汽车自动变速器的结构原理与故障诊断(论文)

技师专业论文工种：汽车修理工

题目：汽车自动变速器的结构原理与故障诊断姓名：

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摘要

液力变矩器是一种能随汽车行驶阻力的不同而自动改变输出扭矩的无级变速器；行星齿轮辅助变速器由超速档行星齿轮机构和辛普森复合行星齿轮两部分组成；液压控制系统；电子控制系统；执行元件。

关键词：液力变矩器超速档行星齿轮机构辛普森复合行星齿轮执行元件

第一章汽车自动变速器工作原理的简要分析

众所周知，由于车用发动机的扭矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件又要求汽车的车轮驱动力和车速能在相当大的范围内变化，所以，需在汽车的动力传动系统中设置变速器。

汽车变速器一般有两种形式，一种是普通的手动变速器，汽车驾驶员根据需要进行换挡操作，每次换挡操作都须操纵离合器。这对汽车驾驶员来说，无论在精神上，还是体力上，都是一个很大的负担；同时，对交通安全也是一个不利因素。另一种是自动变速器，它可根据车辆的行驶速度和驾驶员踩下加速踏板的程度，自动实现换挡而不需要离合器。

汽车自动变速器种类繁多，但是，其基本工作原理大致相同，基本结构差异也不大。现以我校汽车新技术车间的A340E型自动变速器为例来说明其结构原理：A340E型自动变速器，是一4挡电子控制自动变速器，主要由带锁止离合器的液力变矩器、超速挡行星齿轮机构、辛普森复合行星齿轮机构、液压控制系统和电子控制系统等组成。各部分的作用原理分述如下：

液力变矩器：它有一个工作腔，其中有三个叶片，即泵轮、涡轮和导轮。泵轮与发动机曲轴相联接，把输入的机械能转变为自动变速器油的能量，使油液的动量矩增加，其作用类似离心泵的叶轮，所以称其为泵轮。涡轮与自动变速器中的行星齿轮变速器输入轴相联接，将自动变速器油的能量转变为机械能输出，涡轮因其使油液的动量矩减小，作用类似于水涡轮，故被称为涡轮。导轮不转动时，变速器壳体的反作用扭矩通过它作用于自动变速器油，使油液的动量矩改变，换言之，导轮在液力变矩器中起导向作用，使自涡轮流出的油液改变方向后流向导轮，形成液体循环，所以称其为导轮。根据液力变矩器的工作特性可知，随着涡轮与泵轮之间的转速差增大或减小，液力变矩器所产生的增扭作用亦加强或削弱。例如，当汽车起步，上坡或遇到较大行驶阻力时，若发动机转速和负荷不变的话汽车行驶速度（也即液力变矩器的涡轮转速）将下降，造成泵轮与涡轮之间的转速差增大，转速比减小，液力变矩器因之产生较大的扭矩增大作用，结果使汽车的驱动轮获得较大的驱动力矩，保证汽车能克服阻力，继续行驶。反之当汽车所遇到的行驶阻力突然变小时，若发动机转速和负荷不变，则车速升高，使泵轮与涡轮之

间的转速差减小，转速比增大，因而液力变矩器的输出扭矩减小。正因如此，液力变矩器才是一种能随汽车行驶阻力的不同而自动改变输出扭矩的无级变速器。锁止离合器的作用是在D 工况直接挡（三挡），或D 工况超速挡下将涡轮与泵轮锁止在一起，实现发动机和变速器直接的机械连接，使液力变矩器的传动效率可达100%。

行星齿轮辅助变速器：因液力变矩器虽然可以在一定的范围内自动而且无级地改变扭矩比和转速比，但最高扭矩比仅为1.70~2.50左右，而且还存在着变矩能力与传动效率之间的矛盾，所以，难以满足汽车的使用要求；同时，再考虑到汽车倒退行驶的需要，因而在自动变速器中，增设一行星齿轮变速器。为研究A340E 型自动变速器各挡的动力传递情况。为此先给出其行星齿轮辅助变速器的传动原理图（图一如下）：

0211-变速器壳体；2-超速行星架；3-前行星架；4-后行星架；5-输出轴；6-后齿圈；7-共用中心轮；8-前齿圈；9-输入轴；10-超速齿圈；11-超速中心轮；12-超速输入轴；C 0-超速离合器；C 1-前进挡离合器；C 2-直接挡离合器；B 0-超速制动器；B 1-二挡滑行制动

