高级技师论文--马自达3自动变速器FS5A-EL的构造与检修

前言
世界经济一体化给我国带来了机遇和挑战，我国汽车工业迅速兴起，从数量上已成为汽车大国。

世界各国汽车公司都争先恐后地涌入我国，由原来向中国出口汽车，转为在中国国内合作生产汽车，并带来了大量先进的汽车新技术，其中汽车自动变速器就成为典型的汽车新技术。

汽车新技术的诞生，相应的也要求从事汽车相关行业的人员具有较高的技术水平以及较强的专业技术知识。

随着装备自动变速器的车辆增加，以及国产车型中装备的自动变速器的车辆进入维修阶段，大量的自动变速器维修业务迫使汽车维修企业不断提高自动变速器维修技术。

由于自动变速器是集机械、液压、电子技术于一体的产物，其结构复杂，原理难懂，装配工艺要求较高，突然面对集多种新技术于一体的轿车自动变速器，对使用及维修者来说是一种考验。

由于本人水平有限,加之实践经验不足,文中不当之处,还望老师指正,不胜感激!
目录
一、概述 (1)
1、自动变速器的发展史 (1)
2、自动变速器的特点 (2)
3、自动变速器的发展趋势 (3)
二、马自达变速器的结构 (4)
1、自动变速驱动桥的概况 (4)
2、液力变矩器的结构 (7)
3、行星齿轮机构的结构 (7)
4、控制阀体的结构 (11)
三、马自达变速器的检修 (14)
1、传感器的检修 (14)
2、开关的检修 (15)
3、电磁阀的检修 (16)
4、指示灯的检修 (17)
四、马自达变速器的故障诊断实例 (17)
1、实例一 (17)
2、实例二 (17)
3、实例三 (18)
4、实例四 (18)
结束语 (20)
参考文献 (21)
马自达3自动变速器FS5A-EL的构造与检修
摘要：本书首先介绍了自动变速器的发展史和趋势，主要内容是讲述其构造的分析以及检修。

关键词：马自达汽车；自动变速箱；结构；检修
一、概述
1、自动变速器的发展史
自动变速器是在机械式变速器、液力变矩器等液力传动技术和电子控制技术的基楚上发展而成的。

液力传动技术19世纪初发明于欧洲，最早于1912年应用在船舶上。

由于液力变矩器不仅具有防止发动机过载的作用，而且还能无极地改变转速比和转矩比，因此在其他领域该技术也迅速得到应用，且主要用于公共汽车。

1930年，英国研制生产了一种三级变矩器应用于公共汽车上；1932年，美国通用公司也在公共汽车上采用了这种变矩器，1937年又用于内燃机车上。

第二次世界大战期间，液力变矩器又用于军用汽车和专用汽车。

与此同时，美国开始自行研发液力传动技术。

最早产生自动变速器的是美国通用公司，该公司于1938年推出了将行星齿轮变速器与液力耦合器组合而成的液力自动变速器。

此种变速器是采用液压控制自动变速，是现代轿车自动变速器的雏形。

1942年，通用汽车公司又研制成功了一种两档液力机械变速器，其采用了“阿里逊”型双导论、可闭锁的综合式变矩器。

1947年该公司将液力传动装置用于批量生产的小客车上，并在第二年作为小客车用的标准部件，逐步应用到该公司生产的其他车型上。

1948年，通用汽车公司在别克轿车上装备了著名的NYNAFLOW型变速器，这种变速器由单级多相五元件变矩器（一个泵轮、一个涡轮、三个导轮）和具有两个前进挡、一个倒档的行星轮变速器组成，采用液压控制，在结构上已接近现代汽车用的液力自动变速器。

