第4章 液压控制自动换挡系统结构和工作原理
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第4章 液压控制自动换挡系统结构和 工作原理
沈阳理工大学应用技术学院
学习目标：
● 了解自动变速器常用液压元件的结构及工作 原理 ● 了解自动变速器常用阀组的结构及工作原理
● 了解全液压控制自动变速器组成及工作原理
● 了解全液压控制自动变速器各部件相互作用 关系
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4.1 自动变速器常用液压元件及其工作 原理
通过流量阀通过改变 油液的通道面积来调 节流量，从而调节执 行机构的运动速度
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⑷比例控制阀（比例阀） 对于一些自动化程度较高的液压设 备，往往要求对系统的参数（如压力、 流量）进行连续控制，比例阀就能满足 这种要求。比例阀是一种按输入信号（ 通常为电信号）连续地、按比例地控制 液压系统中的流量、压力和方向。
2、速控油压的形成 ⑴泄荷式两级调速器
图4-16 泄荷式两级调速器 1－输出轴齿轮；2－调速器齿轮；3－初级飞块 4－初级5－初级泄油口钢球；6－次级飞块 7－次级调速弹簧；8－次级泄油口钢球； 9－调速器轴；10－车速表驱动齿轮； 11－主油路压力油；12－节流口； 13－调速器压力油
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路、油底壳等 组成。
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1、液压控制系统慨述
机油泵从油底壳抽 出工作液并将其压
缩，再将它输送到 液压管路中，如果 机油泵排出的工作 液经回油管路回到 油底壳，则管路内 的压力保持恒定， 无作用于活塞的压 力。
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1、液压控制系统慨述
当需要升高管路内的液压 以供操纵活塞时回油管路 必须守全关闭。 活塞上得到的压力等于机 油泵输出的压力×活塞的 受压面积。
车 速 反 馈 油 压
图4-8 阶梯式滑阀结构主油路调压阀
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4.1.2 控制元件
2、方向控制阀
方向控制阀是用来控制液压系统中液流方
向和流经通道的。 作用：控制液流方向和流经通道，改变执 行机构的运动方向和工作顺序 分类：单向阀、换向阀
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在自动变速器中常用于控制换档执
这种换向阀是利用液压 和弹簧强力相互作用使 阀芯移动来完成油路转 换的，常用作自动操作 的机构。
滑阀的一端或被弹簧推 动或同时受弹簧和油压 作用，而另一端则受到 油压作用，在需要对工 作液流实现管路转换时， 可通过升高或减小油压 使阀芯做水平移动来实 现，自动变速器的换档 阀和锁止换向阀均属于 此类。
（2）节流式调速器
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速控阀（调速器）： 产生与车辆行驶速度相对应的油压，即速控油压，作 为控制换档和控制液力变矩器锁止的基本信号之一。速控 阀的作用是输出一个与车速相关的控制油压，作用于各换 档阀，控制换档。
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⑵节流式两级调速器
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速控阀 当自动变速器输出轴不转 动时，弹簧将滑阀压下，关闭 进油口。速控阀无速控油压输 出 当作用在滑阀上的调速器油压使 滑阀关小进油口，一直到调速器油压 等于滑阀和重块的离心力之和为止。 由于重块的质量大，随车速的提高， 高速器的油压升高。
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工作原理
液力变矩器的泵轮带动小齿轮转动，小 动齿轮又带动内齿轮转动，齿轮脱离啮合， 容积变大产生吸力，将油吸入。当齿轮进入 啮合，容积变小，将油泵出。
齿轮泵工作原理
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变矩器轴套上的凹 口与油泵小齿轮上 的凸齿结合，变矩 器旋转带动油泵小 齿轮转动
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换档控制阀（简称换档阀）。
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⑵换向阀 利用阀芯和阀体间的相对运动来变换油液 流动的方向以及接通或关闭油路 1）手控式换向阀
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这种换向阀通过人工方法直接操纵
阀芯的移动来实现油路的转换。自动变
速器中变速杆的操作就属于手控式。
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2）液压和弹簧式换向阀