器；B 2-二挡制动器；B 3-倒挡制动器；F 0-超速单向离合器；F 1-一挡单向离合器；F 2-二挡单向离合器。

图一A340E 型自动变速器行星齿轮辅助变速器的传动原理图

由图一可知，A340E 型自动变速器的行星齿轮辅助变速器是由两部分串联而成的，前一部分为一简单行星齿轮机构，用于超速挡，即四挡；后面一部分为一辛普森复合行星齿轮机构，是一典型的3挡变速器。超速挡单排行星齿轮机构（图一左边）的结构：由图一可知超速输入轴12与超速行星架2相连，超速离合器C 0连接的则是超速中心轮

11和超速行星架2，超速制动器B

也是多片式结构，位于变速器壳体1与超速中心轮

11之间，作用是必要时夹持固定住后者。超速单向离合器F

0与C

并联，可防止超速中

心轮11逆时针旋转。最终，超速挡行星齿轮机构通过超速齿圈10与后面辛普森复合行星齿轮机构的输入轴9连接在一起。而对于后面的辛普森复合行星齿轮机构来说，其前后两排行星齿轮机构共用一个中心轮7，输出轴5与前行星架3和后齿圈6相连，前进

挡离合器C

1连接的是输入轴9和前齿圈8，而直接挡离合器C

2

则将输入轴9和共用中心

轮7连接在一起。在各制动器中，二挡滑行制动器B

1

为一带式制动器，位于变速器壳体

1与共用中心轮7之间，用于夹持固定共用中心轮7。二挡制动器B

2和倒挡制动器B

3

都

是多片式制动器，在外观上它们与多片式离合器相似，但功能却不同。B

2

位于变速器壳

体1与二挡单向离合器F

2之间，通过与F

2

的联合作用，防止共用中心轮7发生逆时针方

向的转动；而B

3

则位于壳体1与后行星架4之间，工作时可夹持固定后行星架4，使其

无法转动，单向离合器F

1与倒挡制动器B

3

并联安装，作用是防止后行架4的逆时针转动，

而单向离合器F

2则与二挡制动器B

2

串联安装于变速器壳体1与共用中心轮7之间，其功

能在于当二挡制动器B

2

起作用时，防止共用中心轮7逆时针转动。大家知道，无论何时，只要行星齿轮机构中有一个齿轮被驱动，就会影响到其他所有的齿轮。在动力传递的过程中，一旦夹持固定住第二个部件而驱动第一个部件，则必将带动第三个部件。而且，在行星齿轮机构中，每一个部件都可起以上三种作用中的任一种，即既可作为输入件，又可作为输出件，还可作固定件。而输入、输出与固定件之间的不同组合搭配，将使机构的传动比发生一系列变化，同时，也会改变输出运动的方向。而行星齿轮辅助变速器正是利用了这一原理进行变速的。下面以倒挡工况来说明其传递路线：倒挡时，参与工

作的执行机构元件有：C

0、C

2

、B

3

、F

。这时如图一所示，发动机输出的动力经液力变矩

器，借助于超速输入轴12传至超速行星架2，若超速行星架2顺时针旋转，则因C

和

F

的缘故，超速中心轮11也顺时针转动，由于在超速行星齿轮机构中有两个输入件，所以该机构即作为一整体顺时针转动，将动力直接传至后面辛普森复合行星齿轮机构的

输入轴9。由于C

2

的工作，动力被传至共用中心轮7，若其顺时针旋转，则此刻的前行

星排因无固定件而处于空转状态，考虑到后行星排中的行星架4因被B

3

固定，所以后排行星轮只能原地自转，同时带动后齿圈随其一道逆时针转动。由于输出轴5与后齿圈6相连，所以虽然输入轴的转向是顺时针方向，但输出轴却逆时针转动，从而形成倒挡。

根据参与工作执行机构元件的不同，A340E型自动变速器可变换六种换档工况，分别介绍如下：

1)P工况这时，与辛普森复合行星齿轮机构相关的各执行元件都不工作，机构处于空挡状态，同时机构锁止机构将输出轴上的外齿锁住，因而自动变速器的输出轴和汽车的驱动轮都无法转动，处于驻车制动工况，又称停车挡。

