變矩器閉鎖時(shí)Dr側(cè)油壓異常的研究

李洪巖 宋名 劉曉寧 李賓龍 張曉冬

摘 要：保持液力變矩器鎖止側(cè)與分離側(cè)油壓穩(wěn)定，是提升換擋速度與保證換擋平順性重要的控制策略之一。保證直結(jié)狀態(tài)下DaDr油壓壓力差在正常范圍內(nèi)是保證直結(jié)工況傳動(dòng)效率的重要手段。文章從理論分析、實(shí)驗(yàn)排查兩方面對(duì)液力變矩器的鎖止側(cè)與分離側(cè)油壓出現(xiàn)的故障進(jìn)行深入研究，積累了液壓模塊故障調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，為提升車輛換擋質(zhì)量及駕駛平順性提供了相關(guān)技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)變速器;液力變矩器;油壓抖動(dòng);分離側(cè)殘壓

中圖分類號(hào)：TH137.332 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）19-58-04

Study on the Abnormal oil pressure of Dr Side when torque Converter is blocked

Li Hongyan， Song Ming， Liu Xiaoning， Li Binlong， Zhang Xiaodong

（ Harbin Dongan Automotive Engine Manufacturing Co.， Ltd.， Heilongjiang Harbin 150060 ）

Abstract： One of the important control strategies to improve gear shifting speed and ensure gear shifting smoothness is that to keep the hyDraulic pressure of the combined side and the separate side stable. Keeping the DADR oil pressure difference in the normal range is an important means to ensure the transmission efficiency in the locking condition. In this paper， the oil pressure on the locking side and the separating side of the hyDraulic torque converter are studied in depth from the aspects of theoretical analysis and experimental investigation. Accumulated experience in the fault investigation of hyDraulic module. Provide technical guiDance for improving gear shifting quality and Driving experience.

Keywords： Automatic transmission; Torque converter; Hydraulic jitter; Residual pressure on separation side

CLC NO.： TH137.332 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-58-04

1 引言

二戰(zhàn)期間，別克公司為坦克開(kāi)發(fā)了液力變矩器，到1948年，這種液力變矩器與其他變速箱部件結(jié)合成為液力變速器，進(jìn)而定型成為現(xiàn)在通用的自動(dòng)變速器。[1]

液力變矩器在汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中占有至關(guān)重要的地位，主要作用為：（1）傳遞轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩，可以在非直結(jié)工況下實(shí)現(xiàn)增扭;（2）實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與自動(dòng)變速器的非剛性連接，以便自動(dòng)變速箱自動(dòng)換擋;（3）緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。液力變矩器的組成包括：泵輪、渦輪、導(dǎo)輪、單向離合器、鎖止離合器這五個(gè)重要原件。[2]

發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器之間的連接關(guān)系見(jiàn)圖1，液力變矩器工作原理為：發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)盤(pán)與變速箱殼體剛性連接，殼體與液力變矩器的泵輪相連接，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力及轉(zhuǎn)速直接傳遞到泵輪，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，泵輪會(huì)被發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，帶動(dòng)過(guò)程中，液體被泵輪葉片帶著離心力往徑向拋離，工作油回到渦輪端，沖擊渦輪葉片迫使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪與變速箱輸入軸剛性相連，以上過(guò)程實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)到變速器的動(dòng)力傳遞。而在傳遞過(guò)程中負(fù)責(zé)增加扭矩的為導(dǎo)輪。液體經(jīng)過(guò)泵輪加速?zèng)_擊渦輪葉片的同時(shí)，被迫主動(dòng)的渦輪葉片會(huì)將流出來(lái)的液體沖擊導(dǎo)輪葉片，導(dǎo)輪會(huì)有一個(gè)反向轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，但在導(dǎo)輪上的單向離合器，會(huì)阻礙導(dǎo)輪相對(duì)渦輪出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，導(dǎo)輪就迫使經(jīng)過(guò)它葉片的液體改變流向沖擊泵輪葉片，這樣泵輪流出的液體量增加，獲得增扭效果。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速達(dá)到一定比值時(shí)，導(dǎo)輪失去增扭作用，超過(guò)限值時(shí)會(huì)造成渦輪扭矩的減小，此時(shí)，鎖止離合器發(fā)揮其作用。鎖止離合器一端裝在液力變矩器的前殼體上，一端裝在渦輪殼體，當(dāng)鎖止離合器鎖止?fàn)顟B(tài)下，變速箱輸入軸即與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸剛性連接。[3]

液力變矩器在起步、換擋過(guò)程中起到增扭、減震作用，但傳動(dòng)效率較低，鎖止工況剛性連接，液力變矩器的傳動(dòng)效率接近1。

2 本文的研究意義和內(nèi)容

2.1 研究意義

液力變矩器的滑差與鎖止時(shí)機(jī)是變速箱中比較重要的標(biāo)定量之一。液力變矩器的滑差及鎖止的標(biāo)定方式，直接決定整車的傳動(dòng)效率及燃油水平。液力變矩器非鎖止工況下，實(shí)現(xiàn)柔性傳動(dòng)，一定程度上放大扭矩，汽車平順起步，液力變矩器的滑差控制是提升換擋速度與保證換擋平順的重要的控制策略之一。對(duì)駕駛員的駕駛感受也有著重大的影響。

