变速箱的深入剖析在油泵调压阀变扭器

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在自动波箱修理行业,控制翻修率总是人们最关心的因素之一,因为它直接关系到企业的利润、公司的品牌以及业务的发展前景。然而这又是最难解决的问题,如果仅限于表面的修理而不找出变速箱内部的故障根源,翻修率是很难控制的,尤其是当变速箱进入正常维修期,内部的故障开始出现的时候。

▲油泵-主调压阀-变扭器-散热器润滑回路

要做到正确的故障分析和成功的变速箱翻新,理解变速箱内的一个重要的油路循环是尤其关键的:油泵-主调压阀-变扭器-散热器润滑回路。从图1可以看到,油泵/调压阀和变速箱润滑油路实际上处于串联关系,按先后次序联系在一起的。这其中的任一部分出现变化,都会直接影响到其它的部分。这里我们将要深入探讨这些系统是如何相互联系在一起的,以及如何用流量计来帮助监测它们的运行,同时也更容易理解阀体零件是如何修复变速箱内的液力回路使其正常工作的。

请调压阀(以下称“PR阀”)是这个油路循环中的核心部件。液力泵可以产生非常大的油压,PR阀能将油压限制或调节在变速箱中通常的50-psi(磅/平方英寸,美制压力单位)的范围内。受调制的主油路压力的变化范围是由分别位于PR阀两端的弹簧和油路压力共同决定的。在通常情况下,PR弹簧和增压阀推动PR阀向一个方向运动,而阀另一端的平衡压力阻止或方向推动PR阀,从而使PR阀处于一个平衡调节位置。在启动时,当PR阀平衡端的油压达到一定值后,PR阀会克服弹簧(以及增压阀)的压力,朝它的平衡调节位置移动。一旦油泵产生了足够大的油路压力将PR阀推入它的平衡调节位置,PR阀会将多余的油泵容量导入泄油孔,或导回油泵的吸入端。

受调制的主油压是可以使PR阀克服阻力将其推入平衡调节位置的、作用在PR阀平衡端的油压。实际情况始终是这样的,不论PR阀是一个与弹簧和增压阀连接的简单结构,还是一个与阀两端的多个反应和平衡区域相互作用的更复杂的结构。这里我们将PR阀在足够的压力下保持在它的平衡调节位置称为平衡位置下的PR阀,而将PR阀由于没有足够的油压而无法处于其平衡调节位置称为非平衡位置下的PR阀。

在许多变速箱中,PR阀还有一个人们不太熟悉的功能。主油压调节阀还能控制进入变扭器的油流量:这将直接影响到变扭器的释放/充油的油压、冷却、润滑以及在某些情况下TCC锁止的作用油压。在实现各个功能时,PR阀是分主次的,它首先满足控制油路压力的功能,其次再实现控制变扭器/润滑油路的压力。虽然有些变速箱在这个方面有例外,但大多数变速箱中的变扭器进油不是由PR阀直接供给的,便是由PR阀控制的油路供给的。

图2显示了一个简单结构的PR阀分别位于它的2个位置:平衡位置(这时变扭器进油孔打开)和非平衡位置(这时变扭器进油孔被堵上)。不论PR阀的结构如何,这个平衡位置和非平衡位置的概念适用于所有类型的控制变扭器进油的主调压阀。关键要记住PR阀处于平衡位置时(这时变扭器油路打开),PR阀两端的作用力必须大致相等。如果PR阀长时间处于非平衡位置,变扭器/润滑油路将会受阻。一旦达到临界状态,PR阀的这种非平衡位置将使变速箱严重受损停止工作。

图3显示了一个PR阀如何控制变扭器/润滑油路的例子。图中列出了一个换档过程中主油路压力和冷却器流量的变化。我们都可以看到的一个现象是在换档过程中压力有一个瞬间的回落。如果你同时观察主油压和流经冷却器的流量,你会发现当主油压下降时,流经冷却器的流量也会有一个相应的变化。这是因为主油压的下降最终会作用在PR阀的平衡油路端,阀的另外一端上的作用力于是克服降低了的平衡油压,将PR阀推向它的非平衡位置。这将限制变扭器的供给油路以及被重新导回至油泵吸入端的油量(见图2)。在主油压回复以前PR阀始终处于这种状态。当主油压回复到足够大时,它会将PR阀推回其原来的平衡调节位置。如果变速箱的所有部件都处于运行良好的状态,这个PR阀的变化过程是在瞬间完成的,这也是整个系统应该运行的方式。如果PR阀停留在它的非平衡位置,问题就开始出现了。

