3.4 自动变速器构造

手动变速器具有效率高、工作可靠、结构比较简单等优点，被广泛地应用在各种汽车上。同时也存在着适应性差、工作不平稳、使用寿命短及增加驾驶员劳动强度的缺点。而使用自动变速器具有以下优点：

（1）提高发动机和传动系的使用寿命。发动机与传动系用液体作为工作介质，液力传动起一定的吸收、衰减和缓冲的作用，大大减少冲击和动载荷，提高了有关部件的使用寿命。

（2）具有良好自适应性。自动变速器能自动适应汽车驱动轮负荷的变化。当行驶阻力增大时，汽车自动降低速度，使驱动轮动力矩增加；当行驶阻力减小时，减小驱动力矩，增加车速。自动变速器的液力变矩器能在一定范围内实现无级变速器，大大减少行驶过程中的换挡次数，有利于提高汽车的动力性和自适应性。

（3）操纵轻便。自动变速器能根据实际路况条件自动选择最合适的挡位行驶，并且液力变矩器取代了干式摩擦片离合器，离合器踏板被取消，大大减轻了驾驶员的劳动强度。

自动变速器确实具有较多优点，但与手动变速器相比，存在着结构复杂、制造成本较高、传动效率较低等缺点，并要求维修人员具有较高的维修水平。

不同车型所装用的自动变速器在型式、结构上往往有很大的差异，其分类方法有多种：

（1）按变速方式分类

汽车自动变速器按变速方式的不同，可分为有级自动变速器和无级自动变速器两种。有级自动变速器是具有有限个定值传动比的自动变速器。无级自动变速器是能使传动比在一定范围内连续变化的自动变速器。

（2）按汽车驱动方式分类

自动变速器按照汽车驱动方式的不同，可分为后驱动自动变速器和前驱动自动变速器两种。后驱动自动变速器的液力变矩器和齿轮变速器的输入轴及输出轴在同一轴线上，发动机的动力经液力变矩器、自动变速器、传动轴、后驱动桥的主减速器、差速器和半轴传给左右两个后轮。这种发动机前置后轮驱动的布置型式主要用在中高级轿车或重型自卸汽车以及城市的大型公共汽车等车型上。

前驱动自动变速器在自动变速器的壳体内装有差速器。纵置发动机的前驱动自动变速器的结构和布置与后驱动自动变速器基本相同，只是在后端取消后轴。横置发动机前驱动自动变速器，由于汽车横向尺寸的限制，通常液力变矩器和齿轮变速器输入轴布置在上方，输出轴布置在下方，主要用在小型轿车上。

（3）按齿轮传动机构类型分类

自动变速器按齿轮传动机构不同，可分为普通齿轮式和行星齿轮式两种。普通齿轮式自动变速器体积较大，最大传动比较小，使用较少，日本本田公司采用。行星齿轮式自动变速器结构紧凑，能获得较大的传动比，为绝大多数轿车自动变速器采用。

行星齿轮式自动变速器按行星齿轮机构布置不同有辛普森、拉维那和串联式3种机构。辛普森行星齿轮机构在自动变速器中被广泛使用，日本丰田的自动变速器几乎都采用这种结构，如A140E、A340和A650等型号。使用拉维那行星齿轮机构的有韩国现代A4AF、A4BF，克莱斯勒KM175、KM176，日本马自达FA4A-EL、德国大众096和097、01V、01M、01N型等自动变速器。串联式行星齿轮机构，通过两组行星齿轮机构串联在一起，形成复合式行星齿轮机构，如GM公司生产的4T60E、4T65E。

（4）按控制方式分类

自动变速器按控制方式不同，可分为全液压控制自动变速器和电子控制自动变速器两种。全液压控制自动变速器将汽车行驶时的车速及节气门开度两个参数转变为液压控制信号，实现自动换挡，现在使用较少。电子控制自动变速器是通过各种传感器及开关，将有关变速信号输入计算机，计算机分析计算，向换挡电磁阀、油压电磁阀等执行元件发出控制信号，再转变为液压控制信号，阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号，控制换挡执行机构的动作，从而实现自动换挡。现在大多数使用的自动变速器就是此种类型。

虽然各种自动变速器外部形状和内部结构也有所不同，但它们的组成基本相同，都是由液力变矩器和齿轮式变速器组合起来的。一般由液力变矩器、齿轮变速机构、供油系统、控制系统和换挡操纵机构等部分组成，如图3.28所示。

液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。它利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递给齿轮变速机构的输入轴，并能根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动地、无级地改变传动比和扭矩比，具有一定的减速增扭功能。

自动变速器中的齿轮变速机构有普通齿轮式和行星齿轮式两种型式。目前行星齿轮式齿轮变速机构被绝大多数轿车自动变速器采用。

自动变速器的控制系统根据发动机负荷和车速两个主信号，按照设定的换挡规律，自动地接通或切断某些换挡离合器和制动器的供油油路，使离合器结合或分开、制动器制动或释放，以改变齿轮变速机构的传动比，从而实现自动换挡。有全液压控制和电子控制两种控制方式。全液压控制系统是由阀体和各种控制阀及油路所组成的。电子控制方式在液压控制系统基础上增设了控制某些液压油路的电磁阀以及电子控制单元、各种传感器与开关，电磁阀由电子控制单元控制。

自动变速器的供油系统主要由油泵、油箱、滤清器、调压阀及管道所组成。油泵是自动变速器最重要的总成之一，它通常安装在变矩器的后方，为自动变速器中的变矩器、换挡执行机构、液压控制系统部分提供一定油压的液压油；油压的调节由调压阀来实现。

