侧）的液压油与变矩器泵轮、涡轮中的液压油相通，

保持一定的油压（该压力称为变矩器压力）；压盘左侧（压盘与变矩器壳体之间）的液压油通过变矩器输出轴中间的控制油道与阀板总成上的锁止控制阀相通。锁止控制阀由自动变速器电脑通过锁止电磁阀来控制。

图1-7 带锁止离合器的综合式液力变矩器

1-变矩器壳 2-锁止离合器压盘 3-涡轮 4-泵轮 5-变矩器轴套 6-输出轴花键套 7-导轮

自动变速器电脑根据车速、节气门开度、发动机转速、变速器液压油温度、操纵手柄位置、控制模式等因素，按照设定的锁止控制程序向锁止电磁阀发出控制信号，操纵锁止控制阀，以改变锁止离合器压盘两侧的油压，从而控制锁止离合器的工作。当车速较低时，锁止控制阀让液压油从油道B进入变矩器，使锁止离合器压盘两侧保持相同的油压，锁止离合器处于分离状态，这时输入变矩器的动力完全通过液压油传至涡轮，图1-8（a）所示。当汽车在良好道路上高速行驶，且车速、节气门开度、变速器液压油温度等因素符合一定要求时，电脑即操纵锁止控制阀，让液压油从油道C进入变矩器，而让油道B与泄油口相通，使锁止离合器压盘左侧的油压下降。由于压盘背面（图中右侧）的液压油压力仍为变矩器压力，从而使压盘在前后两面压力差的作用下压紧在主动盘（变矩器壳体）上，如图1-8(b)所示，这时输入变矩器的动力通过锁止离合器的机械连接，由压盘直接传至涡轮输出，传动效率为100%。另外，锁止离合器在结合时还能减少变矩器中的液压油因液体摩擦而产生的热量，有利用降低液压油的温度。有些车型的液力变矩器的锁止离合器盘上还装有减振弹簧，以减小锁止离合器在结合时瞬间产生的冲击力（如图1-9所示）。

图1-8 锁止离合器工作原理示意图

1-锁止离合器压盘 2-涡轮 3-变矩器壳 4-导轮 5-泵轮C-锁止离合器控制油道。

变矩器输出轴；变矩器出油道 6-

图1-9 带减振弹簧的压盘

1-减振弹簧 2-花键套

二、变速齿轮机构的结构与工作原理

变矩器在自动变速器中的主要作用是使汽车起步平稳，在换挡时减缓传动系的冲击负荷。在变速增扭方面，变矩器虽然能够在一定的范围内实现无级变速，但由于变矩器只有在输出转速接近于输入转速时才具有较高的传动效率，而且它的增扭作用不够大，只能增加24倍，此值远不能满足汽车的使用要求。为此，在汽车自动变速器中设置了变速齿轮机构，它能使扭矩再增大24倍。

自动变速器中的变速齿轮机构和传统的手动齿轮变速机构一样，具有空挡、倒挡及2~4个不同传动比的前进挡，只不过自动变速器中的挡位变换不是由驾驶员直接控制的，而是由自动变速器的液压控制系统或电子控制系统控制换挡执行机构的动作来改变变速齿轮机构的传动比，从而实现自动换挡的。

变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换挡执行元件两部分。

（一）行星齿轮机构结构与工作原理

1、行星齿轮机构的基本结构

行星齿轮机构有很多类型，其中最简单的行星齿轮机构是由1个太阳轮、1个齿圈、1个行星架和支承在行星架上的几个行星齿轮组成的，称为1个行星排（如图1-10所示）。

行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈及行星架有一个共同的固定轴线，行星齿轮支承在固定于行星架的行星齿轮轴上，并同时与太阳轮和齿圈啮合。当行星齿轮机构运转时，空套在行星架上的行星齿轮轴上的几个行星齿轮一方面可以绕着自己的轴线旋转，另一方面又可以随着行星架一起绕着太阳轮回转，就像天上行星的运动那样，兼有自转和公转两种运动状态（将星齿轮的名称即因此而来），在行星排中，具有固定轴线的太阳轮、齿圈和行星架称为行星排的3个基本元件。

图1-10 行星齿轮机构

1-齿圈 2-行星齿轮 3-行星架 4-太阳轮

2、行星齿轮机构的类型

行星齿轮机构可按不同的方式进行分类

（1）按照齿轮的啮合方式分类

按照齿轮的啮合方式不同，行星齿轮机构可以分为外啮合式和内啮合式两种。外啮合式行星齿轮机构体积大，传动效率低，故在汽车上已被淘汰；内啮合式行星齿轮机构结构紧凑，传动效率高，因而在自动变速器中被广为使用。

（2）按照齿轮的排数分类

按照齿轮的排数不同，行星齿轮机构可以分为单排和多排两种。多排行星齿轮机构是由几个单排行星齿轮机构组成的。汽车自动变速器中，行星排的多少因挡位数的多少而有所不同，一般三挡位有2个行星排，四挡位（具有超速挡的）有3个行星排，通常使用的是由2个或2个单排行星的齿轮机构组成的多排行星齿轮机构。

（3）按照太阳轮和齿圈之间的行星齿轮组数分类

按照太阳轮和齿圈之间的行星齿轮组数的不同，行星齿轮机构可以分为单行星齿轮式和双行星齿轮式两种。

双行星齿轮机构在太阳轮和齿圈之间有两组互相啮合的行星齿轮，其外面一组行星齿轮和齿圈啮合，里面一组行星齿轮和太阳轮啮合。它与单行星齿轮机构在其它条件相同的情况下相比，齿圈可以得到反向传动。

用行星齿轮机构作为变速机构，由于有多个行星齿轮同时传递动力，而且常采用内啮合式，充分利用了齿圈中部的空间，故与普通齿轮变速机构相比，在传递同样功率的条件下，可以大大减小变速机构的尺寸和重量，并可实现同向、同轴减速传动；另外，由于采用常啮合传动，动力不间断，加速性好，工作也可靠。

3、行星齿轮机构的变速原理

由于单排行星齿轮机构有两个自由度，因此它没有固定的传动比，不能直接用于变速传动。为了组成具有一定传动比的传动机构，必须将太阳轮、齿圈和行星架这三个基本元件中的一个加以固定（即使其转速为0，也称为制动），或使其运动受到一定的约束（即让该构件以某一固定的转速旋转），或将某两个基本元件互相连接在一起（即两者转速相同），使行星排变为只有一个自由度的机构，获得确定的传动化。

图1-11 所示为行星齿轮机构的传动简图。设太阳轮的齿数为Z1，齿圈齿数为Z2，太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2、n3，并设齿圈与太阳轮的齿数比为α，即

α=Z2/Z1则行星齿轮机构的一般运动规律可表达为：

n1+αn2-（1+α）n3=0

由上式可以看出，在太阳轮、齿圈和行星架三个基本元件中，可任选两个分别作为主动件和从动件，而使另一个元件固定不动（使该元件转速为零）或使其运动受一定约束（使该元件的转速为某一定值），则整个轮系即以一定的传动比传递动力。不同的连接和固定方案可得到不同的传动比，三个基本元件的不同组合可有6种不同的组合方案，加上直接挡传动和空挡，共有8种组合，相应能获得5种不同的传动比。

图1-11 行星齿轮机构传动简图

1-太阳轮 2-齿圈 3-行星架 4-行星齿轮 5-行星齿轮轴。

（二）换挡执行机构的结构与工作原理

行星齿轮变速器的 换挡执行机构由离合器、制动器和单向超越离合器三种不同的执行元件组成。它有三个基本作用，即连接、固定和锁止。所谓连接是指将行星齿轮变速器的输入轴与行星排中的某个基本元件连接，以传递动力，或将前一个行星排的某一个基本元件与后一个行星排的某个基本元件连接，以约束这两个基本元件的运动；所谓固定是指将行星排的某一基本元件与自动变速器的壳体连接，使之被固定住而不能旋转；所谓锁止是指把某个行星排的三个基本元件中的两个连接在一起，从而将该行星排锁止，使某三个基本元件以相同的转速一同旋转，产生直接传动。换挡执行机构各执行元件通过按一定规律对行星齿轮机构的某些基本元件进行连接、固定或锁止，让行星齿轮机构获得不同的传动比，从而实现挡位变换。

1、离合器的结构与原理

行星齿轮变速器换挡执行机构中的离合器，按工作原理的不同，有片式离合器和爪型离合器之分。其中片式离合器较为常用，而且较多地使用多片湿式离合器，爪型离合器使用较少。

（1）多片湿式离合器的结构与原理

多片湿式离合器是自动变速器中最重要的换挡执行元件之一，它通常由离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、弹簧座、1组钢片、1组摩擦片、调整垫片、离合器毂及几个密封圈组成。

离合器活塞安装在离合器鼓内，它是一种环状活塞，由活塞内外圆的密封圈保证其密封，从而和离合器鼓一起形成一个封闭的环状液压缸，并通过离合器内圆轴颈上的进油孔和控制油道相通。钢片和摩擦片交错排列，两者统称为离合器片。钢片的外花键齿安装在离合器鼓的内花键齿圈上，可沿齿圈键槽作轴向移动；摩擦片由其内花键齿与离合器毂的外花键齿连接，也可沿键槽作轴向移动。摩擦片的两面均为摩擦系数较大的铜基粉末冶金层或合成纤维层。

离合器鼓或离合器毂分别以一定的方式和变速器输入轴或行星排的某个基本元件相连接，一般离合器为主动件，离合器鼓为从动件。当来自控制阀的液压油进入离合器液压缸时，作用在离合器活塞上液压油的压力推动活塞，使之克服回位弹簧的弹力而移动，将所有的钢片和摩擦片相互压紧在一起；钢片和摩擦片之间的摩擦力使离合器鼓和离合器毂连接为一个整体，分别与离合器鼓和离合器毂连接的输入轴或行星排的基本元件也因此被连接在一起，此时离合器处于结合状态。

当液压控制系统将作用在离合器液压缸内的液压油的压力解除后，离合器活塞在回位弹簧的作用下压回液压缸的底部，并将液压缸内的液压油从进油孔排出。此时钢片和摩擦片相互分离，两者之间无压力，离合器鼓和离合器毂可以朝不同的方向或以不同的转速旋转，离合器处于分离状态。此时，离合器活塞和离合器片或离合器片和卡环之间有一定的轴向间隙，以保证钢片和摩擦片之间无任何轴向压力，这一间隙称为离合器的自由间隙。其大小可以用挡圈的厚度来调整。一般离合器自由间隙的标准为（0.5~2.0）mm。离合器自由间隙标准的大小取决于离合器的片数和工作条件。通常离合器片数越多或该离合器的交替工作越频繁，其自由间隙就越大。

