液压控制系统组成及新型自动变速器原理

1.供油部分的结构和工作原理

油泵的作用是为自动变速器中的变矩器、换挡执行机构、液压控制阀等部分提供所需的一定压力和流量的液压油。在自动变速器的供油系统中，常用的油泵有内啮合齿轮油泵、转子式油泵和叶片式油泵。

（1）内啮合式齿轮油泵

内啮合式齿轮油泵也称月牙形齿轮泵，主要由主动齿轮（外齿齿轮）、从动齿轮（内齿齿轮）、月牙形隔板、泵壳、泵盖等部件组成，见图4-12。

图4-12　内啮合式齿轮油泵

油泵的齿轮紧密地装在泵体的内腔里，月牙形隔板将主、从动齿轮隔开，并将主、从动齿轮之间空出来的容积分隔成两部分。主、从动齿轮紧靠月牙形隔板，三者相互之间有微小间隙。

油泵的主动齿轮转动时，主动齿轮与从动齿轮的轮齿在月牙形隔板的一侧不断地脱离啮合，在另一侧不断地进入啮合。主、从齿轮在脱离啮合的一侧容积增大，从而产生真空，油液被大气压力压入直到充满整个容积；在进入啮合的一侧容积减小，从而产生挤压，不断挤压油液，迫使油液通过出口进入液压回路。

内啮合式齿轮油泵属于容积型泵，齿轮每转动一圈，输出的油量相同。其输出油量取决于外齿轮的齿数、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。

内啮合式齿轮油泵是自动变速器中应用最广泛的一种油泵，它具有结构紧凑、尺寸小、重量轻、自吸能力强、流量波动小、噪声低等特点。

（2）转子式油泵

转子式油泵是从齿轮式油泵变型而来，主要由内转子、外转子、泵壳、泵盖等组成，见图4-13。

图4-13　转子式油泵

转子式油泵的内转子齿廓曲线为外摆线，外转子齿廓曲线为圆弧曲线，在任一位置内转子与外转子都相互啮合。内外转子的旋转中心之间有一偏心距。一般内转子的齿数为4个、6个、8个、10个，而外转子比内转子多一个齿。内转子的齿数越多，出口油压的脉动就越小。

油泵工作时，内转子为主动齿，外转子为从动齿，内外转子朝相同方向旋转。内外转子的齿廓是一对共轭曲线，油泵在旋转时，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和外转子的齿廓曲线相接触，从而在内、外转子之间形成与内转子齿数相同的工作腔。

工作腔从进油孔一侧通过时，容积增大，产生真空，油液便经进油孔吸入。当内转子凸齿与外转子凹齿啮合时，转子齿间的油液被挤向出口，油液被挤出。

转子式油泵的输出油量取决于内转子的齿数、齿形、齿宽及内外转子的偏心距。齿数越多，齿形、齿宽及偏心距越大，输出油量越多。转子式油泵具有结构简单、尺寸紧凑、噪声小、运转平稳、高速性能好的优点；其缺点是输出脉动大，加工精度要求高。

（3）叶片式油泵

叶片式油泵由定子、转子、叶片、配油盘、壳体、泵盖等组成，见图4-14。定子内表面为圆柱形，转子上有均匀分布的径向狭槽，矩形叶片安装在槽内，并可在槽内滑动。在定子和转子的两端装有配油盘，盘上开有吸油窗口和排油窗口，分别与进出油口相通。

图4-14　典型叶片式油泵

转子转动时，叶片被离心力向外甩出并紧贴在定子的内壁上。叶片在沿定子内壁的轮廓滑动时，叶片与内壁之间形成月牙形的工作腔，容积不断地增大和减小。在工作腔容积逐渐增大的一侧，形成真空，油液经配油盘进油口吸入油泵；在工作腔容积逐渐减小的一侧，油液经配油盘出油口压出。

叶片泵的排量取决于转子直径、转子宽度及转子与定子之间的偏心距。转子直径、宽度越大、转子与定子偏心距越大，叶片泵的排量越大。叶片泵具有运转平稳、噪声小、泵油量均匀、容积效率高等优点，但它结构复杂，对油的污染比较敏感。

（4）变量叶片泵

上述3种油泵的排量都是固定不变的，称为定量泵，其特点是油量随转速的增大而成正比增加。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使油泵为自动变速器各部分提供足够大的流量和压力的液压油。但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。由于油泵泵油量愈大，其运转阻力也愈大，因此这种定量泵在高转速时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泵油量过多而引起的动力损失，目前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形式（称为变量叶片泵或可变排量式叶片泵）。变量叶片由泵体、叶片、叶片环、可摆动的定子等组成，见图4-15。

