ALLISON變速箱第四代液壓控制系統(tǒng)工作原理

邱文剛

（貴州凱星液力傳動機(jī)械有限責(zé)任公司，貴州 遵義 563003）

美國ALLISONB 3000-B4000 系列全自動液力變速器，是全世界最先進(jìn)的變速箱之一，在我國的油田、礦山、特種車輛、公交車和消防車等領(lǐng)域都有應(yīng)用，且使用數(shù)量年年上升。

液壓控制系統(tǒng)，是該類變速箱的核心技術(shù)之一，國內(nèi)很少有這方面的研究，這對該類變速箱的維護(hù)和修理帶來很大的不便，因此其維護(hù)成本較高。阿里遜生產(chǎn)的B3000-B4000 系列全自動液力變速器，因其控制系統(tǒng)的先進(jìn)性、良好的操作性及換檔性，深受廣大客戶的好評。其強(qiáng)大的換檔功能，是由復(fù)雜的液壓系統(tǒng)來完成的，液壓系統(tǒng)產(chǎn)生、引導(dǎo)和控制變速箱里壓力油的壓力和流量，實(shí)現(xiàn)變速箱的各種功能。

1 液壓控制油路結(jié)構(gòu)簡圖

美國ALLISONB 3000-B4000 系列全自動液力變速器簡圖如圖1 所示。

圖1 3000-4000 系列產(chǎn)品液壓示意圖——空檔

由圖1 可知，整個(gè)變速箱油壓，是通過由發(fā)動機(jī)帶動的主油泵提供的，其流動貫穿了整個(gè)液壓系統(tǒng)。主油泵通過吸油過濾器，從變速箱油池將油液吸入，在壓力的作用下，液體通過主濾油器進(jìn)入液壓系統(tǒng)。電磁閥和換檔閥位于變速箱控制總成中，他們控制油液的流向和壓力。油液流入特定的離合器來完成檔位的轉(zhuǎn)換，而冷卻/潤滑油路的油液，流經(jīng)潤滑過濾器。

2 各油路分析

2.1 主壓力油路

主壓力油路為液壓系統(tǒng)提供了最主要的液壓源,油壓被主油壓調(diào)節(jié)閥控制，壓力油從油泵排出后經(jīng)過主濾油器進(jìn)入主壓力調(diào)節(jié)閥，在主油壓調(diào)節(jié)閥的底部裝有彈簧，主油壓調(diào)節(jié)閥受彈簧彈力作用，被保持在上面位置，一部分主壓力油作用在主調(diào)壓閥的頂端，克服主調(diào)壓閥下端的彈簧力向下推主調(diào)壓閥，通過調(diào)整泄壓口的開度調(diào)整變速的主壓力；當(dāng)主模式電磁閥將（MIA MOD**N/C）通電時(shí)，將換檔閥控制油壓引到主壓力調(diào)節(jié)閥的上端，對主油壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，在主壓力較低時(shí)，主油壓調(diào)節(jié)閥將部分壓力油導(dǎo)入變矩器，當(dāng)油門開度與輸出轉(zhuǎn)速較低時(shí)，為了提高冷卻器流量和降低油泵損耗，還可以調(diào)節(jié)該油路的油壓；變矩器閉鎖后，變矩器用油很少，鎖止電磁閥（TCC*N/C）將主壓力引到主壓力調(diào)節(jié)閥的上端，向下推主壓力調(diào)節(jié)閥，增加泄漏口的開度，讓多余的油泄掉。主濾油器的前面并聯(lián)一個(gè)安全閥，用來保護(hù)整個(gè)液壓系統(tǒng)的安全，當(dāng)壓力超過4.13 MPa 時(shí)，壓力油會將安全閥打開，流回到油池以降低系統(tǒng)主油壓。