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图4-18 两级式调速器工作特性曲线
低速区：升档时间短。防止发动机转速 过高，油耗增加 高速区：由于调速器油压随车速变化比 较小，使汽车从中速档升到高速档升之 前有足够的加速时间，充分利用发动机
动力进行加速，防止升档过早而影响动
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4.1.3 执行元件
执行元件在自动变速器中常用来控制自 动变速器内的离合器、制动器的结合与分离。 液压系统中常见的执行元件有油缸、液压马 达。
1、油缸（变速器中常用）
2、液压马达
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油缸作为执行元件实质上是一种能
量转换装置。油缸将输入液体的压力能
转换成活塞直线移动的机械能并予以输
此时如果机油泵的转速升
高，输出的工作液的流量 和压力随之增大，活塞得 到的压力就越大。
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1、液压控制系统慨述
为使活塞得到的压力 保持在所需的范围内 ，必须在回油管路上
加装一个调节阀，使
机油泵输出的工作液 有一部分回流至油底
壳，使管路的液压在
目标范围内。
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4.1.1 油泵
4）控制变矩器中锁定离合器的工作
5）利用油泵产生的液压油的压力控制系统本身的工作
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4.2.1 主油路系统
主油路控制装置的主要任务是控制
主油道压力，使油泵的泵油压力经调解
后符合自动变速器各系统的工作需要
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1、主调压阀 变速杆的位置、汽车的行驶速度和节气
门开度的变化，自动调节流向各液压系统的
真空式节气门阀调节的节气门油压大小由
发动机节气门后方的进气管真空度决定。当节
气门开度小时，进气管真空度大，真空膜片对 滑阀的推力小，节气门油压也较低；当节气门
开度增大时，进气管真空度小，真空膜片对滑
阀的推力增大，这时节气门油压也较大。所以
真式节气门阀产生的节气门油压随节气门开度
的增大而增大。
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3）电控换向阀
用电磁铁操纵阀芯移动换向的换向阀叫电磁换向阀。是通 过电磁铁的线圈，通过线圈产生磁力，该磁力可吸拉阀芯，实 现电磁阀芯的向下移动，接通滑阀左侧与油箱的通路而泄压， 滑阀左移。当切断线圈的电源时，磁力消失，阀芯在左侧油压 的作用下恢复原位。 宁夏工商职业技术学院
⑶流量控制阀（流量阀）
油压力（管路油压力），使其与发动机功率
相符，以防止液压油泵功率损失
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2、次调压阀（辅助调节阀、副调节阀） 负责润滑油压的产生
将主油路压力调节为控制液力变矩器的液压，同时保 证齿轮变速器内部各摩擦点的润滑。 压力的大小随车速和节气门开度的变化而改变。当 发动机怠速运转，车辆低速行驶时，为防止功率损失， 油压很低 ，当高速、大负荷时，油压升高。
1）作用于主调压阀，控制管路油压的高低
，使之与节气门开度相适应
2）作用于各换挡阀，作为换挡信号
3）作用于次调压阀，控制变矩器和润滑油
压的高低。
分类： 机械式节气门阀 真空式节气门阀 宁夏工商职业技术学院
⑴机械式节气门阀
⑵真空式节气门阀
图4-15 真空式节气门阀 1—真空膜片室；2—膜片弹簧 3—膜片；4—推杆；5—滑阀 A—主油路进口； B—节气门油压出口； C—泄油口；D—真空接口
当重块不再外移时，调速器油压 只靠滑阀的离心力调节。由于滑 阀的质量较小，它的离心力增大 宁夏工商职业技术学院
当重块不再外移时，调速器 油压只靠滑阀的离心力调节。由 于滑阀的质量较小，它的离心力 增大随转速的提高较缓慢，所以 调速器油压随车速的升高而呈现 缓慢增大。
当自动变速器输出轴转动时，速控阀输 出油压的高低与车速相对应。车速低，速控 阀输出的油压低；车速高，速控阀输出的油 压高。
行元件的充油速度。如果离合器或制动
器的充油速度过快，会形成较大的换档
冲击，在油路中增加单向阀可以有效地
降低换档冲击。
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⑴单向阀
允许油液向一个方向流动,不能反向流动。
b b
c
c
流通
不流通
a
a
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在液压系统中如果需要同时控制数
个油道的接通或封闭来改变液流时，就
要采用换向阀，在自动变速器中也称作
出
、油箱
2、滤清器
⑴粗滤器
⑵精滤器
⑶阀前专用滤清器
3、冷却系统
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4.2 液压控制系统的结构与原理
控制系统的主要任务包括：
1）控制油泵压力，使油泵的泵油压力符合自动变速器各 系统的工作需要 2）根据换挡手柄位置和汽车行驶状况实现自动换挡 3）控制变矩器中液压油的循环和冷却