带锁止离合器的锁止式液力变矩器出现于20世纪70年代末期。

美国克莱斯勒公司1978年投放市场的A-413型等自动变速驱动桥中，就装备有锁止式液力变矩器。

早期自动变速器的控制系统为液压控制，而1969年雷诺16AT型汽车
装备的液力自动变速器，则采用了电子计算机控制自动变速，成为了电子控制液力自动变速器的先驱。

目前，液力自动变速器的变速齿轮机构已由单行星排发展到多行星排，使变速器的档位数由两个前进档增加到三个或四个前进档，部分高档轿车装备5~6个前进档。

由于液力自动变速器具有许多优点，因此在汽车上应用越来越广泛。

美国三大汽车公司液力自动变速器的装车率在1982年分别为：通用公司91.7%、福特公司71.5%、克莱斯勒公司83.2%；在1983年分别为：通用公司93.9%、福特公司74.4%、克莱斯勒公司86.4%。

1992年美国轿车液力自动变速器年装车率为80%（其中城市轿车为100%）。

日本生产的轿车上液力自动变速器的装车率1982年为26%、1986年为41%、1992年为60%、1993年为75%。

我国在20世纪50年代，成功地研制了“红旗”高级轿车用液力自动变速器。

目前中国的自动变速器装车率也越来越高，上海通用、上海大众、一汽大众、长安福特、东风日产、东风雪铁龙、一汽及海南马自达、奇瑞、北京现代等在我国生产的汽车，均有自动变速器车型。

但由于国内的机油品质、驾驶员的驾驶习惯、环境及道路状况等因素，自动变速器会经常出现各种各样的故障。

而与手动变速器相比，自动变速器结构更复杂。

所以，掌握自动变速器的原理、结构与维修是当代汽车维修人员的基本功。

2、自动变速器的特点
自动变速器能进行反复的加速、减速、换档，具有变速平滑、驾驶轻便等优点。

汽车自动变速器一般和变矩器一起使用，使液力传动的特点，可以弥补机械变速器的一些缺点。

自动变速器可以根据发动机的工况和车速情况，自动选择档位，并具有下列显著特点。

（1）整车具有良好的驾驶性能及安全性
变速器的换档由其电子控制单元根据行驶的信号来控制，不需要驾驶员过多地去感受换挡的最佳时机，因而比较适合于非职业驾驶人员，特别是女性人群。

而且同样可以获得较佳的燃油经济性和动力性，使得驾驶性能与驾驶员的技术水平关系不大，同时减少换挡的动作，较大程度上提高了行车安全性。

（2）良好的行驶性能
自动变速器的换档最终是以液压传动来实现的，因而可以消除或降低动力传递系统中的冲击和动载。

试验表明，在坏路段行驶时，自动变速器的车辆传动轴上，最大动载转矩的峰值只有手动变速器的20%~40%，能大幅度延长发动机和传动系统零部件的寿命。

（3）降低废气排放
发动机在怠速和高速运行时，排放的废气中CO或CH化合物的浓度较高，而自动变速器的应用，可使发动机经常处于经济转速区域内运转，也就是在较小污染排放的转速范围内工作，从而降低了排气污染。

（4）提高了汽车的平顺性
液力变矩器在起步时，使车轮上的牵引力逐步增加，使车轮无振动并减少滑动，所以使起步更容易、更平稳。

行驶阻力增大时，发动机也不会出现熄火。

但自动变速器与手动变速器相比，其结构较复杂、零件加工难度大、生产成本较高、修理也较麻烦。

同时由于自动变速器的传动效率不够高，在实际的应用当中，油耗一般比手动档的稍高。

3、自动变速器的发展趋势
由于电子技术的不断发展和进步，特别是电子控制功能的进一步增加，各种传感器和执行机构性能的改善，使现代汽车变速器的发展趋势向着可调自动变速器或无极变速器方向发展。

（1）电子控制全域锁止离合器及液力缓速装置
这种锁止装置实际上是全自动离合器，可以大大提高行车安全性及变速器内部制动系统零件的寿命，同时尽量提高各种工况下的传动效率。

（2）适合于整车驱动系统的电子控制智能型自动变速器
智能型的电子控制自动变速器的电子系统可以在汽车行驶过程中对汽车的运行参数进行控制，合理地选择换挡点，而且在换挡过程中对恶化的参数进行修正，例如，摩擦片的摩擦系数、油的粘度、车辆的负荷变化等。