有些离合器在活塞和钢片之间有一个碟形环。它具有一定的弹性，可以减缓离合器结合时的冲击力。

离合器处于分离状态时，其液压缸内仍残留有少量液压油。由于离合器鼓是和变速器输入轴或行星排某一基本元件一同旋转的，残留在液压缸内的液压油在离心力的作用下会被甩

图1-12 爪型离合器的转换机构

1-主轴 2-后退怠速齿轮 3-中间轴 4-中间轴倒挡齿轮 5-爪型套 6-中间轴前进齿轮 7-伺服缸活塞 8-拨叉轴 9-拨叉 10-主倒挡齿轮。

2、制动器的结构与原理

制动器是一种起制动约束作用的机构，它将行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈和行星架这向液压缸外缘处，并在该处产生一定的油压。若离合器鼓的转速较高，这一压力有可能推动离合器活塞压向离合器片，使离合器处于半结合状态，导致钢片和摩擦片因互相接触摩擦而产生不应有的磨损，影响离合器的使用寿命。为了防止这种情况出现，在离合器活塞或离合器鼓的液压缸壁面上设有一个由钢球组成的单向阀。当液压油进入液压缸时，钢球在油压的推动下压紧在阀座上，单向阀处于关闭状态，保证了液压缸密封；当液压缸内的油压被解除后，单向阀钢球在离心力的作用下离开阀座，使单向阀处于开启状态，残留在液压缸内的液压油在离心力的作用下从单向阀的阀孔中流出，保证了离合器的彻底分离。

当离合器处于结合状态，互相压紧在一起的钢片和摩擦片之间要有足够的摩擦力，以保证传递动力时不产生打滑现象。离合器所能传递的动力的大小主要取决于摩擦片的面积、片数及钢片和摩擦片之间的压紧力。钢片和摩擦片之间压紧力的大小由作用在离合器活塞上的液压油的油压及活塞的面积决定。当压紧力一定时，离合器所能传递的动力的大小就取决于摩擦片的面积和片数。在同一个自动变速器中通常有几个离合器，它们的直径、面积基本上相同或相近，但它们所传递的动力的大小往往有很大的差异。为了保证动力的传递，每个离合器所使用的摩擦片的片数也各不相同。离合器所要传递的动力越大，其摩擦片的片数就应越多。一般离合器摩擦片的片数为（2~6）片。离合器钢片的片数应等于或多于摩擦片的片数，以保证每个摩擦片的两面都有钢片。此外，同一厂家生产的同一类型的自动变速器可以在不改变离合器外形、尺寸的情况下，通过增减各个离合器摩擦片的片数来形成不同型号的自动变速器，以满足不同排量车型的使用要求。在这种情况下，当减少或增加摩擦片的片数时，要相应增加或减少钢片的个数或增减调整垫片的厚度，以保证离合器的自由间隙不变。因此，有些离合器在相邻两个摩擦片之间装有两片钢片，这是为了保证自动变速器在改型时的灵活性，并非漏装了摩擦片。

（2）爪型离合器的结构与原理

爪型离合器是利用齿进行啮合的离合器，力矩的传递可以是两个方向也可以是单方向的。这种离合器与摩擦离合器不同，它的力矩传递是靠齿啮合进行的，全无滑动，传递准确。其缺点是在离合器离合时伴有冲击，切断动力传递需要较大的力。然而，因为其结构简单，力矩传递容量大，所以可以用在转速或传递力矩被切断时进行通断的前进与后退的换挡上。

图1-12所示是爪型离合器的一种结构，爪型套靠液压伺服缸活塞移动。图中所示是中间轴与中间倒挡齿轮相啮合的位置。伺服缸活塞工作时，液压离合器C的回路释放，倒挡齿轮的力矩传递中断，爪型套便容易动作。

三个基本元件之一与变速器壳体相连，使该元件被约束固定而不能旋转。制动器的结构型式较多，目前最常见的是带式制动器和片式制动器两种。

（1）带式制动器的结构与工作原理

带式制动器是利用围绕在鼓周围的制动带收缩而产生制动效果的一种制动器。带式制动器的优点是：有良好的抱合性能；占用变速器较小的空间；当制动带贴紧旋转时，会产生一个使制动鼓停止旋转的所谓自增力作用的楔紧作用。

①带式制动器结构组成

带式制动器又称为制动带，它主要由制动鼓、制动带、液压缸及活塞等组成，如图1-13所示。

图1-13 带式制动器

1-变速器壳体 2-制动带 3-制动鼓 4-活塞 5-液压缸施压腔 6-液压缸端盖 7-液压缸释放腔 8-推杆 9-调整螺钉 10-回位弹簧

②制动带的结构型式

带式制动器中的制动带是制动器的关键元件之一，它是由在卷绕的钢带底板上粘接摩擦材料所制成的。钢带的厚度约为0.76mm～2.64mm。厚的钢带能产生大的夹紧力，用于发动机功率大的汽车自动变速器。薄的钢带能施加的夹紧力小，但因其柔性好，自增力作用强，所以能产生较大的制动力。

粘接在钢带内表面上的摩擦材料，其摩擦性能对自动变速器的性能来说是十分重要的。用于自动变速器的摩擦材料有多种类型，在商用汽车上一般采用硬度较高的铜基粉末冶金材料和半金属摩擦材料，在小客车上采用纸基摩擦材料。纸基摩擦材料由纤维素纤维、酚醛树脂和填充剂组成。酚醛树脂作为粘接剂，将纤维素纤维连接成连续的基体。填充剂用来增加材料的强度、提高摩擦性能和耐磨性。自动变速器摩擦材料的填充剂有石墨、金属和陶瓷材料的粉末。现代的纸基摩擦材料已经可以用作重载下工作的摩擦元件，摩擦性能稳定，且纤维素纤维资源丰富，成本低，制造摩擦材料的工艺也较简单，可以降低自动变速器的造价，因而得到广泛的应用。

③带式制动器的工作原理

带式制动器的制动鼓与行星齿轮机构的某一个基本元件相连接，并随之一起转动。制动带的一端支承在变速器壳体上的制动带支架或制动带调整螺钉上，另一端与液压缸活塞上的推杆连接。液压缸被活塞分隔为施压腔和释放腔两部分，分别通过各自的控制油道与控制阀相通。制动带的工作由作用在活塞上的液压油压力所控制。当液压缸的施压腔和释放腔内均无液压油时，带式制动器不工作，制动带与制动鼓之间有一定的间隙，制动鼓可以随着与它相连接的行星排基本元件一同旋转。当液压油进入制动器液压缸的施压腔时，作用在活塞上的液压油压力推动活塞，使之克服回位弹簧的弹力而移动，活塞上推杆随之向外伸出，将制动带箍紧在制动鼓上，于是制动鼓被固定住而不能旋转，此时制动器处于制动状态。在制动

图1-14 油压作用在活塞一侧的伺服油缸

1-缸筒 2-活塞 3-弹簧 4-作用杆

油压在不同的时该分别作用于活塞的左侧或右侧。当油压作用于活塞的左侧时，右侧的油腔通泄油道，活塞右移压缩弹簧，并把作用杆推向制动带抱住制动鼓，如图1-15（a）所示。当活塞左侧的油腔泄油时，右侧的油腔和压力油道接通，在弹簧弹力和油压的作用下，活塞左移，制动器放松，如图1-15(b)所示。当活塞回到原来位置后，伺服油缸的释放侧（右侧）仍保持油压作用，以使制动器保持在不起作用的位置。这是一种较为常用的结构型式，其优点是制动器结合比较平稳，要求制动器不起作用时，分离比较迅速。

器处于制动状态且有液压油进入液压缸的释放腔时，由于释放腔一侧的活塞面积大于是施压一侧的活塞面积，活塞两侧所受的液压压力不相等，释放腔一侧的压力大于施压腔一侧的压力，因此活塞在这一压力差及回位弹簧弹力的共同作用下后移，推杆随之回缩，制动带被放松，使制动器由制动状态转成释放状态。这种控制方式可以使控制系统得到简化。当带式制动器不工作或处于释放状态时，制动带与制动鼓之间应有适当的间隙，间隙太大或太小都会影响制动器的正常工作。这一间隙的大小可用制动带调整螺钉来调整。在装复时，一般将螺钉向内拧紧至一定力矩，然后再退回规定的圈数（通常为2圈～3圈）。

带式制动器结构简单、轴向尺寸小，维修方便，在早期的自动变速器中应用较多；但它的工作平顺性较差。为了克服一缺陷，可在控制油路中设置缓冲阀或减振阀，使之在开始结合时液压缸内的油压能缓慢上升，以缓和制动力的增长速度，改善工作平顺性。

④伺服机构的结构与工作原理

伺服机构是一种自动控制机构，它能以一定的精度自动按照输入信号的变化规律动作。对于带式制动器的伺服机构来说，要根据节气门信号和转速信号自动地调节作用力。伺服机构由伺服油缸和伺服杆系组成。

a.伺服油缸

伺服油缸由缸筒、活塞和复位弹簧等主要零件组成。伺服油缸起作用以夹紧和松开变速器的制动带的方式有以下几种：

油压作用在与弹簧力相反的一侧。当油压作用在活塞上，活塞所受的推力克服弹簧的弹力向右运动，并推动作用杆使制动带夹紧制动鼓，如图1-14（a）所示。当作用在活塞上油压被切断并被泄放掉时，作用在活塞另一侧的弹簧弹力推动活塞左移，使活塞回到原先的位置，制动器放松，如图1-14(b)所示。这是一种最简单的结构。

图1-15 两侧有油压作用的伺服油缸

1-作用油孔 2-缸筒 3-弹簧 4-放松油孔 5-活塞 6-伺服杆系

图1-16 片式制动器

1-制动毂 2-卡环 3-挡圈 4-钢片和摩擦片 5-弹簧座 6-回位弹簧 7-制动器活塞

8、9-密封圈 10-碟形环 11-变速器壳体。

片式制动器的工作平顺性优于带式制动器，因此近年来在轿车自动变速器中，采用片式制动器的越来越多。另外，片式制动器也易于通过增减摩擦片的片数来满足不同排量发动机的要求。

3、单向超越离合器的结构与工作原理

单向超越离合器又称单向啮合器或自由轮离合器，与其他离合器的区别是，单向超越离b.伺服杆系

伺服杆系是连接制动伺服油缸和制动带的杠杆系统，有直杆式、杠杆式、悬臂梁式等型式。

直杆式 这种型式的作用杆是一根直推杆，直接将伺服油缸的力传给制动带的自由端。这种型式杆系只有在制动鼓受最大扭矩作用时，因伺服油缸的尺寸足够大，使变速器内有空间安装直杆时才采用。

杠杆式 杠杆式杆系是用一个杠杆推动制动带的作用推杆。这种杆系用在因变速器壳空间位置所限制，不能安装直杆式伺服杆系的地方。这种杆系改变了活塞杆推力的作用方向，同时也增大了作用在制动带上的推力。

悬臂梁式 这种伺服杆系用一个摇臂和一个作用于制动带两端的悬臂将伺服油缸的作用杆和制动带连接起来，制动带没有固定支座。当活塞的作用力施加到作用杆上时，通过摇臂、悬臂梁和推杆将制动带收紧。因为制动带由推杆和悬臂梁相向夹紧，所以悬臂梁式伺服杆系像杠杆式伺服杆系那样起到增大作用力的作用。同时由于制动带能自动定心和平稳地绕着制动鼓收缩，所以制动带作用平顺，磨损减少。

（2）片式制动器的结构与工作原理

片式制动器由制动鼓、制动器活塞、回位弹簧、钢片、摩擦片及制动毂等部件组成。它的工作原理和多片湿式摩擦离合器基本相同，但片式制动器的制动鼓（相当于离合器鼓）固定在变速器壳体上（图1-16）。钢片通过外花键齿安装在固定于变速器壳体上的制动鼓内花键齿圈中，或直接安装在变速器壳体上的内花键齿圈中，摩擦片则通过内花键齿和制动鼓上的外花键齿连接。当制动器不工作时，钢片和摩擦片之间没有压力，制动器毂可以自由旋转。当制动器工作时，来自控制阀的液压油进入制动器毂内的液压缸中，油压作用在制动器活塞上，推动活塞将制动器摩擦片和钢片夹紧在一起，与行星排某一基本元件连接的制动器毂就被固定住而不能旋转。