2.2 控制油路

從主壓力調(diào)節(jié)閥出來的油，一部分流向各電磁閥（C6 互鎖電磁閥SS2N/C 除外）的頂部，形成控制油路，各控制油路采用并聯(lián)的方式。在七速檔的變速箱中，有常開電磁閥和常閉電磁閥兩種共有9個(gè)，分別是常閉鎖電磁閥SS1 N/C，常閉鎖止閥TCC* N/C，2個(gè)常開電磁閥PCS1 N/O 和PCS2 N/O，常閉電磁閥PCS3 N/C、PCS4 N/C、PCS6 N/C、常閉C6 互鎖電磁閥SS2 N/C 和主模式換檔閥MIN MOD**N/C，不同的電磁閥控制著不同的油路。

（1）常開電磁閥常閉電磁的結(jié)構(gòu)及工作原理。常開電磁閥的結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示。電磁閥斷電時(shí)，鋼球因頂桿的作用位置下移，將供油口打開，泄油口關(guān)閉，電磁閥供油進(jìn)入到換檔閥的頂部，克服彈簧力向下推換檔閥，接通離合器的供油油路。

當(dāng)電磁閥通電時(shí)（圖2b），頂桿上移，鋼球?qū)⒐┯涂陉P(guān)閉，泄油口打開，換檔閥上端的壓力油經(jīng)泄壓油路泄壓，換檔閥在下端彈簧力的作用下上移，斷開離合器的供油油路，同時(shí)接通離合器泄壓油路。

圖2 電磁閥結(jié)構(gòu)圖

常閉電磁閥的結(jié)構(gòu)如圖2 (b)所示，其工作原理與常開電磁閥正好相反。電磁閥斷電時(shí)，頂桿上移，鋼球?qū)⒐┯涂陉P(guān)閉，泄油口打開，換檔閥上端的壓力油經(jīng)泄壓油路泄壓，換檔閥上移，斷開離合器的供油油路，同時(shí)接通離合器泄壓油路。當(dāng)電磁閥通電時(shí)圖2（a），鋼球位置下移，將供油口打開，泄油口關(guān)閉，電磁閥供油進(jìn)入到換檔閥的頂部，克服彈簧力向下推換檔閥，接通離合器的供油油路。

（2）換檔閥的結(jié)構(gòu)及工作原理。換檔閥的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3。圖中是1 從電磁閥來的控制壓力油，2 是從主壓力油，3 是到離合器的主壓力油，4 是泄漏油路。當(dāng)常開電磁閥斷電或常閉電磁閥通電時(shí)，如圖3（a），電磁閥將控制壓力油引入到1 位置，換檔閥下移將油路2 和油路3 接通，泄壓油路4 截?cái)?，主壓力油?jīng)過2 和3 進(jìn)入到相應(yīng)的活塞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)離合器的結(jié)合，當(dāng)常開電磁閥通電或常閉電磁閥斷電時(shí)（如圖3（b）），電磁閥將1 位置的控制壓力油通過電磁閥泄掉，換檔閥上移，將油路3 和油路4 接通，油路2 被截?cái)?，離合器活塞內(nèi)的壓力油經(jīng)過油路3 和4 泄掉，實(shí)現(xiàn)離合器的分離。電磁閥與換檔閥的共同作用下，實(shí)現(xiàn)對換檔及各油路的控制。

圖3 換檔閥結(jié)構(gòu)間圖

（3）PS1 壓力診斷開關(guān)的工作原理。PS1 壓力診斷閥用來監(jiān)視2 種不同的液壓控制系統(tǒng)功能(見圖1)，當(dāng)C5 離合器有壓力時(shí)，診斷閥下移。使得PS1 閥的油跟PCS2 電磁調(diào)節(jié)閥油路相通，這樣PS1 就能在倒檔、空檔和1 檔確認(rèn)C5 離合器的接合。當(dāng)C5 離合器被釋放時(shí)，診斷上移。在這種情況下，使得PS1 開關(guān)處的油跟C1 和C2 閉鎖閥油路相通。這樣PS1 就能監(jiān)視2 檔到6 檔時(shí)C1 和C2 閉鎖閥的位置。

（4）泄壓閥的工作原理。泄壓閥用于排放離合器壓力，該閥與控制壓力調(diào)節(jié)閥泄油口連接，目的是確保離合器的切換順利，防止延誤，當(dāng)離合器壓力低于設(shè)定值時(shí)，排放閥在彈簧力作用下關(guān)閉，防止離合器內(nèi)進(jìn)入空氣。