2)R工况也称倒挡，参与工作的执行元件有：C

0、C

2

、B

3

、F

。

3)N工况是空挡与辛普森复合行星齿轮机构相关的各执行元件都不工作，其前、后行星排都处于空转状态，输出轴无动力

4)D工况是自动挡共有四个前进挡

D工况一挡参与工作的执行元件有：C

0、C

1

、F

和F

1

。

D工况二挡若在D工况下发动机节气门开度增大或汽车行驶阻力减小，车速将有

所升高，达到一定程度后，自动变速器自动转入二挡行驶。这时，有C

0、C

1

、B

2

、F

和

F

2

参与工作。

D工况三挡（直接挡）当汽车行驶速度更高时，自动变速器换入此挡行驶。参与

工作的执行元件有：C

0、C

1

、C

2

、B

2

和F

D工况超速挡若汽车的行驶速度更高，汽车将自动地以超速挡行驶。参与工作的

执行元件有：C

1、C

2

、B

、B

2

和F

2

。

5)2工况选挡手柄位于2工况位置时自动变速器只能在一挡或二挡上行驶。2工

况一挡同D工况一挡相同；2工况二挡参与工作的执行元件比D工况二挡多了一个B

1

投

入工作。增加B

1

的目的是为了实现发动机制动。

6)L工况选挡手柄位于L工况位置时自动变速器只能在一挡工作。与D工况一挡

相比执行元件多了一个B

3

投入工作；目的是为了实现发动机制动。

液压控制系统和电子控制系统：电子控制单元根据所接受到的各输入传感器及开关信号，视汽车行驶工况和发动机工况的不同，控制各电磁阀的接通与断路，从而控制液压控制系统中油路，进而按制自动变速器中各执行元件的工作。以达到控制自动变速器的六种换挡工况。

综上所述，A340E型自动变速器虽有六个换挡手柄位置，但它的的确确是一个4挡变速器，即有4个前进挡，另有一个倒挡。

第二章汽车自动变速器常见故障检修自动变速器将发动机的动力由变矩器从发动机飞轮上传递给输入轴上,再根据车速与节气门的开度来控制行星齿轮机构,将动力变速后,再由输出轴输出并由万向节传递给汽车的后桥.自动变速器中换档是由液压控制系统与电子控制系统根据汽车各传感器的数值经汽车ECU计算分析来控制的.

一、一般的检查步骤

自动变速器是一个由机械,液压和电子控制系统组成的密封装置.一旦出现故障检修难度较大.在没有确定故障的部位时,不要随便进行解体检修.因为自动变速器从发动机上分解后并解体,此时由于缺少ATF(变速器油)的压力和电流的控制,解体后的自动变速器只能检查机械系统的故障,所以其他部分的故障没有办法进行检查.因此,必须按照检修步骤进行.步骤如下:

1.根据驾驶员的故障叙述进行确认操作.

2.根据确认的故障进行直观检查.

利用检测仪器或自诊断系统,读取故障代码.如果有故障代码,按代码进行故障的范围检查;如果无故障代码,进行下一步检查.

3.根据故障的现象,进行必要的试验操作,确定故障的性质和范围.

4.根据上一步的试验结果,按范围和部位检修自动变速器.

进行道路试验,检验故障是否排除.

二、以丰田A340E型自动变速器的常见故障为例,对自动变速器的正确认识.

l、ATF(变速器油)容易变质

(1).故障现象

更换后的ATF在短时间里就容易变质,或油温过高,有烧焦味,有的甚至从加油口可以看到冒烟.

(2).故障诊断

首先,使汽车以中速行使5-10min,当自动变速器达到正常工作温度时,在发动机正常运转的情况下检查自动变速器油散热器的温度,正常的情况下温度为60摄氏度左右.如果散热器温度过低,说明变速器至变速器油散热器的通道有堵塞,应检修其相通的油管,散热器和限压阀;如果过高,说明离合器或制动器的间隙过小,需要拆检自动变速器;

如果正常,则需要检测主油路的压力是否正常.

若以上检查均为正常,则可能是自动变速器使用不当或变速器油质量有问题.应该将变速器油全部放出来,清洗干净后,加入规定牌号和级别的变速器油.

(3).故障分析

使用不当,如过于频繁的使用急加速或经常超负荷或超速会造成油温过高,致使ATF 过早的变质;ATF的质量不佳或受到污染,使之达不到规定的使用期限;油道堵塞会使的ATF得不到良好的冷却,致使油温过高;离合器和制动器间隙过小也会使得油温过高;主油路的油压过低,使得离合器和制动器在工作时压不紧而打滑,也会使得油温过高.

