自动变速器(AT)的组成及工作原理+定稿.doc
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北京信息职业技术学院
摘要
随着当今经济的快速发展，轿车越来越普遍的作为普通的消费品进入百姓家庭。
人们在追求享受的同时也越来越在乎汽车的使用经济性和驾驶的简单性，于是自动变速器在轿车中应运而生，满足了人们对汽车的舒适性和驾驶的简单性。
汽车自动变速器包括有级变速器和无级变速器（CVT）两种。
别克通用轿车装配的是自动有级变速器（AT）,该变速器与前置前驱发动机相匹配输出更强劲的动力。
自动变速器主要由液力变矩器、油泵、齿轮变速机构、人机控制系统、阀板5个部分组成。
常见的变速器的故障原因有液力变矩器的故障、油泵的故障以及阀体的故障维修。
关键词：
自动变速器;无级变速器;液力变矩器;油泵
Abstract
Withtherapiddevelopmentofeconomy,carsmoreandmorepopularasordinaryconsumergoodsintopeoplefamily.Peopleinthepursuitofenjoyandatthesametimegettingcareaboutcarusageeconomyanddrivingthesimplicityofautomatictransmission,thencameintobeinginthecartomeetpeoplefortheautomobiledrivingcomfortandconvenience.
Autoautomatictransmissionsincludevariabletransmissionandvariation（CVT）twokinds.BUICKcarassemblyisautomaticallyhavevariabletransmission（AT）,thetransmissionismatchedwithleadprecursorengineoutputstrongerimpetus,Automatictransmissionmainlybythehydraulictorqueconverter,oilpump,gearshiftingagency,man-machinecontrolsystem,thevalveplatefiveparts.Commontransmissionfaultreasonhashydraulictorqueconverterfaults,andthebodyofoilpumpsfailurebreakdownmaintenance.
KeyWords:
AutomaticTransmission;ContinuouslyVariableTransmission;
Hydraulictorqueconverter;Pump
目录
摘要…………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract…………………………………………………………………………………Ⅱ
第一章自动变速器的工作原理和组成 2
1.1自动变速器的工作原理 2
1.2自动变速器的组成 4
1.2.1液力变矩器 5
1.2.2齿轮变速系统 6
1.2.3换挡执行器 7
1.2.4液压自动操纵系统 7
1.2.5电子控制系统 8
第二章通用别克系列自动变速器 9
2.1自动变速器（4T60-E）的识别及结构 9
2.24T60—E自动变速器系统描述 11
2.2.1系统电子元件描述 11
2.2.2自动变速器控制输入系统组成 14
2.2.3变速器温度开关 16
2.2.4热模式运作 16
第三章别克自动变速器（4T60-E）的诊断与维修 17
3.1系统诊断 17