3 變矩器油路的工作原理

主壓力調(diào)節(jié)閥受到閥頂部的主壓力油，和主模式狀態(tài)下引入的控制壓力油的共同作用下，閥下移，將部分主壓力油導(dǎo)入變矩器流量閥，與變矩器流量閥并聯(lián)，有一變矩器壓力調(diào)節(jié)閥，該閥同時(shí)控制作變矩器的進(jìn)、出口壓力，當(dāng)變矩器的進(jìn)油壓力較低時(shí)（變矩工況），變矩器壓力調(diào)節(jié)閥在彈簧力的作用下，處于上部，壓力油直接經(jīng)過變矩器流量閥后進(jìn)入變矩器；當(dāng)進(jìn)入變矩器的油壓超過設(shè)定值時(shí)，壓力油克服閥下端的彈簧力向下推動閥芯，主壓力油從閥頂部的缺口處，回流到油泵的吸油側(cè)。

從變矩器出來的油，經(jīng)過變矩器流量閥后分為兩路，一路經(jīng)過節(jié)流孔進(jìn)入到變矩器流量閥的中部，再進(jìn)入冷卻器；另一路進(jìn)入變矩器壓力調(diào)節(jié)閥的下部，在變矩器進(jìn)油壓力較低時(shí)被截?cái)?。在正常情況下，變矩器壓力調(diào)節(jié)閥的閥會稍微下移，這一油路進(jìn)入冷卻器，當(dāng)變矩器進(jìn)油壓力過高時(shí)，變矩器壓力調(diào)節(jié)閥的閥下移，變矩器出油和一部分變矩器進(jìn)油都進(jìn)入冷卻器。

4 潤滑油路的工作原理

從冷卻器出來的油，進(jìn)入潤滑油過濾器后，進(jìn)入變速箱各潤滑點(diǎn)，形成潤滑油路，在潤滑油路上并聯(lián)有一個(gè)潤滑壓力調(diào)節(jié)閥，根據(jù)不同的變速箱型號設(shè)定有0.15 MPa 和0.11 MPa 兩種潤滑壓力，潤滑油作用在潤滑壓力調(diào)節(jié)閥的頂部和中部，當(dāng)潤滑壓力過高時(shí)，調(diào)節(jié)閥下移，將部分潤滑油泄到油泵的吸油側(cè)，一部分潤滑油同時(shí)作用在變矩器導(dǎo)流閥的下端，在變矩器閉鎖時(shí)經(jīng)導(dǎo)流閥進(jìn)入變矩器。

5 變矩器鎖止壓力油路

當(dāng)TCC*N/C 電磁閥通電，接通變矩器的鎖止油路，同時(shí)作用在變矩器流量閥的上端和主油壓調(diào)節(jié)閥上，使變矩器流量閥和主油壓調(diào)節(jié)閥下移，變矩器流量閥下移，改變變矩器的進(jìn)、出油路和潤滑油路的流向，當(dāng)變矩器流量閥處于下端時(shí)，變速箱油經(jīng)變矩器流量閥后，進(jìn)入變矩器壓力調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入冷卻器形成潤滑油路，由于變矩器閉鎖后用油很少，作用在變矩器流量閥上少量的潤滑油，經(jīng)過閥上的小孔進(jìn)入到變矩器，對變矩器進(jìn)行潤滑，回到變矩器流量閥，再由閥中間的小孔回到變速箱內(nèi)；作用在主油壓調(diào)節(jié)閥上的閉鎖壓力油使主油壓降低。

