单元三 电控自动变速器构造与维修

单元三电控自动变速器构造与维修学习目标知识目标：１．简单描述电控自动变速器各个传感器、电控执行器、控制单元的结构、类型和常见车型电控自动变速器型号；２．正确描述液力变矩器、油泵、行星齿轮机构、离合器、制动器、阀体总成等元件的结构和工作原理；３．正确描述电控自动变速器的检测及一般故障的诊断与维修方法。技能目标：１．能够对自动变速器的各个元件进行拆装、检验、装配、调整；２．能够完成自动变速器常见检测项目的作业；３．能够进行自动变速器一般故障的诊断与排除。1概述自动变速器能够根据发动机的功率大小及车速的高低，实现适时自动换档。完成了从液控到电控，由三速到四速，甚至六速、七速的发展历程。本单元将对典型电控自动变速器的结构及维修进行介绍。1.1自动变速器的组成、作用1.1.1自动变速器的组成各种型号的自动变速器，虽然结构和形状不同，应用的科技程度有别，但其结构元件及其控制功能基本相同。自动变速器的组成如图3-1所示。总体结构如图3-2所示；电控元件如图3-3所示。3-1自动变速器组成图自动变速器组成机械部分电控部分变矩器（泵轮、涡轮、导轮等）行星齿轮传动机构（不同结构的单排或多排行星齿轮系）液压控制机构（油泵、控制阀体及其组件）液压执行元件（离合器、制动器等）控制电脑及传输导线传感器（传感温度、位置、转速、状态、开关等信息）执行器（电磁阀、故障指示灯、其他元件）3-2自动变速器总体结构图1.1.1.1液力变矩器液力变矩器简称变矩器，安装于变速器行星齿轮传动系的输入端，通过驱动盘固定在发动机曲轴的后端，主要由泵轮（泵叶轮）、涡轮（涡轮转轮）、导轮（定轮）、锁止离合器、和壳体组成，内部冲满变矩器油液（ATF），如图3-4所示。泵轮由发动机驱动，引导液体冲击涡轮叶片，驱动涡轮轴转动，涡轮轴作为变矩器的输出轴。导轮位于泵轮与涡轮之间，使油液从涡轮返回泵轮，因此而循环流动。变矩器在某些情况下具有增大扭矩的作用。大负荷工况下，变矩器提供额外减速以适应增大扭矩需要。当车辆以巡航车速行驶时，变矩器就会转入偶合区工作，把发动机扭矩传给变速器，同时变矩器也吸收来自变速器齿轮的冲击。变矩器通过液力不能把发动机的全部功率传给变速器，总存在一定的损失。为了降低变矩器的功率损失，多数变矩器都装备有锁止离合器。锁止离合器工作状态取决于发动机转速、车速、变速器油温等信号，由变速器液力和电控单元控制。当锁止离合器工作时发动机与变速器之间形成机械连接，可提高了车辆的燃油经济性。变矩器工作原理如下图3-5所示。3-5变矩器工作原理示意图1.1.1.2行星齿轮机构虽然液力变矩器有改变发动机输出扭矩的作用，但由于改变范围很小而不能满足车辆各种行驶工况的需要。为此，在变速器的中又采用多种形式的行星齿轮机构，以便进一步增大发动机输出的扭矩。自动变速器中采用的齿轮机构通常有平行轴式齿轮机构和行星齿轮机构两种。前者较为简单，主要用于本田车系种。其主要特点是在2至3个平行排列的齿轮轴上，安装多个不相关连接：变矩器的作用及详细工作原理参考《汽车底盘的构造与维修》（人民交通出版社）和汽车科技类书籍变矩器结构与工作原理部分。同尺寸的齿轮，其中一些为常啮齿轮。通过多片湿式离合器，可输出多种传动比和不同转向的动力。行星齿轮机构可分为单排式、辛普森（simpson）式、拉维那（Ravigneavx）式，肋别提挨(lepelletier)式。辛普森（simpson）式行星齿轮机构应用较为广泛，如丰田公司，通用公司，日产公司等均有应用；拉维那（Ravigneavx）式行星齿轮机构也应用较广，如奥迪公司用的自动变速器等；肋别提挨(lepelletier)式行星齿轮机构主要用于宝马E65/66车系中的GA6HP-26Z自动变速器中。(1)单排行星齿轮机构单排行星齿轮机构通常由一个太阳轮（中心轮）、一个行星架、一个齿圈和若干个行星轮组成。太阳轮位于系统中心，行星轮与它常啮合。最外侧是与行星轮常啮合的齿圈。