合器无需控制机构，它是依靠其单向锁止原理来发挥固定或连接作用的，力矩的传递是单方向的，其连接和固定完全由与之相连接元件的受力方向所决定，当与之相连接元件的受力方向与锁止方向相同时，该元件即被固定或连接；当受力方向与锁止方向相反时，该元件即被释放或脱离连接；即在驱动轴与从动轴之间 ，只能使从动轴作一个方向回转，反方向具有空转机能。

单向超越离合器有多种型式，常用有棘轮式、滚柱斜槽式和楔块式三种型式。

（1）棘轮式单向超越离合器

棘轮式单向超越离合器主要由外轮、棘轮、棘爪和叶片弹簧等组成，如图1-17所示为棘轮式单向超越离合器的一种型式。

图1-18 滚柱斜槽式单向超越离合器

1-外环 2-内环 3-滚柱 4-弹簧。

内环通常用内花键和行星齿轮排的某个基本元件或者和变速器壳体连接，外环则通过外花键和行星排的另一侧基本元件连接或者和变速器外壳连接。在外环的内表面制有与滚柱相同数目的楔形槽。内外环之间的楔形槽内装有滚柱和弹簧。弹簧的弹力将各滚柱推向楔形槽较窄的一端。当外环相对于内环朝顺时针方向转动时，在刚刚开始转动的瞬间，滚柱便在摩擦力和弹簧弹力的作用下被卡死在楔形较窄的一端，于是内外环互相连接成一个整体，不能相对转动，此时单向超越离合器处于锁止状态，与外环连接的基本元件被固定住或者和与内环相连接的元件连成一整体。当外环相对于内环朝逆时针方向转动时，滚柱在摩擦力的作用图1-17 棘轮式单向超越离合器

1-外轮 2-棘爪 3-棘轮 4-叶片弹簧。

当外轮相对于棘轮顺时针方向旋转时，棘爪卡住棘轮，外轮与棘轮连为一体，不能相对运动，离合器处于锁止状态；当外轮相对于棘轮逆时针方向旋转时，棘爪与棘轮之间产生相对滑动，外轮成为自由轮，单向超越离合器处于自由状态。

（2）滚柱斜槽式单向超越离合器

滚柱斜槽式单向超越离合器由外环、内环、滚柱、滚柱回位弹簧等组成，如图1-18所示。

图1-19 楔块式单向超越离合器

1-外环 2-内环 3-楔块。

楔块式单向超越离合器的锁止方向取决于楔块的安装方向。维修时不可装反，以免影响自动变速器的正常工作。

三、供油系统的结构与工作原理

近代所使用的自动变速器都离不开液压系统，而液压系统的液压油是由供油系统所提供的，因此，供油系统是汽车自动变速器中不可缺少的重要组成部分之一。

（一）供油系统的基本组成及作用

供油系统的结构组成，因其用途不同而有所不同，但主要组成部分基本相同，一般由各分支供油系统、油泵及辅助装置，压力调节装置等部分组成。

供油系统的作用是向变速器各部分提供具有一定油压。足够流量、合适温度的液压油。具体作用是：

（1）给变速器（或偶合器）供油，并维持足够的补偿压力和流量，以保证液力元件完下，克服弹簧的弹力，滚向楔形槽较宽的一端，出现打滑现象，外环相对于内环可以作自由滑转，此时单向超越离合器脱离锁止而处于自由状态。

单向超越离合器的锁止方向取决于外环上楔形槽的方向。在装配时不得装反，否则，会改变其锁止方向，使行星齿轮变速器不能正常工作。

有些单向超越离合器的楔形槽开在内环上，其工作原理和楔形槽开在外环上的相同。

（3）楔块式单向超越离合器

楔块式单向超越离合器的结构和滚柱斜槽式单向超越离合器的结构基本相似，也有外环、内环、滚子（楔块）等（如图1-19所示）。不同之处在于，它的外环或内环上都没有楔形槽，其滚子不是圆柱形的，而是特殊形状的楔块。楔块在A方向上的尺寸略大于内外环之间的距离B，而在C方向上的尺寸略小于B。当外环相对于内环朝顺时针方向转动时，楔块在摩擦力的作用下立起，因自锁作用而被卡死在内外环之间，使内环与外环无法相对滑转，此时单向超越离合器处于锁止状态；当外环相对于内环朝逆时针方向旋转时，楔块在摩擦力的作用下倾斜，脱离自锁状态，内环与外环可以相对滑动，此时单向超越离合器处于自由状态。

成传递动力的功能；防止变矩器产生的气蚀，并及时将变矩器的热量带走，以保持正常的工作温度。

（2）在一部分工程车辆和重型运输车辆中，还需向液力减速器提供足够流量及温度适宜的油液，以便能适时地吸收车辆的动能，得到满意的制动效果。

（3）向控制系统供油，并维持主油路的工作油压，保证各控制机构顺利工作。

（4）保证换挡离合器等的供油，以满足换挡等的操纵需要。

（5）为整个变速器各运动零件如齿轮、轴承、止推垫片、离合器摩擦片等提供润滑用油，并保证正常的润滑油温度。

（6）通过油料的循环散热冷却，使整个自动变速器的发热量得以散逸，使变速器保持在合理的温度范围内工作。

（二）供油油泵的结构与工作原理

油泵是自动变速器中最重要的总成之一，它通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。在变速器的供油系统中，常用的油泵有内啮合齿轮泵、转子泵和叶片泵。由于自动变速器的液压系统属于低压系统，其工作油压通常不超过2MPa，所以应用最广泛的仍然是齿轮泵。

1、内啮合齿轮泵的结构与工作原理

内啮合齿轮泵主要由外齿齿轮、内齿齿轮、月牙形隔板，泵壳、泵盖等组成，图1-20所示为典型的内啮合齿轮泵及其主要零件的外形。液压泵的齿轮紧密地装在泵体的内腔里，外齿齿轮为主动齿轮，内齿齿轮为从动齿轮，两者均为渐开线齿轮；月牙形隔板的作是将外齿齿轮和内齿齿轮隔开。内齿和外齿齿轮紧靠着月牙形隔板，但不接触，有微小的间隙。泵体是铸造而成的，经过精加工，泵体内有很多油道，有进油口和出油口，有的还有阀门或电磁阀。泵盖也是一个经精加工的铸件，也有很多油道。泵盖和泵体用螺栓连接在一起。

图1-20 典型的齿轮泵

1-月牙形隔板 2-驱动齿轮（外齿轮） 3-被动齿轮（内齿轮）4-泵体 5-密封环 6-固定支承 7-油封 8-轴承。

内啮合齿轮泵的工作原理如图1-21所示。月牙形隔板将内齿轮与外齿轮的之间空出的容积分隔成两个部分，在齿轮旋转时齿轮的轮齿由啮合到分离的那一部分，其容积由小变大，称为吸油腔；齿轮由分离进入啮合的那一部分，其容积由大变小，称为压油腔。由于内、外齿轮的齿顶和月牙形隔板的配合是很紧密的，所以吸油腔和压油腔是互相密封的。当发动机运转时，变矩器壳体后端的轴套带动小齿轮和内齿轮一起朝图中顺时针方向运转，此时在吸油腔内，由于外齿轮和内齿轮不断退出喷合，容积不断增加，以致形成局部真空，将油盘中的液压油从进油口吸入，且随着齿轮旋转，齿间的液压油被带到压油腔；在压油腔，由于小齿轮和内齿轮不断进入啮合，容积不断减少，将液压油从出油口排出。油液就这样源源不断地输往液压系统。

图1-22 摆线转子泵

图1-21 内啮合齿轮泵

1-小齿轮 2-内齿轮 3-月牙形隔板 4-吸油腔 5-压油腔 6-进油道 7-出油道。

油泵的理论泵油量等于油泵的排量与油泵转速的乘积。内啮合齿轮泵的排量取决于外齿齿轮的齿数、模数及齿宽。油泵的实际泵油量会小于理论泵油量，因为油泵的各密封间隙处有一定的泄漏。其泄漏量与间隙的大小和输出压力有关。间隙越大、压力越高，泄漏量就越大。

内啮合齿轮泵是自动变速器中应用最为广泛的一种油泵，它具有结构紧凑、尺寸小、重量轻、自吸能力强、流量波动小、噪音低等特点。各种丰田汽车的自动变速器一般都采用这种油泵。

2、摆线转子泵的结构与工作原理

摆线转子泵由一对内啮合的转子、泵壳和泵盖等组成（如图1-22所示）。内转子为外齿轮，其齿廓曲线是外摆线；外转子为内齿轮，齿廓曲线是圆弧曲线。内外转子的旋转中心不同，两者之间有偏心距e。一般内转子的齿数为4、6、8、10等，而外转子比内转子多一个齿。内转子的齿数越多，出油脉动就越小。通常自动变速器上所用摆线转子泵的内转子都是10个齿。

图1-23 叶片泵

1-转子 2-定位环 3-定子 4-叶片 A-进油口 B-出油口。

当转子旋转时，叶片在离心力或叶片底部的液压油压力的作用下向外张开，紧靠在定子内表面上，并随着转子的转动，在转子叶片槽内作往复运动。这样在每两个相邻叶片之间便形成密封的工作腔。如果转子朝顺时针方向旋转，在转子与定子中心连线的右半部的工作腔容积逐渐减小，将液压油从出油口压出。这就是叶片泵的工作过程。

叶片泵的排量取决于转子直径、转子宽度及转子与定子的偏心距。转子直径、转子宽度及转子与定子的偏心距越大，叶片泵的排量就越大。

叶片泵具有运转平稳、噪音小、泵油油量均匀、容积效率高等优点，但它结构复杂，对液压油的污染比较敏感。

4、变量泵的结构与工作原理

上述三种油泵的排量都是固定不变的。所以也称为定量泵。为保证自动变速器的正常工作，油泵的排量应足够大，以便在发动机怠速运转的低速工况下也能为自动变速器各部分提供足够大的流量和压力的液压油。定量泵的泵油量是随转速的增大而正比地增加的。当发动机在中高速运转时，油泵的泵油量将大大超过自动变速器的实际需要，此时油泵泵出的大部分液压油将通过油压调节阀返回油底壳。由于油泵泵油量越大，其运转阻力也越大，因此1-驱动轴 2-内转子 3-外转子 4-泵壳 5-进油腔 6-出油腔 e-偏心距

发动机运转时，带动油泵内外转子朝相同的方向旋转。内转子为主动齿，外转子的转速比内转子每圈慢一个齿。内转子的齿廓和外转子的齿廓是一对共轭曲线，它能保证在油泵运转时，不论内外转子转到什么位置，各齿均处于啮合状态，即内转子每个齿的齿廓曲线上总有一点和外转子的齿廓曲线相接触，从而在内转子、外转子之间形成与内转子齿数相同个数的工作腔。这些工作腔的容积随着转子的旋转而不断变化，当转子朝顺时针方向旋转时，内转子、外转子中心线的左侧的各个工作腔的容积由大变小，将液压油从出油口排出。这就是转子泵的工作过程。