PR阀是首先满足主油压的,这意味着如果PR阀处于接近非平衡位置的临界状态时,变扭器和润滑油路会被堵上。实际上,它将阻塞油路,最终导致过热、TCC锁止打滑、或润滑失效等严重后果。

在PR阀的任何一端上的问题都会导致PR阀被置于非平衡位置。PR阀一端可能会有太大的弹簧力或增压阀压力,使油泵承受过大的载荷(见图4中的例子:1a,1b,1c,1d)。在PR阀的另外一端,可能由于漏油或油泵太弱的原因导致平衡压力不够(见图4中的例子:2a,2b,2c,2d)。我们来想象一辆正在上一个长坡的卡车:转速RPM很低,但所需的主油压很高。如果油泵输出不能维持所需的主油压,PR阀将会被移到它的非平衡位置以调节油压。请记住,PR阀首先调节油压,所以可以想到在这样的情况下主油压(以及离合器接合能力)可能接近于其正常值,但流经散热器的油流量或润滑油流量可能降到很小或完全没有了,其原因就在于PR阀停留在它的非平衡位置上。想象一下在这关键时刻散热器中的油流量竟然降到了零,这是多么可怕!

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1PR阀上弹簧力过大或增压阀压力过大的例子a.RWD克莱斯勒/E4OD等,PR弹簧太紧或调整过度。b.4L80-E等,增压阀磨损导致的交叉渗漏,使倒档油路压力过大。c.变速箱处于失效保护中,EPC增压到达最大值。d.4L80-E,怠速太低,EPC电流太大。2平衡压力过低的例子a./C,PR阀孔磨损。b.CD4E,PR阀孔磨损。c.4L80-E,PR端塞漏油。d.任何油泵磨损或太弱的变速箱,或者有严重的内部漏油的变速箱。

大家可能已见过这些结果了:行星轮又烧了,或者变扭器周围神秘的黑环的出现,或者车辆在启动前需要等很长时间处于怠速状态。通常对于油泵来说最受考验的时候是处于高温、怠速(当转速RPM很低时)、或在倒档位时,在这些时候所需的压力较高,油泵的承载处于最高点。为了使变扭器内的锁止活塞保持脱离前罩壳的状态(即不锁止状态),需要有足够的油流量从变扭器释放/充油油路流经变扭器。如果由于油泵不能维持足够的主油压,PR阀将被推到它的非平衡位置并停留在那里,这意味着变扭器内部只有很少甚至没有油的流量,使变扭器的TCC锁止活塞拖住了前罩壳,导致怠速波动、引擎熄火、或TCC摩擦材料被表面磨光。一旦摩擦材料被磨光或过热,摩擦片将降低或失去TCC锁止的功能。

不论是怠速时的60psi,还是载荷下的psi,某个确定的主油压值远不如油泵维持那个油压值以及保持PR阀处于它的平衡位置的能力来得更为重要。不管是叶片型的油泵还是齿轮型的油泵这个结论都是成立的,只是叶片型的油泵具有可变的位移,因而可以增加它们的泵容量以维持油路压力,而齿轮型和月牙型油泵有些麻烦,因为它们只具有固定的位移,因而在低转速和怠速时具有较低的输出量。

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油泵维持所需的油压和保持PR阀的平衡位置的能力也具有多个可变因素。你可能有一个很好的油泵,但在变速箱内部的其它油路中存在漏油,这会损耗油泵的容量并降低油泵产生压力的能力。另一方面,如果没有内部漏油但油泵已经磨损或很低效,也会产生相同的维持油压的问题。就象你的空气压缩机,它的维持压力的能力是与你同时运行多少空气工具相关的,如果你同时使用太多的空气工具,那你的压缩机就没有足够的空气流量(容量)来维持气压,因而气压会降到正常的范围以下。