自动变速器的换挡操纵机构主要由手动阀操纵机构和节气门阀操纵机构等组成。驾驶员通过自动变速器的操纵手柄改变阀板内的手动阀位置，液压控制系统根据手动阀的位置及节气门开度、车速、各种控制开关的状态等因素，利用液压自动控制原理或电子自动控制原理，按照一定的规律控制齿轮变速机构的换挡执行机构工作，实现自动换挡。

3.4.1 液力变矩器结构

液力变矩器是自动变速器不可缺少的重要组成部分之一，它安装在发动机的飞轮上，其作用是将发动机的动力传递给自动变速器中的齿轮变速机构，并具有一定的无级变速功能。常用液力变矩器的型式有一般式、综合式和锁止式。目前装用自动变速器的汽车上使用大多是综合式和锁止式液力变矩器。

1．综合式液力变矩器

1）组成

综合式液力变矩器结构组成如图3.29所示，液力变矩器有3个工作轮即泵轮、涡轮和导轮。液力变矩器的壳体安装在发动机飞轮上，泵轮与壳体焊接在一起，随发动机曲轴的转动而转动，是液力变矩器的主动部分；涡轮和输出轴连接在一起，是液力变矩器的从动部分；导轮则位于泵轮和涡轮之间，通过单向超越离合器支承在固定于变速器壳体的导轮固定套上。单向超越离合器使导轮可以朝顺时针方向旋转，但不能朝逆时针方向旋转，并与泵轮和涡轮保持一定的轴向间隙，通过导轮固定套固定于变速器壳体上。

2）工作原理

当泵轮转动时，在离心力的作用下，液体被从中央甩向泵轮的边缘。液体从泵轮外缘甩出，冲击到涡轮的外边缘。涡轮和泵轮相似，在其内部有叶片，液体撞击涡轮叶片边缘，冲击力使涡轮转动。齿轮变速机构的输入轴用花键与涡轮相连，当涡轮旋转时，动力经变矩器输出轴输入到齿轮变速机构。

发动机运转时带动液力变矩器的壳体和泵轮与之一同旋转，泵轮内的液压油在离心力的作用下，由泵轮叶片外缘冲向涡轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片内缘，形成循环的液流。导轮改变涡轮上的输出扭矩。由于从涡轮叶片下缘流向导轮的液压油仍有相当大的冲击力，只要将泵轮、涡轮和导轮的叶片设计成一定的形状和角度，就可以利用上述冲击力来提高涡轮的输出扭矩。为说明工作原理，可以假想地将液力变矩器的3个工作轮叶片从循环流动的液流中心线处剖开并展平得到如图3.30所示的叶片展开示意图。

当涡轮转速较低时，从涡轮流出的液压油从正面冲击导轮叶片，如图3.30（a）所示，对导轮施加一个朝逆时针方向旋转的力矩。但由于单向超越离合器在逆时针方向具有锁止作用，将导轮锁止在导轮固定套上固定不动，涡轮上的输出扭矩大于泵轮上的输入扭矩，这说明具有一定的增扭作用。这时由泵轮冲向涡轮的液压油除了沿着涡轮叶片流动之外，还要随着涡轮一同转动，使得由涡轮下缘出口处冲向导轮的液压油的方向发生变化，不再与涡轮出口处叶片的方向相同，而是顺着涡轮转动的方向偏斜了一个角度，使冲向导轮的液流方向与导轮叶片之间的夹角变小，导轮上所受到的冲击力矩也减小，液力变矩器的增扭作用亦随之减小。

当汽车起步后，与驱动轮相连接的涡轮也开始转动，其转速随着汽车的加速不断增加。当涡轮转速增大到某一数值时，液压油对导轮的冲击方向与导轮叶片之间的夹角为零，此时涡轮上的输出扭矩等于泵轮上的输入扭矩。若涡轮转速继续增大，液压油将从反面冲击导轮，如图3.30（b）所示，对导轮产生一个顺时针方向的扭矩。由于单向超越离合器在顺时针方向没有锁止作用，导轮在液压油的冲击作用下开始朝顺时针方向旋转。由于自由转动的导轮对液压油没有反作用力矩，液压油只受到泵轮和涡轮的反作用力矩的作用，液力变矩器不能起增扭作用，导轮开始空转的工作点称为偶合点。综合式液力变矩器在涡轮转速由零至偶合点的变矩区内利用了液力变矩器在涡轮转速较低时所具有的增扭特性，偶合点以后的偶合工作区利用了液力耦合器涡轮转速较高时所具有的高传动效率的特性。因此，液力变矩器在汽车低速行驶时有较大的输出扭矩，在汽车起步、上坡或遇到较大行驶阻力时，能使驱动轮获得较大的驱动力矩，但扭矩只能增加2～4倍。当涡轮转速随车速的提高而增大到某一数值时，冲向导轮的液压油的方向与导轮叶片之间的夹角减小为零，这时导轮将不受液压油的冲击作用，液力变矩器失去增扭作用，其输出扭矩等于输入扭矩，即达到偶合点。

2．锁止式液力变矩器

1）组成

液力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，传动效率较低。为提高汽车的传动效率，减少燃油消耗，现代很多轿车的自动变速器采用一种带锁止离合器的锁止式液力变矩器。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移动的压盘，它通过花键套与涡轮连接，如图3.31所示。压盘背面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；压盘左侧即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，锁止控制阀通过自动变速器电子控制单元控制锁止电磁阀来控制。

2）工作原理

电子控制自动变速器电子控制单元根据车速、节气门开度、发动机转速、变速器液压油温度、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，操纵锁止控制阀，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，这时输入变矩器的动力完全通过液压油传至涡轮，如图3.32（a）所示。当汽车在良好道路上高速行驶，且车速、节气门开度、变速器液压油温度等因素符合一定要求时，电子控制单元控制锁止控制阀，让液压油从油道C进入变矩器，而使油道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，从而使压盘在前后两面压力差的作用下压紧在变矩器壳体内表面上，如图3.32（b）所示，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，有利用降低液压油的温度。有些车型的液力变矩器的锁止离合器盘上还装有减振弹簧，以减小锁止离合器在结合时瞬间产生的冲击力。

