ALLISON變速箱第四代液壓控制系統工作原理

邱文剛

（貴州凱星液力傳動機械有限責任公司，貴州 遵義 563003）

美國ALLISONB 3000-B4000 系列全自動液力變速器，是全世界最先進的變速箱之一，在我國的油田、礦山、特種車輛、公交車和消防車等領域都有應用，且使用數量年年上升。

液壓控制系統，是該類變速箱的核心技術之一，國內很少有這方面的研究，這對該類變速箱的維護和修理帶來很大的不便，因此其維護成本較高。阿里遜生產的B3000-B4000 系列全自動液力變速器，因其控制系統的先進性、良好的操作性及換檔性，深受廣大客戶的好評。其強大的換檔功能，是由復雜的液壓系統來完成的，液壓系統產生、引導和控制變速箱里壓力油的壓力和流量，實現變速箱的各種功能。

1 液壓控制油路結構簡圖

美國ALLISONB 3000-B4000 系列全自動液力變速器簡圖如圖1 所示。

圖1 3000-4000 系列產品液壓示意圖——空檔

由圖1 可知，整個變速箱油壓，是通過由發動機帶動的主油泵提供的，其流動貫穿了整個液壓系統。主油泵通過吸油過濾器，從變速箱油池將油液吸入，在壓力的作用下，液體通過主濾油器進入液壓系統。電磁閥和換檔閥位于變速箱控制總成中，他們控制油液的流向和壓力。油液流入特定的離合器來完成檔位的轉換，而冷卻/潤滑油路的油液，流經潤滑過濾器。

2 各油路分析

2.1 主壓力油路

主壓力油路為液壓系統提供了最主要的液壓源,油壓被主油壓調節閥控制，壓力油從油泵排出后經過主濾油器進入主壓力調節閥，在主油壓調節閥的底部裝有彈簧，主油壓調節閥受彈簧彈力作用，被保持在上面位置，一部分主壓力油作用在主調壓閥的頂端，克服主調壓閥下端的彈簧力向下推主調壓閥，通過調整泄壓口的開度調整變速的主壓力；當主模式電磁閥將（MIA MOD**N/C）通電時，將換檔閥控制油壓引到主壓力調節閥的上端，對主油壓進行調節，在主壓力較低時，主油壓調節閥將部分壓力油導入變矩器，當油門開度與輸出轉速較低時，為了提高冷卻器流量和降低油泵損耗，還可以調節該油路的油壓；變矩器閉鎖后，變矩器用油很少，鎖止電磁閥（TCC*N/C）將主壓力引到主壓力調節閥的上端，向下推主壓力調節閥，增加泄漏口的開度，讓多余的油泄掉。主濾油器的前面并聯一個安全閥，用來保護整個液壓系統的安全，當壓力超過4.13 MPa 時，壓力油會將安全閥打開，流回到油池以降低系統主油壓。

2.2 控制油路

從主壓力調節閥出來的油，一部分流向各電磁閥（C6 互鎖電磁閥SS2N/C 除外）的頂部，形成控制油路，各控制油路采用并聯的方式。在七速檔的變速箱中，有常開電磁閥和常閉電磁閥兩種共有9個，分別是常閉鎖電磁閥SS1 N/C，常閉鎖止閥TCC* N/C，2個常開電磁閥PCS1 N/O 和PCS2 N/O，常閉電磁閥PCS3 N/C、PCS4 N/C、PCS6 N/C、常閉C6 互鎖電磁閥SS2 N/C 和主模式換檔閥MIN MOD**N/C，不同的電磁閥控制著不同的油路。

（1）常開電磁閥常閉電磁的結構及工作原理。常開電磁閥的結構如圖2(a)所示。電磁閥斷電時，鋼球因頂桿的作用位置下移，將供油口打開，泄油口關閉，電磁閥供油進入到換檔閥的頂部，克服彈簧力向下推換檔閥，接通離合器的供油油路。

當電磁閥通電時（圖2b），頂桿上移，鋼球將供油口關閉，泄油口打開，換檔閥上端的壓力油經泄壓油路泄壓，換檔閥在下端彈簧力的作用下上移，斷開離合器的供油油路，同時接通離合器泄壓油路。

圖2 電磁閥結構圖

常閉電磁閥的結構如圖2 (b)所示，其工作原理與常開電磁閥正好相反。電磁閥斷電時，頂桿上移，鋼球將供油口關閉，泄油口打開，換檔閥上端的壓力油經泄壓油路泄壓，換檔閥上移，斷開離合器的供油油路，同時接通離合器泄壓油路。當電磁閥通電時圖2（a），鋼球位置下移，將供油口打開，泄油口關閉，電磁閥供油進入到換檔閥的頂部，克服彈簧力向下推換檔閥，接通離合器的供油油路。

