自动变速器液压控制基础——主调压阀系列

当今自动变速器所采用的电控程度越来越复杂，可提供的挡位也越来越多，从十几年前的4挡变速器一眨眼就发展到了如今的9挡甚至10挡变速器。然而一个概念始终是控制的核心，那就是油压的控制。在一台自动变速器的生命周期中，ATF的油压和流量始终是最关键的考虑因素，工程师们就是利用这些参数作为实现换挡品质控制和综合燃油经济性的工具。在维修市场中，维修人员需要了解油压和流量的概念，以便于正确诊断变速器故障，从而有效地维修变速器。因此，笔者将在一系列的文章中逐个介绍液压控制系统中，不同种类的控制阀以及它们的油路控制，从而告诉广大读者，当这些控制阀失效时会出现何种故障现象。维修技师在诊断各种变速器换挡故障现象、故障码以及内部失效原因时，使用的一个关键思路就是，所有液压控制的设计都需要依赖液压系统维持液压的能力。随着车辆里程数不断增加，零部件不断磨损老化时，液压系统中的油路就开始失去维持液压的能力。然而自动变速器内部设计复杂，涉及液压控制的部位很多，而阀体中的各个液压控制阀往往是被忽略或被错误理解的地方。其中一个最显著的部位就是阀体中的主调压阀系列。在所有的自动变速器中，主调压阀是通过液压源、调压弹簧力、平衡油压、泄压口以及节气门/EPC信号油压这5个部位来调节系统主油压，并且为变矩器提供充油的（图1）。直接来自于油泵的ATF油压和流量是不稳定的，随着发动机转速的变化而起伏很大，所以没有经过调节的来自油泵的油压是不能用来控制变速器的。因此，阀体中的主调压阀就起到了平衡调节器的作用，为变速器提供合适的油压源。调压弹簧的作用是施力于主调压阀的一端，弹簧力的大小决定了调节后的基准主油压高低。弹簧力越大，系统的基准主油压就越高。从图1可以看到，弹簧力越大，主调压阀另一端的平衡主油压就要越大，这样才能将阀推出它的静止位置。主调压阀一端的平衡油压系统也是主油压管线中的一部分，这个油压作用于主调压阀的一端，以平衡主调压阀另一端的弹簧力，并将主调压阀推往它的工作位置。这个平衡油压一般都是通过一个节流孔传递到主调压阀一端的作用面上，在推动主调压阀后，主调压阀会打开一个通往变矩器的充油通道，使变矩器得到充油，从而散热器油路才开始有散热流量通过。主调压阀还有一个泄油通道。当平衡油压过高时，主调压阀往弹簧方向被推动足够的距离后，多余的系统油压会从这个泄油口排泄掉，从而起到降低系统主油压的作用。而当自动变速器液压控制基础——主调压阀系列自动变速器维修技术ATREPAIRSKILLS032AUTODRIVING&SERVICE2019.04文：齐明图1主调压阀齐明，任美国索奈克斯工业有限公司驻中国代表处首席代表，毕业于美国常春藤名校之一的达特茅斯学院（DartmouthCollege），获工程科学硕士学位。近年来致力于将国外先进的自动变速器维修技术（尤其是国外变速器原制造厂商不提供技术支持的技术领域）介绍给中国（包括港台地区）同行，推动国内自动变速器维修技术水平深度发展。作者简介033AUTODRIVING&SERVICE2019.04图2典型的主调压阀和增压阀的检查部位平衡油压下降时，主调压阀被弹簧推往阀的平衡端，这个泄油口被主调压阀堵住，从而起到升高系统主油压的作用。如果没有这个泄油通道，系统油压就会随着油泵油压源的起伏而波动。总之，由于这个泄压通道的存在，主调压阀的位置越接近平衡端位置，系统油压就越高；反之，主调压阀越往弹簧端移动，则系统油压越低。节气门/EPC信号油压根据驾驶状态的需要而推动主调压阀，以达到调节系统油压的目的。比如，当踩下加速踏板，节气门信号增加，或者在换入R挡，变速器需要更高的系统主油压以提升传递的扭矩和离合器的接合力时，节气门/EPC信号油压就作为一个增压信号，作用于主调压阀的弹簧一端，和弹簧一起克服平衡端油压，来推动主调压阀，从而达到一个更高的主油压。大多数的自动变速器采用了一个带阀套的增压阀设计，将节气门/EPC信号作用于主调压阀上，比如常见的通用4挡、5挡和6挡变速器，或者丰田的A760，U250系列变速器等。也有的变速器采用将节气门/EPC信号通过电磁阀的调节后，直接作用于主调压阀上的，比如采埃孚的ZF6HP和ZF8HP系列变速器。在车辆的行驶过程中，主调压阀的调节过程会重复几千次，因此在变速器中，主调压阀和相应的增压阀成为运动最频繁的零件，也是变速器内最容易磨损的部位。而它们磨损后表现出来的故障现象却可能完全不同，这完全取决于在这些阀上的磨损位置。（1）当主调压阀或者阀孔的平衡端出现磨损时，主油压会高于正常值。因为磨损后需要更高的平衡油压来抵消调压弹簧上的作用力，而表现出来的故障现象是换挡冲击或损坏某些离合器鼓。比如常见的ZF5HP19变速器中有时会出现B离合器鼓开裂的情况，其根本原因就是主油压过高造成的。（2）当磨损位于主调压阀的弹簧一侧时，则会使系统油压低于正常值，往往出现换挡疲软、换挡时间过长或超出油压调节范围的故障码。（3）增压阀套和阀芯的磨损往往会导致前进挡换挡疲软，在换入倒挡时则出现入挡冲击，比如通用4T65E的阀体经常会看到这种情况。倒挡冲击的原因是增压阀内壁磨损后，增压阀产生过大的倒挡增压信号，将主调压阀推到了最远端，从而在换入倒挡时产生了过大的系统油压。而在前进挡时，由于增压阀套的磨损泄压，使增压信号过低，不足以推动主调压阀到适当的位置，从而产生增压不足，表现出来的故障就是前进挡在进行换挡时疲软。这些由阀体磨损导致的症状通常会随着变速器油温升高而变得更加明显。如图2显示的就是一个典型的主调压阀和增压阀系列，一般都是位于同一阀孔内，图中标出的是常见磨损点和各油路的分布。自动变速器维修技术ATREPAIRSKILLS对于阀体的主调压阀是否有严重磨损，可以有多种不同的检测方法。如果变速器壳体上有主油压检测口，就可以在打开变速器油底壳放油之前，先在壳体上的主油压检测口安装一个油压表。如果看到主油压有异常值，那基本可以确定主调压阀孔有磨损。然后可以打开阀体，利用目测以及真空测试法来检查这个阀孔。真空测试法是对阀孔/阀芯磨损最准确和实用的检测方法，但需要对阀体进行一定的清洁和干燥，否则杂质或者残留的ATF会对检测结果有所影响，同时还会损坏真空检测设备。主调压阀出现问题会显示出很多不同的症状，各种明显的症状基本都可以和系统主油压和主调压阀找到联系。一般来说，主调压阀磨损后出现的症状有以下几种。（1）多个挡位换挡品质异常。（2）换挡打滑或者冲击。（3）离合器鼓由于主油压太高而开裂。（4）变矩器锁止异常。（5）变速器过热。（6）变速器铜套过早失效。（7）油压控制超出范围的故障码。在了解了主调压阀的工作原理后，对故障的诊断可以更快、更方便。当一个油路开始丧失维持压力的能力时，油压问题和换挡故障就开始出现了。所以不断地对主油压异常问题进行分析，可以得到很多故障根源的信息。