变矩器内部设置了锁止离合器后，故障率也相应增加，提高了维修费用。变矩器是不可拆装的总成，维修时通常采用总成更换的方法进行处理。

3.4.2 齿轮变速机构

齿轮变速机构有普通齿轮变速齿轮机构和行星齿轮变速机构两种，现在应用最广泛的是行星齿轮变速机构。行星齿轮变速机构由行星齿轮机构和换挡执行机构组成。

1．行星齿轮机构

行星齿轮机构是自动变速器的重要组成部分之一，由太阳轮、内齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。按行星齿轮机构布置不同有辛普森、拉维那和串联式3种机构，辛普森行星齿轮机构在自动变速器中被广泛使用。行星齿轮机构是实现变速的机构，各挡传动比的改变是通过不同运动元件组合而实现的。在传动比改变的过程中，整个行星齿轮组还存在运动，动力传递没有中断。

行星齿轮机构有几种组合类型，其中最简单的行星齿轮机构是由一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架和支承在行星架上的多个行星齿轮组成，称为一个行星排，如图3.33所示。

行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈及行星架有一个共同的固定轴线，行星齿轮支承在固定于行星架的行星齿轮轴上，并同时与太阳轮和齿圈啮合；当行星齿轮机构运转时，空套在行星架上的行星齿轮轴上的几个行星齿轮一方面可以绕着自身的轴线旋转，另一方面又可以随着行星架一起绕着太阳轮回转，兼有“自转”和“公转”两种运动状态。在行星排中，具有固定轴线的太阳轮、齿圈和行星架称为行星排的3个基本元件。

由于单排行星齿轮机构有两个自由度，因此它没有固定的传动比，不能直接用于变速传动。为了组成具有一定传动比的传动机构，必须将太阳轮、齿圈和行星架这3个基本元件中的一个加以固定或连接，或使其运动受到一定的约束即让该构件以某一固定的方向旋转，或将某两个基本元件互相连接在一起，使行星排变为只有一个自由度的机构，获得确定的传动比。

行星齿轮机构的传动如图3.34所示。设太阳轮的齿数为Z1，齿圈齿数为Z2，太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2、n3，并设齿圈与太阳轮的齿数比为α，即

α=Z2/Z1

则行星齿轮机构的一般运动式为

n1+αn2=（1+α）n3

由上式可以看出，在太阳轮、齿圈和行星架3个基本元件中，可任选两个分别作为主动件和从动件，而使另一个元件固定不动或使其运动受一定约束，则整个轮系即以一定的传动比传递动力。不同的连接和固定方案可得到不同的传动比，3个基本元件的不同组合可有6种不同的组合方案，加上直接挡传动和空挡，共有8种组合。

齿轮变速机构的动力传递以辛普森行星齿轮机构这种典型机构为例进行介绍。

辛普森行星齿轮机构一种十分著名的行星齿轮机构，以设计发明者H.W.Simpson工程师命名，被广泛应用于世界各国的汽车自动变速器中。它的特点是由两个行星排组成，前后两个太阳轮连为一体，前行星架和后齿圈为同一构件，并且和输出轴连接，该机构可组成三个前进挡和一个倒挡。

辛普森行星齿轮机构设置了5个换挡执行元件：两个离合器、两个制动器、一个单向离合器，如图3.35所示。当高倒挡离合器C1工作时，把来自涡轮输出轴的动力接通至太阳轮。当前进挡离合器C2工作时，把来自涡轮输出轴的动力接通至前排齿圈。当二挡制动器B1工作时，固定太阳轮。当一、倒挡制动器B2工作时，固定后行星架。当单向离合器F1工作时，逆向固定后行星架。

辛普森机构中B1和B2制动器，在某些自动变速器中采用带式制动器，也有采用摩擦片式制动器。

下面进行辛普森机构各挡位的动力传递分析。表3.1所示反映了辛普森行星齿轮机构换挡执行元件的工作规律。

1）D挡

将自动变速器操纵手柄置于D位位置，齿轮变速机构根据使用需要可以变换3个挡，即D1、D2、D3挡。

D1挡：把操纵手柄置于D位位置，前进挡离合器C2和单向离合器F1作用，前进挡离合器C2把输入动力传给前齿圈，F1单向离合器作用，使后行星架固定不动。其输入动力经前进挡离合器C2传给前齿圈，使其顺时针旋转，前齿圈又带动前行星轮顺时针转动。由于前行星轮既可带动前行星架顺时针转动，又可带动太阳轮逆时针转动，因此前齿圈的转速通过前行星轮被分解成两条传动路线，太阳轮逆时针的旋转带动后行星轮顺时针转动，后行星轮再带动后齿圈顺时针转动。由于后齿圈顺时针转动时，会给后行星架施加一个逆时针的力矩，通过F1单向离合器将后行星架逆向固定。后排行星齿轮机构固定，后太阳轮输入，后齿圈输出。前排行星齿轮机构中，前齿圈输入，前太阳轮逆时针转动，前行星架输出。通过后齿圈和前行星架经输出轴传出动力。

辛普森机构的D1挡具有汽车滑行功能，当驱动轮的转速超过了发动机的转速之后，来自驱动轮的逆向动力通过后齿圈和前行星架输入机构使后行星架顺时针旋转，脱离单向离合器F1锁止，实现汽车滑行。当驱动轮转速低于发动机时，单向离合器重新锁止，变速器恢复驱动状态。

