AL4自动变速器机械部分

汽车自动变速器近代史

了解中国近代的汽车自动变速器的发展状况

东新华网杭州３月２７日电澳大利亚当地时间３月２７日１２时许，吉利汽车收购澳大利亚自动变速器公司签字仪式在澳大利亚新南威尔士州政府大厦举行。这标志着中国民营自主品牌汽车生产企业吉利集团，成功收购了全球第二大自动变速器公司。

汽车自动变速器汽车自动变速器AL4自动变速器概述自动变速箱实物图AL4AL4自动变速器概述AL4自动变速器概述

AL4自动变速箱是一个全电子控制横置、全密封、少维护的自动变速箱，具有四个前进档和一个倒档，输出扭矩覆盖范围广。该变速箱计算机为模糊逻辑自动适配电子计算机，具有接近人脑智能功能，可以精确的控制换档、主油路的压力、通过热交换器的流量、控制变扭器活塞的运动。变速箱计算机采用模糊控制理论，可根据驾驶员的驾驶风格，车辆的载荷和程序选择器选择的程序来选择最佳的换档规则。变速箱计算机和发动机计算机相互连接，传递信息，使液力变扭器的锁止，离合器、制动器的接合更加平稳，极大的提高了驾驶舒适性和操作稳定性，当车辆出现故障时，计算机控制系统采用后备值的方式运行，协助驾驶员把车开到服务站进行维修，维修人员利用诊断工具与计算机自诊断系统对话，能快速查找，排除故障。变速箱计算机控制系统通过各种电磁阀来防止驾驶员的误操作，提高了使用安全性。AL4自动变速器构造AL4自变箱由四部分组成：

1、液力传动部分

2、机械传动部分

3、液压控制单元

4、电子控制单元。AL4自动变速器结构液力分配器来自发动机的动力动力输出动力输出机械装置一级减速主动齿轮主减速器泵第二轴变矩器

AL4自动变速器由液力传动部分、机械传动部分、液压控制单元和电子控制单元四部分组成。AL4自动变速器液力变矩器为锁止式变矩器。变速器采用辛普森Ⅱ型行星齿轮系，结构紧凑。离合器为片式。制动器为一个片式，2个带式，传递扭矩大。所有运动副及齿轮润滑均为压力润滑。变速器为全密封式，更换传动轴不须放油。AL4自动变速器零件总图1-液力变扭器2-输入轴（一轴）3-机油泵总成4-第一级减速从动齿轮5-停车轮6-第二轴7-第二级减速主动齿轮8-差速器齿圈9-差速器壳10-液力分配器罩11-换档棘轮卡片12-液力分配器13-手动阀14-辅助液力分配器15-离合器E1（倒档和1档）16-离合器E2（2、3、4档）17-供油通道18-制动器F1（4档）19-制动器F2（倒档）20-制动器F3（1、2档）21-行星齿轮系22-第一级减速主动齿轮AL4自动变速器的特点

1、液力变扭器为锁止式变扭器。

2、采用辛普森Ⅱ型行星齿轮系，结构紧凑。

3、离合器为片式，制动器为一个片式、两个带式，传递扭矩大。

4、所有运动副及齿轮润滑均为压力润滑。

5、变速箱为全封闭式，更换传动轴不需放油。AL4自动变速器保养参数

发动机 TU5JPK/EW10/12 变速箱油量6升左右放油量3升左右变速箱油97.36.22换油周期终生润滑检查变速箱油液面周期60000公里

变速箱润滑方式 在压力下减速机构润滑方式 在压力下

变速箱质量 大约70公斤

最大输出扭矩 在2000到4500转/分钟之间时，210mN AL4自动变速器各档位传动比和齿数

档位

传动比/齿数1档2.752档1.53档14档0.71R档—2.45一级减速主被动齿数52×67二级减速主被动齿数25×71

里程表主被动齿数24×20AL4自动变速器传动机理

AL4自动变速箱控制原理（如图），变速箱计算机根据各个传感器采集的信号，变速杆及程序选择按钮位置，精确控制主油路油压、油温、变扭器锁止，换档及组合仪表的显示。发动机计算机和变速箱计算机互通信息，在变换档位时，通过减小点火提前角来降低发动机扭矩，提高换档舒适性。传动轴

