2.4　自動(dòng)變速器

自動(dòng)變速器是借助液體壓力或其他構(gòu)件（如鋼帶等）操控動(dòng)力傳輸與自動(dòng)換擋，可省去駕駛?cè)藫Q擋的操作，車輛能在較經(jīng)濟(jì)及配合路況需求的情況下行駛。

自動(dòng)變速器可大致分為機(jī)械式、液力機(jī)械式及電子控制式3類，而電子控制式自動(dòng)變速器（見圖2-34）是目前自動(dòng)變速器的代表。主要由液體傳動(dòng)系統(tǒng)、行星齒輪系統(tǒng)與電子（或油壓）控制系統(tǒng)所組成。

一　液體傳動(dòng)系統(tǒng)

液體傳動(dòng)系統(tǒng)（如液力變矩器）自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的接合或分離，用以取代離合器踏板、離合器總成等的操作。

二　行星齒輪系統(tǒng)

行星齒輪系統(tǒng)提供不同速度比及改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以符合各種路況的需求。

三　電子（或油壓）控制系統(tǒng)

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)載及行車速度的變化，可用電子（或油壓）控制系統(tǒng)自動(dòng)控制行星齒輪系統(tǒng)，產(chǎn)生變速、換擋的作用。

2.4.1　液體傳動(dòng)系統(tǒng)

液體傳動(dòng)系統(tǒng)的演進(jìn)：由液力偶合器改良為液力變矩器，近來更發(fā)展為鎖止式液力變矩器，以提高高速時(shí)的動(dòng)力傳遞效率。

一　液力偶合器

液力偶合器由泵輪（又稱主動(dòng)葉輪）與渦輪（又稱被動(dòng)葉輪）組成，如圖2-35所示。當(dāng)泵輪被發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生離心力將油液傳送到渦輪內(nèi)，推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力得以傳送到變速器輸入軸上。

（1）泵輪：裝置在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上，與飛輪成為一體。葉片為平板形且葉片間隔不等，以減少液體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的諧振。

（2）渦輪：裝置在變速器（行星齒輪組）輸入軸上。葉片亦為平板形，且間隔也不等，以減少諧振。渦輪葉片數(shù)目與泵輪不相等，可避免液體從泵輪流到渦輪時(shí)所產(chǎn)生的干擾，并可避免皆由相對的葉片承受，以延長使用壽命。

（3）兩葉輪盡量靠近，以增進(jìn)液體傳動(dòng)效率。內(nèi)部存儲(chǔ)85％～90％的油液，在油液受熱時(shí)，有空隙可供其膨脹，可減少油封受損。

（4）泵輪與渦輪的轉(zhuǎn)速差稱為滑差，以泵輪轉(zhuǎn)速的百分比表示。一般當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500～2000r/min時(shí)，滑差為2％～5％。如泵輪轉(zhuǎn)速為2000r/min，而渦輪轉(zhuǎn)速為1900r/min，則

二　液力變矩器

液力變矩器（見圖2-36）由泵輪、渦輪與導(dǎo)輪（又稱定子）所組成。液力變矩器是液力偶合器的改良。因?yàn)楫?dāng)液力偶合器泵輪將油液傳送到渦輪改變方向后，再折回泵輪，所以此時(shí)油液方向與泵輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，因而阻礙泵輪轉(zhuǎn)動(dòng)，亦即消耗發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力；而液力變矩器即在液力偶合器內(nèi)加裝一導(dǎo)輪，以增加輸出扭力，如圖2-37所示。其構(gòu)件說明如下所述。

（1）泵輪（渦輪）：葉片為彎曲形，可減少油液回彈，動(dòng)力消耗較少。

①如圖2-38（a）所示，當(dāng)油液噴向輪上漏斗時(shí)，因沖擊漏斗時(shí)間短，故從漏斗流出的油液能量與流入時(shí)差不多，即只做動(dòng)力傳遞而無增加扭力的作用。

②如圖2-38（b）所示，當(dāng)油液噴向輪上漏斗時(shí)，因裝有一曲形葉片（如導(dǎo)輪），可使從漏斗流出的油液再次沖擊漏斗，經(jīng)過連續(xù)多次作用后，從漏斗流出（如渦輪）的油液能量比噴入（如泵輪）時(shí)的油液能量大，故具有增大扭力的作用。