6 鎖止閥對主油壓的影響

鎖止閥對主油壓的影響，與C1、C2 離合器的工作有關(guān)。在變速箱的不同檔位，鎖止閥經(jīng)過切換控制著主油壓，并提供給主油壓調(diào)節(jié)閥以調(diào)整變速箱的主油壓。當(dāng)C2 離合器結(jié)合時(shí)，主油壓同樣提供給潤滑壓力調(diào)節(jié)閥，并將潤滑壓力從0.15 MPa 降到0.11 MPa，在空檔或倒檔時(shí)，變速箱的主壓力最高。B3000～B4000 的主壓力為1.89～2.2 MPa。在前進(jìn)檔不閉鎖的情況下，C1 離合器結(jié)合，鎖止閥將壓力油提供給主油壓調(diào)節(jié)閥，使主油壓調(diào)節(jié)閥下移，B3000～B4000 的主油壓力變?yōu)?.65～1.96 MPa，在1 檔～4 檔時(shí)，主壓力為1.14～1.39 MPa，在5 檔和6 檔時(shí)，閉鎖離合器結(jié)合，C1 離合器泄壓，鎖止閥保持在下部，C2 離合器結(jié)合，主油壓經(jīng)過鎖止閥提供給主油壓調(diào)節(jié)閥，主壓力下降為1.07～1.16 MPa.

C2 離合器的壓力，同時(shí)提供給潤滑壓力調(diào)節(jié)閥，潤滑閥下移，潤滑壓力調(diào)整為0.11 MPa，因此，在4檔、5 檔、6 檔時(shí)，C2 離合器結(jié)合，潤滑壓力為0.11 MPa，在空檔、1 檔、2 檔、3 檔時(shí)，潤滑壓力為0.15 MPa，在4 檔時(shí)，C1、C2 離合器都結(jié)合，C1 聯(lián)動閥保持在下端，C2 離合器的壓力被截?cái)?，只提供給潤滑壓力調(diào)節(jié)閥，只有C1 聯(lián)動閥移到上端，C2 離合器壓力油才經(jīng)鎖止閥作用到主油壓調(diào)節(jié)閥上。

7 換檔油路分析

B3000-B4000 系列的9 檔變速箱，有7個(gè)前進(jìn)檔、一個(gè)空檔和一個(gè)倒檔。除空檔外，所有檔都需要兩個(gè)離合器結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)其功能，而每個(gè)離合器的結(jié)合與分離，都由相應(yīng)的電磁閥、換檔閥、互鎖閥（C1、C2 聯(lián)動閥）來完成，各檔位離合器的結(jié)合情況如表1。

表1 7 檔型號變速箱配置

7.1 倒檔控制油路工況

倒檔時(shí)，PCS1 N/O、PCS3N/C 電磁閥通電，C3、C5離合器結(jié)合。由于SS1 N/C 斷電，C2 聯(lián)動常閥處于上位，常開電磁閥PCS1 N/C 通電后，PCS1 N/C 的控制油壓被截?cái)?，與其相連的換檔閥在彈簧力的作用下處于上位，經(jīng)換檔閥的主油壓被截?cái)?；常通電磁閥PCS2 N/O 斷電，PCS2 N/O 的控制油壓被引入到與其相連換檔閥的頂部，克服彈簧力向下推換檔閥，使該閥處于下位，主油壓經(jīng)過換檔閥體的下位、C2 聯(lián)動閥的上位進(jìn)入C3 離合器，C3 離合器結(jié)合；常閉電磁閥PCS3 N/C 通電，PCS3 N/C 的控制油壓被引到換檔閥的上部，向下推動換檔閥，主油壓通過該換檔閥的下位和C2 聯(lián)動閥的上位，進(jìn)入到C5 離合器，C5 離合器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)倒檔。

7.2 空檔控制油路

空檔時(shí)，PCS2 N/O、PCS3 N/C 通電，C5 離合器結(jié)合，PCS2 N/O 常開電磁閥的控制油壓被截?cái)?，進(jìn)入到換檔閥頂部的控制油壓被泄掉，與其相連的換檔閥，在下端彈簧力的作用下回到上位，截?cái)嘀饔蛪?，同時(shí)打開C3 離合器的泄壓回路，C3 離合器的壓力油，經(jīng)過該換檔閥的上位從緩沖閥處泄掉；由于常閉電磁閥PCS3 門N/C 通電，C5 離合器的進(jìn)油路徑與倒檔一致，實(shí)現(xiàn)空檔。