用下向外张开，紧靠在定子内表面
上，并随着旋转，叶片在转子叶片 槽内作往复运动，这时在相信两叶 片之间形成密封的工作腔。如果转 子顺时针旋转，在转子与定子中心 连线的左半部工作腔容积逐渐增大 ，形成一定的真空，把自动变速器 油从进油口吸入；而右半部分的工
作腔容积逐渐减小，自动变速器油
从出油口被挤出。
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1、液压控制系统慨述
液压定律(帕斯卡定理)： 作用在液体上的力平均地 向各个方向传递，并且在 容器内各处的平均压力保 持不变。 液体被封闭并且施加一个 力，则产生液体压力。容 器稍有泄漏将使压力下降
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1、液压控制系统慨述
液压控制系统
一般由机油泵
、控制元件、 执行元件（伺
服系统）、管
③叶片泵
④变量叶片泵
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1、内啮合渐开线齿轮泵结构与工作原理
大（内） 齿轮 小（外） 齿轮
月牙形 隔板
自动变速器 中应用最多 的一种油泵， 丰田轿车自 动变速器基 本上都采用 这种油泵
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齿轮式油泵
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结构组成：
内啮合式齿轮泵由泵盖、泵壳、小齿轮和内齿轮等组 成。泵盖上的花键用于固定液力变矩器单向离合器的内座圈。 小齿轮上有两个凸起，液力变矩器泵轮的两个凹槽插到小齿 轮的两个凸起上，带动小齿轮转动，小齿轮带动内齿轮转动， 泵体上有一个月牙形隔板，将工作腔分成吸油腔和压油腔。
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摆线转子泵的排油量 由转子的齿数、齿形、 齿宽和内外转子的偏心
距决定。齿数越多，齿
形、齿宽和偏心距越大
，排量就越大。
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3、叶片泵结构与工作原理
组成：定子、 转子、叶片 和壳体、泵 盖
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当转子旋转时，叶片在离心 力或叶片底部自动变速器油压力作
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4.2.2换挡信号系统
给自动变速器提供换档操纵的信号：
发动机负荷信号、车速信号
在液压控制系统中的实现装置：
1）发动机负荷：节气门阀
共同作用各种 换档阀，实现 换档。
2）车速：调速阀
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1、节气门油压的形成 主油压通过节气门阀调节形成，而调 节量受节气门开度控制，即受加速踏板 控制。 作用：
内啮合渐开线齿轮泵的优点：
结构紧凑、尺寸小、质量轻、自吸能力强
，流量波动小、噪声低
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2、摆线转子泵结构与工作原理
组成：内转子、外转子、泵壳和泵盖
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工作原理
发动机运转时，带动油 泵内外转子以相同的方 向旋转。内转子为主动 齿，外转子的转速比内 转子每圈慢一个齿。当 转子朝顺时针方向旋转 时，内外转子中心线的 右侧各个工作腔的容积 由小变大，形成局部真 空，这时自动变速器油 从进油口被吸入，而在 内外转子中心线的左侧 的各个工作腔的容积由 大变小，自动变速器油 从出油口被排出。
作用：控制油路中液流压力
原理：利用液体压力和弹簧力平衡实现压力控制
分类：球阀、活塞、滑阀
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⑴球阀
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⑵活塞阀
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⑶滑阀式压力调节阀 滑阀结构
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4.1.2 控制元件
概念： 在液压系统中能够控制系统液流的压 力、流量和流动方向的装置称为控制机构。 作用：控制和调节液压系统中油液的压力、流 量和流动方向的控制元件，主要是各种液压控制 阀。 压力控制阀 方向控制阀
分类：
比例控制阀
流量控制阀
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4.1.2 控制元件
1、压力控制阀（压力阀或压力调节阀）
作用：
①使自动变速器油产生一定的压力
和流量，并作为动力供给液力变矩器液
力操纵系统所需要的压力油，驱动液压
执行元件工作。 ②使行星齿轮等运动元件得到润滑 安装位置：变矩器后方
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动力源：变矩器壳后端的轴套，只要发动机 转 动，油泵就运转