行星轮通常有3—6个，它们对称排列，行星轮通过滚针轴承并借助行星轮轴连在行星架上，每个行星轮的两侧有止推垫片，工作时既可绕其轴自转，又可绕太阳轮公转。如下图3-6所示3-6单排式行星齿轮结构图单排行星齿轮机构可以实现减速档、超速档、直接档、倒档、空档。假设太阳轮、齿圈、行星架的转速分别为N1、N2和N3，齿圈与太阳轮的齿数比为µ。则根据能量守恒定律，由作用在该机构各元件上的力矩和结构参数可导出表示单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式：N1+N2*µ—（1+µ）*N3=0由上式可知，由于单排行星齿轮机构具有两各自由度，在三个基本件中，任选两个分别作为主动件和从动件，而使另一元件固定不动（该元件转速为0）或使其运动受到一定的约束，则机构只有一个自由度，整个系统将以一定的传动比传递动力。下面分别讨论各种情况①太阳轮为主动件，行星架为从动件，齿圈固定。特性方程中N2=0，因此有：N1—（1+µ）*N3=0传动比：ỉ=N1/N3=1+µ。此时传动比大于1且为正直，因此同向降速。②齿圈为主动件，行星架为从动件，太阳轮固定。特性方程中N1=0，因此有：N2*µ—（1+µ）*N3=0传动比：ỉ=N2/N3=（1+µ）/µ。传动比大于1且为正直，因此同向降速。③行星架为主动件，齿圈为从动件，太阳轮固定。特性方程中N1=0，因此有：N2*µ—（1+µ）*N3=0传动比：ỉ=N3/N2=µ/（1+µ）。传动比小于1且为正直，因此同向增速。图3-7行星齿轮机构工作原理图④如图3-7所示，太阳轮为主动件，齿圈为从动件，行星架固定，特性方程中N3=0，因此有：N1+N2*µ=0传动比：ỉ=N1/N2=-µ。传动比为负值，反向。综上所述，行星齿轮传动方案可归纳如表3—1。单排行星齿轮传动方案表表3-1方案固定元件主动件从动件速度状态旋转方向1齿圈太阳轮行星架减速同向2行星架太阳轮增速3太阳轮齿圈行星架减速同向4行星架齿圈增速5行星架太阳轮齿圈减速反向6齿圈太阳轮增速7任意两个元件固定在一起直接档8任意元件无任何约束空档（不传递动力）(2)辛普森（simpson）式行星齿轮机构辛普森式行星齿轮机构的特点是：前后两个行星齿轮排的太阳轮连接为一个整体，即共用一个太阳轮。另外，前齿圈与后行星架并联作为输出轴，后行星排的齿圈和太阳轮通常作为输入轴。它是应用最为广泛的一种复合式行星齿轮机构，如图3-8所示，此种机构可以提供三个前进档。复合行星齿轮机构的一部分称为前行星齿轮排，而另一部分称为后行星排。前后行星齿轮排的尺寸和齿数不必一定相同。但其尺寸和齿数决定了复合行星齿轮机构的实际传动比的大小。图3-8辛普森行星齿轮结构图1.1.1.3液压执行元件自动变速器中常见的执行元件有多片湿式离合器、制动器（包括带式制动器、多片湿式制动器）、单向离合器等。(1)多片湿式离合器自动变速器中所用的多片湿式离合器由离合器毂、摩擦片、钢片、波形垫片、压盘、活塞、密封圈（内外）、回位弹簧、若干个卡簧（又称挡圈）等元件组成。如图3-9所示。离合器毂通常由硬质合金钢制成，与活塞、密封圈等元件一起组成压力腔，与行星齿轮的齿圈或行星架或太阳轮相连。相关连接：行星齿轮机构的作用、组成、工作原理，参考《汽车底盘的构造与维修》（人民交通出版社）和汽车科技书籍行星齿轮传动部分。图3-9多片湿式离合器分解图离合器中的摩擦片由一个基础钢片及粘结在钢片两面的摩擦材料组成。摩擦材料有金属性、半金属性和纸质性。在摩擦材料的表面有交错排列的油槽，以利于油液的分布和冷却。钢片的表面无摩擦材料，较为光滑。内外密封圈套在活塞的内外侧，防止油液从压力腔中泄露。回位弹簧的作用是，在离合器不工作时使活塞迅速离开压盘，以便让摩擦片和钢片快速分离。以免它们处于“半连动”状态。多片湿式离合器的工作原理如图3-10a)所示。当具有一定压力的油液进入压力腔后，迫使活塞左移，摩擦片和钢片紧紧地压在一起，此时输入轴与齿圈就连成一个整体而同步转动。离合器不工作时的状况，如图3-10b)侧所示。