3.1.1变速器的路面测试法 17
3.1.24T60-E液力自动变速器管路压力检测步骤 17
3.1.34T60-E自动变速器电气故障诊断流程图 20
3.1.4影响4T60-E自动变速器工作的发动机电脑（ECM）故障码 27
3.2系统维修 28
3.2.1传动间歇中断及档位错误 28
3.2.2冷起动时，变速器噪声很大 29
3.2.3强行换高档粗暴 30
3.2.4换速档滞后或不能换高档 33
致谢 34
参考文献 35
III
北京信息职业技术学院
前言
在汽车工业100多年的发展史中，动力传动系的技术进步一直处于一个举足轻重的地位。
车辆行驶性能的好坏，不仅取决于发动机，而且在很大程度上依赖于变速器及变速器与发动机的匹配。
为了有效的提高车辆的动力性和燃油经济性，便产生了适应时代需求的自动变速技术。
随着电子技术和自动控制技术的发展，自动变速技术已经越来越成熟，自动变速器的种类和形式也日益多样化。
计算机与换档变速技术的结合，有力的推动了汽车工业的发展。
现实社会中汽车保有量的大幅上升、高新技术产品和装置在汽车的配备不断提高。
人们对汽车的需求不知单单满足于日常代步，更多的追求驾驶的运动性、舒适性、操控简便性、燃油经济性，因此，自动变速器在轿车上被广泛应用。
本文主要介绍了别克通用轿车自动变速器的结构原理及故障分析。
别克通用是性能不错的轿车，其前置前驱车型的发动机装配了自动变速器保证了动力的强劲输出和换挡的平顺性以及操控的舒适性。
本文通过对自动变速器的构造原理及常见的故障诊断分析，对自动变速器有一个全方位的认识和了解并能掌握变速器的基本故障诊断与维修，进而不断增强自身的综合能力。
第一章自动变速器的工作原理和组成
1.1自动变速器的工作原理
自动变速器看似复杂，事实上只要我们了解了其中一些简单参数的奥秘，那么在选购汽车时，自动变速器的好坏就可一目了然了。
自动变速器最重要的参数就是挡位的个数。
这一点凡是开过车的人都能理解，谁都愿意开挡位多的车。
如果挡位越多，变速器与发动机动力的配合就会越紧密，能够把发动机的性能发挥得更好。
但光看挡位的个数是不够的。
事实上一台自动变速器的挡位多少并不是技术的核心，因为简单的增加行星齿轮组就能增加挡位。
象奔驰，沃尔沃的商用货车，有的挡位甚至多达20多个。
自动变速器的技术核心在它的控制机构。
因为一台好的自动变速器，它的换挡品质必须做到响应速度快，换挡冲击小等特点。
而这一切都需要靠设计和改进性能优良的控制机构得以实现。
自动变速器是通过各种液压多片离合器和制动闸限制或接通行星齿轮组中的某些齿轮得到不同的传动比的。
所以换挡品质的好坏与这些离合器和制动器有直接关系。
根据汽车挡次的不同，出于成本考虑，经济型车的自动变速器的控制机构通常被设计得很简单。
如图1-1
图1-1：
示例用图
上图为自动变速器中最常用的制动机构。
它通过制动带来限制行星齿轮的运动。
制动带在杠杆的推动下能迅速包紧被制动的齿轮或轴，从而产生强大的制动力达到限制行星齿轮运动的目的。
杠杆是直接被顶杆推动的，顶杆的动力又来自液压。
所以行星齿轮的制动完全由液压来决定。
这种制动带式的设计，结构非常简单，成本也很低，常用于经济型车的自动变速器当中。
但由于制动带制动非常唐突，制动力来得很猛，所以换挡震动相对较大。
在高挡车中很少用这种设计。
高挡车中用得较多的是多片离合器式制动设计。
早期的自动变速器通常都是机械控制的，最多只有少量电子系统作为辅助。
机械式的自动变速器液压油路结构复杂，成本高，而且耐用性差，需要经常维护，维修费用也高得出奇。
现代自动变速器基本上已经采用了电液一体化的设计，其实不单变速器是这样，现在很多自动化设计都是采用的电液一体化设计。
所谓电液一体化，就是指用电子方式控制液压油路。
这样就省去了各种复杂的液压控制阀和控制管路，直接用电磁阀取代液压阀。
