自動變速器液壓控制基礎(chǔ)
——變矩器的鎖止控制

文：齊明

在當(dāng)今的汽車自動變速器中，變矩器的鎖止離合器需要頻繁動作，變矩器的鎖止控制已成為影響駕駛性能的一個關(guān)鍵部位。

多數(shù)的變矩器失效都與鎖止離合器的故障以及變速器過熱有關(guān)。在不同的變矩器上，控制油路的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計也不同。因此，我們在分析這些故障的原因時，就必須要熟悉控制變矩器的各個油路。

我們經(jīng)常聽說的變矩器控制油路有：變矩器供油油路；變矩器鎖止釋放油路；變矩器鎖止結(jié)合油路；變矩器旁路油路；泵輪輸入油路（CI）；渦輪輸出油路（CT）等。這些油路的名稱會隨著生產(chǎn)商的不同而有所變化，但是我們需要知道變速器是如何通過這些油路來控制變矩器的鎖止離合器運行的。這就需要我們分清變矩器是由2條還是2條油路來控制的。

雙油路控制的變矩器

大多數(shù)的變矩器都采用雙油路控制。如圖1所示，在非鎖止?fàn)顟B(tài)下，進入變矩器的變速器油（ATF）在經(jīng)過主調(diào)壓閥的調(diào)節(jié)后，由輸入軸進入到變矩器前罩殼和渦輪/鎖止離合器之間，我們把這條油路稱作鎖止釋放油路。ATF從這個油路進入前罩殼與渦輪之間的區(qū)域，把鎖止離合器活塞上的摩擦片從前罩殼上頂開，從而實現(xiàn)鎖止釋放的狀態(tài)。而ATF流出變矩器的回路則是經(jīng)過輸入軸與泵輪之間的間隙。在變矩器進入鎖止?fàn)顟B(tài)時，控制油路會反向流動，進油會通過原來出油的通道（鎖止作用油路）進入變矩器，油壓將鎖止活塞向前罩殼推動，將活塞上的離合器片頂在前罩殼上，從而達到鎖止?fàn)顟B(tài)。而原來在變矩器前罩殼和渦輪之間的油壓則從鎖止釋放油路泄出。當(dāng)鎖止釋放油壓下降時，鎖止結(jié)合油壓就上升了。

圖1 雙油路變矩器

變矩器的進油壓力可以將變矩器里的空氣排出，并保證泵輪和渦輪之間有足夠的傳導(dǎo)力（在非鎖止?fàn)顟B(tài)時，泵輪實際上是靠液體推著渦輪轉(zhuǎn)動的，泵輪連著發(fā)動機，而渦輪連著變速器的輸入軸）。當(dāng)變矩器充油壓力下降時，變矩器在低轉(zhuǎn)速時會無法傳遞扭矩（引起失速），造成動力降低、燃油經(jīng)濟性變差，渦輪的葉片也容易損壞并產(chǎn)生異響。

雙油路控制的變矩器往往需要液壓控制系統(tǒng)中有3～4個控制閥來調(diào)節(jié)滑差速率和渦輪的轉(zhuǎn)動速度。首先，主調(diào)壓閥控制流向變矩器的充油源頭。油泵在建立油壓后首先通過主調(diào)壓閥，由其控制通往變矩器的充油。在閥體中，鎖止控制閥決定變矩器是從鎖止油路進油還是由釋放油路進油，它的位置決定了變矩器是處于鎖止?fàn)顟B(tài)還是釋放狀態(tài)。而一旦它被推到了鎖止?fàn)顟B(tài)的位置，另一個控制閥——鎖止調(diào)壓閥就開始工作，它的作用是調(diào)節(jié)鎖止油壓的大小。鎖止油壓的大小將決定泵輪和導(dǎo)輪之間的滑差率，油壓越大則滑差率越小，直到兩者完全剛性結(jié)合。但如果鎖止油壓過大，則會導(dǎo)致鎖止活塞變形，鎖止摩擦片磨損甚至磨光。

有些變速器的變矩器，鎖止離合器在安裝時就加入了預(yù)緊力（如ZF 6HP系列變速器或通用6L80變速器等）。因此在默認狀態(tài)下，鎖止離合器就處于作用狀態(tài)，在車輛發(fā)動時，變速器的油泵和相關(guān)控制閥必須要確保將足夠的油壓輸入鎖止釋放油路，從而將鎖止活塞及時從變矩器前罩殼上頂開。如果油泵漏油或閥體漏油，就會造成入擋抖動、熄火以及發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的情況。

