故障診斷閥在變速器中的應(yīng)用特點(diǎn)及故障分析處理

朱佳興 馬星宇 臺(tái)格潤 王凱峰

摘要：介紹了所用故障診斷閥的工作特性，并從應(yīng)用及故障排除兩個(gè)方面討論了故障診斷閥在變速器中應(yīng)用的重要性。詳細(xì)分析了故障診斷閥如何快速判斷自動(dòng)變速器能否正常工作，是否需要保養(yǎng)或維修，以及如何確定故障原因及故障發(fā)生點(diǎn)。針對(duì)變速器在下線過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案，以提升變速器生產(chǎn)合格率。

關(guān)鍵詞：診斷閥；故障診斷；液壓控制；自動(dòng)變速器

中圖分類號(hào)：U4632? 收稿日期：2024-02-19

DOI：1019999/jcnki1004-0226202405029

1 前言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，搭載液力自動(dòng)變速器（Automatic Transmission，AT）的汽車因其良好的舒適性以及駕駛的簡便性受到越來越多消費(fèi)者的歡迎，AT的換擋關(guān)鍵在于對(duì)換擋點(diǎn)的合理選擇以及對(duì)換擋過程的有效控制，液力自動(dòng)變速器在液壓控制系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了專門的故障診斷閥，對(duì)變速器內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，反饋?zhàn)兯倨鳡顟B(tài)，能夠快速準(zhǔn)確地判斷自動(dòng)變速器工作時(shí)是否存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，以方便快速定位故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，在變速器出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)提醒駕乘人員對(duì)變速器進(jìn)行檢修或維護(hù)［1］。本文針對(duì)變速器批量生產(chǎn)下線過程中出現(xiàn)的診斷閥故障進(jìn)行詳細(xì)分析，提出改進(jìn)方案，提升批量生產(chǎn)合格率。

2 液壓控制診斷閥原理及特點(diǎn)

本文所介紹的故障診斷閥是一個(gè)兩位三通液控?fù)Q向閥，由閥芯a、壓力開關(guān)b、彈簧c、閥孔d、擋塊e組成，所連接油路分別為第一控制油路1、泄油油路2、壓力檢測油路3、供油油路4、第二控制油路5，診斷閥具體結(jié)構(gòu)和液壓原理如圖1所示。

閥芯a安裝在閥孔d中，彈簧c限制在閥芯a與擋塊e之間，擋塊固定無法移動(dòng)。

第一控制油路1與閥芯頂端連接，其壓力[P1]將作用在整個(gè)閥芯頂端端面上，閥芯端面對(duì)應(yīng)面積為[S1]，對(duì)閥芯產(chǎn)生的壓力為：

[F1=P1S1]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

彈簧c受限制處于壓縮狀態(tài)，彈簧剛度為[k]，壓縮距離為[x]，閥芯a所受的彈簧力為：

[Fc=k×x]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

第二控制油路5與閥芯底部連接，其壓力[P2]將作用在整個(gè)閥芯底部端面上，閥芯端面對(duì)應(yīng)面積為[S2]，對(duì)閥芯產(chǎn)生的壓力為：

[F2=P2S2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

閥芯所受合力為：

[F=F2+FC?F1=P2S2+kx?P1S1]? ? ? ? ? ? ? （4）

壓力檢測油路3與壓力開關(guān)b連接，當(dāng)供油油路4與壓力檢測油路連通時(shí)，壓力檢測油路3存在壓力油，壓力開關(guān)b發(fā)出開啟信號(hào)；當(dāng)泄油油路2與壓力檢測油路3連通時(shí)，壓力檢測油路3的壓力油泄出，壓力開關(guān)b發(fā)出關(guān)閉信號(hào)。

該診斷閥工作位置工況存在以下兩種狀態(tài)：

a.[F>0]，閥芯處于圖1液壓原理圖所示的右位，壓力檢測油路3與泄油油路2連通，供油油路4被阻斷，壓力開關(guān)發(fā)出關(guān)閉信號(hào)。

b.[F<0]，閥芯處于圖1液壓原理圖所示的左位，壓力檢測油路3與供油油路4連通，泄油油路2被阻斷，壓力開關(guān)發(fā)出開啟信號(hào)［2］。

3 診斷閥在變速器中的應(yīng)用及特點(diǎn)

將診斷閥應(yīng)用于液力自動(dòng)變速器中，用來診斷液壓系統(tǒng)中的壓力是否正常，其具體應(yīng)用的液壓原理如圖2所示。

圖2 故障診斷閥應(yīng)用液壓原理圖

A-油池? B-粗過濾器? C-粗過濾器安全閥? D-油泵? E-精過濾器? F-精過濾器安全閥? G-主調(diào)壓閥? H-閉鎖離合器壓力調(diào)節(jié)閥? I-診斷閥? J-壓力開關(guān)

K-離合器? L-蓄能器

系統(tǒng)連接關(guān)系如下：

油泵D工作，從油池A吸取油液，經(jīng)過粗過濾器B，送至精過濾器E和診斷閥I的控制端1，油液壓力由主調(diào)壓閥G進(jìn)行調(diào)節(jié)后送往閉鎖離合器壓力調(diào)節(jié)閥H和診斷閥I的進(jìn)油口4，閉鎖離合器調(diào)壓閥H控制的出口壓力通往離合器K、蓄能器L和診斷閥I的控制端5。