（2）導(dǎo)輪：導(dǎo)輪能改變油液流動(dòng)方向，具有增大扭力的作用。在液力變矩器中裝置1個(gè)導(dǎo)輪者，稱為單級扭力變換器，有2個(gè)者稱為二級扭力變換器。

在液力變矩器中的導(dǎo)輪，當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速慢時(shí)可改變油液流動(dòng)方向，以增加輸出扭力；但當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速快時(shí)，油液在導(dǎo)輪背面流動(dòng)，此時(shí)非但不能改變油液流動(dòng)方向及增加輸出扭力，油液的流動(dòng)反而因?qū)л喌淖钃仙鸁幔率箘?dòng)力損失；改善方法即將導(dǎo)輪裝在單向離合器上。

如圖2-39（a）所示，單向離合器內(nèi)的滾子，其對角線AA'比對角線BB'長，當(dāng)滾子被迫逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則成鎖止傳動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)滾子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則成自由空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

如圖2-39（b）所示，低速時(shí)，從渦輪流出的油液，經(jīng)導(dǎo)輪正面（此時(shí)單向離合器在鎖止的方向）改變傳動(dòng)方向后，導(dǎo)入泵輪，使輸出扭力增加。

如圖2-39（c）所示，高速時(shí)，從渦輪流出的油液，經(jīng)導(dǎo)輪背面流過，并借由推動(dòng)單向離合器向前轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生空轉(zhuǎn)，因而導(dǎo)輪不會(huì)阻撓油液流動(dòng)，致使動(dòng)力損失，但也無法增加輸出扭力，而作為液力偶合器用。

圖2-40所示為液體扭力變換接合器的特性曲線。

（1）渦輪與泵輪的速度比為零（渦輪靜止）時(shí)，液體扭力變換接合器傳動(dòng)效率為零。

（2）速度比為0.6～0.75時(shí)（A點(diǎn)），其傳動(dòng)效率最高，約為0.85。

（3）速度比為0.82時(shí)，渦輪與泵輪的扭力比為1（即B點(diǎn)），傳動(dòng)效率約0.8（C點(diǎn)），導(dǎo)輪此時(shí)開始空轉(zhuǎn)，亦即液體扭力變換接合器變成液力偶合器；之后，速度比再增大，其傳動(dòng)效率即沿液力偶合器特性曲線變化，速度比到達(dá)0.94（D點(diǎn)）左右，其傳動(dòng)效率最高。若速度比超過0.94，傳動(dòng)效率就迅速下降。

三　鎖止式液力變矩器

傳統(tǒng)液力變矩器因滑差作用，致使泵輪無法毫無損失地將動(dòng)力傳遞到渦輪，造成燃料浪費(fèi)。近代自動(dòng)變速器使用鎖止式液力變矩器，以改善高速擋的傳動(dòng)效率。

鎖止式液力變矩器作用在高速擋時(shí)，由鎖止活塞將渦輪與液力變矩器蓋互相鎖止，使其直接傳動(dòng)，提高動(dòng)力傳遞效率，節(jié)省燃料；同時(shí)由于鎖止傳動(dòng)，油液不再傳遞動(dòng)力，因而油溫不致過高。其作用如下：

（1）如圖2-41（a）所示，當(dāng)自動(dòng)變速器在低速擋（鎖止離合器OFF）時(shí)，油液從入口進(jìn)入到鎖止活塞左側(cè)，壓迫鎖止活塞向右移動(dòng)，致使渦輪與液力變矩器分離，即不鎖止傳動(dòng)。其動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)→液力變矩器蓋→泵輪→渦輪輸出。

（2）如圖2-41（b）所示，當(dāng)自動(dòng)變速器在高速擋（鎖止離合器ON）時(shí)，油液從出口處泄放，油壓將鎖止活塞向左移動(dòng)，致使渦輪與液力變矩器互相鎖止，即直接傳動(dòng)。其動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)→液力變矩器蓋→鎖止活塞→減振彈簧→渦輪→自動(dòng)變速器主軸輸出。