摆线转子泵的排量取决于内转子的齿数、齿形、齿宽以内外转子的偏心距。齿数越多，齿形、齿宽及偏心距越大，排量就越大。

摆线转子泵是一种特殊齿形的齿形的内啮合齿轮泵，它具有结构简单、尺寸紧凑、噪音小、运转平稳、高速性能良好等优点；基制点是流量脉动大，加工精度要求高。

3、叶片泵的结构与工作原理

叶片泵由定子、转子、叶片、壳体及泵盖等组成，如图1-23所示。转子由变矩器壳体后端的轴套带动，绕其中心旋转；定子是固定不动的，转子与定子不同心，二者之间有一定的偏心距。

这种定量泵在高转速时，过多的泵油量使阻力增大，从而增加了发动机的负荷和油耗，造成了一定的动力损失。

为了减少油泵在高速运转时由于泵油量过多而引起的动力损失，上述用于汽车自动变速器的叶片泵大部分都设计成排量可变的型式（称为变量泵或可变排量式叶片泵）。这种叶片泵的定子不是固定在泵壳上，而是可以绕一个销轴作一定的摆动，以改变定子与转子的偏心距，如图1-24所示。从而改变油泵的排量。

图1-24 变量泵

1-泵壳 2-定子 3-转子 4-叶片 5-进油口 6-滤网 7-回位弹簧 8-销轴 9-反馈油道 10-出油口 11-卸压口

在油泵运转时，定子的位置由定子侧面控制腔内来自油压调节阀的反馈油压来控制。当油泵转速较低时，泵油量较小，油压调节阀将反馈油路关小，使反馈压力下降，定子在回位弹簧的作用下绕销轴向顺时针方向摆动一个角度，加大了定子与转子的偏心距，油泵的排量随之增大；当油泵转速增高时，泵油量增大，出油压力随之上升，推动油压调节阀将反馈油路开大，使控制腔内的反馈油压上升，定子在反馈油压的推动下绕销轴朝逆时针方向摆动，定子与转子的偏心距减小，油泵的排量也随之减小，从而降低了油泵的泵油量，直到出油压力降至原来的数值。

定量泵的泵油量和发动机的转速成正比，并随发动机转速的增加而不断增加；变量泵的泵油量在发动机转速超过某一数值后就不再增加，保持在一个能满足油路压力的水平上，从而减少了油泵在高转速时的运转阻力，提高了汽车的燃油经济性。

（三）调压装置

自动变速器的供油系统中，必须设置油压调节装置，一方面是因为油泵泵油量是变化的。自动变速器的油泵是由发动机直接驱动的，油泵的理论泵油量和发动机的转速成正比，为了保证自动变速器的正常工作，当发动机处于最低转速工况（怠速）时，供油系统中的油压应能满足自动变速器各部分的需要，防止油压过低使离合器、制动器打滑，影响变速器的动力传递；但如果只考虑怠速工况，由于发动机在怠速工况下的转速（750r/min左右）和最高转速（6000r/min左右）之间相差太大，那么当发动机高速运转时，油泵的泵油量将大大超过自动变速器各部分所需要的油量和油压，导致油压过高，增加发动机的负荷，并造成换挡冲击。另一方面是因为自动变速器中各部分对油压的要求也不相同。因此，要求供油系统

提供给各部分的油压和流量应是可以调节的。

自动变速器供油系统的油压调节装置是由主油路调压阀（又称一次调节阀）、副调压阀（又称二次调节阀）、单向阀和安全阀等组成。图1-25所示为一种油压调节阀装置的结构图。

图1-26 油压调节阀的结构简图

1-阀芯 2-阀体 3-弹簧 a-来自油泵的压力油进口 b-输往选挡阀的出油口 c-和a连通的进油口 d输往变矩器的出油口 e-泄油道 f-节气门调节压力的进口

来自油泵的压力油液从进油口a进入，并作用到阀芯的右端，来自于节气门调节阀和图1-25 油压调节装置

1-一次调节阀 2-油泵 3-安全阀 4-二次调节阀 5-单向阀

1、主油路调压阀

主油路调压阀又称一次调节阀，它的作用是根据汽车行驶速度和化油器节气门开度的变化，自动调节流向各液压系统的油压，保证各系统液压的稳定，使各信号阀工作平稳。主油路调压阀一般由阀芯，阀体和弹簧等主要元件组成。图1-26所示为油压调节阀的结构简图。

手动阀倒挡油路的两个反馈油压则经进油口f作用在阀芯的左端。

当发动机负荷较小，输出功率较小时，此时的节气门调节压力也较低，作用在阀芯右端的油液压力较高，油压所产生的作用力大于阀芯左端弹簧预紧力和节气门调节压力对阀芯的作用力时，弹簧将被压缩，阀芯向左移动，阀芯中部的密封台肩将使泄油口露出一部分（来自油泵的油液压力越高则泄油口露出越多），来自油泵的油液有一部分经出油口b输住选挡阀，有一部分经出油口d输出往变矩器，还有一部分泄油口流回油盘，使油压下降，直至油液压力所产生的推力与调压弹簧的预紧力和节气门调节压力的合力保持平衡为止，此时调压阀以低于油泵输入压力的油压输出；当节气门开度增大，输出功率增大时，此时增大了的节气门调节油压将使阀芯向右移动，阀芯中部的密封台肩将堵住泄油口，泄油口开度降低，泄油道减小或处于封闭状态，使油压上升，调节阀以高于油泵输入压力的油压输出。节气门开度越大，调压阀输出的压力越高，输往选挡阀和变矩器去的油液压力将随所要传递的功率的增大而增大，则时可使油液压力保持在相对稳定的范围（通常为0.5MPa~1MPa）内。

在阀芯的右端还作用着另一个反馈油压，它来自于压力校正阀。这一反馈油压对阀芯产生一个向左的推力，使主油路调压阀所调节的主油路油压减小。

当自动变速器处于前进挡的1挡或2挡时，倒挡油路油压为0，压力校正阀关闭，调压阀右端的反馈油压也为0。而当变速器处于3挡或超速挡时，若车速增大到某一数值，压力校正阀开启，来自节气门阀的压力油经压力校正阀进入调压阀右端。增加了阀芯向左的推力，使主油路油压减小，减小了油泵的运转阻力。当自动变速器处于倒挡时，来自手动阀的倒挡油路压力油进入阀芯的左端，阀芯左端的油压增大，主油路调压阀所调节的主油路压力也因此升高，满足了倒挡时对主油路油压的需要。此时的主油路油压称为倒挡油压。

2、副调压阀和安全阀

副调压阀又称二次调节阀，它的作用是根据汽车行驶速度和化油器节气门开度的变化，自动调节变矩器的油压、各部件的润滑油压和冷却装置的冷却油压。

二次调节阀也是由阀体、阀芯和弹簧等组成。当发动机转速低或化油器油门关闭时，二次调压阀在弹簧的作用下，把通向液压油冷却装置的油道切断。当发动机转速升高和液力变矩器油压升高时，把油路开放。发动机停止转动时，二次调压阀用一个单向控制阀把液力变矩器的油路关闭，使液压油不能外流，以免影响转矩输出。

安全阀实际上也是一个调压阀，由弹簧和钢球组成，并联在油泵的进、出油口上，以限制油泵压力。当油泵压力高时，压开钢球，油经钢球和油道流回油盘。

旁通阀（单向阀）是液压油冷却装置的保护器，与冷却装置并联。当流到冷却装置的液压油温度过高、压力过大时，阀体打开，起旁通作用，以免高温、高压的液压油损坏冷却装置。

（四）辅助装置

自动变速器供油系统中除了油泵及各种流量控制阀外，还包括许多辅助装置。这里仅就油箱和滤清器作一些简单介绍。

1、油箱

自动变速器的油箱，常见的型式有总体式和分离式两类。前者与自动变速器连成一体，直接把变速器的油底壳作为油箱使用。后者则分开独立布置，由管道与变速器连通。分离式油箱在布置上比较自由，允许有足够的容量而不增加变速器的高度。通常油箱都有可靠的密封，以防油液泄漏和杂质进入，有时还可采用充压密封式油箱，以改善油泵的吸油效果。对于某些工程车辆和重型车辆的综合传动箱，还可根据箱体结构分隔成两个或多个互通的油池，以保证可行的油液循环。

在一定条件下，油箱高度取决于油箱尺寸的大小。在正常油箱温度条件下工作时，油箱液面应保持正确的高度。油面过低，则油泵在吸油时可能吸入空气。空气的可压缩性会导

致难以正常工作，并且使换挡过程中出现打滑和接合延迟现象，使得变速器机件发热和加速磨损。反之，若油面过高，则将因齿轮等零件搅拌而形成泡沫层，同样也会产生过热和打滑，加速油液的氧化。正确的液面高度根据冷态和热态时不同的标尺刻度进行检查。泵的吸油口应低于最低油面高度，以防吸入空气。

此外，一般油箱还应有个通气孔，以保证油箱内正常的大气压。

2、滤清器

自动变速器由于液压系统零件的高精密度及工作性能的灵敏度，使其对油液的清洁程度要求极高。经过长期使用后，由于油液变质、零件磨损颗粒、摩擦衬面剥落、密封件磨损脱落、空气中的尘埃颗粒，以及其它污物都可能使油液污染，而导致各种故障的发生，如滑阀受卡、节流孔堵塞、随动滑阀失灵，因此，应采用多种措施对油液进行严格过滤。

在自动变速器供油系统中，通常设有三种形式的滤油装置。

（1）粗滤器

精滤器通常装在油泵的吸油管端，用以防止大颗粒或纤维杂物进入供油系统。为了避免出现吸油气穴现象，一般采用80μm～110μm的金属丝网或毛织物作为滤清材料，以保证不产生过大的降压。

（2）精滤器

精滤器通常设置在回油管道或油泵的输出管道上，它的作用是滤去油液中的各种微小颗粒，提高油液的清洁度，避免颗粒杂物进入控制系统。因此，要求精滤器有较高的过滤精度。例如有的重型自动变速器的精滤器的过滤精度为40μm，保证大于0.04mm的颗粒杂物不得进入控制系统。这样，油液必须在压力状态下通过精滤器，并产生一定的压降。在某些复杂的重型车辆和工程车辆中，常设计有专用的旁路式精滤器，用一个专用的油泵来驱使油液通过精滤器。

（3）阀前专用滤清器

在一些自动变速器的控制系统中，常在一些关键而精密的控制阀前，例如，双边节流的参数调压阀前的油路中，串接设置有专用的阀前滤清器，以防止杂质进入节流孔隙处造成调压阀失灵，影响整个控制系统的工作。这种阀前滤清器应尽量设置在接近于被保护的控制阀处，并且只为该阀所专用。通常，由于它要求通过的流量不大，这种滤清器的尺寸都做得很小，过滤材料则用多层的金属丝或微孔滤纸。

四、自动换挡控制系统的结构与工作原理

自动变速器控制系统由各种控制阀板总成、电磁阀、控制开关、控制电路等组成，电子控制自动变速器的控制系统还包括各种传感器、执行器、电脑等。

控制系统的主要任务是控制油泵的泵油压力，使之符合自动变速器各系统的工作需要；根据操纵手柄的位置和汽车行驶状态实现自动换挡；控制变矩器中液压油的循环和冷却，以及控制变矩器中锁止离合器的工作。控制系统的工作介质是油泵运转时产生的液压油。油泵运转时产生的液压油进入控制系统后被分成两个部分：一部分用于控制系统本身的工作，另一部分则在控制系统的控制下送至变矩器或指定的换挡执行元件，用于操纵变矩器及换挡执行元件的工作。