电磁阀最大的好处就是布置方便，可靠性和响应速度高。
我们完全可以想象，是布置复杂的液压回路容易一些还是布置电线容易一些？
答案当然是后者。
电液一体化变速控制，除了上述优点以外，还有一个很大的好处就是控制方法更加智能化。
因为电磁阀是直接与行车电脑相连的，电脑可以很容易的根据汽车的各种状态调整控制方式。
不象纯液压控制那样，控制模式是固定不变的。
所以在很多配备了电液一体化式的自动变速器的车上，有经济模式，运动模式，雪地模式可供选择。
在经济模式下，电脑控制变速器在低转速换挡达到省油的目的；在运动模式下电脑控制变速器在高转速换挡发挥发动机的动力性能；在雪地模式下，电脑控制自动变速器直接用2挡起步，避免因轮胎打滑而失控。
所以，这种电液控制的自动变速器给人的感觉就是非常智能化，非常听话。
而这所有的控制模式只需要修改电脑程序就能实现，硬件方面不需要做任何改动，所以成本比传统自动变速器更低，性能却更高。
当然，在使用自动变速器时也有很多有别与手动变速器的地方。
首先，自动变速器和手动变速器都有空挡（也就是N挡）。
但自动变速器的N挡与手动变速器的N挡是完全不一样的。
手动变速器挂入N挡以后，同步器将齿轮与轴的动力分开，完全切断的动力传输；自动变速器挂N挡以后，动力并没有分开，而是解除了所有离合器和制动器对行星齿轮的约束，行星齿轮全部转动，但不传输动力（这是行星齿轮的特性）。
因此，自动变速器挂N挡以后，并不代表发动机的动力被切断，而仅仅只是行星齿轮的动力传输不出去而已。
如果在高速行驶时把自动变速器挂入N挡溜车，则会造成润滑油压降低，润滑跟不上而行星齿轮又在相对高速旋转，所以很容易把齿轮烧坏。
还有一点就是在短暂停车时不要经常把变速杆从D挡切入N挡，因为自动变速器是通过液压推动各个离合器的分离结合以及制动器的束缚来实现换挡的，空挡亦如此。
所以频繁的切如N挡会使各个离合器和制动器的工作强度和磨损增大，减少自动变速器的使用寿命。
其实大可放心，在设计自动变速器的时候工程师们就考虑到了停车问题，其实在D挡上短时间停车是完全不会对变速器有坏影响的，虽然车已停住发动机仍在转动，但带速时的微弱能量完全能被液力变矩器吸收，从而达到平衡。
除非是长时间在高温环境下停车，才会使液力变矩器的油温升高。
1.2自动变速器的组成
自动变速器通常由液力变矩器、行星齿轮变速系统、换挡执行器、液压自动操纵系统、电子控制系统五部分组成，图1-2所示为典型的汽车四挡自动变速器结构图。
图1-2：
示例用图
1.2.1液力变矩器
液力变矩器是电子控制自动变速器不可缺少的核心组成部分，它能将输入轴的扭矩连续自动地传给输出轴，是典型的液力传动装置。
目前轿车上广泛采用由泵轮、涡轮和导轮组成的单级综合式液力变矩器（图1-3），其优点是结构简单、工作可靠、性能良好。
液力变矩器实际上是一个能无级（连续地）自动进行变矩的液力自动变速器。
变矩器除了上述三个主要元件外，有的还具有锁止离合器。
锁止离合器位于涡轮前端，是一个液压直接控制的全自动离合器。
它的工作由电脑控制系统控制，即由电脑控制系统根据发动机转速传感器和车速传感器输入的信号，控制一个电磁阀，而电磁阀则通过控制通向变矩器的油道中工作液（ATF）的流向，使锁止离合器闭锁或分离。
图1-3：
示例用图
变矩器内注以自动变速器油，由供油泵供给。
供油泵还定压、定量地为自动变速器的各系统提供工作液，完成传扭、控制与润滑、冷却等任务。
供油泵一般由变矩器泵轮套的凸爪驱动。
液力变矩器具有自动适应性和变扭能力，其工作的主要特点是变扭比K（K=涡轮输出扭矩/泵轮输入扭矩）随着涡轮转速与泵轮转速（泵轮转速等于发动机转速）的相对变化，即随转速比=（涡轮转速/泵轮转速）的变化自动无级地变化；在车速低时变矩器能输出大的扭矩，而在车速高时能利用偶合器的高效率，因而综合了液力元件的双重优点，被称为综合式液力变矩器，这一特性正好适合于汽车行驶阻力变化的特点。