診斷閥工作原理如下：

a.油泵D工作后，未開啟閉鎖離合器調(diào)壓閥H的情況下，診斷閥I的閥芯a受控制端1的液壓力[F1]和彈簧力[Fc]，閥芯處于圖1液壓原理圖所示的左位，即閥芯所受合力[F<0]，壓力油與壓力開關(guān)J連通，壓力開關(guān)J發(fā)出開啟信號(hào)［3］。

b.油泵D工作后，開啟閉鎖離合器調(diào)壓閥H的情況下，診斷閥I的閥芯a受控制端1的液壓力[F1]、彈簧力[Fc]和控制端5的液壓力[F2]，閥芯處于圖1液壓原理圖所示的右位，即閥芯所受合力[F>0]，壓力油與壓力開關(guān)J斷開，壓力開關(guān)J發(fā)出關(guān)閉信號(hào)。

c.診斷閥I的控制端1的液壓源來自精過濾器E進(jìn)油口，控制端5的液壓源來自精過濾器E出油口，因此可以通過診斷閥所影響的壓力開關(guān)信號(hào)來判斷精過濾器E進(jìn)出油液壓力的相對(duì)大?。?］。

4 診斷閥誤報(bào)錯(cuò)及其應(yīng)對(duì)方法

診斷閥I在正常工作狀態(tài)下，可以監(jiān)控精過濾器E進(jìn)出口的壓降，避免液壓系統(tǒng)過濾裝置發(fā)生堵塞、泄漏等非正常狀態(tài)帶來的嚴(yán)重影響，及時(shí)發(fā)出診斷信號(hào)，提醒車輛駕駛?cè)藛T進(jìn)行故障排除，更換精過濾器E，避免變速器在病態(tài)中繼續(xù)使用，以至于發(fā)生不可逆的損傷和后果［5］。

在變速器實(shí)際下線測試應(yīng)用過程中，診斷閥I在精過濾器E未堵塞時(shí)，出現(xiàn)信號(hào)誤報(bào)的現(xiàn)象，即診斷閥E的控制端1和控制端5均存在壓力情況下，診斷閥芯a動(dòng)作下移至壓力檢測油路3與泄油油路2連接的狀態(tài)（圖1液壓原理圖示的左位），導(dǎo)致壓力開關(guān)報(bào)開啟信號(hào)（正常為關(guān)閉信號(hào)）。該問題是由于變速器轉(zhuǎn)速較高時(shí)，油液流量較大，各壓力出現(xiàn)波動(dòng)尖峰，因此控制端5與控制端1的壓力出現(xiàn)壓力差，導(dǎo)致控制端1的液壓力[F1]超過了控制端5的液壓力[F2]與彈簧力[Fc]之和，即原本應(yīng)為[F>0]的狀態(tài)變?yōu)榱薣F<0]的狀態(tài)。測試誤報(bào)數(shù)據(jù)如圖3所示。

診斷閥I發(fā)出故障信號(hào)的關(guān)鍵在于彈簧的設(shè)計(jì)，彈簧力[Fc]將影響診斷閥I是否誤報(bào)信號(hào)。解決上述問題的最好辦法是提升診斷閥I換向的彈簧力[Fc]。原設(shè)計(jì)中，通過報(bào)警發(fā)生狀態(tài)可得知，彈簧在安裝之后能夠克服診斷閥I兩控制端的壓力波動(dòng)差為0.15 MPa，因此需要提升克服壓力差的力值，經(jīng)查詢，成熟產(chǎn)品FC6A250和競品艾利遜3 000的精過濾器安全閥打開壓力值分別為0.35 MPa和0.3 MPa，因此確定變更彈簧所能克服診斷閥兩控制端的壓力差為0.15 MPa+0.25 MPa（0.15 MPa為變速器運(yùn)行時(shí)存在的壓力波動(dòng)差，0.25 MPa為精過濾器堵塞的進(jìn)出口壓力差），確保壓力開關(guān)不會(huì)誤報(bào)信號(hào)，影響車輛正常行駛［6-7］。原彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)和更新的彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

變更后的彈簧參數(shù)可抵抗壓差0.407 MPa，保證了診斷閥不會(huì)在正常使用過程中誤報(bào)錯(cuò)。更改后測試正常數(shù)據(jù)如圖4所示。

5 結(jié)語

本文對(duì)診斷閥的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用及故障問題排除等方面進(jìn)行了詳細(xì)介紹，該閥的應(yīng)用可以有效地監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，診斷閥可以提供警告，并建議進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，以防止更嚴(yán)重的故障發(fā)生，降低維修成本和停機(jī)時(shí)間?？梢愿鶕?jù)診斷閥信號(hào)，配合其他數(shù)據(jù)，對(duì)液壓系統(tǒng)的其他故障進(jìn)行綜合分析，從而循序采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行修復(fù)，提高維護(hù)便利性和工作效率。

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作者簡介：

朱佳興，男，1994年生，工程師，研究方向?yàn)樽詣?dòng)變速器機(jī)械及液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。