同时，智能型电子控制自动变速器具有自动诊断系统，可以将汽车运行中的故障记录下来，便于维护。

特别是车载网络系统的应用，提高了各参数之间的数据交换及处理，使自动变速器的响应速度更快。

（3）模糊控制理论的应用
模糊控制理论解决了特殊情况下变速程序的复杂问题，使自动变速器的控制能力及可靠性大幅度提高。

（4）电子控制无极变速器（CVT）
无极变速器能够自由改变速比，故能进行理想的变速控制，如目前国内市场上的奥迪及广本飞度都采用了无级变速器。

它具有传动效率高、节气门反应快、油耗低等优越性，但目前还主要用于中小排量的发动机，而随着技术的不断更新与进步，各制造厂纷纷推出了能够匹配大排量发动机的无级变速器。

二、马自达变速器的结构
马自达自动变速器总体结构见图1所示。

图1 马自达变速器剖视图
1、自动变速驱动桥的概况
（1）自动变速驱动桥的特点
马自达自动变速驱动桥的特点见表1所示。

表1 变速驱动桥的特点
（2）自动变速驱动桥规格
见表2所示自动变速驱动桥规格。

表2 自动变速驱动桥规格
（3）操作概述
电子自动变速器驱动桥的操作分为三个系统：电子控制装置、液压控制装置和动力传动系统（包括液力变矩器装置）。

每个系统的操作如下：
①电子控制装置
按照来自输入系统里的开关和传感器的信号，TCM向液压控制系统中的线性类、开/关型电磁阀及占空比电磁阀输出与当前驾驶条件相吻合的信号。

②液压控制装置
根据来自TCM的信号，电磁阀开关控制阀体中的液压通道，控制离合器的接合压力。

系统压力由线性电磁阀A和占空比电磁阀B来调节。

液压通路通过开/关型电磁阀（换档电磁阀D和E）转换。

离合器接合压力由占空比电磁阀（换档电磁
阀A、B和C）和开/关型电磁阀（换档电磁阀F）来控制。

③动力传动系统
发动机传动力是通过液力变矩器传送给变速驱动桥的。

传送的传动力能够依据工作周期型电磁线圈的离合器接合压力来运行每个离合器制动器(换档电磁阀A、B和C)，开/关型电磁阀（换档电磁阀F）行星齿轮能够将齿轮传动比变成最佳传动力。