1.2.2齿轮变速系统
液力变矩器虽能传递和增大发动机扭矩，但变扭比不大，变速范围不宽，远不能满足汽车使用工况的需要，为此在液力变矩器后面又装一个辅助变速装置-齿轮变速系统，多数是行星齿轮变速系统，也可以是平行轴式（固定轴线式）齿轮变速系统，用以进一步增大扭矩，扩大其变速范围，提高汽车的适应能力。
行星齿轮变速系统是一种常啮合传动，其传动比变换可通过分离与结合离合器或制动器而方便地实现，特别有利于动力换挡或自动换挡。
电子控制自动变速器的行星齿轮变速系统一般由双排行星轮或三排行星轮组成，并广泛采用三自由度变速器。
图1-4为双排行星轮变速器的原理图，该变速器在同一轴上有前后两个单排行星轮，两排行星轮由一个公共的空心太阳轮相连，该太阳轮与两行星排的行星轮啮合，这种双排行星轮变速器具有前进挡和一个倒挡，常装在前置发动机后驱动的（FR）汽车上。
图1-4：
示例用图
C1-前离合器；C2-后离合器；B1、B2、B3-制动器；F1、F2-单向离合器
若在上述三挡自动变速器中再加一个超速行星排，即构成四挡自动变速器，它可以进行超速传动，使传动比小于1。
超速行星排在FR车辆中装于液力变矩器与三挡行星轮变速器之间，而在前置发动机前驱动（FF）车辆中装于三挡行星轮变速器之后。
超速行星排主要由一个行星排，用于夹持太阳轮的超速制动器Bo，连接太阳轮和行星轮架的超速离合器C。
以及超速单向离合器Of组成，动力由超速行星排内齿圈输入，传至超速行星轮架。
图1-5是四挡行星轮变速器的原理。
图1-5：
示例用图
C0-超速离合器；B0-超速制动器；F0-超速单向离合器
1.2.3换挡执行器
行星轮变速器的换挡执行机构包括换挡离合器、换挡制动器和单向离合器。
换挡离合器为湿式多片离合器，由液压来控制其结合与分离，通常由若干交错排列的主从动离合器片组成。
换挡制动器是将行星轮变速器中某一元件（太阳轮、行星轮架或齿圈）固定，使其不能转动，构成新的动力传递路线，换上新的挡位，得到新的传动比。
它和换挡离合器一样由液压操纵。
换挡制动器通常有两种形式：
一种是湿式多片制动器，其结构与上述湿式多片离合器相同，不同点是离合器连接两个转动构件并传递动力，而制动器连接的一个是转动机件，另一个是固定不动的变速器壳体，作用是刹住转动机件，使其不能传动。
换挡制动器的另一形式是带式制动器。
行星轮变速器中单向离合器的作用是确保平顺地无冲击换挡，它与液力变矩器中的单向离合器结构相同，均由内、外圈及两者之间的楔块组成。
1.2.4液压自动操纵系统
液压自动操纵系统通常由供油、手动选挡、参数调节、换挡时刻控制、换挡品质控制等部分组成。
供油部分包括供油泵、油滤清器、主油路调压阀、第二调压阀、油冷却器等。
供油泵和主油路调压阀是液压自动操纵系统的动力源，第二调压阀也称变矩器补偿压力调节阀。
手动选挡部分包括手控制阀和手控制阀拨板，手控制阀由换挡杆操纵，作用是利用滑阀的移动，实现控制油路的转换，即根据换挡杆所置排挡位置将液压油转换到"P"、"R"、"N"、"D"、"2"或"L"的油路。
参数调节部分主要有两方面：
一是节气门压力调节阀（简称节气门阀），作用是根据节气门开度产生加速踏板控制液压，并将此控制液压加在1-2挡、2-3挡、3-4挡三个换挡阀（变速阀）的一端，当节气门开度变大时，加速踏板控制液压升高；二是速控调压阀（又称调速器），作用是根据车速产生由车速控制的液压，并将此速控液压加在各换挡阀的另一端，车速增大时，速控液压增大。
换挡阀即根据以上两参数变换挡位。
在电子控制自动变速器中，节气门开度和车速这两个参数分别由节气门位置传感器和车速传感器采集成电信号，送至电脑，电脑则通过电磁阀操纵换挡阀使之自动变换挡位。