形式：
①内啮合渐开线齿轮泵(齿轮泵)
②摆线转子泵
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学习目标：
● 了解自动变速器常用液压元件的结构及工作 原理 ● 了解自动变速器常用阀组的结构及工作原理
● 了解全液压控制自动变速器组成及工作原理
● 了解全液压控制自动变速器各部件相互作用 关系
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4.1 自动变速器常用液压元件及其工作 原理
通过流量阀通过改变 油液的通道面积来调 节流量，从而调节执 行机构的运动速度
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⑷比例控制阀（比例阀） 对于一些自动化程度较高的液压设 备，往往要求对系统的参数（如压力、 流量）进行连续控制，比例阀就能满足 这种要求。比例阀是一种按输入信号（ 通常为电信号）连续地、按比例地控制 液压系统中的流量、压力和方向。
2、速控油压的形成 ⑴泄荷式两级调速器
图4-16 泄荷式两级调速器 1－输出轴齿轮；2－调速器齿轮；3－初级飞块 4－初级5－初级泄油口钢球；6－次级飞块 7－次级调速弹簧；8－次级泄油口钢球； 9－调速器轴；10－车速表驱动齿轮； 11－主油路压力油；12－节流口； 13－调速器压力油
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路、油底壳等 组成。
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1、液压控制系统慨述
机油泵从油底壳抽 出工作液并将其压
缩，再将它输送到 液压管路中，如果 机油泵排出的工作 液经回油管路回到 油底壳，则管路内 的压力保持恒定， 无作用于活塞的压 力。
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1、液压控制系统慨述
当需要升高管路内的液压 以供操纵活塞时回油管路 必须守全关闭。 活塞上得到的压力等于机 油泵输出的压力×活塞的 受压面积。
车 速 反 馈 油 压
图4-8 阶梯式滑阀结构主油路调压阀
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4.1.2 控制元件
2、方向控制阀
方向控制阀是用来控制液压系统中液流方
向和流经通道的。 作用：控制液流方向和流经通道，改变执 行机构的运动方向和工作顺序 分类：单向阀、换向阀
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在自动变速器中常用于控制换档执
这种换向阀是利用液压 和弹簧强力相互作用使 阀芯移动来完成油路转 换的，常用作自动操作 的机构。
滑阀的一端或被弹簧推 动或同时受弹簧和油压 作用，而另一端则受到 油压作用，在需要对工 作液流实现管路转换时， 可通过升高或减小油压 使阀芯做水平移动来实 现，自动变速器的换档 阀和锁止换向阀均属于 此类。
（2）节流式调速器
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速控阀（调速器）： 产生与车辆行驶速度相对应的油压，即速控油压，作 为控制换档和控制液力变矩器锁止的基本信号之一。速控 阀的作用是输出一个与车速相关的控制油压，作用于各换 档阀，控制换档。
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⑵节流式两级调速器
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速控阀 当自动变速器输出轴不转 动时，弹簧将滑阀压下，关闭 进油口。速控阀无速控油压输 出 当作用在滑阀上的调速器油压使 滑阀关小进油口，一直到调速器油压 等于滑阀和重块的离心力之和为止。 由于重块的质量大，随车速的提高， 高速器的油压升高。
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工作原理
液力变矩器的泵轮带动小齿轮转动，小 动齿轮又带动内齿轮转动，齿轮脱离啮合， 容积变大产生吸力，将油吸入。当齿轮进入 啮合，容积变小，将油泵出。
齿轮泵工作原理
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变矩器轴套上的凹 口与油泵小齿轮上 的凸齿结合，变矩 器旋转带动油泵小 齿轮转动
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换档控制阀（简称换档阀）。
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⑵换向阀 利用阀芯和阀体间的相对运动来变换油液 流动的方向以及接通或关闭油路 1）手控式换向阀
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这种换向阀通过人工方法直接操纵
阀芯的移动来实现油路的转换。自动变
速器中变速杆的操作就属于手控式。
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2）液压和弹簧式换向阀
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图4-18 两级式调速器工作特性曲线
