自动变速器原理

自动变速器原理作者：佚名来源：发布时间：2010年03月23日自动变速器课题4.1自动变速器概述所谓自动变速器是指汽车驾驶中离合器的操纵和变速器的操纵都实现了自动化，简称AT，是英文AutomaticTransmission的缩写。目前自动变速器的自动换档等过程都是由自动变速器的电子控制单元（英文缩写为ECU，俗称电脑）控制的，因此自动变速器又可简称为EAT、ECAT、ECT等。一、自动变速器的分类学习目标鉴定标准教学建议1.了解自动变速器的分类2.掌握液力自动变速器的基本组成和原理3.了解自动变速器选档杆使用应知：液力自动变速器的基本组成和原理应会：自动变速器选档杆使用建议：以现场实物教学和多媒体教学相结合自动变速器可以按结构和控制方式、车辆驱动方式、档位数的不同来分类。1．按结构和控制方式分自动变速器按结构、控制方式的不同，可以分为液力式自动变速器、无级自动变速器和机械式自动变速器。1)机械式自动变速器，简称AMT，是英文AutomatedMechanicalTransmission的缩写，它是在原有手动、有级、普通齿轮变速器的基础上增加了电子控制系统，来自动控制离合器的接合、分离和变速器档位的变换。机械式自动变速器由于原有的机械传动结构基本不变，所以齿转传动固有的传动效率高、机构紧凑、工作可靠等优点被很好地继承了下来，在重型车的应用上具有很好的发展前景。2)无级自动变速器简称CVT，是英文ContinuouslyVariableTransmission的缩写，它是采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变。这也是一种具有广阔发展前景的自动变速器，目前在汽车上的应用已具有一定的市场份额。目前常见的有奥迪A6的Multitronic无级自动变速器、派力奥的Speedgear无级自动变速器、旗云的VT1F无级自动变速器等。3)液力式自动变速器是目前应用最广泛、技术最成熟的自动变速器。按照控制方式的不同，液力自动变速器可以分为液控液力自动变速器和电控液力自动变速器，目前轿车上都是采用电控液力自动变速器；按照变速机构（机械变速器）的不同，液力自动变速器又可以分为行星齿轮自动变速器和非行星自动齿轮变速器，行星齿轮自动变速器应用最广泛，非行星齿轮自动变速器只在本田等个别车系中应用。行星齿轮自动变速器又可以分为辛普森式、拉威诺式和串联式。2．按车辆的驱动方式分自动变速器按车辆驱动方式的不同，可以分为自动变速器(AutomaticTransmission)和自动变速驱动桥(AutomaticTransaxle)，如图4-1所示。图4-1自动变速器和自动变速驱动桥a)自动变速器b)自动变速驱动桥自动变速器用于发动机前置后轮驱动的布置形式，变速器与主减速器、差速器分开，而自动变速驱动桥用于发动机前置前轮驱动，变速器与主减速器、差速器制成一个总成。3．按自动变速器前进档的档位数分按照自动变速器选档杆置于前进档时的档位数，可以分为四档、五档、六档等，目前比较常见的是四档和五档自动变速器，在某些高级轿车如丰田皇冠、宝马7系、奥迪A8等轿车采用六档自动变速器。二、自动变速器的基本组成和工作原理本单元所说的自动变速器都是特指液力自动变速器。1．基本组成液力自动变速器主要由液力变矩器、机械变速器、液压控制系统、冷却滤油装置等组成。电控液力自动变速器除上述四部分外还有电子控制系统。1)液力变矩器液力变矩器是一个通过自动变速器油（ATF）传递动力的装置，其主要功用是：①在一定范围内自动、连续地改变转矩比，以适应不同行驶阻力的要求。②具有自动离合器的功用。在发动机不熄火、自动变速器位于动力档（D或R位）的情况下，汽车可以处于停车状态。驾驶员可通过控制节气门开度控制液力变矩器的输出转矩，逐步加大输出转矩，实现动力的柔和传递。2)机械变速器以常见的行星齿轮变速器为例，其由2～3排行星齿轮机构组成，不同的运动状态组合可得到2～5种速比，其功用主要有：①在液力变矩器的基础上再将转矩增大2～4倍，以提高汽车的行驶适应能力。