（一）自动换挡控制的原理

为实现自动换挡，必须以某种（或某些）参数作为控制的依据，而且这种参数应能用来描述车辆对动力传动装置各项性能和使用的要求，能够作为合理选挡的依据，同时，在结构上易于实现，便于准确可靠地获取。目前常用的控制参数是车速和发动机节气门开度。

至目前为止，常用的控制系统有两种：一种是只以车速或变速器输出轴转速作为控制参数的系统称为单参数控制系统；另一种是以车速和节气门开度作为控制参数的系统称为双参数控制系统。

1、单参数控制系统的原理

单参数控制系统只是以车速为控制参数。在发动机负荷一定的条件下，车速越大，说明行驶阻力越小，一般应选择传动比小的高挡工作；车速越低，说明路面阻力大，应选择较低挡位工作，以保证有足够的驱动力。

单参数控制系统的原理如图1-27所示。轴1以与车速成正比的转速旋转，转速升高，重锤2的离心力增大，使重锤向外甩动，推动轴3向右移动，使弹簧5压缩。轴3上连接的触点4与各挡的导电薄片相接触时，可以接通换挡机构的控制电路，得到相应的挡位。轴3与触点4的位置，即是重锤2的离心推力与弹簧力平衡的位置。

图1-27 单参数控制系统的原理示意图

1-旋转轴 2-重锤 3-推力轴 4-触点 5-弹簧 6-挡位导电薄片。

当车速增大的，旋转轴1的转速也增大，离心推力带动推力轴3和触点4进一步右移，当车速增加到定一值，触点4由薄片I移至II，变速器也相应地由一挡换入二挡，实现自动变速。

2、双参数控制系统的原理

双参数控制系统是以车速和节气开度为控制参数的。通常，节气门开度的大小，反映了车速对发动机负荷（或动力）的需求。在自动换挡控制系统中，发动机负荷的大小，除了用加速踏板位置或节气门的位置表示外，还可以用进气管真空度来表示。对柴油机来说，则可用供油调节拉杆的位置来表示。所有这些统称为节气门开度。一般来说，节气门开度越大，发动机的负荷就越大，输出的功率也就越大。

图1-28为双参数控制自动变速机构的原理示意图。这个机构和单参数控制系统不同之处是在弹簧5的右端还受与加速踏板8相连的节气门作用轴7的作用。当踩下加速踏板时，节气门开度增大，负荷增大，这时通过轴7从右端压缩弹簧5。因此，轴3和触点4的位置取决于车速的大小，还受节气门踏板位置的影响。如果节气门开度增加，则需要有更高的车速才能使轴3克服弹簧5的作用力而右移。也就是说，在节气门开度（负荷）增大时，需要较高的车速才能升挡，同样，降挡时的车速也较高。因此，单参数控制机构不能广泛地反映汽车和发动机的工作情况，所以只有在早期的自动变速器中得到采用。现代汽车自动变速器中，广泛采用双参数控制系统。

图1-29 机械作用式节气门调压阀结构简图

1-摇臂 2-柱塞 3-弹簧 4-阀芯 a-进油口 b-出油口 c-泄油口 d-强制降挡油口。

当踩下加速踏板，使节气门开度增大时，摆臂1沿逆时针方向转动，推动柱塞2右移，压缩弹簧3，使弹簧力增大，弹簧力则推动阀芯4右移，使进油口a的开口量增大，而泄油口的开口量减小，于是通往控制装置的输出油压Pa上升。阀芯右端的油室与出油口b相通，Pa压力油对阀芯4产生向左的液压推力。当Pa压力油对阀芯的作用力与弹簧3的作用相平衡时，阀芯就保持在某一工作位置，得到一个稳定的输出信号油压Pa。

当摆臂1沿逆时针方向转到最大转角位置时，柱塞2移动右端位置，其环槽把油口d与b接通，此时输出压力达最大值pamax，并从d口输出，从而达到强制降挡的控制目的。

（2）速度调压阀

自动变速器液压操纵系统速度调节阀一般装在输出轴上，使调节阀能够感应出汽车速度的变化，以得到和汽车速度相对应的输出油压，从而控制自动变速器的换挡时机。速度调压阀有单锤式、双锤式和复锤式等型式。

图1-30 所示为近代汽车自动变速器中应用最广的复锤式速度调压阀。它有两个大小不同的重锤，但只有一个双边节流阀。两个重锤在不同转速范围所起的作用也不同：在低速范围内，大小两个重锤的离心力都作用在滑阀上；在高速范围内，只有小锤的离心力继续作用在滑阀上，速度调压阀的输出信号油压出现不同的两个阶段，所以这种速度阀也称作两级式图1-28 双参数控制系统的原理示意图

1-旋转轴 2-重锤 3-推力 4-触点 5-弹簧 6-挡位导电薄片 7-加速踏板。

（二）自动换挡控制信号及装置

车速和节气门开度的变化要转变成油液压力变化的控制信号，输入到相应的控制系统，改变液压控制系统的工作状态，并通过各自的控制执行机构来进行各种控制，从而实现自动换挡。这种转速装置，称为信号发生器或传感器，常用的控制信号有液压信号和电气信号。

1、液压信号装置

液压信号装置是将发动机负荷（节气门开度）和车速的变化转变成液压信号的装置。常见的液压信号装置有节气门调压阀（简称节气门阀）和速度调压阀（简称速度阀或调速器）两种。

（1）节气门调压阀

节气门调压阀用于产生节气门油压，以便控制系统根据汽车油门（即节气门）开度的大小改变主油路油压和换挡车速，使自动变速器的主油路油压和换挡规律满足汽车的实际使用要求。

节气门调压阀是由节气门开度所控制的，根据控制方式的不同，节气门调压阀有机械作用式节气门调压阀、真空作用式节气门调节阀、带海拔高度补偿装置的真空作用式节气门调节阀及反变化的节气门调节阀等几种型式。在几种型式的节气门调压阀中，由于机械作用式节气门调压阀结构简单、工作可靠，所以使用最广泛。

图1-29是一种机械式节气门调压阀的结构简图。它由柱塞2、阀芯4、弹簧3和阀体等组成。a为进油口，b为出油口，c为泄油口，d为强制降挡油口。

速度阀，而把单锤式速度阀称作单级式速度阀。

图1-30 复锤式速度调压阀结构简图

1-大重锤 2-小重锤 3-滑阀 4-弹簧 5-拉杆 6、7-锁止环 8-变速器输出轴。

复锤式速度调压阀的结构特点是大小重锤1、2和滑阀 3布置在变速器输出轴8的两侧，通过拉杆5相连。大重锤1是个套筒，当输出轴8旋转时，在离心力作用下，它能在阀体内沿轴线方向滑动。在其内部，通过弹簧4将离心力传给小锤即套筒2。两重锤的离心力又通过拉杆5，传递给在输出轴另一侧的滑阀3。大小重锤在甩动外移时，其移动距离受锁片7或6的限制。

速度阀工作时，压力油作用于滑阀的阶梯形环面上，与输出轴另一侧的重锤离心力相平衡。当输出轴转速较低时，大小重锤的离心力都通过拉杆5作用在滑阀3上，因此输出油压Pa随车速的增加而急剧升高。随着输出轴转速的增加，大重锤离心力迅速增大，以至克服弹簧4的张力，外移至极限位置，被锁止片7挡住。这时大重锤的离心力除压缩弹簧4外，不再传递给拉杆5，而由锁止环所承受。当转速再升高时，除了弹簧4的弹力继续作用外，只有小锤2的离心力继续与滑阀环面上的油液压力相平衡。这时由于离心重量变小，速度阀输出信号油压的变化也较缓慢，出现了输出信号油压的阶段性，这种复锤式速度调压阀的信号油压，可以在较大的车速范围内满足换挡控制的要求。

2、电气信号

将控制参数的变化转换成电气信号（通常是电压或频率的变化），经调制后再输入控制器。或将电器信号输入电子计算机，电子计算机根据各种信号输入，作出是否需要换挡的决定，并给换挡控制系统发出换挡指令。在计算机控制的自动变速器上，传感器节气门开度信号的是节气门位置传感器，感传车速变化信号的是速度传感器。

（三）自动换挡控制装置的结构与工作原理

自动换挡控制装置主要用来按照换挡规律的要求，随着控制参数的变化，自动地选择最佳换挡点，发出换挡信号，换挡信号操纵换挡执行机构，完成挡位的自动变换。自动换挡控制系统的功用是由选挡阀（手动阀）、换挡控制阀、换挡品质控制阀等主要元件来实现的。

1、选挡阀的结构与工作原理

选挡阀又称手动阀，它是一种手工控制的多路换向阀，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操纵手柄相连，由驾驶员手工操作。选挡阀根据自动变速器操纵手柄的位置，使自动变速器处于同的挡位状态。在操纵手柄处于不同位置时，如停车挡（P）、空挡（N）、倒挡（R）、前进挡（D）、前进低挡（S、L或2、1）等，手动阀也随之移至相应的位置，使进入手动阀的主油路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，并让不参加工作的控制油路与泄油孔接通，使这些油路中的压力油泄空，从而使控制系统及自动变速器处于不同的工作状态。

图1-31 手动阀的结构及工作原理图

选挡杆在P挡时，手动阀把其他油道都关闭，把通往低压随动阀和顺序动作阀的油路打开，自动变速器只有第三制动器工作。选挡杆在R挡时，手动阀打开，自动变速器通往后离合器和第三制动器的油道，后离合器和第三制动器的动作，变速器工作在倒挡。选挡杆在D挡时，手动阀把前离合器和1-2挡换挡阀、2-3挡换挡阀、减挡压力调节阀和节流阀等油道打开，使自动变速器能在1-3挡间变速工作。选挡杆在二挡时，通过手动阀油道，使2-3挡换挡阀不能移动，变速器不能自动升到3挡。选挡杆在L挡时，手动阀油道压力使1-2挡、2-3挡换挡阀都不能移动，变速器只能在一挡工作。

2、换挡控制阀的结构与工作原理

换挡控制阀（简称换挡阀）是一种由液压控制的2位换向阀，就象一个液压开关，它根据发动机负荷（节气门开度）或汽车速度的变化，自动控制挡位的升降，使自动变速器处于最适合汽车行驶状态的挡位上。

任何一个自动变速器都用一个（1-2挡）或几个（1-2挡、2-3挡等）换挡控制阀（其数目根据变速器前进挡位数而定）来实现自动换挡。图1-32所示为换挡控制阀的工作原理示意图。

图1-32 换挡阀的工作原理示意图

1-换挡阀 2-弹簧 3-主油路进油孔 4-至低挡换挡执行元件 5-至高挡换挡执行元件 6、7-泄油孔 P1-调速器油压 P2-节气门油压 F-弹簧力

图1-31 所示为自动变速器手动阀的结构和工作原理。阀体通过连接杆受选挡杆操纵，阀体能左右移动，移动时能分别打开或关闭阀体中的油道。手动阀的进油口与一次调节阀（主油路压力调节阀）相通，压力为管路压力，出油口与各换挡阀、顺序动作阀和离合器调节阀相通。