7.3 超低檔控制油路

在 超 低 檔，PCS2 N/O、PCS6 N/C、SS1 N/C、SS2 N/C 通電，C1、C6 離合器結(jié)合，PCS6 N/C 電磁閥通電，PCS6 N/C 的控制油壓被引到與其相連的換檔閥的頂部，克服彈簧力向下推換檔閥，使換檔閥處于下位，主油壓被引到與SS2 N/C 相連的換檔閥，由于SS2 N/C 電磁閥通電，SS2 N/C 的控制壓力油（該油壓為主油壓）被引到與其相連的換檔閥的頂部，克服該閥下端的彈簧力向下推閥，使閥處于下位，主油壓經(jīng)過該閥的下位到C6 離合器，使C6 離合器結(jié)合，同時(shí)將控制主油壓引到C2 聯(lián)動閥的下端，SS1 N/C 常閉電磁閥通電，控制油壓被引到與C2 聯(lián)動閥的頂部，并將控制油壓引到C1 聯(lián)動閥的頂部，克服C1 聯(lián)動閥下端的彈簧力向下推彈簧，使C1 聯(lián)動閥處于下位，由于C2 聯(lián)動閥下端有主油壓力和彈簧力的作用，因此C2 聯(lián)動閥仍然處于上位，常通電磁閥PCS1 N/O 斷電，PCS1 N/O 的控制油壓，被引入到與其相連換檔閥的頂部，克服彈簧力向下推換檔閥，使該閥處于下位，主油壓經(jīng)過換檔閥的下位、C1 聯(lián)動閥的下位進(jìn)入到C1 離合器，使C1 離合器結(jié)合，又由于PCS3 N/C 電磁閥斷電，PCS3 N/C 的控制油壓被泄掉，與其相連的換檔閥在下端彈簧力的作用下上移，截主油壓的同時(shí)打開泄壓油路，C5 離合器的壓力油經(jīng)C2聯(lián)動閥的上位、PCS3 N/C 電磁閥相連換檔閥的上位從緩沖閥泄掉，從而實(shí)現(xiàn)超低檔。

7.4 一檔控制油路

一檔時(shí)，PCS2 N/O、PCS3 N/C、SS1 N/C、SS2 N/C電磁閥通電。PCS6N/C 斷電，該電磁閥的控制油壓被泄掉，其下端的換檔閥在彈簧力的作用下回到上位，截?cái)嘀饔蛪翰⒔油ㄐ箟河吐?，C6 離器內(nèi)的壓力油經(jīng)緩沖閥泄掉，SS2 N/C 電磁閥通電，SS2 N/C 的控制壓力油，仍然作用在C2 聯(lián)動閥的下端，使C2 聯(lián)動閥仍然處于上位，SS1 N/C 通電，C1 聯(lián)動閥仍然處于下位。C1 離合器的進(jìn)油路線，與超低檔一致。PCS3 N/C 常閉電磁閥通電，控制油壓被引到相應(yīng)換檔閥的頂部，克服彈簧力向下推換檔閥，換檔閥處于下位，主油壓經(jīng)過該閥的下位、C2 聯(lián)動閥的上位，進(jìn)入到C5 離合器，實(shí)現(xiàn)一檔。

7.5 二檔控制油路

二檔時(shí)，PCS2 N/C、PCS4 N/C、SS1 N/C 電磁閥通電，SS2 N/C 電磁閥斷電，與其相連的控制油從緩沖閥泄掉，C2 聯(lián)動閥下端的壓力油被泄掉，SS1 N/C 電磁閥通電，與其相連的控制油路被引到C2 聯(lián)動閥和C1 聯(lián)動閥的頂部，克服C2 聯(lián)動閥和C1 聯(lián)動閥下端的彈簧力，使兩閥處于下位，PCS1 N/O 斷電，C1 離合器的進(jìn)油路線與一檔一致，又因?yàn)镻CS4 N/C 通電，與其相連的控制油壓被引到換檔閥的頂部，克服彈簧力，使換檔閥處于下位，連通主油壓并截?cái)嘈箟河吐罚鲏毫τ瓦M(jìn)入C4 離合器，PCS3 N/C 斷電后，與其相連的控制油壓被泄掉，換檔閥在彈簧力的作用下回到上位，C5 離合器壓力油經(jīng)過C2 聯(lián)動閥的下位從緩沖閥處泄掉，實(shí)現(xiàn)二檔。