②实现倒档传动。3)液压控制系统液压控制系统是由油泵、各种控制阀及与之相连通的液压换档执行元件，如离合器、制动器油缸等组成液压控制回路。汽车行驶中根据驾驶员的要求和行驶条件的需要，控制离合器和制动器的工作状况的改变来实现机械变速器的自动换档。4)电子控制系统电子控制系统将自动变速器的各种控制信号输入电子控制单元（ECU），经ECU处理后发出控制指令控制液压系统中的各种电磁阀实现自动换档，并改善换档性能。5)冷却滤油装置自动变速器油（ATF）在自动变速器工作过程中会因冲击、摩擦产生热量，并还要吸收齿轮传动过程中所产生的热量，油温将会升高。油温升高将导致ATF粘度下降，传动效率降低，因此必须对ATF进行冷却，保持油温在80～90°左右。ATF是通过油冷却器与冷却水或空气进行热量交换的。自动变速器工作中各部件磨损产生的机械杂质，由滤油器从油中过滤分离出去，以减小机械的磨损、堵塞液压油路和控制阀卡滞。操作：此处可观看分解的自动变速器，以便对自动变速器有一个直观、整体的初步认识。2．基本原理如图4－2所示为液控自动变速器的组成和原理示意图。图4－2液控自动变速器的组成和原理示意图液控自动变速器是通过机械传动方式，将汽车行驶时的车速和节气门开度这两个主控制参数转变为液压控制信号；液压控制系统的阀板总成中的各控制阀根据这些液压控制信号的变化，按照设定的换挡规律，操纵换挡执行元件的动作实现自动换挡。如图4－3所示为电控自动变速器的组成和原理图。图4－3电控自动变速器的组成和原理图电控自动变速器是通过各种传感器，将发动机的转速、节气门开度、车速、发动机水温、自动变速器ATF油温等参数信号输入电控单元（ECU），ECU根据这些信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出动作控制信号，换挡电磁阀和油压电磁阀再将ECU的动作控制信号转变为液压控制信号，阀板中的各控制阀根据这些液压控制信号，控制换挡执行元件的动作，从而实现自动换挡过程。提示：此处如果条件允许可以通过录像、多媒体动画等辅助教学，以便进一步了解自动变速器基本组成和自动换档的原理。三、自动变速器选档杆的使用轿车自动变速器的选档杆通常有6个位置，如图4－4所示。其功能如下：图4-4自动变速器选档杆位置示意图P位：驻车档。选档杆置于此位置时，驻车锁止机构将自动变速器输出轴锁止。R位：倒档。选档杆置于此位置时，液压系统倒档油路被接通，驱动轮反转，实现倒向行驶。N位：空档。选档杆置于此位置时，所有机械变速器的齿轮机构空转，不能输出动力。D位：前进档。选档杆置于此位置时，液压系统控制装置根据节气门开度信号和车速信号自动接通相应的前进档油路，行星齿轮变速器在换档执行元件的控制下得到相应的传动比。随着行驶条件的变化，在前进档中自动升降档，实现自动变速功能。2位：高速发动机制动档。选档杆置于此位置时，液压控制系统只能接通前进档中的一、二档油路，自动变速器只能在这两个档位间自动换档，无法升入更高的档位，从而使汽车获得发动机制动效果。L位(也称1位)：低速发动机制动档。选档杆置于此位置时，汽车被锁定在前进档的一档，只能在该档位行驶而无法升入高档，发动机制动效果更强。这两个档位多用于山区等路况的行驶，可避免频繁换档，提高变速器的使用寿命。发动机只有在选档杆置于N或P位时，汽车才能起动，此功能靠空档起动开关来实现。常见的选档杆的位置可布置在转向柱上或驾驶室地板上，如图4－5所示。图4-5选档杆的位置a)布置在转向柱上b)布置在驾驶室地板上测试题：1．对照自动变速器的实物、模型或图片说明自动变速器的基本组成。2．自动变速器选档杆有哪些位置，各自完成哪些功能。课题4.2液力变矩器学习目标鉴定标准教学建议1.了解液力变矩器的功用2.掌握液力变矩器各元件的名称3.掌握液力变矩器动力传动和转矩放大的工作原理4.掌握单向离合器和锁止离合器的功用和工作原理5.能够正确检修液力变矩器应知：液力变矩器的功用、组成、结构、工作原理应会：液力变矩器的检修建议：以教师讲解和示范为主，并可结合多媒体课件或录像组织教学。