北京切诺基越野车AW-4型自动变速器的检修.pdf
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1、第十章第十章 北京切诺基越野车北京切诺基越野车 AW-4 型自动变速器的检修型自动变速器的检修 第一节 AW-4 型自动变速器传动装置的结构及原理第一节 AW-4 型自动变速器传动装置的结构及原理 一、总体结构一、总体结构 北京切诺基越野车使用的是日本阿辛.瓦纳(Aisin.Warner)公司生产的阿辛.瓦纳 4 型 (简称 AW-4 型)电子控制四速自动变速器。和丰田汽车所用的电子控制自动变速器为同一 类型。该电子控制自动变速器带有锁止离合器的 3 元件单级 2 相式液力变矩器、3 行星排的 4 档辛普森式行星齿轮变速器,有独立电脑控制的电液式控制系统,如图 10-1 所示。 图 10-1
2、北京切诺基越野车 AW-4 型自动变速器 电子控制 AW-4 型自动变速器的电脑主要根据节气门位置传感器和车速传感器的信号 来进行换档控制和锁止离合器控制, 并通过 3 个开关式电磁阀来控制自动变速器的工作。 其 中 2 个是换档电磁阀,用于控制换档阀的工作;另一个是锁止电磁阀,用于控制锁止离合器 的工作。控制系统还有模式开关、制动灯开关、档位开关,电脑根据这些开关的状态改变控 制程序。图 10-2 所示为北京切诺基越野车 AW-4 型电子控制自动变速器控制系统的电路, 该控制系统的主要油路油压由主油路调压阀和机械式节气门共同控制。 图 10-2 AW-4 型电子控制自动变速器控制系统电路 1
3、-电源 2-熔断丝 3-自动变速器电脑 4、5、6-电磁阀 7-车速传感器 8-倒车灯 9-档位开关 10-模式开关 11-模式指示灯 12-故障检测插座 13-节气门位置传感器 14-发动机电脑 15-制动灯开关 AW-4 型电子控制自动变速器的行星齿轮变速器和日本丰田 CROWN3.0 车型以及日本 凌志 LS400 车型的电子控制自动变速器在结构上完全相同,如图 10-3 所示。 图 10-3 AW-4 型电子控制自动变速器行星排及换档执行元件 1-输入轴 2-中间轴 3-超速行星排太阳轮 4-超速行星排行星架 5-超速行星排齿圈 6-前行星架 7-前齿圈 8-前后太阳轮组件 9-后行星
4、轮 10-后齿圈 11-输出轴 12-直接离合器 C1-倒档及高档离合器 C2-前进档离合器 B0-超速制动器 B1-2 档制 动器 B2-低档及倒档制动器 B3-2 档强制制动器 F0-直接单向超越离合器 F1-低档 单向超越离合器 F2-2 档单向超越离合器 AW-4 型电子控制自动变速器的 10 个换档元件及 2 个换档电磁阀在不同档位的工作情 况如表 10-1 所示。 表 10-1 AW-4 型自动变速器换档执行元件工作规律 换档执行元件 操 纵 手 柄 位置 档位 换 档 电 磁 阀 A 换 档 电 磁 阀 B C1C2B1B2B3F1F2C0B0F0 P 停 车 档 ON OFF
5、R 倒档 ON OFF N 空档 ON OFF 1 档 ON OFF 2 档 ON ON 3 档 OFF ON D 超 速 档 OFF OFF 1 档 ON OFF 2 档 ON ON 3 3 档 OFF ON 1 档 ON OFF 12 2 档 ON ON 注:-接合、制动或锁止;-接合、制动,但不传递动力。 由表 10-1 可知,该自动变速器操纵手柄的前进档有 3 个位置,即 D 位、3 位以及 12 位,当操纵手柄位于 D 位时,自动变速器的档位变化范围为 14 档;操纵手柄位于 3 位时, 档位变化范围是 13 档,且 2 档具有发动机制动作用;当操纵手柄在 12 位时,档位变化 范围
6、为 12 档,并且 1 档和 2 档均有发动机制动作用。 AW-4 型电子控制自动变速器是四速自动变速器。 传动装置由锁止式液力变矩器、 油泵、 3 个行星齿排、离合器和制动器组件以及液压储能器组成。 由阀体上的电磁阀和变速器电子控制器(TCU)控制换档,电磁阀由来自 TCU 的信号 控制,信号顺序由车速和节气门的位置控制。变速器 4 档是超速档,传动比为 0.751,1 档、2 档、3 档和倒档是常用的档位,其中 3 档传动比为 11。 AW-4 型自动变速器的选档手柄有 6 个位置,如图 10-4 所示。 P P 驻车档 R R 倒档 N N 空档 D D 1 档到 4 档 (4 档为超速