换挡时刻控制部分主要是换挡阀，在电子控制自动变速器中，换挡阀根据电子控制器确定的换挡点及换挡信号工作，进行自动换挡。
换挡品质控制机构的作用是控制换挡过程，使升降挡更加平稳、柔和、无冲击，防止产生大的动载荷。
一般是在液压通道上增加蓄能减振器、缓冲阀、定时阀、执行力调节阀等。
1.2.5电子控制系统
电子控制自动变速器一般采用电控液动系统，由于动力源是供油泵和主调压阀，并由其产生液压，因此仍保留液压操纵系统。
电子控制系统是将液控液动系统液压操纵装置的换挡控制机构改为电子控制机构，其作用是将车速传感器和节气门开度传感器产生的电信号输入电子控制系统，由电子控制系统经过计算、比较处理后，根据预先编制的换挡程序，确定挡位与换挡点，输出换挡指令，控制电磁阀线圈的通断，改变换挡阀端面的控制液压，导致换挡阀的移动，自动切换执行元件的油路，实现自动换挡。
此外，系统还具有自诊断功能与失效安全保护功能。
电子控制系统由传感器、电子控制器和执行机构三部分组成。
7
第二章通用别克系列自动变速器
第二章通用别克系列自动变速器
2.1自动变速器（4T60-E）的识别及结构
4T60-E液力自动变速器识别，见图2-1
图2-1：
示例用图
变速器的系统结构4T60-E液力自动变速器剖视图见2-2
图2-2：
示例用图
2.24T60—E自动变速器系统描述
说明：
该车的发动机和变速器控制是使用同一个电脑（ECM）完成的。
2.2.1系统电子元件描述
1.换挡控制元件：
4T60-E液力自动变速器使用2个具有ON或OFF状态的换挡电磁阀来提供所有的前进挡位。
这2个换挡电磁阀在ON或OFF的顺序组合下协同动作，将液压传递到各个换挡阀及作用元件上。
表2-3给出了各挡位时，换挡电磁阀所处的工作状态：
表2-3示例用表
档位
电磁阀A
电磁阀B
驻车、倒挡或空挡
ON
ON
1挡
ON
ON
2挡
OFF
ON
3挡
OFF
OFF
4挡
ON
OFF
2.换挡电磁阀A，见下图2-4
依据自动变速器及整车的工作情况，发动机电脑（ECM）通过向电磁阀发出ON或OFF的指令来控制电磁阀A的搭铁。
当电磁阀处于OFF状态，管路压力通过电磁阀泄油口释放。
当电磁阀通电（处于ON）状态，泄油孔关闭，阻止管压释放。
这样将液压导入电磁阀A的液体通道之
图2-4：
示例用图
后，输送给1/2挡换挡电磁阀及3/4挡换挡电磁阀。
3.换挡电磁阀B，见图2-4：
电磁阀B与电磁阀A的功能是完全相同的。
发动机电脑（ECM）也是通过发出ON及OFF的指令来控制该电磁阀的搭铁。
当电磁阀处于OFF状态时，管压经电磁阀泄油口排出。
当电磁阀通电（处于ON）状态时，泄油口关闭，阻止管压泄放，而将液压导入电磁阀B的液体通道之后，输送给4-3挡及3-2挡手动换低挡阀。
4.变矩器离合蕃（TCC）控制：
大多数4T60-E型自动变速器都是使用2个电磁阀来控制TCC（或VCC）的离合器动作。
该系统中的第1个电磁阀是压力控制电磁阀，此电磁阀常开。
PWM电磁阀直接控制变矩器离合器调节阀。
另1个电磁阀是ON/OFF电磁阀，这种电磁阀与2个换挡电磁阀的功能是完全相同的，它可对输送到变矩器离合器压盘作用侧的可调压力进行精确控制。
5.脉冲宽度调节（PWM）电磁阀，见图2-5
图2-5：
示例用图
（1）ECM通过从0到100%改变PWM电磁阀的工作频比（ON及OFF的时间长短）来控制PWM电磁阀。
在自动变速器进入3挡工作之前，PWM电磁阀处于OFF状态。
在该状态下，PWM的供油压力将以最大压力值通过该电磁阀进入PWM回路。
（2）当电磁阀通电（处于ON状态）时，PWM将以32Hz（每秒钟循环次数）的频率工作，且其频率比根据汽车的工作状况将从0变化到100%。
PWM电磁阀可以调节流经电磁阀输送到变矩器离合器（TCC）调节器阀的供给压力。