检修部分也可由学生分组讨论，然后由教师总结。提示：我们已经知道在发动机和手动变速器之间有离合器总成。而在发动机和自动变速器之间是没有离合器总成的，液力变矩器正好处于离合器总成的位置，液力变矩器是否要完成离合器的功用呢？它与离合器相比较有哪些不同呢？带着这些问题我们进入下面课程的学习。一、液力变矩器的功用和组成1．功用液力变矩器位于发动机和机械变速器之间，以自动变速器油（ATF）为工作介质，主要完成以下功用：(1)传递转矩。发动机的转矩通过液力变矩器的主动元件，再通过ATF传给液力变矩器的从动元件，最后传给变速器。(2)无级变速。根据工况的不同，液力变矩器可以在一定范围内实现转速和转矩的无级变化。(3)自动离合。液力变矩器由于采用ATF传递动力，当踩下制动踏板时，发动机也不会熄火，此时相当于离合器分离；当抬起制动踏板时，汽车可以起步，此时相当于离合器接合。(4)驱动油泵。ATF在工作的时候需要油泵提供一定的压力，而油泵一般是由液力变矩器壳体驱动的。同时由于采用ATF传递动力，液力变矩器的动力传递柔和，且能防止传动系过载。2．组成如图4－6所示，液力变矩器通常由泵轮、涡轮和导轮三个元件组成，称为三元件液力变矩器。也有的采用两个导轮，则称为四元件液力变矩器。图4-6液力变矩器的组成B－泵轮W－涡轮D－导轮1－输入轴2－输出轴3－导轮轴4－变矩器壳液力变矩器总成封在一个钢制壳体（变矩器壳体）中，内部充满ATF。液力变矩器壳体通过螺栓与发动机曲轴后端的飞轮连接，与发动机曲轴一起旋转。泵轮位于液力变矩器的后部，与变矩器壳体连在一起。涡轮位于泵轮前，通过带花键的从动轴向后面的机械变速器输出动力。导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向离合器支承在固定套管上，使得导轮只能单向旋转（顺时针旋转）。泵轮、涡轮和导轮上都带有叶片，液力变矩器装配好后形成环形内腔，其间充满ATF。提示：为了掌握液力变矩器的基本结构，此处可观看剖开的实物或模型、录像等以加深了解。二、液力变矩器的工作原理1．动力的传递液力变矩器工作时，壳体内充满ATF，发动机带动壳体旋转，壳体带动泵轮旋转，泵轮的叶片将ATF带动起来，并冲击到涡轮的叶片；如果作用在涡轮叶片上冲击力大于作用在涡轮上阻力，涡轮将开始转动，并使机械变速器的输入轴一起转动。由涡轮叶片流出的ATF经过导轮后再流回到泵轮，形成如图4－7所示的循环流动。提示：涡轮的阻力包括ATF油的摩擦阻力、与涡轮相联系的各元件的运动阻力等。图4-7ATF在液力变矩器中的循环流动1－涡轮2－导轮3－泵轮4－油流具体来说，上述ATF的循环流动是两种运动的合运动。当液力变矩器工作，泵轮旋转时，泵轮叶片带动ATF旋转起来，ATF绕着泵轮轴线作圆周运动；同样随着涡轮的旋转，ATF也绕着涡轮轴线作圆周运动。旋转起来的ATF在离心力的作用下，沿着泵轮和涡轮的叶片从内缘流向外缘。当泵轮转速大于涡轮转速时，泵轮叶片外缘的液压大于涡轮外缘的液压。因此，ATF油在作圆周运动的同时，在上述压差的作用下由泵轮流向涡轮，再流向导轮，最后返回泵轮，形成在液力变矩器环形腔内的循环运动。总结：液力变矩器要想能够传递转矩，必须要有ATF冲击到涡轮的叶片，即泵轮与涡轮之间一定要有转速差（泵轮转速大于涡轮转速）。2．转矩的放大在泵轮与涡轮的转速差较大的情况下，由涡轮甩出的ATF以逆时针方向冲击导轮叶片，如图4－8所示，此时导轮是固定不动的，因为导轮上装有单向离合器，它可以防止导轮逆时针转动。导轮的叶片形状使得ATF的流向改变为顺时针方向流回泵轮，即与泵轮的旋转方向相同。泵轮将来自发动机和从涡轮回流的能量一起传递给涡轮，使涡轮输出转矩增大。液力变矩器的转矩放大倍数一般为2.2左右。图4－8液力变矩器转矩放大原理1－泵轮2－涡轮3－导轮个－泵轮液力变矩器的变矩特性只有在泵轮与涡轮转速相差较大的情况下才成立，随着涡轮转速的不断提高，从涡轮回流的A