D2挡：随着车速和节气门开度等变化，液压控制系统控制二挡制动器B1与前进挡离合器C2同时作用，此时涡轮输出轴经前进挡离合器C2和前齿圈连接，同时太阳轮组件被二挡制动器B1固定。其动力经输入轴传给前齿圈，使之作顺时针旋转。由于太阳轮被固定，因此前行星轮在前齿圈带动下，既有“自转”，又随行星架“公转”，行星轮和行星架都是顺时针转动，行星架最后带动输出轴顺时针旋转。D2挡传动比取决于行星架齿数和前齿圈齿数之比，它是一种传动比大于1的减速运动。D2的传动比仅仅和前排行星齿轮机构有关。

另外当输出轴转动时，同时会带动后齿圈顺时针转动，而后太阳轮已被固定，此时后行星轮和后行星架都顺时针空转，单向离合器F1处于释放状态。

辛普森机构在D2工作状态下，来自驱动轮的逆向传入变速器的动力可以直接传至发动机，实现发动机制动。

D3挡：当车速和节气门开度等达到一定要求，液压控制系统控制高倒挡离合器C1与前进挡离合器C2同时作用。高倒挡离合器C1的接合把动力传至太阳轮，前进挡离合器C2的接合把动力传至前齿圈。根据上述行星齿轮机构特征，任意两元件同速同方向旋转则机构锁成一整体，即为直接挡。在D3挡状态，前齿圈和太阳轮均有相同旋转方向和速度。当机构整体顺时针转动时，单向离合器和后行星架处于释放状态。

在D3档状态下，能够实现发动机制动的功能，而不存在汽车滑行的作用。

2）S或2挡

把操纵手柄置于S或2挡位置，液压控制系统控制执行元件实现2挡和1挡自动变换。传动比与在D位的2挡和1挡相同，不同的是在1挡时，发动机具有制动作用，没有滑行功能。

3）L或1挡

把操纵手柄置于L或1挡位置，液压控制系统控制不升挡，固定在1挡上，液压控制系统控制前进挡离合器C2和一、倒挡制动器B2同时工作。此时后行星架被一、倒挡制动器B2固定，实现1挡传递。当驱动轮逆向传入的动力通过变速器将发动机转速提高，消耗动力使驱动轮转速迅速下降，实现发动机制动。

4）R挡

把操纵手柄置于R挡位置，液压控制系统控制高倒挡离合器C1和倒挡制动器B2同时工作，高倒挡离合器C1的接合把动力传给太阳轮，倒挡制动器B2使后行星架固定。此时动力经输入轴传给了太阳轮并使其顺时针转动。因后行星架已被固定，后行星轮成了过渡轮，所以后行星轮是逆时针转动，并使后齿圈也逆时针转动，最终后齿圈带动输出轴逆时针旋转，这样可实现倒向行驶。R挡传动比等于后齿圈齿数和太阳轮齿数之比，是传动比大于1的减速运动。从上述可知，倒挡的传动比仅仅和后排行星齿轮机构相关。

当输出轴逆时针转动时，使前行星架同时也逆时针转动，此时前排太阳轮是顺时针转动，这两个构件的不同方向的旋转，使前齿圈产生逆时针方向的空转。

2．换挡执行机构

换挡执行机构由离合器、制动器和单向超越离合器3种不同的执行元件组成。用来改变行星齿轮中的主动元件运动或固定某个元件，改变动力传递的方向和传动比。

换挡执行机构各执行元件通过按一定规律对行星齿轮机构的某些基本元件进行连接、固定或锁止，让行星齿轮机构获得不同的传动比，从而实现挡位变换。

1）离合器

离合器将行星齿轮变速机构的输入轴与行星排中的某个基本元件连接，以传递动力，或将前一个行星排的某一个基本元件与后一个行星排的某个基本元件连接，以约束这两个基本元件的运动，即起连接作用，现大多采用多片湿式离合器。

（1）多片湿式离合器的结构。多片湿式离合器通常由离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、弹簧座、一组钢片、一组摩擦片、调整垫片、离合器毂及几个密封圈组成。

多片湿式离合器的剖面图如图3.36所示，离合器活塞3安装在离合器鼓2内，它是一种环状活塞，由活塞内外圆的密封圈保证其密封，从而和离合器鼓一起形成一个封闭的环状液压缸，并通过离合器内轴颈上的进油孔和控制油道相通。钢片4和摩擦片5交错排列，两者统称为离合器片。钢片4的外花键齿安装在离合器鼓2的内花键齿圈上，可沿齿圈键槽做轴向移动；摩擦片5由其内花键齿与离合器毂的外花键齿连接，也可沿键槽做轴向移动。摩擦片的两面均为摩擦系数较大的铜基粉末冶金层或合成纤维层。一般情况下离合器毂为主动件，离合器鼓为从动件。

（2）工作原理。当来自控制阀的液压油进入离合器液压缸时，作用在离合器活塞上液压油的压力推动活塞，使之克服回位弹簧的弹力而移动，将所有的钢片和摩擦片相互压紧在一起；钢片和摩擦片之间的摩擦力使离合器鼓和离合器毂连接为一个整体，此时离合器处于结合状态。

当液压控制系统将作用在离合器液压缸内的液压油的压力解除后，离合器活塞在回位弹簧1的作用下被压回液压缸的底部，将液压油排出。此时钢片4和摩擦片5相互分离，两者之间无压力，离合器鼓和离合器毂可以朝不同的方向或以不同的转速旋转，离合器处于分离状态。此时离合器活塞和离合器片之间有一定的轴向间隙，以保证钢片和摩擦片之间无轴向压力。这一轴向间隙称为离合器的自由间隙，其大小可以用挡圈的厚度来调整，离合器自由间隙标准的大小取决于离合器的片数和工作条件。通常离合器片数越多或该离合器的交替工作越频繁，其自由间隙就越大。