在为0的频率比时，变矩器离合器（TCC）将以最大的负荷工作；当频率比为100%时，则以最小的负荷工作。
6.变矩器离合器（TCC）作用电磁阀，见图2-4：
TCC电磁阀也是一种ON/OFF电磁阀，它的功能与换挡电磁阀A及B相同，即它也是发动机电脑（ECM）提供搭铁指令来控制电磁阀ON或OFF。
唯一差别是：
供电电压是通过常闭（N.C）制动开关提供给TCC电磁阀的。
当电磁阀处于OFF状态时，且假设自动变速器在3挡或者4挡运行，则TCC的信号控制液通过电磁阀排出。
当通电（ON状态）时，泄漏孔关闭，使TCC信号液压力克服变矩器离合器阀的弹簧力以及阀相对一端的压力使其阀芯移动。
7.安装在自动变速器上的元件。
（1）车速传感器，见图2-6：
车速传感器（VSS）是由1个速度传感器总成（安装在变速箱上）及1个带齿的速度传感器转子（压装在主传动总成上）组成的脉冲发生器。
当汽车被驱动向前的时候，靠近磁性拾波器的传感器转子也一起旋转。
这种旋转运动将在磁性拾波器线圈里产生1个变化的电压信号，信号强弱与车速成正比。
以上信息被送入发动机电脑（ECM），以显示汽车
图2-6：
示例用图
行驶快慢，以改变变速器的换挡模式。
另外1个使用车速传感器信号的系统是：
TCC离合系统、定速控制系统、燃油输送系统以及怠速控制系统。
8.温度传感器：
在4T60-E自动变速器中使用了2种温度传感器。
一种传感器（某些车型中使用）用螺钉紧固到油道板上，靠近TCC调节器孔地方，用以监测冷却器回路中液体温度。
另一种传感器被组合到电气线束中并夹固在阀体隔板上。
该种传感器用来监测变速器端盖侧的液体温度。
2.2.2自动变速器控制输入系统组成
1.影响4T60-E变速器的ECM输入信号：
下面各情况及相关元件的工作性能，都会对变速器的工作产生影响，并采取相应的措施。
（1）节气门位置传感器：
①测量节气门位置并将数据输入发动机电脑。
②向发动机电脑提供数据以完善换挡模式。
③下面是2个与节气门位置传感器有关的故障码：
1）故障码P0123：
显示节气门位置传感器电压过高。
2）故障码P0122：
显示节气门位置传感器电压过低。
对2个故障码的"失效保护"措施如下：
关闭变矩离合器模式（TCC）；
禁用4挡；
若使用节气门位置传感器在2挡和3挡的缺省值时，可能损坏3挡。
缺省数据须恢复到一个有效的范围内。
（2）车速传感器：
①测量主传动总成的转速。
②向发动机电脑提供测量数据以完善换挡模式。
③生成1个电压波形及频率，据此确定车速。
④下面是1个与车速传感器有关的故障码：
车速传感器故障码P0501或P0502。
当故障码显示的信号太弱时，须对此进行检测。
对故障码的"失效保护"措施如下：
在点火周期内变矩器离合器将不工作；
ECM将控制变速器立即挂入3挡，并在节气门位置传感器接近节气门全开位置时换入低挡（2挡）。
当车速高于一个特定值时，将会恢复原来工作状态。
（3）发动机冷却水温传感器：
①测量发动机冷却水温度。
②当发动机冷却水温度高于某一特定值（54℃）时，发动机电脑（ECM）才会给变矩器离合器发出动作指令。
③下面是2个与发动机冷却水温度传感器有关的故障码：
1）故障P0117显示冷却水温度传感器指示低温。
2）故障P0118显示冷却水温度传感器指示高温。
发动机冷却水温度传感器失效保护措施如下：
使用缺省值；
允许变矩器离合器工作，并将恢复到传感器有效的读数范围内。
（4）定速控制装置：
当定速控制装置开始工作时，可改变汽车换挡模式，以减少3-4挡及4-3挡的换挡次数。
3-2挡及2-3挡换挡时间必须满足时间限制。
4-3挡及3-4挡换挡时间也必须满足时间限制。
（5）发动机转速（传感器）：
①由点火电脑（模块）控制。
②用于节气门处于全开位
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