頭腦風(fēng)暴

◎你駕駛手動(dòng)變速器的車在城市中行駛，出現(xiàn)堵車時(shí)，會(huì)不會(huì)想到如果現(xiàn)在是自動(dòng)變速器的車多好？為什么？

2.4.2　行星齒輪系統(tǒng)

簡單行星齒輪系統(tǒng)由太陽輪、行星齒輪、行星齒輪架及齒圈（又稱內(nèi)齒輪）等組成，如圖2-42所示。其構(gòu)造簡單、體積小、齒輪永久嚙合，換擋時(shí)無須撥動(dòng)齒輪，且其齒輪接觸點(diǎn)多，可傳輸較大的扭矩；但其控制機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，且故障多，故大多用于自動(dòng)變速器或超速傳動(dòng)裝置上。

設(shè)太陽輪齒數(shù)a=36，行星齒輪齒數(shù)b=24，齒圈齒數(shù)d=84。當(dāng)太陽輪主動(dòng)，而齒圈固定，則行星齒輪架被動(dòng)，其減速比計(jì)算如下：

（1）若行星齒輪架逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)1圈，則行星齒輪在齒圈上滾動(dòng)（自轉(zhuǎn)），即

（2）若行星齒輪逆時(shí)針在齒圈上滾動(dòng)（自轉(zhuǎn)）1圈，則帶動(dòng)太陽輪順時(shí)針轉(zhuǎn)，即

（3）若行星齒輪逆時(shí)針在齒圈上滾動(dòng)3.5圈時(shí)，則太陽輪將順時(shí)針轉(zhuǎn)，即

（4）當(dāng)太陽輪與行星齒輪架鎖為一體時(shí)，其速度比為1：1，故當(dāng)行星齒輪架轉(zhuǎn)1圈，太陽輪也會(huì)轉(zhuǎn)1圈。但實(shí)際上太陽輪與行星齒輪架速度比為，因而行星齒輪架轉(zhuǎn)1圈，太陽輪實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)為圈。所以

當(dāng)太陽輪主動(dòng)，齒圈固定，行星齒輪架被動(dòng)時(shí)，行星齒輪系統(tǒng)產(chǎn)生大減速作用。其余各擋作用，如此推算，整理如表2-2所示。

頭腦風(fēng)暴

◎?yàn)楹涡行驱X輪系統(tǒng)中的太陽輪、齒圈及行星齒輪架等無一固定時(shí)（即空擋），無法將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出？

2.4.3　液壓控制系統(tǒng)

液壓控制系統(tǒng)，如圖2-43所示，包括油泵、真空控制閥、手動(dòng)控制閥、速控閥、換擋控制閥、換擋閥、油壓調(diào)節(jié)閥及伺服機(jī)構(gòu)等構(gòu)件；由油泵建立油壓，并經(jīng)各油壓控制閥以操縱伺服機(jī)構(gòu)（制動(dòng)帶、離合器等），使行星齒輪系統(tǒng)產(chǎn)生速度比變化（即自動(dòng)換擋動(dòng)作）。

一　油泵

油泵位于液力變矩器后方，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)軸（如泵輪）帶動(dòng)，產(chǎn)生油壓以使各控制閥、離合器及制動(dòng)帶等動(dòng)作，并將油液充滿液力變矩器及在油料冷卻器內(nèi)循環(huán)以協(xié)助散熱。一般可分為轉(zhuǎn)子式與齒輪式兩大類。

二　真空控制閥（又稱節(jié)流油閥）

由發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管真空大小，控制送到換擋控制閥的油壓，進(jìn)而操控伺服機(jī)構(gòu)，以進(jìn)行換擋動(dòng)作，如圖2-44所示。當(dāng)進(jìn)氣歧管真空降低，以致彈簧彈力將膜片左移，因而輸出油壓增加，經(jīng)由換擋控制閥、換擋閥及伺服機(jī)構(gòu)作用，使行星齒輪系統(tǒng)處在適當(dāng)擋位。