（2）換檔閥的結構及工作原理。換檔閥的結構簡圖如圖3。圖中是1 從電磁閥來的控制壓力油，2 是從主壓力油，3 是到離合器的主壓力油，4 是泄漏油路。當常開電磁閥斷電或常閉電磁閥通電時，如圖3（a），電磁閥將控制壓力油引入到1 位置，換檔閥下移將油路2 和油路3 接通，泄壓油路4 截斷，主壓力油經過2 和3 進入到相應的活塞內，實現離合器的結合，當常開電磁閥通電或常閉電磁閥斷電時（如圖3（b）），電磁閥將1 位置的控制壓力油通過電磁閥泄掉，換檔閥上移，將油路3 和油路4 接通，油路2 被截斷，離合器活塞內的壓力油經過油路3 和4 泄掉，實現離合器的分離。電磁閥與換檔閥的共同作用下，實現對換檔及各油路的控制。

圖3 換檔閥結構間圖

（3）PS1 壓力診斷開關的工作原理。PS1 壓力診斷閥用來監視2 種不同的液壓控制系統功能(見圖1)，當C5 離合器有壓力時，診斷閥下移。使得PS1 閥的油跟PCS2 電磁調節閥油路相通，這樣PS1 就能在倒檔、空檔和1 檔確認C5 離合器的接合。當C5 離合器被釋放時，診斷上移。在這種情況下，使得PS1 開關處的油跟C1 和C2 閉鎖閥油路相通。這樣PS1 就能監視2 檔到6 檔時C1 和C2 閉鎖閥的位置。

（4）泄壓閥的工作原理。泄壓閥用于排放離合器壓力，該閥與控制壓力調節閥泄油口連接，目的是確保離合器的切換順利，防止延誤，當離合器壓力低于設定值時，排放閥在彈簧力作用下關閉，防止離合器內進入空氣。

3 變矩器油路的工作原理

主壓力調節閥受到閥頂部的主壓力油，和主模式狀態下引入的控制壓力油的共同作用下，閥下移，將部分主壓力油導入變矩器流量閥，與變矩器流量閥并聯，有一變矩器壓力調節閥，該閥同時控制作變矩器的進、出口壓力，當變矩器的進油壓力較低時（變矩工況），變矩器壓力調節閥在彈簧力的作用下，處于上部，壓力油直接經過變矩器流量閥后進入變矩器；當進入變矩器的油壓超過設定值時，壓力油克服閥下端的彈簧力向下推動閥芯，主壓力油從閥頂部的缺口處，回流到油泵的吸油側。

從變矩器出來的油，經過變矩器流量閥后分為兩路，一路經過節流孔進入到變矩器流量閥的中部，再進入冷卻器；另一路進入變矩器壓力調節閥的下部，在變矩器進油壓力較低時被截斷。在正常情況下，變矩器壓力調節閥的閥會稍微下移，這一油路進入冷卻器，當變矩器進油壓力過高時，變矩器壓力調節閥的閥下移，變矩器出油和一部分變矩器進油都進入冷卻器。

4 潤滑油路的工作原理

從冷卻器出來的油，進入潤滑油過濾器后，進入變速箱各潤滑點，形成潤滑油路，在潤滑油路上并聯有一個潤滑壓力調節閥，根據不同的變速箱型號設定有0.15 MPa 和0.11 MPa 兩種潤滑壓力，潤滑油作用在潤滑壓力調節閥的頂部和中部，當潤滑壓力過高時，調節閥下移，將部分潤滑油泄到油泵的吸油側，一部分潤滑油同時作用在變矩器導流閥的下端，在變矩器閉鎖時經導流閥進入變矩器。

5 變矩器鎖止壓力油路

當TCC*N/C 電磁閥通電，接通變矩器的鎖止油路，同時作用在變矩器流量閥的上端和主油壓調節閥上，使變矩器流量閥和主油壓調節閥下移，變矩器流量閥下移，改變變矩器的進、出油路和潤滑油路的流向，當變矩器流量閥處于下端時，變速箱油經變矩器流量閥后，進入變矩器壓力調節閥，進入冷卻器形成潤滑油路，由于變矩器閉鎖后用油很少，作用在變矩器流量閥上少量的潤滑油，經過閥上的小孔進入到變矩器，對變矩器進行潤滑，回到變矩器流量閥，再由閥中間的小孔回到變速箱內；作用在主油壓調節閥上的閉鎖壓力油使主油壓降低。