有些离合器在活塞和钢片之间有一个碟形环，它具有一定的弹性，可以减缓离合器结合时的冲击力。

离合器处于分离状态时，其液压缸内仍残留有少量液压油。其在离心力的作用下会被甩向液压缸外缘处，并在该处产生一定的油压。若离合器鼓的转速较高，这一压力有可能推动离合器活塞压向离合器片，使离合器处于半结合状态，导致钢片和摩擦片因互相接触摩擦而产生不应有的磨损，影响离合器的使用寿命。为此，在离合器活塞或离合器鼓的液压缸壁面上设有一个由钢球组成的单向阀。当液压油进入液压缸时，钢球在油压的推动下被压紧在阀座上，单向阀处于关闭状态，保证了液压缸密封；当液压缸内的油压被解除后，钢球在离心力的作用下离开阀座，使单向阀处于开启状态，残留在液压缸内的液压油在离心力的作用下从单向阀的阀孔中流出，保证了离合器的彻底分离。

2）制动器

制动器将行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈和行星架这3个基本元件之一与变速器壳体相连，使该元件被约束固定而不能旋转。制动器的结构型式较多，目前最常见的是带式制动器和片式制动器两种。

（1）带式制动器。带式制动器是利用围绕在制动鼓周围的制动带收缩而产生制动效果的一种制动器。带式制动器主要由制动鼓3、制动带2、液压缸及活塞4等组成，如图3.37所示。带式制动器的制动鼓3与行星齿轮机构的某一个基本元件相连接，并随之一起转动。制动带的一端支承在变速器壳体1上的制动带支架或制动带调整螺钉上，另一端与液压缸活塞上的推杆连接。液压缸被活塞4分隔为液压缸施压腔5和液压缸释放腔7两部分，分别通过各自的控制油道与控制阀相通。

当液压缸的施压腔和释放腔内均无液压油时，带式制动器不工作。制动带2与制动鼓3之间有一定的间隙，制动鼓3可以随着与它相连接的行星排基本元件一同旋转。

当液压油进入制动器液压缸施压腔5时，作用在活塞4上的液压油压力推动活塞，使之克服回位弹簧10的弹力而移动，活塞上推杆8随之向外伸出，将制动带2箍紧在制动鼓3上，于是制动鼓被固定而不能旋转。此时制动器处于制动状态。

在制动器处于制动状态且有液压油进入液压缸释放腔7时，由于液压缸释放腔7一侧的活塞面积大于是施压腔一侧的活塞面积，活塞两侧所受的液压压力不相等，释放腔一侧的压力大于施压腔一侧的压力，推杆8随之回缩，制动带2被放松，使制动器由制动状态转成释放状态。

当带式制动器不工作或处于释放状态时，制动带与制动鼓之间应有适当的间隙，这一间隙的大小可用制动带调整螺钉来调整。

带式制动器结构简单、轴向尺寸小，维修方便，但它的工作平顺性较差。因此，可在控制油路中设置缓冲装置，使之在开始结合时液压缸内的油压能缓慢上升，以缓和制动力的增长速度，改善工作平顺性。

（2）片式制动器。片式制动器由制动器活塞、回位弹簧、钢片、摩擦片及制动毂等部件组成。它的工作原理和多片湿式离合器基本相同，制动鼓固定在变速器壳体上，如图3.38所示。钢片4通过外花键齿安装固定在变速器壳体11上的内花键齿圈中，摩擦片4则通过内花键齿和制动毂1上的外花键齿连接。

当制动器不工作时，钢片和摩擦片之间没有压力，制动毂1可以自由旋转。当制动器工作时，来自控制阀的液压油进入制动毂1内的液压缸中，油压作用在制动器活塞7上，推动活塞将制动器钢片和摩擦片4夹紧在一起，与行星排某一基本元件连接的制动毂1就被固定住而不能旋转。

片式制动器的工作平顺性优于带式制动器，也易于通过增减摩擦片的片数来满足不同排量发动机的要求，但结构复杂，轴向尺寸增大。

3）单向离合器

单向离合器又称单向超越离合器，与其他离合器的区别是，单向离合器无须控制机构，它是依靠其单向锁止原理来发挥固定或连接作用的。单向锁止发挥连接作用是指把某个行星排的3个基本元件中的两个在某个方向连接在一起，使其以相同的转速一同旋转，产生直接传动。

单向超越离合器有多种型式，常用有棘轮式、滚柱斜槽式和楔块式3种型式。楔块式单向超越离合器使用的较为广泛，其由外环、内环、楔块等组成，如图3.39所示。外环或内环上设有楔形槽，其滚子不是圆柱形的，而是特殊形状的楔块，如图3.39（a）所示，楔块在A方向上的尺寸略大于内外环之间的距离B，而在C方向上的尺寸略小于B。当外环2相对于内环3朝顺时针方向转动时，楔块1在摩擦力的作用下立起，因自锁作用而被卡死在内外环之间，使内环与外环无法相对滑转，此时单向超越离合器处于单向锁止状态，如图3.39（c）所示。当外环2相对于内环3朝逆时针方向旋转时，楔块1在摩擦力的作用下倾斜，脱离自锁状态，内环3与外环2可以相对滑动，此时单向超越离合器处于自由状态，如图3.39（b）所示。

楔块式单向离合器的锁止方向取决于楔块的安装方向。维修时不可装反，以免影响自动变速器的正常工作。

3.4.3 供油系统

供油系统是向自动变速器有关液压元件提供具有一定油压、足够流量、合适温度的液压油。供油系统的结构组成因其功能要求不同而有所不同，但主要组成部分基本相同，一般由油泵、各供油油道及辅助装置、压力调节装置等部分组成。