低速区：升档时间短。防止发动机转速 过高，油耗增加 高速区：由于调速器油压随车速变化比 较小，使汽车从中速档升到高速档升之 前有足够的加速时间，充分利用发动机
动力进行加速，防止升档过早而影响动
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4.1.3 执行元件
执行元件在自动变速器中常用来控制自 动变速器内的离合器、制动器的结合与分离。 液压系统中常见的执行元件有油缸、液压马 达。
1、油缸（变速器中常用）
2、液压马达
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油缸作为执行元件实质上是一种能
量转换装置。油缸将输入液体的压力能
转换成活塞直线移动的机械能并予以输
此时如果机油泵的转速升
高，输出的工作液的流量 和压力随之增大，活塞得 到的压力就越大。
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1、液压控制系统慨述
为使活塞得到的压力 保持在所需的范围内 ，必须在回油管路上
加装一个调节阀，使
机油泵输出的工作液 有一部分回流至油底
壳，使管路的液压在
目标范围内。
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4.1.1 油泵
4）控制变矩器中锁定离合器的工作
5）利用油泵产生的液压油的压力控制系统本身的工作
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4.2.1 主油路系统
主油路控制装置的主要任务是控制
主油道压力，使油泵的泵油压力经调解
后符合自动变速器各系统的工作需要
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1、主调压阀 变速杆的位置、汽车的行驶速度和节气
门开度的变化，自动调节流向各液压系统的
真空式节气门阀调节的节气门油压大小由
发动机节气门后方的进气管真空度决定。当节
气门开度小时，进气管真空度大，真空膜片对 滑阀的推力小，节气门油压也较低；当节气门
开度增大时，进气管真空度小，真空膜片对滑
阀的推力增大，这时节气门油压也较大。所以
真式节气门阀产生的节气门油压随节气门开度
的增大而增大。
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3）电控换向阀
用电磁铁操纵阀芯移动换向的换向阀叫电磁换向阀。是通 过电磁铁的线圈，通过线圈产生磁力，该磁力可吸拉阀芯，实 现电磁阀芯的向下移动，接通滑阀左侧与油箱的通路而泄压， 滑阀左移。当切断线圈的电源时，磁力消失，阀芯在左侧油压 的作用下恢复原位。 宁夏工商职业技术学院
⑶流量控制阀（流量阀）
油压力（管路油压力），使其与发动机功率
相符，以防止液压油泵功率损失
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2、次调压阀（辅助调节阀、副调节阀） 负责润滑油压的产生
将主油路压力调节为控制液力变矩器的液压，同时保 证齿轮变速器内部各摩擦点的润滑。 压力的大小随车速和节气门开度的变化而改变。当 发动机怠速运转，车辆低速行驶时，为防止功率损失， 油压很低 ，当高速、大负荷时，油压升高。
1）作用于主调压阀，控制管路油压的高低
，使之与节气门开度相适应
2）作用于各换挡阀，作为换挡信号
3）作用于次调压阀，控制变矩器和润滑油
压的高低。
分类： 机械式节气门阀 真空式节气门阀 宁夏工商职业技术学院
⑴机械式节气门阀
⑵真空式节气门阀
图4-15 真空式节气门阀 1—真空膜片室；2—膜片弹簧 3—膜片；4—推杆；5—滑阀 A—主油路进口； B—节气门油压出口； C—泄油口；D—真空接口
当重块不再外移时，调速器油压 只靠滑阀的离心力调节。由于滑 阀的质量较小，它的离心力增大 宁夏工商职业技术学院
当重块不再外移时，调速器 油压只靠滑阀的离心力调节。由 于滑阀的质量较小，它的离心力 增大随转速的提高较缓慢，所以 调速器油压随车速的升高而呈现 缓慢增大。
当自动变速器输出轴转动时，速控阀输 出油压的高低与车速相对应。车速低，速控 阀输出的油压低；车速高，速控阀输出的油 压高。
行元件的充油速度。如果离合器或制动
器的充油速度过快，会形成较大的换档
冲击，在油路中增加单向阀可以有效地
降低换档冲击。
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⑴单向阀
允许油液向一个方向流动,不能反向流动。
b b
c
c
流通
不流通
a
a
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在液压系统中如果需要同时控制数
个油道的接通或封闭来改变液流时，就
要采用换向阀，在自动变速器中也称作
出
、油箱
2、滤清器
⑴粗滤器
⑵精滤器
⑶阀前专用滤清器
3、冷却系统
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4.2 液压控制系统的结构与原理
控制系统的主要任务包括：
1）控制油泵压力，使油泵的泵油压力符合自动变速器各 系统的工作需要 2）根据换挡手柄位置和汽车行驶状况实现自动换挡 3）控制变矩器中液压油的循环和冷却
用下向外张开，紧靠在定子内表面