2、汽车不能行使

(1).故障现象

无论换档操纵手柄位于倒档,前进档或前进低档,汽车不能行驶;汽车起动后行驶很短路程后,稍微热车就不能行驶.

(2).故障诊断

首先,拔出自动变速器的油尺,检查自动变速器的油面高度.若尺上没有油,则说明油液已经漏光,因此,我们检查自动变速器的油底壳是否完好,各油管是否出现脱落,若有,则将其修好再加入新的ATF;若没有,我们就要检查是不是因为手柄及摇臂之间的连杆或拉索松脱导致的.若确实是因松脱且此时正处于空挡或停车档而造成的,则需将它接上;若此时并不处于空挡或停车档,就检查主油路的油压,看它是否正常,若不正常,应打开油底壳,检查油泵进油滤网是否堵塞;若没有,则说明油泵损坏或主油路严重堵塞.

(3).故障分析

汽车的ATF没有;操纵杆失灵;油压不足都会使得汽车不能行驶.

3、变速器打滑

(1).故障现象

汽车起步和行驶时踩下加速踏板,发动机转速很快升高,但车速升速缓慢;汽车在平路上行驶很正常,但上坡无力,且有异响.

(2).故障诊断

首先,检查自动变速器油的油面高度和品质;若都没有问题,则进行路试来检查出现打滑的档位和打滑的程度;将变速器拆卸分解之前,应先检查自动变速器的主油路的油压,以找出造成自动变速器打滑的原因,若正常,只要更换磨损或烧焦的摩擦元件.若不正常,则在拆卸过程中,根据主油路油压,相应地对油泵及阀板进行检修,并更换自动变速器的所有密封圈及密封环,

(3).故障分析

自动变速器的油液过高或过低;行星齿轮损坏;离合器或制动器的摩擦片,制动带摩损或烧焦;油压过低;单向超越离合器打滑等都会使自动变速器打滑.

4、换档冲击大

(1). 故障现象

在汽车起步时,由P位或N位挂入R位或D位时,汽车震动较严重;在汽车行驶过程中,在自动变速器升档的瞬间汽车有较明显的闯动.

(2).故障诊断

首先,检查发动机怠速,当其不准确时进行调整;其次,检查节气门拉索或节气门位置传感器的工作情况,再检查真空式节气门阀的软管是否破裂;在进行道路试验看升档情况,若过迟,则就是其造成的冲击大;若在升档之前发动机转速异常升高,致使冲击过大,则应分解变速器;检测电子控制系统和电磁阀,看是否是ECU故障.

(3).故障分析

发动机怠速过高;主油路油压过高;升档过迟;减振器活塞卡住;换档元件打滑;ECU 故障都会使换档冲击大.

5、升档迟缓

(1).故障现象

在汽车行驶中,升档车速明显高于标准值,升档前发动机转速偏高;必须采用松加速踏板提前升档的操纵方法才能使自动变速器升入高档或超速档.

(2).故障诊断

首先,进行故障自诊断操作,读取自动变速器的故障代码.根据故障代码来找出故障;

检查节气门拉索或节气门位置传感器的调整情况;测量节气门位置传感器的电阻;检查强制降档开关;测量怠速时的主油路油压;检测调速器的油压.

(3).故障分析

节气门的控制不准;调速器的阀卡泄或弹簧预紧力过大;ECU或传感器有故障就会使之出现升档迟缓

6、无超速档

(1).故障现象

行驶中突然发现超速档上不去，变速器出现类似打滑现象，发动机转速超过4000转/min仍然不能进入超速档，若这时缓慢踩下加速踏板，车速能渐渐提升至120公里/小时左右，之后油门踩到底车速也上不去了。该故障是间歇性的，有时又正常，开始时故障发生间隔时间长，后来越来越频繁。故障灯不亮，ECU也没有记录储存故障代码。

(2).故障诊断

从故障现象来看，很象是变速器故障。首先检查电控部分，在故障发生时以自制的测试灯接入1号和2号换档电磁阀，路试观察两个电磁阀工作情况，发现车速进入80迈以后，2号电磁阀始终打开（正常情况应两个电磁阀都关闭，进入超速档），这就是说ECU不控制电磁阀进入超速档动作。是什么原因导致ECU控制失误呢？分别检查ECU输入信号，在进行发动机节气门位置传感器（TPS）电阻测试时发现，TPS在节气门关闭、1/4开度和1/2开度时都正常，电阻值稳步增长；超过1/2开度，至3/4开度和全开时电阻值不再增加。更换新的节气门位置传感器后，故障排除。