1．油泵

油泵通常安装在液力变矩器的后方，由液力变矩器壳后端的轴套驱动。在自动变速器的供油系统中，油泵有定量泵和变量泵两种。

1）定量泵

常用定量泵有内啮合齿轮泵、转子泵和叶片泵，应用最广泛的仍然是内啮合齿轮泵。

内啮合齿轮泵主要由外齿齿轮、内齿齿轮、月牙形隔板、泵壳、泵盖等组成，其齿轮紧密地装在泵体的内腔里，外齿齿轮为主动齿轮，内齿齿轮为从动齿轮，月牙形隔板将外齿齿轮和内齿齿轮隔开。内齿和外齿齿轮紧靠着月牙形隔板，有微小的间隙。泵体是铸造而成的，经过精加工，泵体内有很多油道，有进油口和出油口。泵盖也是一个经精加工的铸件，也有很多油道，泵盖和泵体用螺栓连接在一起。

内啮合齿轮泵的月牙形隔板将内齿轮与外齿轮之间空出的容积分隔成两个部分，在齿轮旋转时齿轮的轮齿由啮合进入分离的那一部分，其容积由小变大，称为吸油腔；齿轮由分离进入啮合的那一部分，其容积由大变小，称为压油腔。由于内、外齿轮的齿顶和月牙形隔板的配合是很紧密的，所以吸油腔和压油腔是互相密封的。当发动机运转时，变矩器壳体后端的轴套带动外齿轮和内齿轮一起运转，此时在吸油腔内，由于外齿轮和内齿轮不断退出啮合，容积不断增加，以致形成局部真空，将油盘中的液压油从进油口吸入，且随着齿轮旋转，齿间的液压油被带到压油腔；在压油腔，由于外齿轮和内齿轮不断进入啮合，容积不断减少，将液压油从出油口排出，油液就这样源源不断地输往液压系统。内啮合齿轮泵的排量取决于外齿齿轮的齿数、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。

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

转子泵由一对内啮合的转子、泵壳和泵盖等组成。其排量取决于内转子的齿数、齿形、齿宽以及内外转子的偏心距。齿数越多，齿形、齿宽及偏心距越大，排量就越大。摆线转子泵是一种具有特殊齿形的内啮合齿轮泵，它具有结构简单、尺寸紧凑、噪声小、运转平稳、高速性能良好等优点；但其流量脉动大，加工精度要求高。

叶片泵由定子、转子、叶片、壳体及泵盖等组成。转子由变矩器壳体后端的轴套带动，绕其中心旋转；定子是固定不动的，转子与定子不同心，二者之间有一定的偏心距。叶片泵的排量取决于转子直径、转子宽度及转子与定子的偏心距，转子直径、转子宽度及转子与定子的偏心距越大，叶片泵的排量就越大。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，对液压油的污染比较敏感。

2）变量泵

为保证自动变速器在发动机怠速运转的低速工况下也能为其各部分提供足够大的流量和压力液压油，油泵的排量应足够大。定量泵的泵油量是随转速的增大而正比地增加，当发动机中高速运转时，油泵的泵油量将大大超过自动变速器的实际需要，过多的泵油量使阻力增大，从而增加了发动机的负荷和油耗，造成了一定的动力损失。为此，将汽车自动变速器的叶片泵设计成排量可变的型式即称为变量泵。这种叶片泵的定子不是固定在泵壳上，而是可以绕一个销轴作一定的摆动，以改变定子与转子的偏心距，如图3.40所示。

在油泵运转时，定子3的位置由定子侧面控制腔内来自油压调节阀的反馈油压来控制。当油泵转速较低时，泵油量较小，油压调节阀将反馈油路关小，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，推动油压调节阀将反馈油路开大，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朝逆时针方向摆动，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，直到出油压力降至原来的数值。

变量泵的泵油量在发动机转速超过某一数值后就不再增加，从而减少了油泵在高转速时的运转阻力，提高了汽车的燃油经济性。

2．油压调节装置

自动变速器供油系统的油压调节装置是由主油路调压阀、副调压阀、单向阀和安全阀等组成。

1）主油路调压阀

主油路调压阀又称主调节阀，它是根据车速和节气门开度的变化，自动调节流向各液压系统的油压，保证各系统液压的稳定，使各信号阀工作平稳。主油路调压阀一般由阀芯、阀体和弹簧等主要元件组成，如图3.41所示。

来自油泵的压力油液从进油口a进入，并作用到阀芯的右端；来自于节气门阀和手动阀倒挡油路的两个反馈油压则经进油口f作用在阀芯的左端。

当发动机负荷较小，输出功率较小时，节气门调节压力也较低，作用在阀芯右端的油液压力较高，油压所产生的作用力大于阀芯左端弹簧预紧力和节气门调节压力对阀芯的作用力时，弹簧将被压缩，阀芯向左移动，阀芯中部的密封台肩将使泄油口露出一部分；来自油泵的油液有一部分经出油口b输给手动阀，有一部分经出油口d输出往液力变矩器，还有一部分经泄油口流回油底壳，使油压下降，直至油液压力所产生的推力与调压弹簧的预紧力、节气门调节压力的合力保持平衡为止。此时调压阀以低于油泵输入压力的油压输出。当节气门开度增大，输出功率增大时，增大了的节气门调节油压将使阀芯向右移动，阀芯中部的密封台肩将堵住泄油口，泄油口开度降低，泄油道减小或处于封闭状态，使油压上升，调节阀以高于油泵输入压力的油压输出。节气门开度越大，调压阀输出的压力越高，输往手动阀和液力变矩器的油液压力将随所要传递的功率的增大而增大，使油液压力保持在相对稳定的范围内。