7、档) 3 3 3 档(手动) 1-2 1-2 12 档(手动) 图 10-4 AW-4 型自动变速器选档手柄位置 AW-4 型自动变速器的 6 个位置是:驻车档位(P) 、倒车档位(R) 、空档位(N) ,以 上是普通的机械操作。12 档位、3 档位和 D 档位由电子控制器来控制换档。 12 档位,只有 1 档和 2 档;3 档位只有 1、2、3 三个档位;D 档位从 14 档都有。超 速档(4 档)只有选档手柄在 D 档位时才能获得。电子变速器的标记牌固定在电子变速器壳 体上,如图 10-5 所示。标记牌上有电子变速器的顺序号和型号,当定购维修配件时,可参 考标记牌上的数据选购。 图 10-
8、5 电子变速器标记牌位置 二、锁止式液力变矩器二、锁止式液力变矩器 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。为了提高汽车的传动效率,减少燃油消耗,现代许多新型汽车都采用带锁止 离合器的锁止式液力变矩器,北京切诺基越野车就采用了锁止式液力变矩器。这种变矩器 内有一个由油压控制的锁止离合器, 锁止离合器的主动盘即为变矩器壳体, 从动盘是一个可 作轴向运动的压盘,它通过花键套与涡轮连接,如图 10-6 所示。 图 10-6 带锁止离合器的液力变矩器 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 7-导轮
9、压盘背面(图 10-6 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;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。锁止控制阀由主动变速器的电脑通过锁止电磁阀来控制。 电子控制自动变速器根据车速、节气门开度、发动机转速、电子变速器油压温度、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 止电磁阀, 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,
10、指示输入变矩器的动力完全通过液压油传至涡轮(图 10-7a) ;当汽车 在良好的道路上高速行驶时,且车速、节气门开度、自动变速器油压温度等因素都符合一定 要求时,电脑便操纵锁止控制阀,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,由于压盘背面的液压油压力仍为变矩器压力,从而 使压盘两面在前后两面压力差的作用下压紧在主动盘(变矩器壳体)上(图 10-7b) 。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, 有利于降低液压油的温度。
11、 北京 切诺基越野车的电子控制自动变速器装用的液力变矩器的 锁止离合器压盘上还装有减振弹簧, 以减少锁止离合器在结合的暧间产生的冲击力, 以此来 缓冲发动机的点火冲击,如图 10-8 所示。 图 10-7 锁止离合器工作原理示意图 a)锁止离合器分离 b)锁止离合器结合 1-锁止离合器压盘 2-涡轮 3变矩器壳 4-泵轮 5-变矩器输出轴 A-变矩器出 油口 B、C-锁止离合器控制油道 图 10-8 AW-4 型自动变速器的锁止式液力变矩器 三、内啮合式齿轮泵三、内啮合式齿轮泵 液压油泵是自动变速器最重要的总成之一, 它安装在变矩器的后面, 由变矩器壳后端的 轴套驱动。在发动机运转时,不论汽车
12、是否行驶,油泵都在运转,为自动变速器的变矩器、 换档执行机构、液压控制阀等部分提供所需一定压力的液压油,以保证其正常工作。 北京切诺基越野车采用内啮合式齿轮泵,它具有机构紧凑、尺寸小、质量轻、自吸能 力强、流量波动小、噪声低等特点。内啮合齿轮泵主要由小齿轮、内齿轮、月牙形隔板、泵 壳、泵盖等组成(图 10-9) 。 小齿轮为主动齿轮,内齿轮为从动齿轮,两者均为渐开线齿轮。月牙开隔板的作用是将 小齿轮和内齿轮之间的工作腔分隔为吸油腔和压油腔, 使彼此不连通。 泵壳上有进油口和出 油口。内啮合式齿轮泵的泵油过程如图 10-9 所示。 图 10-9 内啮合齿轮泵 1-小齿轮 2-内齿轮 3-月牙形隔