在换挡阀的右端作用着来自速度调节阀（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挡阀弹簧的弹力。换挡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高于左端的节气门油压和弹簧弹力之和时，换挡阀保持在右端；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，换挡控制阀移至左端。换挡阀改变方向时，开启或关闭主油路或使主油路的方向发生改变，从而让主油路压力油进入不同的换挡执行元件，使之处于工作状态，以实现不同的挡位，当换挡阀移至左端时，自动变速器升高一个挡位；反之，换挡阀由左端移至右端时，自动变速器降低一个挡位。

由上述分析可知，自动变速器的升挡和降挡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。节气门阀由发动机油门拉索操纵，因此节气门油压取决于发动机的油门开度；油门开度越大，节气门油压也越大；调速器油压取决于车速，车速越高，调速器油压也就越高。若汽车行驶中，油门开度保持不变，则当车速较低时，换挡阀右端的调速器油压较小，低于左端节气门油压和弹簧弹力之和，此时换挡阀保持在右端低挡位置；随着车速的提高，调速器油压逐渐增大，当车速提高到某一车速时，换挡阀右端的调速器油压增大至超过左端节气门油压和弹簧弹力之和，此时换向阀将移向左端高挡位置，让自动变速器升高一个挡位；若汽车在高挡位行驶中因上坡或阻力增大而使车速下降时，调速器油压也随之降低，当车速下降到某一数值时，换挡阀右端的调速器油压将降低至小于左端节气门油压和弹簧弹力之和，此时换挡阀移向右端低挡位置，使自动变速器降低一个挡位。由此可知，当节气门开度不变时，汽车升挡和降挡时刻完全取决于车速。

若汽车行驶中保持较大的油门开度，则换挡阀左端的节气门油压也较大，调速器油压必须在较高的车速下才能达到节气门油压和弹簧弹力之和，使自动变速器升挡，因而相应的升、降挡车速都较高；反之，若汽车行驶中保持较小的油门开度，则换挡阀左端节气门油压也较小，调速器油压在较低的车速下就能达到节气门油压和弹簧弹力之和，因而相应的升、降挡车速都较低。由此可知，汽车的升挡和降挡车速取决于油门的开度，油门的开度越大，汽车升挡和降挡的车速就越高；反之，油门开度越小，汽车升挡和降挡的车速也就越低。这种换挡车速随节气门开度变化的规律十分符合汽车的实际使用要求。当汽车行驶阻力较大时，驾驶员必须将油门保持在较大的开度才能保证汽车的加速，此时汽车的换挡车速也应比平路行驶时稍高一些，以防止过早换挡而导致“拖挡”现象。相反，当汽车平路行驶或载重较小时，油门保持在较小的开度，换挡车速也可以低一些，以节省燃油。

另外在一些自动变速器中还装有强制降挡阀。强制降挡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挡位，以获得良好的加速性能。

强制性降挡阀主要有两种类型，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挡阀，使之打开一个通往各个换挡阀的油路。该油路的压力油作用在换挡阀上，迫使换挡阀移至低挡位置，使自动变速器降低1个挡位，降挡阀的结构如图1-33（a）所示。

图1-33 强制降挡阀

1-节气门拉索 2-节气门阀凸轮 3-强制降挡阀 4-加速踏板 5-强制降挡开关 6-强制降挡电磁阀 7-阀杆 8-阀芯 9-弹簧 A-通主油道 B-通换挡阀。

另一种强制降挡阀是一种电磁阀，由安装在加速踏板上的强制降挡开关控制，如图1-33（b）。当加速踏板踩到底时，强制降挡开关闭合，使强制降挡电磁阀通电，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挡阀的左端（作用着节气门油压的一端），强迫换挡阀右移，让自动变速器降低1个挡位。

（四）换挡品质控制装置的结构与工作原理

1、换挡品质

换挡品质是指换挡过程的平顺性，即换挡过程能平稳而无颠簸或冲击地进行。换挡品质控制是自动换挡液压控制系统中的基本组成部分之一。

对换挡过程的具体要求有两个：一是换挡过程应尽量迅速地完成，以减少由于换挡时间过长而使摩擦元件的磨损增加和减少因换挡期间输入功率低或中断而引起的速度损失；其二是换挡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，延长机件寿命。

以上两个要求是互相矛盾的。换挡过程快，就不可避免地产生较大的冲击和动载荷，换挡过程的平稳性就不好。而如果为了提高换挡过程的平稳性而延长过渡时间，则摩擦元件的滑转时间延长，累计滑摩功增加，导至摩擦元件温度升高、磨损增加。所以，在一般情况下，根据经验，最小滑摩时间在0.4s~1s较为合适，在此前提下再设法提高换挡过程的平稳性。

2、换挡品质控制

换挡过程品质控制的实质就是限制发生过于剧烈的扭矩扰动，改善换挡质量。

（1）自动变速器执行机构的缓冲控制

缓冲控制可从换挡执行机构本身结构 着手，如采用单向离合器代替摩擦元件，采用分阶段作用的液压缸活塞，或采用带缓冲垫的伺服液压缸。当采用可闭锁的液力变矩器时，在换挡过程中可通过断流解锁阀使它解锁成液力工况。

缓冲控制也可从换挡执行机构外部进行，如在液压控制系统内采用蓄能器、缓冲阀、限流阀、节流阀以及节流孔等。

①断流解锁阀

断流解锁阀的功能是在换挡瞬间切断向锁止离合器的供油，使变矩器在换挡过程及随后一段时间内保持在液力工况下工作，以便利用液力元件的减振缓冲作用，改善换挡过程品质。换挡期间断流的时间与车辆的诸多因素有关。在有些重型自动变速器中，完成换挡后保持液力工况的时间为0.3s～0.8s。

图1-34是一种解锁断流阀的结构简图。它由一个阶梯形滑阀1与单向阀2等主要部件组成。主压力油从油道输入，并作用于滑阀的最右端。主压力油液经节流孔3和油道b输往换挡离合器。油道b又经单向阀2与滑阀1左端的油室连通。滑阀1腰部的油道d与c是向变矩器锁止离合器的供油通道。当滑阀1处于如图所示的右端位置时，其腰部环槽将油道d与c连通，变矩器实现闭锁。如果滑阀1左移到一定位置，则将d 与c的通路切断，并将油道c与泄油道相通，这就切断了锁止离合器的供油，并使它泄油解锁。

图1-34 断流解锁阀结构简图

1-滑阀 2-单向节流阀 3-节流孔 a-主压力油进油道 b-换挡离合器供油道 c-锁止离合器供油道。

与变速器换挡时，油道b中的油压瞬时内发生短时间下降。此时，单向节流阀2的两侧也立即产生压力差，使单向阀打开，滑阀左端油室中的油压也随之下降。这就破坏了滑阀两端油压的平衡，滑阀右端的主油压大于左端的压力，因而向左移动。滑阀左移一方面切断锁止离合器的供油使之解锁，同时还使节流孔3被短路，使油道a和b直接连通，保证换挡离合器迅速充油结合。

随着换挡离合器充油过程的完成，油道b中的油压逐渐回升。在单向节流阀2的两侧，逐渐产生反向压差，使油道b中的油压大于滑阀左端油室中的油压，油液自油道b经单向节流阀2的节流孔向滑阀左端的油室充油，左端油室油压回升。由于阶梯形滑阀面积差的作用，当油压升至一定值时就推动滑阀右移。由于单向节流阀2的节流作用，左端油室充油较缓慢，到滑阀完全复位需要一定的时间。只有经过一定时间滑阀复位后，才能恢复向锁止离合器供油，使其重新锁止。

图1-35为一种串联在锁止阀前的一组柱塞阀组成的断流解锁阀。柱塞阀的输出油道e经锁止阀输往锁止离合器。而输入油道则是与各挡离合器供油通道相连通的一组油道a（二挡）、b（三挡）、c（四挡）、d（五挡）。每当换挡发生时，原来挡位的离合器泄油，因此也

图1-35 串联在锁止阀前的断流解锁阀

1、2、3-柱塞 a、b、c、d-各挡断流滑阀的进油道 e-断流柱塞阀的输出油道。

例如在二档升三挡时，油道a立刻泄油卸压，锁止离合器立即分离解锁。与此同时，由于三挡离合器充油，油道b也充油升高。但是，由于柱塞2与1与所处的位置还不能使油道b与油道e马上接通，必须有足够的压力油液推动柱塞2与1移位后，油道才能畅通。由于油道内有一系列节流孔的节流作用，实现柱塞2与1的移位，使油道畅通要经过一定时间。这就使锁止离合器的重新锁止需要有一个时间间隔。

其它挡位的升、降过程，断流阀的作用原理相同，只是因油路结构参数不同，断流时间有所差别。

②限流阀

图1-36是一种限流阀的结构简图。它实际上是一种可控制调节的节流阀，串联在供油通道中。

使锁止离合器立即泄油解锁。但是向锁止离合器的再次充油，必须在换挡离合器完成充油过程之后，经过一段时间才能实现。这样就能保证液力变矩器在换挡期间解锁而得到液力工况。

图1-37 缓冲阀结构示意图

1-滑阀芯 2-阀体 3-弹簧 4-节流孔 a、c-主油压输入油道 b-换挡执行机构油压输出通道 d节气门调节压力输入油道。

④蓄能器

蓄能器又称蓄压器或储能器。自动变速器控制系统中采用的一般是弹簧式蓄能器，它由缸筒1、活塞2和弹簧3组成，如图1-38所示。

图1-36 一种限流阀的结构简图

1-弹性阀片 2-柱塞 3-进油口 4-出油口 Pa-节气门信号油压。

液流自进油口3经弹性阀片1上的小孔及周边的缝隙流向出口4，输往液压执行元件。如图所示，弹性阀片1的开度则由柱塞2来控制，而柱塞2又受节气门信号油压控制。当节气门开度增大时，作用在柱塞2上的控制油压增大，弹性阀片1的开度也增大。反之，节气门开度小时，柱塞上的油压减小，弹性阀片的开度小，这就使得在小节气门开度时供油量减小，液压执行元件完成动作的时间延长。

③缓冲阀

缓冲阀在有的自动变速器中称软接合阀，图1-37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为主压力油的出油道，通往换挡执行机构，使换挡执行机构接合，d为节气门调节压力输入油道。由图可见，经节流后的主压力作用在滑阀芯1的左端，节气门调节压力作用在滑阀芯的右端。在换挡时，主压力油经油道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调节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，节制和缓冲了换挡执行机构油压的升高。

图1-38 蓄能器的结构简图

1-缸筒 2-活塞 3-弹簧

图示蓄能器用于储存少量压力油液，其作用是在换挡时，使压力油液迅速流到换挡执行机构的油缸，并吸收和平缓所输送油压的压力波动。当弹簧3被压缩时，储存能量，而当弹簧伸长时，释放能量。