a)b)3-10离合器工作原理图另外在活塞上安装有一个单向球阀，当离合器压紧结合时，在液压的作用下，球阀关闭，离合器正常结合。当离合器泄压时，球阀在离心力的作用下，开启泄油孔，使活塞内的油液快速泄油，从而消除离合器内的残余压力，离合器快速分离。(2)多片式制动器这种应用元件的作用是将行星齿轮机构中太阳轮、行星架或齿圈任意一个元件固定，从而使其它运动元件产生不同的转动方向和速比，多片湿式制动器的结构和工作原理与多片湿式离合器相同。(3)带式制动器带式制动器主要由制动毂、制动带、调整螺钉（部分自动变速器有）、液压缸及活塞等元件组成，如图3-11所示。常见带式制动器的制动带夹紧驱动装置有三种类型：直杆式、杠杆式、钳形杆式。3-11带式制动器示意图(4)单向离合器单向离合器也是行星齿轮机构中的执行元件，但它不受液压系统的控制，其作用是在两个运动部件之间单向传递动力，在与之相连的工作元件受力方向发现变化时，瞬间产生接合和脱离。单向离合器分为滚柱式和楔块式两种。①滚柱式单向离合器滚柱式单向离合器主要由外圈、滚柱、弹簧、内圈组成，如图3-12所示。滚柱数目通常为6—8个。单向离合器的外圈相对于内圈沿顺时针转动时，滚柱在凸轮型的开口槽中向大端移动并压缩弹簧。此时，单向离合器不会出现锁止现象，因而允许外圈转动。这就是说，外圈在任何时候都可沿顺时针绕内圈转动。当外圈相对于内圈逆时针转动时，滚柱便会在外力作用下向凸轮型开口槽的小端移动，使楔入内外圈之间而不能移动，将内外圈锁死在一起。3-12滚柱式单向离合器示意图②楔块式单向离合器楔块式单向离合器由外圈、楔块、保持弹簧、内圈等元件组成，如图3-13所示。作用原理与滚柱式基本相同。当内圈相对于外圈逆时针方向转动时，楔块就会在外力的作用下发生倾斜而“直立”起来，但内外圈之间的空间是固定的，因而楔块就“卡”在那里，致使内外圈连在一起。当内圈相对于外圈顺时针转动时，楔块在外力作用下也发生倾斜，但是“倒下”，因而内圈不受楔块的限制，自然就会自由转动。3-13楔块式单向离合器示意图由于这两种单向离合器的工作不受液压控制，只受两相关的运动元件的转动方向控制，因而维修较为方便，只要检查机械磨损状况就可判断其好坏。如果滚柱或楔块及内外圈工作面磨损严重，或出现许多“小坑”，则需更换。如果弹簧或保持弹簧错位、变形或其弹性下降，则需维修或更换。1.1.1.4液压控制系统自动变速器的工作依靠具有一定压力的液压油来完成，这就需要另一部分来支持，即自动变速器的液压控制系统。自动变速器的控制系统依据发动机负荷、车辆行驶速度、驾驶员的风格、手动选档杆的档位、自动变速器的换档模式以及其他相关条件，将具有一定压力的液压油输送到相应的制动器和离合器等执行元件的工作油腔内，控制其工作，以此达到自动换档的目的。液压控制系统的主要作用是建立起适当的主油路油压，并经过各种液压控制阀将油压输送到相应的离合器、制动器油腔中。自动变速器在发展初期，都采用纯液压控制，近年来随电子技术的不断发展，电子技术应用于自动变速器的控制系统中，如国产别克、帕萨特、奥迪、风神兰鸟等车型均采用电子控制系统，不过，不管采用什么样的电子控制系统，自动变速器的最终工作都必需由液压控制系统来完成。本节就介绍电控自动变速器的液压控制系统。(1)油泵油泵的作用是使自动变速器油液产生一定的压力和流量，供给液力变矩器和液压操纵系统，并保证行星齿轮机构和其它机械元件的润滑需要。其技术状况的好坏，直接影响自动变速器的使用性能和使用寿命。自动变速器上常见的油泵有三种型式：内啮合齿轮泵（如丰田公司、本田公司采用的自动变速器）、转子泵、叶片泵（如上海通用公司采用的自动变速器）。内啮合齿轮泵应用最广泛,所以这里只介绍内啮合齿轮泵。3-14内啮合齿轮泵结构图如图3-14所示，内啮合齿轮泵主要由主动齿轮、从动齿轮、月牙、壳体、油封等元件组成，从动齿轮为环行齿圈。泵体的内齿轮槽内有一个月牙，把主动齿轮与从动齿轮不啮合的部分分隔开来，形成两个工作腔，分别为进油腔和出油腔。进油腔与泵体上的进油口相