图4-15　变量叶片油泵

这种叶片泵的定子不是固定在泵体上，而是可以绕销轴做一定的摆动，以改变转子与定子的偏心距，从而改变油泵的排量。在油泵运转时，定子的位置由定子侧面控制腔内来自调压阀的反馈油压来控制。当油泵转速过低时，泵油量较小，调压阀将反馈油道关小，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，推动调压阀将反馈油道开大，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向逆时针方向摆动，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。

（5）油泵的驱动

油泵是由发动机曲轴通过变矩器外壳驱动的。后轮驱动自动变速器的油泵，是由变矩器上油泵驱动壳带动。油泵的主动件与驱动壳连接，当发动机带动变矩器转动时油泵驱动壳带动油泵转动。前轮驱动自动变速器油泵是通过与变矩器中心花键套筒相配合的花键轴来驱动。

自动变速器新式油泵的改进，有些采用铜套或铝套与变矩器驱动导管之间相配合，而是被滚针轴承所替代，见图4-16，这样减少了因磨损而损坏油泵。也有些油泵是由变矩器通过一根链条来带动，如通用GF6变速器的油泵驱动，见图4-17。

图4-16　加装了滚针的油泵

图4-17　GF6链条驱动的油泵

奥迪A8L的8速自动变速器采用高效双行程叶片泵，侧面与轴平行的安装方式，依靠链条传动的驱动方式，见图4-18。ATF 油泵通过过滤器吸取 ATF，之后将系统压力泵的压力油输向液压开关机构。那里将对系统压力进行调节，以符合变速器的运行。多余的油则由油泵通过有效的空气动力回流到进气道。多余的能量则将用于吸气端的增压。除了提高作用系数，噪声通过减少空穴而得到降低。

图4-18　奥迪A8的链条驱动的油泵

2.主油路控制系统

主油路控制系统（自动变速器供油系统）的油压调节装置是由滤清器、主油路调压阀（又称一次调节阀）、主油路增压阀（部分箱型会有该阀门）及安全阀等组成，最终实现的就是我们经常所理解的系统压力也叫管路压力或叫主油压，它是自动变速器液压系统中最高压力。

在自动变速器液压系统的主油压系统组成中所需要的主要元件有主油路调压阀和安全阀：主油路调压阀的作用是根据汽车行驶速度和节气门开度信息的变化以及其他与主油压有关的相关输入信息，自动调节流向各液压系统的油压，保证各系统液压的相对稳定，使各信号阀工作平稳，同时并保证换挡执行元件离合器和制动器的正常运作。主油路调压阀一般由阀芯、阀体和弹簧等主要元件组成，工作原理见图4-19，其中阀门弹簧侧的油压一般由电脑通过指令控制EDS电磁阀来实现。

安全阀的作用是限制油泵产生过高的油压，因此也叫限压阀（在前面曾讲过的球阀、活塞式阀门等的球阀），见图4-20。

图4-19　主油压调节阀的工作原理

图4-20　变矩器液力调节阀（二次调节阀）

从图4-19中可以看出油泵的输出压力直接作用到主油压调节阀中间部位同时经过旁通油路又作用到阀门没有弹簧的一侧（图中右侧），这样阀门会向左侧移动，而在阀门贴近弹簧一侧（阀门左侧）还有与油底壳相同的泄油油路，同时弹簧侧还有计算机经过计算并由EDS线性电磁阀形成的调节压力，这样主油压调节阀便形成并输出不同工况下的系统油压。

计算机控制的自动变速器系统主油压主要是由电脑根据各种信息来指令控制线性电磁阀（EDS）并配合主调节阀来完成主油压的调控。同时主油路控制又是液压控制系统的分配中心，经电脑调节好的系统油压要向各个系统输送。比如向手动阀提供、向变矩器压力调节阀供油向减压系统提供等。因此主油路控制油压是自动变速器液压系统中最重要的压力，一旦系统压力工作不正常则会导致整个自动变速器的液压系统不正常，所以说它也是我们在进行自动变速器液压及机械故障维修过程中重点检测的部位之一。(www.xing528.com)

3.变矩器供油系统

变矩器的压力调节阀在过去传统教材中叫次级压力调压阀又称二次调节阀，它的作用是根据汽车行驶速度和节气门开度的变化，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。