在阀芯的右端还作用着另一个反馈油压，它来自于压力校正阀。这一反馈油压对阀芯产生一个向左的推力，使主油路调压阀所调节的主油路油压减小。

当自动变速器处于前进挡的1挡或2挡时，无倒挡油路油压，压力校正阀关闭，调压阀右端的反馈油压也为零。而当自动变速器处于3挡或超速挡时，若车速增大到某一数值，压力校正阀开启，来自节气门阀的压力油经压力校正阀进入调压阀右端，增加了阀芯向左的推力，使主油路油压减小，减小了油泵的运转阻力。当自动变速器处于倒挡时，来自手动阀的倒挡油路压力油进入阀芯的左端，阀芯左端的油压增大，主油路调压阀所调节的主油路压力也因此升高，满足了倒挡时对主油路油压的需要。

2）副调压阀

副调压阀又称二次调压阀，根据车速和节气门开度的变化，自动调节变矩器的油压、润滑油压和冷却油压。二次调压阀也是由阀体、阀芯和弹簧等组成，调压原理与主油路调压阀相同。

3）安全阀

安全阀实际就是一个限压阀，由弹簧和钢球组成，并联在油泵的进、出油口上，以限制油泵压力。当油泵压力高时，压开钢球，经回油道流回油底壳。

4）旁通阀

旁通阀是液压油冷却装置的保护器，与冷却装置并联。当流到冷却装置的液压油温度过高、压力过大时，阀体打开，起旁通作用，以免高温、高压的液压油损坏冷却装置。

3.4.4 控制系统

自动变速器控制系统根据操纵手柄的位置和汽车行驶状态实现自动换挡；控制变矩器中液压油的循环和冷却，以及控制变矩器中锁止离合器的工作。

自动变速器控制系统由液压信号装置、换挡控制装置、换挡品质控制装置和液力变矩器控制装置组成，电子控制自动变速器的控制系统还包括各种传感器、执行器、电子控制单元等。

1．液压信号装置

液压信号装置是将节气门开度和车速的变化转变成液压信号的装置。常见的液压信号装置有节气门阀和车速调压阀两种。

1）节气门阀

节气门阀用于转换节气门油压，反映节气门开度，控制系统根据汽车节气门开度的大小改变主油路油压和换挡车速，满足汽车使用要求。

节气门阀是由节气门开度所控制，根据控制方式的不同，节气门阀有机械式节气门阀、真空式节气门阀、带海拔高度补偿装置的真空式节气门阀等几种型式。由于机械式节气门阀结构简单、工作可靠，所以使用最广泛。

如图3.42所示为一种机械式节气门阀的结构简图，它由柱塞2、阀芯4、弹簧3和阀体等组成。

当踩下加速踏板，使节气门开度增大时，摇臂1沿逆时针方向转动，推动柱塞2右移，压缩弹簧3，使其弹力增大，则推动阀芯4右移，使进油口a的开口量增大，而泄油口的开口量减小，于是通往控制装置的输出油压上升。阀芯右端的油室与出油口b相通，压力油对阀芯4产生向左的液压推力。当压力油对阀芯的作用力与弹簧3的作用相平衡时，阀芯就保持在某一工作位置，得到一个稳定的输出信号油压。

当摆臂1沿逆时针方向转到最大转角位置时，柱塞2移动到右端位置，其环槽把油口d与b接通，此时输出压力达最大值，并从d口输出，送往强制降挡油路，从而达到强制降挡目的。

2）车速调节阀

车速调节阀能根据汽车速度的变化得到和汽车速度相对应的输出油压，从而控制自动变速器的换挡时机。车速调节阀一般装在输出轴上，车速调节阀有单锤式、双锤式和复锤式等型式。在电子控制自动变速器中，车速调节阀由车速传感器代替，这里就不再介绍其结构。

2．换挡控制装置

换挡控制装置按照换挡规律的要求，随着控制参数的变化，自动地选择最佳换挡点，发出换挡信号，控制换挡执行机构，完成挡位的自动变换。液压换挡控制装置有手动阀、换挡控制阀等。

1）手动阀

手动阀是一种直接由驾驶员控制的多路换向阀，位于控制系统的阀板总成中，经机械传动机构和自动变速器操纵手柄相连。手动阀根据自动变速器操纵手柄的位置，使自动变速器处于不同的挡位状态。在操纵手柄处于不同位置时，如停车挡P、空挡N、倒挡R、前进挡D、前进低挡S、L或2、1等，手动阀也随之移至相应的位置，使进入手动阀的主油路与不同的控制油路接通，或直接将主油路压力油送入不同的控制油路，并让不参加工作的控制油路与泄油孔接通。

如图3.43所示为自动变速器手动阀的一种结构。阀体通过连接杆受操纵手柄操纵，阀体能左右移动，移动时能分别打开或关闭阀体中的油道。手动阀的进油口与主油路压力调节阀相通，出油口与各换挡阀、顺序动作阀或离合器调节阀相通。

2）换挡控制阀

换挡控制阀是一种由液压控制的两位换向阀，它根据节气门开度或车速的变化，自动控制挡位的升降，使自动变速器处于最适合汽车行驶状态的挡位上。

任何一种自动变速器都用换挡控制阀来实现自动换挡，其数目根据变速器前进挡位数而定，安装在自动变速器阀板内。换挡控制阀由阀体、弹簧和滑阀等组成，如图3.44所示为换挡控制阀的工作原理示意图。

对于全液压控制自动变速器来说，自动变速器换挡阀的滑阀移动完全由节气门阀产生的节气门油压P2和车速调压阀产生的油压P1大小来控制。节气门开度越大，节气门油压也越大；车速调压阀产生的油压取决于车速，车速越高，速度调节油压也就越高。若汽车行驶中，节气门开度保持不变，当车速较低时，滑阀右端的调节油压P1较小，低于左端节气门油压P2和弹簧力F之和，此时滑阀保持在右端低挡位置，主油路压力油进入低挡换挡执行元件，如图3.44（a）所示；随着车速的提高，速度调节油压P1逐渐增大，当车速提高到某一车速时，滑阀右端的速度调节油压P1增大至超过左端节气门油压P2和弹簧力F之和，此时滑阀将移向左端高挡位置，主油路压力油进入高挡换挡执行元件，让自动变速器升高一个挡位，如图3.44（b）所示；若汽车在高挡位行驶中因上坡或阻力增大而使车速下降时，速度调节油压P1也随之降低，当车速下降到某一数值时，换挡阀右端的速度调节油压P1将降低至小于左端节气门油压P2和弹簧力F之和，此时滑阀移向右端低挡位置，使自动变速器降低一个挡位。因此，当节气门开度不变时，汽车升挡和降挡时刻完全取决于车速。