上，并随着旋转，叶片在转子叶片 槽内作往复运动，这时在相信两叶 片之间形成密封的工作腔。如果转 子顺时针旋转，在转子与定子中心 连线的左半部工作腔容积逐渐增大 ，形成一定的真空，把自动变速器 油从进油口吸入；而右半部分的工
作腔容积逐渐减小，自动变速器油
从出油口被挤出。
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1、液压控制系统慨述
液压定律(帕斯卡定理)： 作用在液体上的力平均地 向各个方向传递，并且在 容器内各处的平均压力保 持不变。 液体被封闭并且施加一个 力，则产生液体压力。容 器稍有泄漏将使压力下降
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1、液压控制系统慨述
液压控制系统
一般由机油泵
、控制元件、 执行元件（伺
服系统）、管
③叶片泵
④变量叶片泵
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1、内啮合渐开线齿轮泵结构与工作原理
大（内） 齿轮 小（外） 齿轮
月牙形 隔板
自动变速器 中应用最多 的一种油泵， 丰田轿车自 动变速器基 本上都采用 这种油泵
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齿轮式油泵
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结构组成：
内啮合式齿轮泵由泵盖、泵壳、小齿轮和内齿轮等组 成。泵盖上的花键用于固定液力变矩器单向离合器的内座圈。 小齿轮上有两个凸起，液力变矩器泵轮的两个凹槽插到小齿 轮的两个凸起上，带动小齿轮转动，小齿轮带动内齿轮转动， 泵体上有一个月牙形隔板，将工作腔分成吸油腔和压油腔。
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摆线转子泵的排油量 由转子的齿数、齿形、 齿宽和内外转子的偏心
距决定。齿数越多，齿
形、齿宽和偏心距越大
，排量就越大。
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3、叶片泵结构与工作原理
组成：定子、 转子、叶片 和壳体、泵 盖
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当转子旋转时，叶片在离心 力或叶片底部自动变速器油压力作
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4.2.2换挡信号系统
给自动变速器提供换档操纵的信号：
发动机负荷信号、车速信号
在液压控制系统中的实现装置：
1）发动机负荷：节气门阀
共同作用各种 换档阀，实现 换档。
2）车速：调速阀
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1、节气门油压的形成 主油压通过节气门阀调节形成，而调 节量受节气门开度控制，即受加速踏板 控制。 作用：
内啮合渐开线齿轮泵的优点：
结构紧凑、尺寸小、质量轻、自吸能力强
，流量波动小、噪声低
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2、摆线转子泵结构与工作原理
组成：内转子、外转子、泵壳和泵盖
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工作原理
发动机运转时，带动油 泵内外转子以相同的方 向旋转。内转子为主动 齿，外转子的转速比内 转子每圈慢一个齿。当 转子朝顺时针方向旋转 时，内外转子中心线的 右侧各个工作腔的容积 由小变大，形成局部真 空，这时自动变速器油 从进油口被吸入，而在 内外转子中心线的左侧 的各个工作腔的容积由 大变小，自动变速器油 从出油口被排出。
作用：控制油路中液流压力
原理：利用液体压力和弹簧力平衡实现压力控制
分类：球阀、活塞、滑阀
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⑴球阀
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⑵活塞阀
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⑶滑阀式压力调节阀 滑阀结构
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4.1.2 控制元件
概念： 在液压系统中能够控制系统液流的压 力、流量和流动方向的装置称为控制机构。 作用：控制和调节液压系统中油液的压力、流 量和流动方向的控制元件，主要是各种液压控制 阀。 压力控制阀 方向控制阀
分类：
比例控制阀
流量控制阀
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4.1.2 控制元件
1、压力控制阀（压力阀或压力调节阀）
作用：
①使自动变速器油产生一定的压力
和流量，并作为动力供给液力变矩器液
力操纵系统所需要的压力油，驱动液压
执行元件工作。 ②使行星齿轮等运动元件得到润滑 安装位置：变矩器后方
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动力源：变矩器壳后端的轴套，只要发动机 转 动，油泵就运转
形式：
①内啮合渐开线齿轮泵(齿轮泵)
②摆线转子泵