蓄能器可以只在活塞无弹簧的一侧进油，如图1-39所示，也可以从活塞两侧都进油。图1-39在油路中设置了蓄能器的带式制动器的工作情况示意图。

图1-39 蓄能器工作原理示意图

1-蓄能器活塞 2-油缸 3-弹簧 4-制动器伺服活塞 5-弹簧 6-制动器伺服油缸

7-推杆 a-来自油泵的主压力油液进油道 b-来自换挡阀的主压力油液进油道

当变速器位于空挡或停车挡位置时，主压力油液经油道a进入蓄能器活塞1无弹簧的一侧，使活塞下移并压缩弹簧。在换挡时，来自换挡阀的主压力油液经油道b进入制动器伺服油缸的工作侧（无弹簧的一侧），推动伺服活塞4，使带式制动器夹紧，同时主压力油液也进入蓄能器有弹簧一侧的油室。当蓄能器的弹簧3被压缩时，来自换挡阀的压力油液和蓄能器的油液一起能很快地流到制动器伺服油缸的工作侧。一旦活塞遇到阻力，即制动器开始接合时，蓄能器弹簧一侧的压力升高，弹簧3的作用力将活塞往上推，弹簧伸长，结果由进油口流入的主压力油液有一部分流入蓄能器的下方油室，去充填因活塞1上移而空出的容积，结果使流入制动器伺服油缸工作侧的主压力油液的数量减少。所以蓄能器使制动器接合平稳、时机合适，减少了冲击和卡住的危险。此外，由于蓄能器在系统中提供了额外的油量，制动器伺服活塞往回运动的速率减慢，也即制动器放松的速率减缓。

⑤单向节流阀

图1-40 单向节流阀

（a）、（b）-弹簧节流阀式 （c）、（d）球阀节流孔式

⑥倒挡顺序动作阀

倒挡顺序动作阀的作用是降低挂倒挡时通往第三制动器B3前活塞上的油压，使倒挡接触平稳、无冲击。倒挡顺序动作阀由柱塞和弹簧组成，见图1-41。

图1-41 倒挡顺序动作阀的结构和工作原理

油泵过来的管路压力油经低压随动阀到顺序动作阀的进油口，分成两路，一路流向第三制动器B3外活塞，另一路进入阀体。流入阀体的油压超过弹簧张力时，阀体上行，B3内活塞油路接通，使B3内活塞的工作时间滞后于外活塞。

⑦倒挡离合器用顺序动作阀

倒挡离合器用顺序动作阀的作用是降低挂倒挡时通往后离合器G2内活塞上的油压，使倒挡结合平稳、无冲击。其结构如图1-42所示。

单向节流阀布置在换挡阀至换挡执行元件之间的油路中，其作用是对流向换挡执行元件的液压油产生节流作用，在换挡执行元件接合时延缓油压增大的速率，以减小换挡冲击。在换挡执行元件分离时，单向节流阀对换挡执行元件的泄油不产生节流作用，以加快泄油过程，使换挡执行元件迅速分离。

单向节流阀有两种型式：一种是弹簧节流阀式，如图1-40（a）、（b）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。另一种是是球阀节流孔式，如图1-40（c）、（d）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；回油时，球阀开启，加快了回油过程。

图1-42 倒挡离合器顺序动作阀的结构和工作原理

在挂倒挡时，动作阀上同时作用两个油压，一个来自2.3挡换挡阀，另一个来自手动阀。当A和B的压力超过弹簧的张力时，出油口打开，离合器外活塞开始动作，使G2外活塞的作用时间滞后于内活塞，这样，使倒挡结合时更加平稳。

⑧低压随动阀

图1-43是自动变速器中所用的低压随动阀，它主要由柱塞和弹簧组成，随动阀的进油口压力油来自于手动阀的管路压力油，并经随动阀减压后由随动阀出油口至低压滑动换挡阀后，再送到第三制动器的后活塞。低压随动阀的作用是降低通往自动变速器的第三制动器B3的油压，减少制动器B3后活塞的冲击，使制动器B3接合平稳。

图1-43 低压随动阀的结构和工作原理

⑨中间随动阀

中间随动阀的作用是选挡杆在第二挡工作时，利用发动机制动作用，调整第一制动器B1活塞上的油压，防止活塞受到冲击。其结构如图1-44所示。进油口的油压来自换挡阀的管路压力，出油口油压除流向B1外，另一部分作用在随动阀阀体的端部。出油压力大时，柱塞移动，关小进油口，减少进油量，使出油压力降低。

图1-44 中间随动阀

⑩调节阀随动阀

调节阀随动阀的作用是调节调节阀输出压力。其结构和工作原理与中间随动阀相同，如图1-45所示。

图1-45 调节阀随动阀

（2）自动变速器执行机构的定时控制

换挡过程实际上是摩擦元件的摩擦力交替的过程，在常见的摩擦式离合器——离合器或离合器——制动器换挡中，若摩擦力矩替换过程的定时不当，将会引起输出扭矩的急剧变动。

两个离合器之间或离合器与制动器之间摩擦力矩的替换，总会有或多或少的中断间隔或重叠。重叠不足或重叠过多，都会产生不应有的换挡冲击。

重叠不足是指待分离的离合器过快地泄油分离，待结合的离合器未能建立足够的油压，因而出现两个离合器传递扭矩间断的现象。在这个重叠不足的时间内，输出扭矩先是下降过多，随后又急剧上升，形成较大的扭矩扰动。与此同时，发动机转速也得不到平稳地过渡，先是因负荷减小而增速，后又因负荷急剧增大而降速。

重叠过多是指在待结合的离合器已经能够传递很大的扭矩时，应分离的离合器还没有很好地泄油分离，因而出现两个执行机构同时工作的情况。在一个短暂时间内，两个挡位重叠工作，使发动机和输出轴都受到制动作用，因而输出轴有很大的扭矩扰动。随后又因应分离的离合器分离，使变速器输出轴的扭矩又急剧升高。重叠过多的扭矩扰动比重叠不足时更严重。同时发动机的转速先是急降，后在回升，表现出不稳的情况。重叠过多的升挡过程最不平稳。

所以，要对两个交替换挡的执行元件的泄油充油过程进行控制，以得到最满意的交替衔接，这就是定时控制。

定时控制的元件有定时阀、缓冲定时阀、干预换挡定时阀等。

①定时阀

图1-46所示是一种定时阀的结构简图。它由阀芯1、弹簧2和节流孔3等组成。

图1-46 定时阀结构简图

1-阀芯 2-弹簧 3-节流孔 a-主压力油进油道 b-执行元件输油道 e-速度调节压力油液进油道

速度调节油压由油道c进入，作用在阀芯的阶梯形环面上，用于控制阀芯的位置。当速度调节油压较小时，阀芯1在弹簧2的作用下，处于左端位置，油道a和油道b相通，主压力油液经定时阀、油道b顺利进入液压执行元件。当速度节油压增加至其对阀芯的作用力超过弹簧弹力时，阀芯1被推到右端位置，油道a与油道b间通路被阀芯切断，主压力油液只能经节流孔3进入油道b，通过节流孔3控制进油时间。

②单向定时阀

图1-47为一种单向定时阀的结构简图。它由阀芯1、弹簧2、节流孔4和单向阀3等主要部件组成，它与图1-46所示的结构不同之处仅仅是增加了一个单向阀，使之在油液流动的一个方向上起定时作用；反向时，油液经单向阀顺利通过，不起定时作用。

图1-47 单向定时阀结构简图

1-阀芯 2-弹簧 3-单向阀 4-节流孔

如图1-47所示，当油液从油道b流向 a时，单向阀关闭，油液必须从定时阀流过，其工作原理与图1-46所示的定时阀相同。当油液从油道a向油道b流动时，单向阀打开，油液经单向阀顺利地通过，此时，无定时作用。

③缓冲定时阀

缓冲定时阀的作用除了起溢流缓冲阀控制进油道缓慢升压外，还控制另一油路回油时间，从而达到进、回油的满意交替。

图1-48是一种缓冲定时阀的结构简图，它由溢流缓冲阀和节流孔组成。而溢流缓冲阀由溢流阀芯1、溢流阀弹簧2、蓄能器柱塞3、蓄能器弹簧4、限位柱和阀体等部件组成。蓄能器柱塞3的腰部开有环形槽。油道a与进油路并联，而油道c与另一回路串联。阀芯1的顶部有一个小节流孔把阀左端的前腔和内腔相通。b油道为溢油道，供溢油用。d为泄油

孔。

图1-48 缓冲定时阀的结构简图

1-阀芯 2-溢流阀弹簧 3-蓄能器柱塞 4-蓄能器弹簧 5-节流孔 a-进油道 b-溢流道 c-待分离执行机构的回油道 d-泄油口。

缓冲定时阀的工作过程可以分为三个阶段：

当溢流缓冲阀前腔（阀芯1的左端）中的供油压力较小时，阀芯1与柱塞3处于左端位置的静止状态，油液不流动。油道c与d的通路被切断，此时只有通过节流孔5缓慢回油。此时溢流阀内腔（阀芯1的左端）的油压等于前腔的油压。前腔的油压增加，内腔的油压也随之增加。当内腔的油压增加至使阀内腔的压力油和弹簧2以及油道c中的油压对蓄能器柱塞3的作用力超过弹簧4的作用力时，柱塞3开始向右移动，溢流缓冲阀第一阶段工作状态开始，其特点是柱塞3动作而阀芯1不动，阀芯在弹簧2的作用下还是处在左端位置，随着前腔油压的增加，经过节流小孔进入阀内腔的流量逐渐增加，柱塞运动的速度也逐渐增加。

随着从节流孔流过的流量增加，节流小孔前后的压力差也增加，当压力差增加到使压力油对阀芯1向右的作用力越过弹簧2的作用力时，阀芯开始向右移动，溢流缓冲阀第二阶段工作状态开始，其特点是阀芯与柱塞都在运动，柱塞的运动速度大于阀芯的运动速度。此阶段从阀芯开始运动到溢流口打开为止。溢流阀在此阶段中没有溢流。与此同时，柱塞3也移动至将油道c和d连通的位置，使回油畅通，从而完成对回油的定时控制。

溢流缓冲阀的第一和第二阶段的缓冲特性与弹簧蓄能器的缓冲特性相同，因此称弹性缓冲段。

当阀芯1右移至孔口b并打开溢流口开始溢流时，溢流缓冲阀进入第三阶段工作状态。当溢流口打开到使溢流量接近最大值时，阀芯基本上处于不运动状态，阀芯受力平衡，节流小孔前后的压力差取决于弹簧2对阀芯的作用力。随着柱塞向右移动，弹簧2对阀芯的作用力逐渐减小，而节流小孔前后的压力差也逐渐减小，经过节流小孔的流量也逐渐减小，多余的流量经溢流口b溢出。随着经过节流小孔的流量的逐渐减小，柱塞3向左移动的速度也逐渐减缓，使供油压力逐渐缓慢升高。因此，此阶段溢流口和蓄能器都起缓冲作用，故称作溢流缓冲段。溢流缓冲阀就是利用溢流缓冲段来使供油压力上升缓慢，从而达到缓冲的目的。与供油压力缓慢增加的同时，柱塞3将泄油口d打开得也越来越大，c油道的泄油逐渐加快。

当柱塞向右移动顶住限位柱时，油液经过节流小孔的流量为零，阀内腔压力等于供油压力，阀芯1在弹簧2的作用下又回到左端的原始位置，关闭溢流口，这时供油压力才急升到主压力数值。

（五）变矩器控制装置的结构与工作原理

变矩器控制装置的作用有两个：一是为变矩器提供具有一定压力的液压油，同时将变矩器内受热后的液压油送至散热器冷却，并让一部分冷却后的液压油流回到齿轮变速器，对齿轮变速器中的轴承和齿轮进行润滑；二是控制变矩器中锁止离合器（如果有的话）的工作。