被改变的驱动力经由差速器传递到驱动轴，然后再传递到轮胎。

2、液力变矩器的结构
液力变矩器离合器装置在特定情况下通过机械方式使泵轮与涡轮转子啮合，直接地，而不是通过液压方式，传输动力，防止液力变矩器滑距损失。

液力变矩器得到足够的变速效能以及与各发动机输出特性相适应的液力变矩比。

带有TCC控制的液力变矩器包括涡轮转子、油泵泵轮、定子与TCC活塞。

在TCC控制过程中，TCC活塞带动涡轮转子在受动涡轮轮毂上滑动，并与液力变矩器盖接触。

在TCC控制过程中，TCC活塞内安装有一根弹簧，用于扭转减震器消除发动机扭矩波动。

3、行星齿轮机构的结构
见图1所示，前行星齿轮机构与单向离合器的外座圈连为一体，并与低速档和倒档制动器的飞轮啮合。

因此，在前行星齿轮转动时，单向离合器的外座圈与低速档和倒档制动器的飞轮同时转动。

前太阳轮安装在前小齿轮内部，前内齿轮安装在前小齿轮外部。

前太阳轮与前进档离合器毂啮合，前内齿轮与后行星架啮合。

后行星齿轮与后小齿轮的内部装有后太阳轮，其外部有后内齿轮。

后太阳轮通过2-4制动鼓与涡轮轴啮合，后内齿轮通过前行星齿轮架与初级齿轮啮合。

在副行星齿轮中，副太阳轮安装在此行星小齿轮内部，副内齿轮安装在其外部。

副太阳轮与直接离合器鼓相连，次级齿轮与副内部齿轮相连。

副行星架与输出轴整合，并与离合器的飞轮相连接。

在太阳轮与内齿轮啮合时，行星齿轮传递动力。

太阳轮安装在前小齿轮内部，前内齿轮安装在前小齿轮外部，它们与其相应的齿轮啮合。

太阳轮与内齿轮在行星齿轮的中心转动。

行星齿轮机构的结构简图见图2所示。

图2 行星齿轮机构的结构
1-前进档离合器；2-滑行离合器；3-3—4档离合器；4-倒档离合器；5-2—4档制动带；6-低速/倒档离合制动器；7-1号单向离合器；8-2号单向离合器
（1）前进离合器3-4离合器、倒档离合器、直接离合器、低速档和倒档制动器以及减速制动器概述见表3所示。

表3 各档出动路径
（2）前进离合器3-4离合器、倒档离合器、直接离合器、低速档和倒档制
动器以及减速制动器操作
液体在离合器盘（飞轮、从动盘）中，因为液体在各个盘上滑动，所以不能传递动力。

当液压作用于活塞上时的离合器状态，飞轮和从动盘紧紧地被压在一起，将离合器鼓的自转速度传递到从动盘毂。

当活塞内的液压消除后，因为复位弹簧的作用，离合器松开并回到原状态。

用于倒档离合器和低速档与倒档制动器的碟形盘降低了离合器突然接合时所产生的震动。

在制动鼓（倒档离合器）中内置的活塞止回阀球只在空转期间排出ATF，以防止液压因为残留ATF而增大，致使离合器处于半接合状态。

在前进离合器、3-4离合器和直接离合器中，离心平衡室安装在总离合器室的对面。

前进离合器的离心平衡室和3-4离合器总是装满来自涡轮轴专用润滑通道的ATF。

直接离合器的离心平衡室总是充满着从逆转轴的专有润滑通道而来的ATF。

（3）离心平衡离合器
为增强离合器控制能力，安装了消除离心油压的离心平衡离合器装置。

各个离合器与制动器采用了压合式密封活塞（活塞的压力工作部件和密封件）来减小活塞体积和重量。

离心平衡离合器室安装在离合器室的对面。

离心平衡离合器室总是装满来自涡轮轴专用润滑通道的ATF。

①没有施加离合器压力时
离合器鼓转动时，离心力作用于残留在离合器室内的ATF，推动活塞。

但是离心力同时也作用于充满离心平衡离合器室的ATF，反方向推动活塞。

结果，该二力相互抵消，活塞不动，防止了离合器接合。

②施加离合器压力时
当向离合器室施加离合器压力时，离合器压力克服对面离心平衡离合器室内的油压与弹簧力，推动活塞与各离合器接合。

因为作用于离合器室内离合器压力上的离心力与作用于离心平衡离合器室内ATF的另一个离心力相互抵消，因此就消除了由离合器鼓的转速产生的离心力的影响。

因此，在所有旋转档位范围中均获得了稳定的活塞推动力，实现了更为平衡的换档操作。

（4）2-4制动带
图3 内离合器总成
1-卡环； 2-滑行、前进和倒档； 3-卡环； 4-2—4档制动伺服； 5-固定支撑和轴； 6-小中心齿轮； 7-2—4档制动带； 8-卡环； 9-2号单向离合器和支架轮毂总成； 10-摩擦盘； 11-卡环； 12-低速—倒档离合器摩擦片和钢片； 13-卡环； 14-内齿轮； 15-3—4档离合器
2-4制动带锁定2-4制动鼓，并固定后太阳轮。

2-4制动带在2GR，4GR和5GR档位运作。

2-4制动带用于旋紧2-4制动鼓，2-4制动带的一端用一个制动带支撑杆。

伺服活塞置于变速驱动桥壳内。

当液压作用于伺服装置支架与伺服活塞（2-4制动带接合侧）时，伺服活塞作用于2-4制动带，以锁定2-4制动鼓。

同时，伺服机构复位弹簧也起到阻碍的作用，从而可以获得最佳的2-4制动带接合力。

当液压作用于伺服活塞与变速驱动桥壳（2-4制动带释放侧）时，伺服活塞被推向伺服装置支架一侧。

这使得2-4制动带靠自身弹簧的作用力延伸，打开2-4制动鼓。

当液压同时作用于伺服装置支架与伺服活塞之间以及伺服活塞与变速驱动桥壳之间时，伺服活塞被推向伺服装置支架一侧，因为该二区域与弹簧力的差别，2-4制动鼓的锁定被解开。