7.6 三檔控制油路

三檔時(shí)，PCS2N/O、PCS3 N/C、SS1 N/C 通電，與PCS2 N/O 電磁閥相連的控制油壓和主油壓都被截?cái)?，換檔閥頂部的控制壓力油被泄掉，SS1 N/C 通電，C1 聯(lián)動閥和C2 聯(lián)動仍處于下位，C1 離合器進(jìn)油與二檔一致，PCS3 N/C 電磁閥通電，主油壓經(jīng)C1 聯(lián)動閥和C2 聯(lián)動閥的下位進(jìn)入C3 離合器，使C3 離合器結(jié)合，PCS4 N/C 斷電，與其相連的控制油壓被泄掉，換檔閥在彈簧力的作用下回到上位，截?cái)嘀饔蛪翰⑦B通C4 活塞泄壓油路，C4 活塞液壓油從緩沖閥泄掉，實(shí)現(xiàn)三檔。

7.7 四檔控制油路

四檔時(shí)，SS1 N/C 電磁閥通電，C1 聯(lián)動閥和C2 聯(lián)動仍處于下位，C1 離合器進(jìn)油與三檔一致，PCS2 N/O斷電，與其相連的控制油壓被引到換檔閥的上頂部，克服彈簧力使閥處于下位，主油壓經(jīng)C2 聯(lián)動閥的下位進(jìn)入C2 離合器，使C2 離合器結(jié)合，PCS3 N/C斷電，與其相連的主油壓經(jīng)過C2 聯(lián)動閥的下位、C1 聯(lián)動閥的下位、換檔閥的上位從緩沖閥泄掉，實(shí)現(xiàn)四檔。

7.8 五檔控制油路

五檔時(shí)，PCS1 N/O、PCS3 N/C、SS1 N/C 通電，SS1 N/C 電磁閥通電，C1 聯(lián)動閥和C2 聯(lián)動仍處于下位，PCS1 N/O 通電，與PCS1 N/O 電磁閥相連的控制油壓和主油壓都被截?cái)?，換檔閥頂部的控制壓力油被泄掉，C1 離合器的壓力油經(jīng)C1 聯(lián)動閥的下位，換檔閥的上位，從緩沖處泄掉。PCS2 N/O 斷電，控制油壓被引到換檔閥的上頂部，克服彈簧力使閥處于下位，與其相連的主油壓經(jīng)C2 聯(lián)動閥的下位進(jìn)入C2 離合器，使C2 離合器結(jié)合，PCS3 N/C 通電，與其相連的換檔閥處于下位，主油奪經(jīng)過C1 聯(lián)動閥和C2 聯(lián)動閥的下位進(jìn)入C3 離合器，實(shí)現(xiàn)五檔。

7.9 六檔控制油路

六檔時(shí)，PCS1 N/O、PCS4 N/C、SS1 N/C 通電，SS1 N/C 電磁閥通電，C1 聯(lián)動閥和C2 聯(lián)動仍處于下位，PCS1 N/O 通電，與其相連的主油壓和控制油壓都被截?cái)?，PCS2 N/O 斷電，C2 離合器進(jìn)油與五檔一致，PCS4 N/C 通電，C4 離合器進(jìn)油與三檔一致，實(shí)現(xiàn)六檔。

8 結(jié)束語

對該類變速箱的油路系統(tǒng)和控制原理熟練掌握后，再結(jié)合顯示的故障代碼，對維修該類變速箱有著事半功倍的效果，還可節(jié)省維護(hù)和保養(yǎng)費(fèi)用。

[1]朱經(jīng)昌，魏宸官，鄭慕僑，等.車輛液力傳動[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1983.