由于燃油效率的原因,典型的变速箱油泵并没有多少多余的泵容量。油泵容量的大小仅用于维持油压,油压的大小仅用于保持PR阀处于其平衡位置。变速箱内部的各种漏油浪费了油泵容量。所有这些随着时间而积累起来的内部漏油会最终消耗相当的泵容量并降低油泵维持主油压和保持PR阀平衡位置的能力。有些试图弥补这些磨损的方法使用重新调整过的弹簧以及用钻头来扩大节流孔。这些方法都是些暂时的补救方法,不能从根本上解决磨损的问题,或解决持续的内部渗漏问题。如果你看过SONNAX的变速箱专业产品目录(SONNAXTSCatalog),你会发觉其中的大多数零件都是用来解决内部渗漏问题的。所有的带O形圈的阀套和端塞、阀孔修复方法、加大型的柱塞阀以及精密加工的杯士等等都是为了协同作用最小化内部的漏油问题。这不但消除了与零件有关的症状,而且还保存了油泵容量。

▲主油路

主油路-润滑油路的修改

主油路-润滑油路,开孔还是不开孔,那的确是个问题。主油路到润滑油路的修改在主油压和变扭器进油回路之间直接增加了一个油道,有点绕开了PR阀,因而PR阀即使处于非平衡位置,油总会通过这个油道直接进入变扭器进油回路。那为什么原厂制造商们不将这种主油路到润滑油路的修改方案做到变速箱内呢?实际上,许多变速箱生产商的确这样做!在4L60-E中,PR阀的柱塞上的小平台就是起到了这个作用。其它变速箱则通过一个内置的节流孔或衬垫上的一个小槽口来实现这个作用。你是否能自己钻一个主油路到润滑油路的通道呢?可以的,但结果几乎都是开的孔太大,以致太多的油进入变扭器,使变扭器内部压力过大、变扭器油回流以及很多顾客的投诉。图5中显示的SONNAX的PR阀有一个内置的主油路到润滑油路的通道,并且还配有一个防止回流的单向阀,避免了车辆在熄火后变扭器油流回到油底壳。

变扭器泵轮轴颈/油泵杯士值得特别的注意。过大的变扭器杯士间隙会导致油泵异响、磨损和油泵效率降低。除了能在变扭器的一端支撑它的重量以及帮助油泵内部齿轮定位在中心,这个轴颈/油泵杯士还能帮助避免变扭器油经前油封的回流孔处泄漏。这种泄漏是AXODE,AX4N和克莱斯勒变速箱常见的问题。图6显示了一个典型的变扭器与油泵连接的剖面图,图中显示了变扭器油从变扭器内部经过油泵杯士往外泄漏的路径。从这个轴颈/油泵杯士泄漏过多的变扭器油会导致前油封漏油,产生一个变扭器油压泄漏的直接通道。这会降低变扭器/润滑油路的油压,在有些情况下,还会降低TCC锁止作用的油压。

这也是有些变速箱生产厂已开始将油封放在油泵内齿轮和变扭器轴颈之间(比如4R44E),或将油封放在变扭器的导轮管和轴颈内侧之间(比如48RE)。这些特性让油泵油留在油泵内,而变扭器油留在变扭器内。我们来举个例子看看过大的变扭器杯士间隙会如何给我们带来麻烦:一个2直径的变扭器轴颈如果有一个0.的轴颈到杯士的额外间隙,那这个0.”的间隙面积相当于一个0.的开孔,使变扭器油可以从这里漏出,0.的孔对于变扭器来说可是一个相当大的渗漏啊。

当处理任何变速箱时,请记住这里讨论的各个变速箱部件之间的相互联系,以及为什么要检查经过冷却器的油流量,它是如何透露出不仅冷却器和冷却管的信息而且还有包括PR阀和油泵的整个系列的信息,还有应该在何时检查零件和间隙,以及当内部渗漏出现时其综合的症状会是怎么样的。

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