+差速器变速箱机械部分液力变扭器电液分配阀油温交换调节器调节流量故障灯闪亮申请发动机电控单元显示器蜂鸣器选档杆组合仪表电液控制电控油温降档信息制动信息锁止阀机械（发动机曲轴动力输入）电磁阀油压调节电磁阀程序选择

车轮AL4自动变速器传动机理AL4自动变速器换当规则

计算机有十二条换档规则，计算机根据不同条件选择其中一条，使车辆的运行符合驾驶员的意愿、车辆载荷和各种道路条件的需要。L1规则：经济规则，油温达30°C以后进入该规则。L2规则：中间规则，介于L1和L3中间。L3规则：运动规则，计算机测出驾驶员运动风格后或按“S键”后，优先进入该规则。L4规则：上缓坡规则，计算机换档优先考虑上缓坡需要的动力。L5规则：上陡坡规则，计算机换档优先考虑上陡坡需要的动力。L6规则：下坡规则，计算机换档较平路滞后，利用发动机制动。

AL4自动变速器换挡规则L7规则：雪地规则，按“*”键后，进入该规则，计算机控制变速箱用二档起步，防止车轮打滑，适用低附着系数路面。L8规则：低温保护规则，油温小于14°C时，进入该规则，禁止变扭器锁止。L9规则：防污染规则，油温15-30°C时，进入该规则，提高怠速防止污染。L10规则：高温保护规则，油温大于118°C时，进入该规则，变扭器锁止。L11规则：正常CM1（手动换挡）规则。L12规则：高温CM1（手挡换挡）规则。AL4自动变速器变速杆的操纵方法1、变速杆装在驾驶员右侧的控制面板上（如图可以在图7-6中六个位置移动）。2、变速杆带有机械安全装置，要想改变变速杆的位置必须先作用一侧向力，然后才能换档。3、只有把变速杆放在P或N位置才能起动发动机4、关闭发动机后需把变速杆挂入P以便锁止停车轮5、打开点火开关到M位后，踩制动才能将变速杆退出P位置6、打开点火开关到M位后，仪表板上的档位、程序显示器显示变速杆位置和程序选择器的程序。7、P位置为停车位置；R为倒档；N位为空档，前轮未抬起拖车时必须挂在N

档；D为前进档，挂在此位置，可实现1、2、3、4四个档的自动升降；3为前进档，挂在此位置，可实现1、2、3三个档的自动升降；2为前进档，挂在此位置，可实现1、2二个档的自动升降。AL4自动变速器程序使用方法

1、通过程序选择器可选择三个程序：“自适配”或“正常”程序、“运动”程序和“雪地”程序。

2、打开点火开关不按任何键，电控单元选择自适配程序。这是基本程序，变速器电控单元使自动变速器的运行适应于驾驶风格、道路、车辆载荷，以省油优先。

3、按“S”键，电控单元选择运动程序，此程序优先考虑运动驾驶，而不是优先考虑省油。

4、按“*”键，电控单元选择雪天程序，此程序适用于低附着力路面行驶；电控单元控制变速器用二档起步，以防车辆打滑。

5、把变速杆放在“2”位置，再按程序选择器上的“1”键可得到强制一档，即自动变速器无自动升档动作。

6、每次关闭点火开关重新打开之后，电控单元自动回到自适配程序。AL4自动变速器程序使用方法操纵手柄实物图AL4自动变速器拖挂和注意事项

发动机转动时泵轮轴套带动机油泵运转，产生压力润滑变速器内各部件。因此，拖挂时应在升起驱动轮的情况下进行拖车，如果在不升起前轮时拖挂必须把变速杆放在“N”位置，不加变速器油，行程不得超过50公里，车速不得超过50km/h。注意事项：（1）不要关闭点火钥匙滑行；（2）不能推车来起动车辆；（3）只有当发动机转动时，自动变速器才能得到润滑；（4）发动机转动时不要拨掉蓄电池正负极；（5）点火开关打开后，不要拨掉电控单元插头；（6）电瓶应正确充电；（7）发电机电压不得起过16V；（8）没有保护措施，不要把自动变速器放在地上；（9）从发动机上拆装自动变速器必须使用专用工具。AL4自动变速器液力变矩器2、组成