变矩器控制装置由变矩器压力调节阀、泄压阀、回油阀、锁止信号阀、锁止继动阀和相应的油路组成。

1、变矩器压力调节阀

变矩器压力调节阀的作用是将主油路压力油减压后送入变矩器，使变矩器内的液压油的压力保持在（196~490）kPa。许多车型自动变速器将变矩器压力调节阀和主油路压力调节阀合并为一阀，该阀让调节后的主油路压力油再次减压后进入变矩器。变矩器内受热后的液压油经变矩器出油道被送至自动变速器外部的液压油散热器，冷却后的液压油被送至齿轮变速器中，用于润滑行星齿轮及各部分的轴承。

有些变矩器控制装置在变矩器进油道上设置了一个限压阀。当进入变矩器的液压油压过高时，限压阀开启，让部分液压油泄回到油底壳，以防止变矩器中的油压过高而导致油封漏油。另外，在变矩器的出油道上常设有一个回油阀，它只有在变矩器内的油压高于一定值时才打开，让受热后的液压油进入液压油散热器。该阀不但可以防止变矩器内的油压过低而影响动力传递，而且可以降低液压油散热器内的油压，使之低于196kPa，以防止油压过高造成耐压能力较低的散热器及油管漏油或破裂 。

2、锁止信号阀和锁止继动阀

变矩器内锁止离合器的工作是由锁止信号阀和锁止继动阀一同控制的（如图1-49所示）。

锁止信号阀上方作用着调速器压力。当车速较低时，调速器压力也较低，锁止信号阀在弹簧的作用下保持在图中上方位置，将通往锁止继动阀主油路切断，从而使锁止继动阀在上方弹簧弹力及主油路油压的作用下保持在图中下方位置，让变矩器中锁止离合器压盘左侧的油腔与来自变矩器压力调节阀的进油道相通。此时锁止离合器处于分离状态，发动机动力完全由液力来传递，见图1-49（a）。当汽车以超速挡行驶，且车速及相应的调速器油压升高到一定数值时，锁止信号阀在调速器压力的作用下被推至下方位置，使来自超速挡油路的主油路压力油进入锁止继动阀下端，锁止继动阀在下方主油路油压的作用下上升，让锁止离合器左侧的油腔与泄油口相通，使锁止离合器结合，发动机动力经锁止离合器直接传至涡轮输出，如图1-49（b）所示。

图1-49 锁止信号阀和锁止继动阀

1-锁止信号阀 2-锁止继动阀 3-变矩器壳 4-锁止离合器 5-涡轮 6-泵轮 A-来自调速器 B、D-来自超速挡油路 C-来自变矩器阀 D-来自主油路 E-泄油口 F-至油底壳。

六、电子控制装置的结构与工作原理

电子控制系统是由电子控制装置和阀板两大部分组成的。它与传统的液压控制系统相比，不论是控制原理还是控制过程都有很大的不同，目前越来越多的轿车自动变速器采用这种控制系统。

电子控制装置是控制系统的核心，它利用电子自动控制的原理，通过传感器将汽车行驶速度和发动机负荷等参数转变为电信号，电脑根据这些电信号作出是否需要换挡的判断，并按照设定的控制程序发出换挡指令，操纵各种电磁阀（换挡电磁阀、油压电磁阀等）去控制阀板总成中各个控制阀的工作（接通或切断换挡控制油路），驱动离合器、制动器、锁止离合器等液力执行元件，从而实现对自动变速器的全面控制。

电子控制装置由各种传感器、控制开关、执行器和电脑等组成，如图1-50所示。

图1-50 电子控制装置的组成

1-输入轴转速传感器 2-车速传感器 3-液压油温度传感器 4挡位开关 5-发动机电脑 6-发动机转速传感器 7-故障检测插座 8-节气门位置传感器 9-模式开关

10-挡位指示灯 11-电磁阀 12-自动变速器电脑

1、传感器

电子控制装置中常用的传感器有节气门位置传感器、车速传感器、输入轴转速传感器、液压油温度传感器等。

（1）节气门位置传感器

汽车发动机的节气门是由驾驶员通过油门踏板来操纵的，以便根据不同的行驶条件控制发动机运转。例如，上坡或加速时节气门开度要大，而下坡或等速行驶时节气门开度要小。这些不同条件对汽车自动变速器的换挡规律的要求往往有很大不同。电子控制自动变速器是利用安装在发动机节气门体上的节气门位置传感器来测得节气门的开度，作为电脑控制自动变速器挡位变换的依据，从而使自动变速器的换挡规律在任何行驶条件下都能满足汽车的实际使用要求。

节气门位置传感器有多种类型，装用自动变速器的汽车通常采用线性可变电阻型的节气门位置传感器。这种节气门位置传感器由一个线性电位计和一个怠速开关组成（图1-51）。节气门轴带动线性电位计及怠速开关的滑动触点。节气门关闭时，怠速开关接通；节气门开启时，怠速开关断开。当节气门处于不同位置时，电位计的电阻也不同。这样，节气门开度的变化被转变为电阻或电压信号输送给电脑。电脑通过节气门传感器可以获得表示节气门由

全闭到全开的所有开启角度的连续变化的模拟信号以及节气门开度的变化速率，以作为其控制不同行驶条件下的挡位变换的主要依据之一。

图1-51 节气门位置传感器

1-怠速开关滑动触点 2-线性电位计滑动触点 A-基准电压 B-节气门开度信号 C-怠速信号 D接地

（2）车速传感器

车速传感器安装在自动变速器输出轴附近，如图1-52所示。它是一种电磁感应式转速传感器，用于检测自动变速器输出轴的转速。电脑根据车速传感器的信号计算出车速，作为其换挡控制的依据。

图1-52 车速传感器

1-输出轴 2-停车锁止齿轮 3-车速传感器

车速传感器由永久磁铁和电磁感应线圈组成，见图1-53（a）。它固定在自动变速器输出轴附近的壳体上，靠近安装在输出轴上停车锁止齿轮或感应转子。当输出轴转动时，停车锁止齿轮或感应转子的凸齿不断地靠近或离开车速传感器，使感应线圈的磁通量发生变化，从而产生交流感应电压，见图1-53（b）。车速越高，输出轴的转速也越高，感应电压的脉冲频率也越大。电脑根据感应电压脉冲频率的大小计算出车速。

图1-53 车速传感器工作原理示意图

1-停车锁止齿轮 2-车速传感器 3-永久磁铁 4-感应线圈 5-电脑。

（3）输入轴转速传感器

输入轴转速传感器的结构、工作原理与车速传感器相同。它安装在行星齿轮变速器的输入轴或与输入轴连接的离合器毂附近的壳体上（见图1-54），用于检测输入轴转速。并将信号送入电脑。使电脑更精确地控制换挡过程。此外，电脑还将该信号和来自动发动机控制系统的发动机转速信号进行比较，计算出变矩器的传动比，使油路压力控制过程和锁止离合器控制过程得到进一步的优化，以改善换挡感觉，提高汽车的行驶性能。

图1-54 输入轴转速传感器

1-行星齿轮变速器输入轴 2-输入轴转速传感器。

（4）液压油温度传感器

液压油温度传感器安装在自动变速器油底壳内的阀板上，用于检测自动变速器的液压油的温度，以作为电脑进行换挡 控制、油压控制和锁止离合器控制的依据。液压油温度传感器内部是一个半导体热敏电阻，它具有负的温度电阻系数。温度越高，电阻越低，电脑根据其电阻的变化测出自动变速器的液压油的温度。

除了上述各种传感器之外，自动变速器的控制系统还将发动机控制系统中的一些信号，如发动机转速信号、发动机水温信号、大气压力信号、进气温度信号等，作为控制自动变速器的参考信号。

2、控制开关

电子控制装置中的控制开关有：空挡起动开关、自动跳合开关（降挡开关）、制动灯开关、超速挡开关、模式开关、挡位开关等。

（1）空挡起动开关

空挡起动开关用以判断选挡手柄的位置，防止发动机在驱动挡位时起动。当选挡手柄位于空挡或驻车位置时，起动开关接通。这时起动发动机，起动开关便向电控单元输出起动信号，使发动机得以起动。如果选挡手柄位于任一驱动位置，则起动开关断开，发动机不能起动，从而保证使用安全。再者，当选挡手柄置于不同位置时，空挡起动开关便接通相关电

路，电控单元根据接通电路的信号，控制变速器进行自动换挡。

（2）自动跳合开关

自动跳合开关又称降挡开关，它是用来检测加速踏板是否超过节气门全开的位置。当加速踏板超过节气门全开位置时，自动跳合开关便接通，并向电控单元输送信号，这时电控单元即按其内存设置的程序控制换挡，并使变器器自动下降一个挡位，以提高汽车的加速性能。如果跳合开关短路，则电控单元不计其信号，按选挡手柄位置控制换挡。

（3）制动灯开关

制动灯开关用以判断制动踏板是否踩下。如果踩下，则该开关便将信号输给电控单元，以解除锁止离合器的结合，防止突然制动时发动机熄火。

（4）超速挡开关

这一开关用来控制自动变速器的超速挡。当这个开关打开后，超速挡控制电路接通，此时若操纵手柄位于D位，自动变速器随着车速的升高而升挡时，最高可升入4挡（即超速挡）。该开关关闭后，调速挡控制电路被断开，仪表盘上的“O/D OFF”指示灯随之亮起（表示限制超速挡的使用），自动变速器随着车速的提高而升挡时，最高只能升入3挡，不能升入超速挡。

（5）模式开关

大部分电子控制自动变速器都有一个模式开关，用来选择自动变速器的控制模块，以满足不同的使用要求。所谓控制模式主要是指自动变速器的换挡规律。常见的自动变速器的控制模式有以下几种。

①经济模式

这种控制模式是以汽车获得最佳的燃油经济性为目标来设计换挡规律的。当自动变速器在经济模式状态下工作时，其换挡规律应能使发动机在汽车行驶过程中经常处在经济转速范围内运转，从而提高了燃油经济性。

②动力模式

这种控制模式是以汽车获得最大的动力性为目标来设计换挡规律的。在这种控制模式下，自动变速器的换挡规律能使发动机在汽车行驶过程中经常处在大功率范围内运转，从而提高了汽车的动力性能和爬坡能力。

③标准模式

标准模式是指换挡规律介于经济模式和动力模式之间的一种换挡模式。它兼顾了动力性和经济性，使汽车既保证一定的动力性，又有较佳的燃油经济性。

（6）挡位开关

挡位开关位于自动变速器手动阀摇臂轴上或操纵手柄下方，用于检测操纵手柄的位置。它由几个触点组成。当操纵手柄位于不同位置时，相应的触点被接通。电脑根据被接触的触点，测得操纵手柄的位置，从而按照不同的程序控制自动变速器的工作。

3、执行器

电子控制装置中的执行器是各种电磁阀。常见的有开关式电磁阀和脉冲线性式电磁阀两种。

（1）开关式电磁阀

开关式电磁阀的作用是开启或关闭液压油路，通常用于控制换挡阀及变矩器锁止控制阀的工作。开关式电磁阀由电磁线圈、衔铁、回位弹簧、阀芯和阀球所组成（图1-55）。它有三种工作方式：一种是让某一条油路保持油压或泄空，如图1-55（a），即当电磁线圈不通电时，阀芯被油压推开，打开泄油孔，该油路的液压油经电磁阀泄空，油路压力为零；当电磁阀线圈通电时，电磁阀使阀芯下移，关闭泄油孔，使油路油压上升。另一种是开启或关闭某一条油路，即当电磁线圈不通电时，油压将阀芯推开，阀球在油压作用下关闭泄油孔，打

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