(3).故障分析

A340E自动变速器电控部分是由5个电磁阀来执行的，1号、2号电磁阀为换档电磁阀、3号TCC锁止电磁阀、4号蓄能器背压调节电磁阀、5号主油路压力调节电磁阀。ECU 根据输入信号来确定各电磁阀的工作状态，当输入信号有误时，ECU就会产生错误控制。上述故障的根源不是变速器本身故障，而是由于TPS老化磨损所至，在节气门1/2开度以后指示不准，ECU便误认为驾驶员无加速请求，因此不控制换档电磁阀进入超速档动作。而TPS的工作原理是通过节气门处于不同的位置反馈给ECU一系列不同的电压降，ECU据此来确定节气门开度和驾驶者的驾驶请求。又由于TPS指示在规定范围内，便没

有故障代码被记录下来，使这一故障看上去更象变速器超速档打滑的故障。随着汽车电子化程度的提高，类似于上述故障，或者故障现象在这个系统，故障原因却在其它系统，这种情况会越来越多见，特别是现代汽车广泛采用CAN（Controller Area Network—控制器局域网）总线控制技术，因此在故障诊断时，就不能简单地将故障分为几个系统逐个查找，而应该通盘考虑，这样才能避免错诊误断，准确找到故障部位。

7、跳档频繁

(1).故障现象

汽车在前进档行驶中,即使加速踏板保持不动,自动变速器仍然会经常突然降档现象;降档后发动机转速异常升高,并产生换档冲击.

(2).故障诊断

对其先进行故障自诊断,根据故障代码对其进行故障查找;测量节气门位置传感器有无异常,及时更换;测量车速传感器;检查控制系统电路各条接地线的接地情况;检查各个换档电磁阀线束接头的连接情况;检查控制系统电路各接线脚的工作电压;换一个新的阀板或电脑试一下,如果故障消除,则说明原阀板或电脑损坏,应更换;更换控制系统的所有线束.

(3).故障分析

节气门位置传感器有故障;车速传感器有故障;控制系统电路各接地线接地不良或电脑有故障是跳档频繁的原因

8、发动机无制动作用

(1). 故障现象

在汽车行驶中,当换档操纵手柄位于S,L或1,2档位置上,松开加速踏板,发动机转速降至怠速,但汽车没有明显的加速;汽车下坡时,换档操纵手柄位于前进低档,但不能产生发动机制动作用,

(2). 故障诊断

首先,进行故障自诊断,读取故障代码,并根据代码查找故障;进行道路试验,检查加速时自动变速器有无打滑现象.若打滑,则应拆检自动变速器;如果位于L位时无制动,但

位于S时又有制动作用,说明低档及倒档制动器打滑;若位于S位时无制动,但位于L时又有制动作用,说明2档强制制动器打滑,应拆检自动变速器;检查控制发动机的电磁阀线路有无短路或断路; 电磁阀线圈是否正常;通电时是否有工作声音;检查电脑各接脚电压或换一个新的电脑.

(3). 故障分析

换档开关或手柄调整不当;2档制动器打滑或低档及倒档制动器打滑;控制自动变速器制动的电磁阀有故障或电脑有故障是发动机无制动作用,

9、自动变速器异响

(1). 故障现象

在汽车运转过程中,自动变速器内始终有异响声;汽车行驶中自动变速器有异响,停车挂空挡后异响消失.

(2).故障诊断

首先,检查自动变速器的油液高度.若太高或太低,应调整至正确高度;将汽车用举升器升起,起动发动机,在各个档位检查异响的发出部位;若在任何的档位下都有异响,通常是油泵或液力变矩器异响,应将自动变速器拆检;若只有在行驶时才有,空挡时无异响,则为行星齿轮机构异响,对此,也要将自动变速器解体检查.

(3).故障分析

油泵因过度磨损或自动变速器油面高度过低,过高而产生异响;液力变矩器因锁止离合器,导轮单向离合器等损坏而产生的异响;行星齿轮或换档执行元件的异响是自动变速器中最常见的异响声源.

三、检查注意事项

检查时,我们要由易到难,由内而外.尽量不要将自动变速器解体,因为将自动变速器解体后,我们难以将其恢复到它原先的技术参数,使之技术达不到标准值.要充分利用自诊断系统和检测仪器,利用仪器将故障代码读出.