AL4自动变速箱由液压传动部分（液力变扭器）、机械传动部分、液压控制单元和电子控制单元四部分组成。1、作用液力变扭器是自动变速箱中不可缺少的重要组成部分之一，它柔性装在发动机飞轮上，其作用是将发动机的动力传递给自动变速箱的行星齿轮系统，并具有一定的自动变速功能，自动变速箱的传动效率主要取决于液力变扭器，该变扭器具有扭矩放大作用，锁止时传动效率达100%。AL4自动变速器液力变矩器液力变扭器的实物图AL4自动变速器液力变矩器液力变扭器的零件图1-锁止活塞2-双面摩擦片3-减震器4-涡轮5-泵机6-导轮7-单向离合器8-机油泵传动齿9-涡轮花键套AL4自动变速器液力变矩器

液力变矩器外形图与装配关系

1-起动齿圈2-传动法兰盘3-液力变矩器AL4自动变速器液力变矩器液力变扭器由以下部分构成：

·与发动机相连接的泵轮

·与变速箱相连的涡轮

·位于泵轮和涡轮之间的导轮

·由计算机控制的锁止装置，包括活塞、摩

擦片和减震器。AL4自动变速器液力变矩器

液力变扭器固定在变扭器支架上。它的作用是确保发动机好变速器之间的柔性、自动连接，在车辆停止时，可逐步的与发动机分离，确保发动机不熄火。它有以下两个功能：·增扭它可以把发动机的力矩增加到2.2倍。·传递力矩它可以把发动机的力矩以0.98的效率传

递；在锁止时，效率可以达到1。AL4自动变速器液力变矩器泵轮导轮涡轮液压油流动回路

显然在起步时涡轮得到最大转矩。高速流动的液压油通过涡轮叶片后反冲导轮正面，欲使导轮向相反方向转动，但其单向锁止提供一反作用力液力变矩器中三个元件的功用：AL4自动变速器液力变矩器元件

泵轮：将发动机的机械能转变为自动变速器油的动能；

涡轮：将自动变速器油的动能转变为涡轮轴上的机械能；

导轮：改变自动变速器油的流动方向，从而达到增矩的作用。AL4自动变速器液力变矩器

P—泵轮T—涡轮R—导轮AL4自动变速器液力变矩器“涡流”的产生：

当泵轮随飞轮转动时，由于离心力的作用，液体沿泵轮叶片间的通道向外缘流动，外缘油压高于内缘油压，油液从泵轮外缘冲向涡轮外缘，又从涡轮内缘流入泵轮内缘，可见在轴向断面（循环圆）内，液体流动形成循环流，称为“涡流”。AL4自动变速器液力变矩器“环流”的产生

因涡流的产生，液体冲向涡轮使两轮间产生牵连运动，涡轮产生绕轴旋转的扭矩。可见，循环圆内的液体绕轴旋转形成“环流”。将上述两种油流的合成，形成一条首尾相接的螺旋流。只有当涡轮的扭矩大于汽车的行驶阻力矩时，汽车才能行驶。AL4自动变速器液力变矩器涡流与环流液力变矩器工作原理增矩过程：MW=MB+MD偶合点：MW=MB液力变矩器工作原理

减矩过程：Mw=MB-MD（导轮不转）MT=MP(加装单向离合器后，导轮转动)

液力变矩器工作原理

泵轮通过液流带动涡轮旋转，总是存在着转速差，因此传动效率低，变速箱油温度容易升高，为了提高变扭器传动效率，降低油温，充分利用发动机制动，AL4自动变速箱通过电脑控制液力分配器上的锁止电磁阀形成不同油路来控制锁止活塞的接合和分离。