13、板 4-吸油腔 5-压油腔 6-进油道 7-出油道 四、四、3 行星排辛普森式四档行星齿轮变速器行星排辛普森式四档行星齿轮变速器 北京切诺基越野车采用的是 3 行星排辛普森式四档行星齿轮变速器。3 行星排辛普森 式四档行星齿轮变速器是在不改变辛普森式三档行星齿轮变速器的主要结构和大部分零部 件的情况下, 另外增加一个单排行星齿轮结构和相应的换档执行元件来产生超速档的。 这个 单排行星齿轮结构称为超速行星排,它安装在行星齿轮变速器的前端,如图 10-10 所示。 图 10-10 3 行星排辛普森式四档行星齿轮变速器 1-输入轴 2-超速行星排 3-中间轴 4-前行星排 5-后行星排 6-输出轴
14、C0-直接 离合器 C1-倒档及高速档离合器 C2-前进档离合器 B0-超速制动器 B1-2 档制动器 B2-低档及倒档制动器 B3-2 档强制制动器 F0-直接单向超速离合器 F1-低档单向超越 离合器 F2-2 档单向超越离合器 3 行星排辛普森式四档行星齿轮变速器行星架是主动件,与变速器输出轴相连接;齿圈 则作为被动件, 与后面的双排行星齿轮机构相连接。 超速行星排的工作由直接离合器C0和超 速离合器B0控制, 直接离合器C0用于连接超速行星排的太阳轮和行星架, 超速制动器B0用于 固定超速行星排的太阳轮。根据行星齿轮变速器的变速原理,当超速制动器B0放松、直接离 合器C0接合时,超速行
15、星排处于直接传动状态,其传动比为 1;当超速制动器B0制动,直接 离合器C0放松时,超速行星排处于增速传动状态,其传动比小于 1。 当行星齿轮变速器处于 1 档、2 档、3 档或倒档时,超速行星排中的超速制动器B0放松, 直接离合器C0接合, 使超速行星排处于传动比为 1 的直接传动状态, 而后半部分的双排行星 齿轮机构各换档元件的工作和原辛普森式三档行星齿轮变速器在 1 档、2 档、3 档及倒档的 工作完全相同。来自变矩器的发动机动力经超速行星排直接传给后半部的双排行星齿轮机 构, 此时行星齿轮变速器的传动比完全由后半部的双排齿轮机构及相应的换档执行元件来控 制。当行星齿轮变速器处于超速档时
16、,后半部的双排行星齿轮机构保持在 3 档的工作状态, 其传动比为 1;而在超速行星排中,由于超速制动器B0产生制动,直接离合器C0放松,使超 速行星排处于增速传动状态,其传动比小于 1。 由于直接离合器C0在自动变速器处于超速档之外的任一档位 (包括停车档、 空档和倒档) 都处于接合状态, 此时当发动机刚起动而油泵尚未建立起正常的油压时, 直接离合器C0就处 于半接合状态,这样容易使其摩擦片因打滑而加剧磨损。为了防止出现这种情况,在直接离 合器C0并列的位置上布置 一个直接单向超越离合器F0,使超速行星排的行星架能在逆时针 方向上对太阳轮产生锁止作用。 在发动机刚起动并带动自动变速器输入轴转动
17、时, 它就让超 速行星排的太阳轮和行星架锁止为一个整体, 防止直接离合器C0的摩擦片在半接合状态下打 滑。 直接单向超越离合器F0的另一个作用是改善 3 档升至越速档的换档平顺性。 在 3 档升至 超速的换档过程中, 为了防止超速制动器B0和直接离合器C0同时接合, 造成超速行星排各基 本元件之间的运动干涉,必须在直接离合器C0完全释放后再让超速制动器B0接合,这样,有 可能因直接离合器F0释放后超速制动器B0来不及接合而使行星齿轮变速器的出现打滑现象。 直接单向超越离合器F0可以在直接离合器C0已释放而超速制动器B0尚未完全接合时代替直 接离合器C0的工作, 将超速行星排的太阳轮和行星架锁止
18、在一起, 防止超速行星排出现打滑 现象, 并在超速制动器B0接合后又能及时脱离锁止, 让超速行星排顺利进入超速档工作状态。 五、液力控制系统五、液力控制系统 AW-4 型电子控制自动变速器采用液力式控制系统。这种控制系统的大部分控制阀都位 于阀体总成中, 通过自动变速器和自动变速器轴上的油道与油泵、 变矩器以及各个换档执行 元件相通。 自动变速器用于离合器和制动器液压回路的液压油压力是通过阀体得到的。 阀体是由上 体、下体、隔板以及上、下密封垫组成,如图 10-1 所示。 图 10-11 自动变速器的两分式阀体 下阀体包括手动控制阀、主调压阀、储能器控制阀、单向球阀、电磁阀、液压油滤清器, 如