次级压力调节阀也是由阀门、阀芯和弹簧等组成，其工作原理是来自系统的主油压作用到该阀门的上端及中间部位时，由于作用在阀门中间的向上或向下压力相等（此处阀门上端及下端截面积相等）并且有输出（润滑压力）但阀门最上端没有弹簧，因此会导致阀门向下运动，同时阀门的右下方又有泄油孔，因此就形成了变矩器的工作压力和润滑压力（与主油压调节阀工作原理几乎一致）；另外在阀门的下端弹簧侧还有相应的调节压力，这样就形成了不同工况下的变矩器工作压力和润滑油压。根据该阀门的工作原理我们不难看出次级压力调节阀其实也就是一个减压阀。

在过去传统型自动变速器当中当发动机转速低或节气门关闭时，次级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，次级压力调压阀的油路上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。

有的在变矩器做功后的回油油路上作用一个单向控制阀（也叫旁通阀）（图4-21），它是液压油冷却装置的保护器，与冷却装置并联，同时也是液力变矩器内部锁止离合器压力的限制器。当流到冷却装置的液压油温度过高、压力过大时，阀门迅速打开起旁通作用，以免高温、高压的液压油损坏冷却装置；当变矩器锁止离合器接合时的压力过高时通过单向控制阀把多余油压泄掉。

图4-21　变矩器液压油路回路形成

次级压力调节阀（变矩器压力调节阀）的作用是将主油路压力油减压后输送入变矩器，使变矩器内的液压油的压力保持在规定的标准压力（通常在196～490kPa）。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设计在相邻位置，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（做功后）的液压油经变矩器出油道被送至自动变速器外部的ATF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，因此变矩器的工作压力也是自动变速器的润滑压力。当然少部分车型的自动变速器的润滑压力是独立调节形成的。

在某些变矩器控制装置中在变矩器进油道上也会设置一个限压阀（与图4-20不同）。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（当然也与图4-20不同），该回油阀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左右，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。

4.减压油路控制系统

近几年大家在维修中发现在新型自动变速器液压系统中却多了一个阀门——减压阀（也叫电磁压力调节阀），该阀门非常重要，它是一个调节式阀门，其主要作用就是能够为全部执行器－电磁阀提供一个400～500kPa的恒压。其工作原理图如图4-22），从图中看该阀门其实就是一个调节式三通两路阀门（即供油油路P、输出油路A以及泄油油路0），系统油压从P进油孔进入后分别作用在截面积相等的两个端面上，初始时阀门不会动作（右侧有弹簧支撑），在输出油路A上加了一个旁通油路，同时该油路经过节流后缓慢流到阀门没有弹簧的一侧（左侧），如果此时作用在阀门左侧的油压能够大于右侧弹簧压力时，阀门便开始向右侧移动，当阀门向右侧移动后油路发生了改变：P的进油孔缩小了（相当于节流）或泄油油路0打开一部分降低了A的输出油压，因此也就降低了阀门无弹簧侧（左侧）的油压，这样当右侧弹簧压力大于左侧压力时阀门又开始被弹簧复位往左侧移动，因此该阀门就是往复不断动作的。

图4-22　减压阀

所以我们便得出这样的结论：不论外界压力如何变化，该阀门输出压力永远都是一个恒定压力，所以当该阀门出现故障时（正常磨损导致泄压或动作不灵敏），其输出压力不再是规定的恒压而变为错误压力（可能是300kPa，也可能是800kPa或更高），但错误的压力电脑并不知晓，因此电脑仍按固有的指令编排程序对执行器电磁阀进行控制，因此电磁阀的输出压力就不在正常标准范围内，这样就会导致出现换挡质量的故障（注：新型自动变速器换挡质量故障频率较多都是由该阀门影响的）。

图4-23便是大众帕萨特轿车01N型自动变速器的油路图，在图4-23中我们发现在主油压调节阀下端的就是减压阀，由其输出的绿色恒定油压分别去了各个电磁阀。

图4-23　01N油路中的减压油路（注：蓝色圈内的是减压阀，绿色圈则是各电磁阀）

5.换挡油路系统

换挡油路系统主要由手动阀、换挡电磁阀、换挡阀等组成。该油路控制形式是多种多样的：过去传统电子控制4挡变速器的换挡油路都是开关油路，由两个电磁阀的四种逻辑组合（两个电磁阀同时通断电及一通一断的组合）控制着三个机械阀门来完成四个前进挡油路的切换；而现如今的换挡油路更加多样化：一个电磁阀控制一个机械阀并控制一个换挡执行元件以开关油路来完成各挡油路的切换（大众01N/01M就是这种控制）；还有纯粹的一个电磁阀控制一个机械阀并控制一个换挡执行元件以调节油路控制；以及重叠油路控制和直接控制油路等（比如说丰田U660E和AA80E变速器由线性电磁阀直接控制换挡执行元件），我们会在以后的不同车型中分别描述和分析不同的换挡油路。接下来我们简单看一个最简单的换挡开关油路和调节油路的组合（图4-24）。