液力变扭器的锁止可作用在2、3和4档上，1档很少如此。液力变矩器的锁止分离原理：

非锁止状态下，具有一定压力的变速箱油从油道a进入锁止活塞1的左面，推动活塞向右移动，然后经图中阴影区域从油道b流出。液力变矩器锁止活塞分离

1-锁止活塞2-双面摩擦片3-减震器4-泵轮5-涡轮a-油道b-油道液力变矩器锁止活塞分离液力变矩器锁止活塞结合

1-锁止活塞2-双面摩擦片3-减震器4-泵轮5-涡轮6-壳体

a-油道b-油道c-变扭器壳体动)

锁止原理：

在锁止模式下，油道a通过阀与油底壳相通后泄压，具有一定压力的变速箱油从油道b进入，充满图中阴影区域后推动锁止活塞1向左移动，把双面摩擦片压紧在壳体6上使变速箱壳体（即泵轮4）与涡轮5以同一角速度旋转。液力变矩器锁止活塞结合单排行星齿轮机构组成辛普森式单排行星齿轮架行星轮支架PS太阳轮P行星轮S内齿圈C单排行星齿轮机构组成太阳轮行星轮内齿圈行星架内齿圈轴制动带太阳轮轴行星架轴常见单排行星齿轮架结构：

4个基本元件组成：太阳轮、齿圈、行星架、行星齿轮。行星齿轮通常有3~6个，即绕行星轴式自转，又绕太阳轮公转。单排行星齿轮系统运动分析行星轮受力如图所示：作用在太阳轮1上的力矩为：M1=F1r1

作用在齿圈2上的力矩为:M2=F2r2

作用在行星架3上的力矩为:M3=F3r3

设齿圈齿数Z2与太阳轮齿数Z1之比为α，则：Z2/Z1=α

式中：

r1、r2分别为太阳轮和内齿圈的节圆半径；

r3

为行星架与行星轮的中心距

Z1

、Z2分别为太阳轮和内齿圈的齿数；

单排行星齿轮系统运动分析由行星轮4的受力平衡条件可得:根据汽车工程数学中“有效力臂”公式，得因此太阳轮力矩、齿圈力矩行星架力矩分别为：（1）依能量守衡定律，齿圈、行星架、太阳轮三个部件上输入与输出功率的代数和等于零，即单排行星齿轮系统运动分析（2）式中n1、n2、n3分别为太阳轮、齿圈

和行星架的转速,将上式代入（1）得:即为单排行星轮机构运动规律特性方程式。单排行星齿轮系统运动分析齿圈太阳轮行星架11+αα单排行星齿轮传动比分析

将太阳轮、齿圈和行星架之一作为主动件与输入轴相连；另一元件作为被动件与输出轴相连；将第三个元件约束制动，这样，整个行星齿轮机构就以一定传动比传递动力。有六种不同组合方案：设：太阳轮齿数Z1=24，齿圈齿数Z2=56，则(1)太阳轮1输入，行星架3输出，齿圈2固定(n2=0)——减速传动根据特性方程：用于低档当太阳轮顺时针转时，行星轮既自转又公转，同时带动行星架绕太阳轮顺时针方向旋转。输出与输入旋转方向相同,但转速低于输入单排行星齿轮传动比分析(2)行星架3输入，太阳轮1输出，齿圈2固定(n2=0)——超速传动根据特性方程：用于超速档当行星架顺时针转动时，行星轮分别饶各自的轴沿逆时针方向转动（自转），同时驱动太阳轮顺转。输出与输入旋转方向相同，但转速高于输入。单排行星齿轮传动比分析（3）齿圈2输入，行星架3输出，太阳轮固定(n1=0)——减速传动根据特性方程：用于高档当齿圈按顺时针方向转动时，各行星轮既要自转又要公转，同时带动行星架沿顺时针方向旋转。输出与输入旋转方向相同，但转速低于输入。单排行星齿轮传动比分析（4）行星架3输入，齿圈2输出，太阳轮1固定(n1=0)——超速传动根据特性方程：用于超速档当行星架绕太阳轮顺转时，就会带动行星轮沿顺时针滚动（公转）和绕其轴顺转（自转）,同时，带动齿圈顺转。输出与输入旋转方向相同，但转速高于输入。单排行星齿轮传动比分析（5）太阳轮1输入,齿圈2输出,行星架3固定(n3=0)—倒档减速传动根据特性方程：式中负号表示从动件与主动件的旋转方向相反。当行星架固定不动时，各个行星轮只能自转而无公转，输出与输入旋转方向相反，且转速低于输入。用于低速倒档单排行星齿轮传动比分析（6）齿圈2输入,太阳轮1输出,行星架3固定(n3=0)—倒档升速传动根据特性方程：当行星架固定、齿圈为主动轮时，行星轮为惰轮，输出与输入旋转方向相反，且转速高于输入。用于高速倒档单排行星齿轮传动比分析