若汽车行驶中保持较大的节气门开度，则滑阀左端的节气门油压也较大，速度调节油压必须在较高的车速下才能达到节气门油压和弹簧弹力之和，使自动变速器升挡，因而相应的升、降挡车速都较高；反之，若汽车行驶中保持较小的节气门开度，则滑阀左端节气门油压也较小，速度调节油压在较低的车速下就能达到节气门油压和弹簧弹力之和，因而相应的升、降挡车速都较低。因此，汽车的升挡和降挡车速取决于节气门的开度，节气门的开度越大，汽车升挡和降挡的车速就越高；反之，节气门开度越小，汽车升挡和降挡的车速也就越低。当汽车行驶阻力较大时，驾驶员必须将节气门保持在较大的开度才能保证汽车的加速，此时汽车的换挡车速也应比平路行驶时稍高一些，以防止过早换挡而导致“拖挡”现象。反之，当汽车平路行驶或载重较小时，节气门保持在较小的开度，换挡车速也可以低一些，以节省燃油。这种换挡车速随节气门开度变化的规律符合汽车的实际使用要求。

3）强制降挡阀

强制降挡阀用于节气门全开或接近全开时，强制性地将自动变速器降低一个挡位，以获得良好的加速性能。

强制降挡阀主要有两种类型，一种类似于节气门阀，另一种是一种电磁阀。类似于节气门阀的强制降挡阀结构如图3.45所示，由控制节气门阀的节气门拉索和节气门阀凸轮控制其工作。在节气门接近全开时，节气门拉索通过节气门阀凸轮推动强制降挡阀，使之打开一个通往各个换挡阀的油路B。该油路的压力油作用在换挡阀上节气门液压端，迫使换挡阀移至低挡位置，使自动变速器降低一个挡位。

另一种强制降挡阀是一种电磁阀，由安装在加速踏板上的强制降挡开关控制。当加速踏板踩到底时，强制降挡开关闭合，使强制降挡电磁阀通电，电磁阀作用在阀杆上的推力消失，阀芯在弹簧弹力的作用下移动，打开油路，主油路压力油进入换挡阀作用着节气门油压的一端，强迫换挡阀移动，让自动变速器降低一个挡位。

3．换挡品质控制装置

换挡品质是指换挡过程的平顺程度。换挡过快，产生较大的冲击和动载荷；而换挡过慢，虽然改善了换挡平稳性，但摩擦元件的滑转时间延长，导致其温度升高、磨损增加。因此，在换挡阀至换挡执行元件之间的油路中增加了一些装置如蓄能器、单向节流阀和调节阀等，提高换挡过程的平稳性。

1）蓄能器

蓄能器用于储存少量压力油液，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。蓄能器在自动变速器控制系统中采用的一般是弹簧式，它由缸筒、活塞和弹簧组成。

2）单向节流阀

单向节流阀对流向换挡执行元件的液压油产生节流作用，在换挡执行元件接合时延缓油压增大的速率，以减小换挡冲击。单向节流阀有两种型式：①弹簧节流阀式，如图3.46（a）、（b）所示，在充油时，节流阀关闭，液压油只能从节流阀中的节流孔通过，从而产生节流效应；在回油时，液压油将节流阀推开，节流孔不起作用。②球阀节流孔式，如图3.46（c）、（d）所示，在充油时，球阀关闭，液压油只能从球阀旁的节流孔经过，减缓了充油过程；回油时，球阀开启，加快了回油过程。

4．液力变矩器控制装置

液力变矩器控制装置为液力变矩器提供具有一定压力的液压油，同时将变矩器内受热后的液压油送至散热器冷却，并让一部分冷却后的液压油流回到齿轮变速器，对齿轮变速器中的轴承和齿轮进行润滑；同时控制变矩器中锁止离合器工作。下面仅介绍全液压控制自动变速器的液力变矩器所用锁止离合器控制装置。

1）组成

液力变矩器锁止离合器控制装置由压力调节阀、泄压阀、回油阀、锁止信号阀、锁止继动阀及相应的油路组成。

2）锁止离合器控制原理

液力变矩器锁止离合器的工作是由锁止信号阀和锁止继动阀一同控制的，其原理如图3.47所示。锁止信号阀上方作用着车速调压阀调节的油压。当车速较低时，车速调压阀调节的油压也较低，锁止信号阀在弹簧弹力的作用下保持在上方位置，将通往锁止继动阀主油路切断，从而使锁止继动阀在上方弹簧弹力及主油路油压的作用下保持在下方位置，让变矩器中锁止离合器压盘左侧的油腔与来自变矩器压力调节阀的进油道相通，此时锁止离合器处于分离状态，发动机动力完全由液力来传递，如图3.47（a）所示。当汽车以高速挡行驶，且车速及相应的车速调压阀调节的油压升高到一定数值时，锁止信号阀在车速调压阀调节的油压的作用下被推至下方位置，使来自高速挡油路的主油路压力油进入锁止继动阀下端，锁止继动阀在下方主油路油压的作用下上升，从而锁止离合器左侧的油腔与泄油口相通，锁止离合器前移，与泵轮摩擦接合，发动机动力经锁止离合器直接传至涡轮输出，如图3.47（b）所示。