图4-24　换挡油路图1

在图4-24中换挡油路结构的部件组成中有两个换挡执行元件离合器A和离合器B、两个执行器一个开关式电磁阀和一个调解式电磁阀、两个机械阀门一个三通两路调节阀和一个四通两路开关阀，以及三条输入油路分别是一条来自系统的主油路和来自减压阀一及减压阀两的两条恒压油路等。在这个简单的换挡油路中我们重点要看：

①每个离合器的工作油路形成过程；

②两个离合器的油路交替切换形成过程。

图4-25　离合器B初始时的接合过程

从图4-25中可以看出：来自系统的主油压已经输送至离合器B上，但此时离合器B所承载的压力并不是系统的高油压，原因是电脑对反比例控制的调节电磁阀的输出指令工作电流达到最大，因此电磁阀输出至三通两路调节阀弹簧侧的压力最低，这样会导致一部分主油压通过该阀的泄油孔泄出，也因此通过三通两路调节阀A油路输出至离合器B的油压是一个低油压以保证元件瞬间接合的平顺性。此时开关式电磁阀处于断电状态，离合器A与四通两路开关阀的泄油油路0是接通的并处于释放状态。

图4-26　离合器B的最终接合过程

通过图4-26我们不难看出，为保证离合器B的正常工作，电脑逐步降低了调节电磁阀的控制电流使三通两路调节阀弹簧侧的压力逐渐上升至最大，此时关闭了该阀门的泄油油路0以保证离合器B的高油压。

　与离合器B接合过程一样在图4-27中，由于开关式电磁阀的工作（由原来的断电状态到通电状态）把来自减压阀2的恒压接通并作用到四通两路开关阀无弹簧侧（阀门左侧），此时该开关式电磁阀的输出压力大于右侧弹簧压力迫使阀门克服弹簧压力右移，右移后首先切断了离合器B的供油（使离合器B的供油油路与阀门的泄油油路0接通变为释放状态），同时接通了离合器A的供油油路，为避免离合器A在高油压下接合时会产生粗暴冲击现象，因此电脑也是把调节电磁阀的电流调至最大并降低了离合器A的初始时接合油压以保证平顺性。

图4-27　离合器A初始时的工作过程

与离合器B一样为保证离合器A的正常工作，在图4-28中电脑也是通过降低了调节电磁阀的控制电流使三通两路调节阀弹簧侧的压力逐步上升最大，此时也逐渐关闭了该阀门的泄油油路0以保证离合器A的高油压。

图4-28　离合器A的最终接合过程

其实在上面的简单的换挡油路中我们也看到了实现换挡品质的系统调节油路。这样在这里我们不再作不同形式的换挡油路的分析。

6.油路缓冲系统（换挡品质控制油路系统）

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。其实这些都是为了满足换挡舒适性能。

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、节流球、节流片、节流阀以及节流孔等。

在图4-29中我们可以看到去往换挡执行元件的油路上有柱塞式节流阀、有单向节流球以及节流孔。当换挡执行元件工作时来自系统的主油压经过三次节流后使系统油压缓慢的流到换挡执行原件本身，通过控制元件的接合时间达到最佳舒适感觉；同时当换挡执行元件释放时作用在其上面的主油压会迅速地释放掉以达到元件的快速分离避免形成半摩擦，同时使换挡执行元件本身也得到自由的活动空间。

图4-29　各种节流装置

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、活塞和弹簧组成（图4-30）。

图4-30　蓄能压器工作过程

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。当弹簧被压缩时储存能量，而当弹簧伸长时释放能量。

在图4-31中实为大众01N型自动变速器的整个油路图，但在用绿颜色圆圈所标注的三个阀门（K1离合器协调阀、B2制动器协调阀、K3离合器协调阀）都叫协调阀，其实它们就是3个节流阀，原因是当每一个阀门在克服弹簧压力动作时相当于实现了节流孔的作用，保证了元件的接合速度。不过它们的动作需要电脑来控制，因此图中的N92电磁阀实质就是一个换挡品质电磁阀。当N92电磁阀通电时其所控制的换挡品质阀便克服弹簧压力向上移动，此时通过该阀门会把一部分来自手动阀的系统油压接通至每一个协调阀无弹簧的一侧，当协调阀受此油压弹簧侧移动时便实现了节流阀的作用，以控制输送到换挡执行元件（K1离合器、B2制动器、K3离合器）油压的时间，最终使换挡品质提升。

图4-31 01N自动变速器的协调阀（节流阀）

7.变矩器锁止离合器控制系统

见变矩器系统。