圖2 變矩器鎖止引起的散熱器流量變化

另一個容易被人忽視的細節(jié)是，變矩器在鎖止和釋放狀態(tài)之間切換時，會影響ATF通過變矩器的流量，而這個流量的變化可以在散熱器回到變速器的流量變化上被觀察到，從而用來判斷鎖止離合器在鎖止/釋放時是否進行了正確操作。在此解釋一下鎖止操作是如何影響變矩器ATF流量的，當(dāng)鎖止離合器處于釋放狀態(tài)時，ATF進入前罩殼和鎖止活塞之間的區(qū)域，將鎖止活塞頂開，然后通過這個縫隙流到鎖止活塞的另一側(cè)，再從變矩器的鎖止油路流出變矩器，然后流向散熱器。而當(dāng)鎖止觸發(fā)時，鎖止活塞被推向前罩殼，ATF從鎖止油路進入后無法從這里通過，這樣ATF就不再通過變矩器，而是直接流向散熱器了。通常在完全鎖止后，流經(jīng)散熱器的ATF流量會有明顯的變化，這是因為此時的鎖止油路在變矩器里無法流通（圖2）。

通常來說，鎖止油壓難以直接檢測，可使用流量計來檢測通過散熱器的ATF流量。使用診斷儀可以監(jiān)測鎖止離合器在鎖止/釋放時，渦輪的轉(zhuǎn)速變化、電磁閥的電流變化以及鎖止離合器的滑差，再配合散熱器的流量變化，我們在路試時即可判斷出鎖止離合器和相關(guān)控制閥的狀態(tài)。

三油路控制的變矩器

由3條油路控制的變矩器主要有2種，一種是常見于福特CD4E、AX4N等變速器的渦輪固定式的變矩器，它的鎖止活塞是通過花鍵固定在渦輪軸頸上的，而活塞可以向前罩殼平移（圖3）。另一種是前罩殼固定式的三油路變矩器，它使用多片式的離合器，定位于前罩殼內(nèi)部，這種結(jié)構(gòu)非常相似于變速器離合器鼓。ZF 8HP變速器的變矩器就是這種結(jié)構(gòu)的典型（圖4）。

第一種渦輪固定式的結(jié)構(gòu)有一個最大的優(yōu)點就是散熱性能好，由圖3可以看出，無論變矩器處于鎖止還是釋放狀態(tài)，ATF總是從泵輪一側(cè)進入變矩器（CI，圖中紅色油路），總是從渦輪側(cè)出（CT，圖中藍色油路），而變化的只是圖中綠色的鎖止釋放旁路油路（CBY）。在鎖止?fàn)顟B(tài)中，可以通過改變CBY油壓大小來調(diào)控鎖止滑差率。離合器的滑差導(dǎo)致熱量的產(chǎn)生，但由于在這種結(jié)構(gòu)中，變矩器輸入和輸出油路的方向是連續(xù)不變的，因此可以產(chǎn)生很好的散熱效果。但是它的缺點也很明顯，就是各個不同油路之間的密封性必須很好，否則會產(chǎn)生油路的交叉泄漏，造成各種與鎖止相關(guān)的故障，這種情況在福特的CD4E、AX4S中很普遍。

在本田的變矩器上也經(jīng)常出現(xiàn)密封問題，尤其是本田變矩器軸頸上的密封環(huán)經(jīng)常失效。采用這種結(jié)構(gòu)的本田變矩器經(jīng)常會出現(xiàn)變矩器過熱以及離合器燒毀的情況，其原因是它的充油是直接來自于主調(diào)壓閥，其充油的油壓往往只有主油壓的一半。由于主調(diào)壓閥首先要對主油壓的降低進行補償，因此如果油路存在泄壓或者油泵輸出有任何降低的情況，主調(diào)壓閥首先要補償這些油壓的降低，從而減少對變矩器的供油。這樣就會造成變矩器里鎖止釋放油壓不足，鎖止離合器無法完全脫開變矩器前罩殼，從而在應(yīng)該釋放的時候無法釋放。變矩器油壓過低，并且有油路交叉滲漏的情況，綜合在一起就會造成鎖止離合器的摩擦片失效。另外，如果散熱器內(nèi)部通道不通暢，變矩器的安全單向閥就會自動打開，降低鎖止結(jié)合油壓，鎖止打滑率就會增加，造成鎖止打滑和變速器過熱。