（5）单向离合器
①1号单向离合器
1号单向离合器锁住前内齿轮的反时针方向旋转（从液力变矩器侧看去）1
号单向离合器在1档的D、M档运作。

单向离合器的外座圈与前内齿轮整合，并且单向离合器的内座圈固定在变速驱动桥壳上。

单向离合器外座圈（前内齿轮）可顺时针方向（从液力变矩器一侧观察）自由转动，但在外座圈试图逆时针转动时，斜撑挡圈升起，阻止其按逆时针方向转动。

1号单向离合器锁定前内齿轮的逆时针方向转动，同时锁定后行星齿轮通过后行星架的逆时针方向转动。

②2号单向离合器
2号单向离合器锁定直接离合器鼓的顺时针方向（从液力变矩器一侧看）转动。

2号单向离合器1档、2档、3档和4档的D、M档运作。

单向离合器的外座圈与直接离合器鼓整合，并且单向离合器的内座圈固定在变速驱动桥箱上。

单向离合器外座圈（直接离合器）可按逆时针方向（从液力变矩器一侧看）自由转动，但当此外座圈试图逆时针转动时，滚轮向右侧移动（从液力变矩器一侧看），组织其按逆时针方向转动。

2号单向离合器锁定前内齿轮的顺时针方向转动，同时锁定副太阳轮通过直接离合器的顺时针方向转动。

4、控制阀体的结构
（1）控制阀体
采用了主控制阀阀体作为主变档机构。

采用了辅助控制阀阀体作为副变档机构。

因为离合器的接合压力由电子控制，所以简化了液压回路，减少了所用的阀门类型，并且控制阀体的体积达到了最小化。

在主控制阀阀体上安装了无纺纤维制成的机油集滤器来防止污染。

主控制阀体由三部分组成：上控制阀阀体、主控制阀体及电磁控制阀体。

辅助控制阀体由两部分组成：副下控制阀体和副控制阀体。

（2）换档电磁阀A、B和C（占空比）
采用离合器压力直接控制，它可以直接向每一个离合器或者是制动器提供
离合压力。

采用了控制性能优良的三通暂载型电磁来改进控制反应。

占空比换档电磁阀按照来自TCM的信号对输出压力进行调整，并控制各个离合器的压力。

采用了占空比的换档电磁阀，该电磁阀以50Hz（20ms循环）的频率开启/关闭，并控制输出压力。

电磁线圈通过改变一个循环的准时率（0—100%），来调节打开（供应）和关闭（排放）的时间比，并将离合器压力保持为指定液压。

因此，当占空比（50Hz）降低时，离合器压力上升，当占空比上升时，离合器压力下降。

打开：当无电流流动时，电磁阀中的供应口（线路压力）打开，与输出口（离合器压力）接通。

这样，液压通向液压通道，提供离合器压力。

关闭：当电流接通时，电磁阀中的供应口（线路压力）关闭，输出口（离合器压力）与排放口接通，释放离合器压力。

图4 控制阀体
1-ATF温度传感器； 2-管路压力电磁阀； 3-锁止电磁阀； 4-3—2档定时电磁阀； 5-1—2档换档电磁阀A； 6-锁止控制电磁阀； 7-控制阀前部阀体； 8-前主控制；阀体前部衬垫； 9-前主控制阀体隔板； 10-前部/前主控制阀体后衬垫； 11-橡胶球； 12-前主控制阀体； 13-喷嘴和螺母； 14-橡胶球； 15-油滤网； 16-前主/主控阀体前部衬垫； 17-主隔板； 18-前主/主控制阀体后衬垫； 19-橡胶球； 20-油滤网； 21-油管总成； 22-油挡板； 23-2—3档换档电磁阀B； 24-3—4档换档电磁阀C； 25-后控制阀体； 26-主/后控制阀体后衬垫； 27-后隔板； 28-主/后控制阀体前衬垫； 29-橡胶球； 30-油滤网； 31-橡胶球； 32-油滤网； 33-主控制阀体
（3）换档电磁阀D、E和F（开启/关闭类型）
采用简洁、轻型的三向电磁，减小换档电磁阀D、E、F的排量消耗。