自動(dòng)變速箱依靠液力變矩器結(jié)合端與鎖止端的壓力差控制液力變矩器的鎖止與釋放。液力變矩器兩側(cè)油壓異常將直接影響駕駛感受。此外，由于非直結(jié)工況下傳動(dòng)效率低，待傳遞扭矩及轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，需通過(guò)對(duì)液力變矩器進(jìn)行鎖止來(lái)提高傳動(dòng)系效率。對(duì)于液力變矩器來(lái)說(shuō)，鎖止時(shí)機(jī)過(guò)慢會(huì)造成傳動(dòng)效率低下，影響整車油耗;鎖止時(shí)機(jī)過(guò)快，可能導(dǎo)致NVH問(wèn)題或變速箱抖動(dòng)。故液壓系統(tǒng)中液力變矩器的鎖止標(biāo)定影響重大。由于AT變速箱中油泵多為轉(zhuǎn)子泵，其周期性運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)將油壓波動(dòng)帶入AT液壓控制模塊甚至是變速箱中，故液壓控制模塊對(duì)于液壓抖動(dòng)及液力變矩器鎖止側(cè)、分離側(cè)的油壓控制有重要的影響。故對(duì)自動(dòng)變速器的液力變矩器兩側(cè)油壓進(jìn)行研究，積累在直接轉(zhuǎn)速工況標(biāo)定、試驗(yàn)、排故等方面的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)優(yōu)化提升車輛駕駛體驗(yàn)具有十分重要的意義。

2.2 研究?jī)?nèi)容

本文以某8擋自動(dòng)變速器為例，論述了自動(dòng)變速器液壓控制模塊中，在液力變矩器的標(biāo)定過(guò)程中出現(xiàn)的壓力異常現(xiàn)象。并從理論分析、實(shí)驗(yàn)排查方面對(duì)產(chǎn)生故障現(xiàn)象進(jìn)行深入研究。積累液力變矩器標(biāo)定經(jīng)驗(yàn)及液壓模塊故障調(diào)查經(jīng)驗(yàn)。為提升車輛換擋質(zhì)量及駕駛體驗(yàn)提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。

3 變矩器閉鎖時(shí)Dr側(cè)油壓異常的研究

3.1 DADR油壓壓力異常試驗(yàn)方法及故障描述

3.1.1 測(cè)試方法

液力變矩器的鎖止側(cè)（Da）與分離側(cè)（Dr）油壓是整機(jī)測(cè)試中重要的測(cè)試參數(shù)，某變速箱內(nèi)液力變矩器的油壓供給油路圖如圖2所示。

如圖1中所示，液力變矩器DaDr側(cè)油壓的供給來(lái)源及測(cè)試方式為：油泵供給油液經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥1，主油壓從油泵泵出后通過(guò)調(diào)壓閥1、2，給換向閥3進(jìn)行供油，閥芯1、閥芯2均均受主調(diào)壓電磁閥S1的控制。換向閥3受電磁閥S2的線性控制。電磁閥S2在推開(kāi)換向閥位置前，經(jīng)調(diào)壓閥2調(diào)節(jié)的油壓經(jīng)過(guò)換向閥3為液力變矩器鎖止側(cè)進(jìn)行供油，經(jīng)過(guò)液力變矩器進(jìn)入分離側(cè)油壓，此時(shí)離合器處于完全OPEN的狀態(tài)。在控制電磁閥S2推動(dòng)換向閥3后，鎖止側(cè)Da油壓由電磁閥S1調(diào)節(jié)至恒定值，分離側(cè)Dr油壓隨著電磁閥S2電流的IP控制而呈階梯式變化，二者壓力差值，也隨電磁閥S2的IP控制變化。直至換向閥3被完全推開(kāi)后，分離側(cè)油壓幾乎降至0bar（實(shí)際情況一般存在0.1bar左右的殘余）。

整個(gè)過(guò)程中，鎖止側(cè)與分離側(cè)油壓控制過(guò)程如圖3所示。其中區(qū)域A為液力變矩器隨電磁閥IP控制，Da、Dr油壓正常變化過(guò)程，抖動(dòng)幅值較小;區(qū)域B為鎖止?fàn)顟B(tài)下Dr油壓值;區(qū)域C為閥芯3控制液力變矩器的反轉(zhuǎn)區(qū)域，屬正常抖動(dòng)過(guò)程。

3.1.2 故障描述

在某A樣機(jī)變速箱單體試驗(yàn)過(guò)程中，在進(jìn)行液力變矩器的接合側(cè)分離側(cè)標(biāo)定油壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)如下圖4現(xiàn)象：[4][5]