圖3 渦輪固定式的3油路變矩器

圖4 前罩殼固定式的三油路變矩器

在前罩殼固定式的三油路變矩器中，鎖止離合器結(jié)合的油壓來自于渦輪軸，與其他變矩器不同，進入前罩殼和離合器片之間的油壓不是頂開鎖止離合器的釋放油壓，而是將離合器結(jié)合的鎖止油壓，在這種結(jié)構(gòu)中，3條油路分別是鎖止結(jié)合油路、變矩器輸入油路以及變矩器輸出油路。

對三油路控制變矩器進行故障診斷，需要先了解它是渦輪固定式的還是前罩殼固定式的變矩器。由于三油路的變矩器始終都有連續(xù)的ATF流量，所以在鎖止過程中不會有很顯著的散熱器流量變化。兩種三油路的變矩器在鎖止過程中，當(dāng)離合器開始結(jié)合時，都會有一個小幅變化（1.13～2.65 L/min）。

綜上所述，在雙油路變矩器中，需要足夠的ATF流量把鎖止活塞從前罩殼上頂開。在兩種變矩器里都需要足夠的變矩器進油量以保證散熱，也需要足夠的油壓推動鎖止離合器的結(jié)合。這兩種變矩器究竟有什么差別？核心差異就在鎖止離合器的控制上。雙油路變矩器使用鎖止和釋放2個油路來控制鎖止活塞的位置。當(dāng)雙油路變矩器的鎖止活塞接觸到變矩器前罩殼時，流經(jīng)鎖止摩擦片表面的ATF流量是最小的（圖5）。閥體中的鎖止控制/開關(guān)閥控制著把鎖止活塞頂開前罩殼的鎖止釋放油壓和把鎖止活塞推向前罩殼的鎖止結(jié)合油壓的轉(zhuǎn)換過程。在有些變矩器中，鎖止活塞上有一個節(jié)流孔，或者摩擦片上有特殊設(shè)計的凹槽可以讓少量ATF通過鎖止活塞。這種設(shè)計有助于摩擦片的散熱，但也造成了一定的油壓降低，因此閥體中的鎖止調(diào)壓閥對此會進行一定的油壓補償。變速器控制單元檢測鎖止的打滑量（泵輪與渦輪的轉(zhuǎn)速差），會實時驅(qū)動電磁閥，控制驅(qū)動鎖止調(diào)壓閥來控制鎖止離合器的滑差。因此在使用雙油路變矩器的變速器中，電磁閥的油壓調(diào)節(jié)閥、鎖止控制閥、鎖止調(diào)壓閥對于變矩器正常工作至關(guān)重要。

圖5 6L90變速器的雙油路變矩器

電磁閥供油不正常是很多這類變速器的通病，很多情況下會被誤認為是電磁閥故障，由于電磁閥調(diào)壓閥的磨損泄壓，導(dǎo)致電磁閥的供油過高或者過低，直接影響鎖止油路的控制。常見的例子有4T65E、01V以及09G中的電磁閥調(diào)壓閥（也叫AFL閥或降壓閥）。

而在三油路變矩器中，由于變矩器的充油壓力和流量在鎖止離合器結(jié)合過程中是不間斷的，因此在高扭矩和低轉(zhuǎn)速的情況下，這種3油路離合器可以平滑地進行結(jié)合，而在雙油路變矩器中，鎖止離合器在結(jié)合過程中很容易產(chǎn)生抖動或者鎖止摩擦材料磨損失效。但是三油路變矩器各條油路間一旦出現(xiàn)交叉泄漏是個大麻煩，以ZF 8HP變矩器為例，無論是否可以看到磨損，變矩器內(nèi)部的各個密封圈是每次維修必須更換的。輸入軸上的各個特氟龍密封環(huán)（圖6），油泵定子軸上的杯士（圖7）都是變矩器正常鎖止的關(guān)鍵部位。圖7中的定子軸杯士既對輸入軸起到支撐定位作用，也同時起到密封的作用。在實際維修中，經(jīng)常會看到這個杯士被磨損而造成變矩器充油油壓的泄漏，產(chǎn)生變速器降擋沖擊和鎖止故障，因此需要高精度的改良杯士來進行良好的密封，并延長變速器的使用壽命。

因此，無論是雙油路控制還是三油路控制的變矩器，在檢查變矩器的鎖止故障時，都需要對主調(diào)壓閥、電磁閥調(diào)節(jié)閥以及鎖止閥等影響變矩器充油和鎖止結(jié)合的控制閥進行真空測試。

圖6 ZF 8HP輸入軸上的密封環(huán)

圖7 前定子軸杯士