开/关类型的电磁阀按照电流流量开关来切换输出的供给排放。

打开：电流接通时，电磁线圈内的输出口与供应口（电磁阀降低压力或管路压力）接通，输出压力与电磁线圈下降压力相等。

关闭：当无线电流流动时，电磁阀内输出口与排放口接通，释放输出压力。

（4）压力控制电磁线圈A(线型)
使用了具有液压稳定性能较高的压力控制电磁线圈A，实现了管路压力的控制。

因为压力控制电磁阀根据电流值控制液压，因此增大了控制的自由度。

即使在充气条件下也保证了克制性，减小了压力波动。

通过改变电磁线圈里的电流值（0A—1A），压力控制电磁线圈A对保持力进行调节，从而将压力控制电磁线圈的压力控制在规定的液压范围内。

（5）压力控制电磁线圈B（占空比）
采用离合器压力直接控制，它可以直接向每一个离合器和制动器提供离合压力。

采用了控制性能优良的三暂载型电磁来改进控制反应。

占空比换档电磁阀按照来自TCM的信号对输出压力进行调整，并控制各个离合器的压力。

采用了占空比的换档电磁阀，该电磁阀以50Hz(20ms循环)的频率开启/关闭，并控制输出压力。

电磁线圈通过改变一个循环的准时率（0—100%），来调节打开（供应）和关闭（排放）的时间比，并将4-5个负载电磁线圈压力保持在指定的液压。

因此，当占空比（50Hz）降低时，离合器压力上升，当占空比上升时，离合器压力下降。

1GR至4GR或5GR（开启）：当以1GR至4GR或5GR行驶时，电磁阀的供给口（管路压力）开启，并与输出端口（4-5个负载电磁线圈压力）啮合。

通过液压通道向4-5负载电磁提供液压。

4GR换档到5GR或从5GR换档到4GR（关闭）：当档位从4GR换到5GR 或者从5GR换到4GR时，通过一定时间的通电把管路压力调整到行驶状态下最佳的液压。

三、马自达变速器的检修
1、传感器的检修
（1）涡轮轴转速传感器
电磁感应式的涡轮轴转速传感器位于油泵上，用来侦测涡轮轴转速。

动力控制模块（PCM）根据涡轮轴转速传感器的信号控制换档时的主油压和变矩器锁止离合器。

如果涡轮轴转速传感器的信号不良，则可能引起换档冲击，没有4档，变矩器锁止离合器在2档和3档时不工作，且无滑行制动功能。

此时动力控制模块（PCM）指令O/D OFF灯闪亮。

（2）车速传感器
电磁感应式车速传感器位于变速器壳体上，用于侦测车辆速度。

动力控制模块（PCM）根据车速传感器的信号控制主油压、变速器换档和变矩器锁止离合器。

如果车速传感器的信号不良，则可能出现换档感觉异常，不能正确实现换档，没有4档或变矩器锁止离合器不工作，且在2档和3档可能没有滑行制动功能。

此时动力控制模块（PCM）指令O/D OFF灯闪亮。

（3）变速器油温传感器
负温度系数热敏电阻式的油温传感器位于电磁阀体总成内，用于侦测变速器油温。

动力控制模块（PCM）根据变速器油温传感器的信号控制主油压、变速器换档和变矩器锁止离合器。

变速器油温传感器的电阻与温度对应关系如表3所示。

表3 变速器油温传感器的电阻与温度对应关系
如果变速器油温传感器的信号不良，则可能出现主油压不正常和变矩器锁止离合器工作异常。

（4）变速器档位传感器。