太阳轮、齿圈和行星架三元件中，任意联锁两个元件，则第三个元件必然与联锁的两元件转速相同，行星齿轮机构所有元件没有相对运动，形成直接传动。i＝１.（7）、直接传动－直接档代入特性方程：如把三个元件中的任意两个元件联锁成一体，即当：得：单排行星齿轮传动比分析（8）、自由转动—空挡

在太阳轮、齿圈和行星架三个元件中，如果即无任何元件受约束，也无任何两个元件联琐成一体，则各元件将自动转动。即输出轴可以不动，行星齿轮机构将不传递动力。因此可以得到空档。单排行星齿轮动力传递的8种方案

方案主动件从动件固定件传动比适合档位备注1太阳轮1行星架1+α齿圈α1+α低档减速增扭2行星架1+α太阳轮1齿圈α1/1+α超速档增速减扭3齿圈α行星架1+α太阳轮11+α/α高档减速增扭4行星架1+α齿圈α太阳轮1α/1+α超速档增速减扭5太阳轮1齿圈α行星架1+α-α低速倒档减速增扭6齿圈α太阳轮1行星架1+α-1/α高速倒档减速增扭7任两个连成一体1直接档直接传动8既无任一元件制动又无任两元件连成一体三元件自由转动空挡不传动动力单排齿轮传递动力分析的结论

架入为增

架出为减

架定则反

辛普森式齿轮系统机械系统机械传动机构有两个功能：

1、提供4个前进档和1个倒档；2、在车辆前进过程中自动换档。第一个功能是通过两组行星齿轮系实现的。这两组行星齿轮系实现减速和将涡轮轴运动传递给减速齿轮。自动换档功能是通过液压元件、电子元件来实现的。辛普森Ⅱ行星齿轮系统AL4自动变速箱采用辛普森Ⅱ型行星齿轮系，由两个简单行星齿轮组组成，第一行星齿轮组位于变速箱后端盖一侧，第二行星齿轮组位于液力变扭器一侧。第一组的内齿圈C1与第二组的行星轮支架PS2和一级减速主动齿轮连在一起，第二组的内齿圈C2与第一组的行星轮支架PS1连在一起。经过不同离合器和制动器作用后，动力从一级减速主动齿轮输出，AL4自动变速箱能提供4个前进档和1个倒档。辛普森Ⅱ行星齿轮系统特点1、两个中心轮P1和P2；2、两组行星轮S1和S2；3、两个行星轮支架PS1和PS2；4、两个内齿圈C1和C2；5、采用两级式减速器；辛普森Ⅱ行星齿轮系统连接方式1、行星轮支架PS1和内齿圈C2连在一起；2、行星轮支架PS2和内齿圈C1连在一起；辛普森Ⅱ行星齿轮系统动力输出齿轮

零件齿数P1（前排太阳轮）33齿P2（后排太阳轮）40齿S1（前排行星齿轮）21齿S2（后排行星齿轮）19齿C1（前排齿圈）81齿C2（后排齿圈）80齿单排齿轮传递动力分析的结论P1、P2—前、后排太阳轮PS1、PS2—前、后排行星架

C1、C2—前、后排齿圈单排齿轮传递动力分析的结论1-一级减速

主动齿轮；2-第二组内齿圈C23-第二组行星齿轮S2；4-第二组行星齿轮支架PS2；5-第二组中心轮P26-第一组中心轮P1；7-第一组行星齿轮S1；

8-第一组行星齿轮支架PS1；

9-第一组内齿圈C1；