液力變矩器在受電磁閥的線性控制過(guò)程中，在區(qū)域A階段出現(xiàn)DaDr油壓波動(dòng)過(guò)大現(xiàn)象，抖動(dòng)差值約1bar，在該控制電磁閥完全鎖止?fàn)顟B(tài)下，即區(qū)域B階段，本應(yīng)最大限度降至0位置的分離側(cè)（Dr）油壓，出現(xiàn)殘壓約近1bar。故障曲線見(jiàn)圖4。以上兩個(gè)現(xiàn)象中，DaDr油壓抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致?lián)Q擋滑差控制的困難，分離側(cè)殘壓會(huì)導(dǎo)致會(huì)影響滑差狀態(tài)下的傳動(dòng)效率，及鎖止工況下所傳最大扭矩能力。以上兩個(gè)問(wèn)題，會(huì)造成換擋混亂、駕駛舒適度降低等問(wèn)題，本文即對(duì)上述兩個(gè)故障現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查、分析及樣件調(diào)整。

3.2 某項(xiàng)目A樣件階段液力變矩器Dr側(cè)壓力異常故障排查

3.2.1 理論分析

（1）鎖止工況下Dr殘壓

對(duì)圖5所示油路圖進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析控制Dr油壓的Da-Dr控制閥4。

其中：

PDr—Dr側(cè)油壓/bar;

A1—Dr側(cè)閥芯受力面積/mm2;

PDa—Da側(cè)油壓/bar;

A3—Da側(cè)閥芯受力面積/mm2;

PS2—電磁閥S2輸出油壓/bar;

A2—電磁閥S2輸出側(cè)閥芯受力面積/mm2;

Ft—工作狀態(tài)下彈簧彈力/N。

鎖止工況下，電磁閥的輸出油壓達(dá)到最大，閥芯3被完全推開(kāi)，PDa為恒定值，彈簧彈力Ft由于被壓縮而存在向右的彈簧彈力，PDr油壓經(jīng)過(guò)油路最終從DaDr控制閥4的泄油口泄出，一旦該口泄油不暢就會(huì)導(dǎo)致故障現(xiàn)象中的Dr殘壓的存在。故推測(cè)該口泄油不暢原因?yàn)檎{(diào)壓閥閥芯4的位移不到位。

從公式上看：右邊兩個(gè)力PDa、Ft值比較大可能會(huì)導(dǎo)致閥芯位移不到位。進(jìn)而得到的改善方法有以下三種：1）降低Da側(cè)油壓的調(diào)壓值，此方法涉及閥芯2及配合閥體的變更，變更較大;2）降低閥芯4中使用的彈簧彈力;3）調(diào)整閥套尺寸，降低彈簧的工作高度，降低彈簧彈力，此方法只需要重新機(jī)加閥套卡板槽，相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。

（2）DaDr抖動(dòng)故障分析

如圖4所示，DaDr油壓在控制過(guò)程中出現(xiàn)較大抖動(dòng)，于標(biāo)定工作不利。從圖4中可以看到在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，主油壓全程抖動(dòng)，故推測(cè)是主油壓抖動(dòng)導(dǎo)致的位于油路下游的DaDr油壓抖動(dòng)。進(jìn)而推測(cè)主油壓抖動(dòng)的原因?yàn)樨?fù)責(zé)給主油壓緩沖的減震閥組的減震能力不足。調(diào)整方法有以下兩種：1）調(diào)整減震閥臺(tái)階面高度;2）增加彈簧工作載荷。

3.2.2 樣件調(diào)整方向

根據(jù)以上分析，分別調(diào)整DaDr控制閥4的閥套的尺寸用以解決Dr殘壓?jiǎn)栴}，其調(diào)整前后尺寸如表1。

調(diào)整減震彈簧相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而增加其在工作高度的載荷值，用以解決主油壓及Dr側(cè)油壓抖動(dòng)問(wèn)題。調(diào)整尺寸參數(shù)見(jiàn)表2。

3.2.3 調(diào)整樣件后試驗(yàn)驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)理論分析，將改善件裝閥體進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6：

調(diào)整樣件后，Dr殘壓降低至正常水平（0.1bar左右），DaDr抖動(dòng)差值降低至0.3bar水平。

4 總結(jié)與展望

保持液力變矩器鎖止側(cè)與分離側(cè)油壓穩(wěn)定，是提升換擋速度與保證換擋平順性重要的控制策略之一。保證直結(jié)狀態(tài)下DaDr油壓壓力差在正常范圍內(nèi)是保證直結(jié)工況傳動(dòng)效率的重要手段。二者在設(shè)計(jì)試驗(yàn)過(guò)程時(shí)需考慮主油壓變化因素、閥芯與閥體配合尺寸及緩沖原件組減震能力等相關(guān)因素。

本文積累了液力變矩器鎖止側(cè)與分離側(cè)油壓壓力標(biāo)定經(jīng)驗(yàn)及液壓模塊故障調(diào)查經(jīng)驗(yàn)。為提升車輛換擋質(zhì)量及駕駛體驗(yàn)提供技術(shù)指導(dǎo)。提高換擋質(zhì)量，保證駕駛質(zhì)量、提高駕駛舒適性是未來(lái)所有乘用車動(dòng)力總成不斷追求的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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