19、图 10-12 所示。 图 10-12 下阀体零部件安装位置 上阀体包括节流控制阀、换档阀、单向球阀、辅助液压油滤清器,如图 10-13 所示。 图 10-13 上阀体零部件安装位置 1油压调节装置的结构 AW-4 型电子控制自动变速器的油泵由发动机直接驱动,因此油泵的理论泵油量是和发 动机的转速成正比的。 为了保证自动变速器的正常工作, 油泵的泵油量应在发动机处于最低 转速工况(怠速)时也能满足自动变速器各部分的需要,其中包括: (1)为驱动换档执行元件(离合器、制动器)所需的液压油; (2)活塞所需的液压油; (3)为了防止变矩器内液压油过热而不断循环的液压油; (4)齿轮机构润滑所需要的
20、液压油; (5)各处油封泄漏所消耗的液压油; (6)控制系统工作所需的液压油等。 油泵在发动机处于最低转速时,要保证油路中有足够高的油压,以防止油压过低,使离 合器、制动器打滑,影响自动变速器的动力传递。由于发动机怠速工况的转速(750r/min 左 右)和发动机的最高转速(6000r/min 左右)之间相差很大,因此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的油量,导致油压过高,增加发动机的负荷, 并造成换档冲击。为此,必须在油路中设置一个油压调节装置,在发动机高速运转时让多余 的液压油返回油底壳, 使油泵的泵油压力始终稳定在一定范围内, 以满足自动变速器各种工 况对油
21、路油压的要求。 自动变速器控制系统的油压调节装置是一个油压调节阀, 又称为主油路调压阀, 其各工 作原理如图 10-14 所示。 图 10-14 主油路调压阀工作原理示意图 1-油底壳 2-进油滤网 3-油泵 4-调压阀 5-调压弹簧 6-泄油口 7-节流孔 8-至主油路 当油泵运转时,来自油泵出口的液压油经油道通至调压阀的 A 腔。当 A 腔油压对调压 阀的推力小于调压阀上端调压弹簧的预紧力时,调压阀被推至下端底部,这时,泄油孔处于 封闭状态,使油压上升;当 A 腔油压对调压阀的推力大于调压弹簧预紧力时,调压阀上升, 将泄油孔打开,油路中的部分液压油经泄油孔流回油底壳,使油压下降,直至 A
22、腔油压对 调压阀的推务和调压弹簧的预紧力保持平衡。这样,不论发动机转速高低,油泵的泵油压力 始终保持在一个稳定的范围内(通常为 0.51MPa) 。 经主油路调压阀调节后的油路压力称主油路油压, 自动变速器的控制系统及变矩器、 各 换档执行元件都是在主油路油压的作用下进行工作的。 为了使主油路油压能满足自动变速器 不同工况的需要,油压调节装置还应具备下列功能: (1)汽车在高速档(3 档、4 档)以较高速度行驶时,由于此时汽车传动系统处于高转 速、低转矩状态下工作,因此可以相应降低主油路的油压,以减少油泵的运转阻力,节省燃 油。 (2)倒档时主油路的油压应比前进档时的主油路油压大,通常可达 1
23、1.5MPa。这时因 为倒档在汽车使用过程中所占的时间很少, 为了减少自动变速器的尺寸, 倒档离合器或倒档 制动器在设计上采用了较少的摩擦片, 因此在工作时需要有较高的油压, 以防止其接合时打 滑。 (3)主油路油压应能随发动机节气门开度的增大而升高。当节气门开度较大时,由于 发动机输出功率和自动变速器所传递的转矩都较大, 为了防止离合器、 制动器等换档执行元 件打滑,主油路油压要相应升高;反之,当节气门开度较小时,自动变速器所传递的转矩也 较小,离合器、制动器不易打滑,主油路油压可以相应降低。 目前现代新型汽车自动变速器液力控制系统的主油路调压阀都采用阶梯式滑阀, 它可以 根据来自控制系统中
24、几个控制阀的反馈信息控制油压的变化所调节的主油路油压的大小。 图 10-15 所示,为典型的主油路调压阀机构。 图 10-15 主油路调压阀原理图 1-阀芯 2-主油路 3-来自压力校正阀的反馈油路 4-来自手动阀的倒档反馈油路 5- 来自节气门阀的反馈油路 6-调压柱塞 7-套筒 8-弹簧座 9-调压弹簧 10-泄油孔 11-至变速器 这种主油路调压阀由上部的阀芯及下部的柱塞套筒副和调压弹簧组成。 来自油泵的液压 油经阀体上的油道分别进入主油路调压阀 A、B、C 腔。在 A 腔中,由于阶梯形阀芯上下两 段的直径不同, 作用在阀芯环形端面上的油压将对阀芯产生一个向下的推力。 当反馈油路没 有油
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