三　速控閥

速控閥將車速（或自動(dòng)變速器輸出軸轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)換成油壓變化，以控制作用到換擋閥的油壓，如圖2-45所示，當(dāng)車速（變速器輸出軸）慢時(shí)，配重離心力小，被彈簧彈力收縮在合攏位置上，只允許低油壓送至換擋閥，因而維持在低速擋；待車速變快，配重離心力增加，克服彈簧彈力向外張開，促使液壓閥開度變大，可讓較多油壓送到換擋閥，并在真空控制閥油壓作用下，使自動(dòng)變速器換入高速擋。

四　換擋閥

換擋閥依手動(dòng)控制閥、真空控制閥、速控閥等送來的油壓及閥內(nèi)本身彈簧彈力的作用，使閥移動(dòng)達(dá)到平衡位置，通過換擋閥油壓高低，產(chǎn)生換擋動(dòng)作。一般4擋自動(dòng)變速器有1、2擋換擋閥，2、3擋換擋閥及3、4擋換擋閥等。

五　手動(dòng)控制閥

如圖2-46所示，駕駛?cè)私栌勺兯贄U操縱手動(dòng)控制閥，改變油壓通路，以操控各擋位。手動(dòng)控制閥一般有5～6個(gè)位置油路，如P、N、D、L、R或P、R、N、D、1、2等。

（1）P：駐車擋（油路1）。

（2）N：空擋（油路1、2、3）。

（3）D：前進(jìn)擋，用于一般行駛狀況，變速器可由低速擋變化到最高速擋，也可由最高速擋降到低速擋（油路1、3、4）。

（4）R：倒車擋（油路3、4）。

（5）L：低速擋，用于長下坡或需較大扭力的路況（如泥濘路況），變速器只在1、2擋間變換，以提供較大扭力（油路2、3、4）。

（6）另外，1、2擋類似L擋，低速擋可提供駕駛?cè)烁嗟倪x擇，使變速器發(fā)揮更佳效果。

六　油壓調(diào)節(jié)閥

油壓調(diào)節(jié)閥最主要的功用是調(diào)節(jié)從油泵來的油壓，能維持在一定壓力之內(nèi)送到液壓控制系統(tǒng)，并且將油壓分供到液力變矩器和潤滑系統(tǒng)，如圖2-47所示。油泵來的油壓經(jīng)B和B'到油壓調(diào)節(jié)閥，其中油壓從B經(jīng)限流孔A到油壓調(diào)節(jié)閥左側(cè)，將閥往右推，并根據(jù)設(shè)計(jì)的油壓大小來決定閥移動(dòng)的位置。從B'到D的油壓亦因閥的移動(dòng)而改變，由于油壓調(diào)節(jié)閥左右持續(xù)的移動(dòng)，可以保持油壓為定值。

七　伺服機(jī)構(gòu)

由油壓或真空或電磁等作用，通過杠桿操作產(chǎn)生機(jī)械力，并可依需要予以繼續(xù)或中斷的機(jī)構(gòu)，稱為伺服機(jī)構(gòu)，如圖2-48所示。在自動(dòng)變速器中，由電磁、油壓等方式操縱離合器及制動(dòng)帶，使變速（行星）齒輪組產(chǎn)生速度比變化。

（1）如圖2-48（a）所示，當(dāng)油壓作用在活塞作用側(cè)（伺服缸）時(shí)，活塞桿推緊（太陽輪延伸的）制動(dòng)帶[可對照圖2-48（b）的制動(dòng)帶]，因而太陽輪固定，齒圈主動(dòng)，而行星齒輪架被動(dòng)，產(chǎn)生減速作用。

（2）如圖2-48（b）所示，當(dāng)制動(dòng)帶放松，油壓推動(dòng)環(huán)狀活塞，使多片離合器壓緊時(shí)，行星齒輪架與太陽輪延伸的制動(dòng)鼓鎖住，因而為直接傳動(dòng)。

頭腦風(fēng)暴

◎你認(rèn)為自動(dòng)變速器的液壓控制系統(tǒng)相當(dāng)于手動(dòng)變速器的哪些構(gòu)件或動(dòng)作（包括駕駛?cè)说牟倏兀?/p>