6 鎖止閥對主油壓的影響

鎖止閥對主油壓的影響，與C1、C2 離合器的工作有關。在變速箱的不同檔位，鎖止閥經過切換控制著主油壓，并提供給主油壓調節閥以調整變速箱的主油壓。當C2 離合器結合時，主油壓同樣提供給潤滑壓力調節閥，并將潤滑壓力從0.15 MPa 降到0.11 MPa，在空檔或倒檔時，變速箱的主壓力最高。B3000～B4000 的主壓力為1.89～2.2 MPa。在前進檔不閉鎖的情況下，C1 離合器結合，鎖止閥將壓力油提供給主油壓調節閥，使主油壓調節閥下移，B3000～B4000 的主油壓力變為1.65～1.96 MPa，在1 檔～4 檔時，主壓力為1.14～1.39 MPa，在5 檔和6 檔時，閉鎖離合器結合，C1 離合器泄壓，鎖止閥保持在下部，C2 離合器結合，主油壓經過鎖止閥提供給主油壓調節閥，主壓力下降為1.07～1.16 MPa.

C2 離合器的壓力，同時提供給潤滑壓力調節閥，潤滑閥下移，潤滑壓力調整為0.11 MPa，因此，在4檔、5 檔、6 檔時，C2 離合器結合，潤滑壓力為0.11 MPa，在空檔、1 檔、2 檔、3 檔時，潤滑壓力為0.15 MPa，在4 檔時，C1、C2 離合器都結合，C1 聯動閥保持在下端，C2 離合器的壓力被截斷，只提供給潤滑壓力調節閥，只有C1 聯動閥移到上端，C2 離合器壓力油才經鎖止閥作用到主油壓調節閥上。

7 換檔油路分析

B3000-B4000 系列的9 檔變速箱，有7個前進檔、一個空檔和一個倒檔。除空檔外，所有檔都需要兩個離合器結合，才能實現其功能，而每個離合器的結合與分離，都由相應的電磁閥、換檔閥、互鎖閥（C1、C2 聯動閥）來完成，各檔位離合器的結合情況如表1。

表1 7 檔型號變速箱配置

7.1 倒檔控制油路工況

倒檔時，PCS1 N/O、PCS3N/C 電磁閥通電，C3、C5離合器結合。由于SS1 N/C 斷電，C2 聯動常閥處于上位，常開電磁閥PCS1 N/C 通電后，PCS1 N/C 的控制油壓被截斷，與其相連的換檔閥在彈簧力的作用下處于上位，經換檔閥的主油壓被截斷；常通電磁閥PCS2 N/O 斷電，PCS2 N/O 的控制油壓被引入到與其相連換檔閥的頂部，克服彈簧力向下推換檔閥，使該閥處于下位，主油壓經過換檔閥體的下位、C2 聯動閥的上位進入C3 離合器，C3 離合器結合；常閉電磁閥PCS3 N/C 通電，PCS3 N/C 的控制油壓被引到換檔閥的上部，向下推動換檔閥，主油壓通過該換檔閥的下位和C2 聯動閥的上位，進入到C5 離合器，C5 離合器結合，實現倒檔。

7.2 空檔控制油路

空檔時，PCS2 N/O、PCS3 N/C 通電，C5 離合器結合，PCS2 N/O 常開電磁閥的控制油壓被截斷，進入到換檔閥頂部的控制油壓被泄掉，與其相連的換檔閥，在下端彈簧力的作用下回到上位，截斷主油壓，同時打開C3 離合器的泄壓回路，C3 離合器的壓力油，經過該換檔閥的上位從緩沖閥處泄掉；由于常閉電磁閥PCS3 門N/C 通電，C5 離合器的進油路徑與倒檔一致，實現空檔。

7.3 超低檔控制油路

在 超 低 檔，PCS2 N/O、PCS6 N/C、SS1 N/C、SS2 N/C 通電，C1、C6 離合器結合，PCS6 N/C 電磁閥通電，PCS6 N/C 的控制油壓被引到與其相連的換檔閥的頂部，克服彈簧力向下推換檔閥，使換檔閥處于下位，主油壓被引到與SS2 N/C 相連的換檔閥，由于SS2 N/C 電磁閥通電，SS2 N/C 的控制壓力油（該油壓為主油壓）被引到與其相連的換檔閥的頂部，克服該閥下端的彈簧力向下推閥，使閥處于下位，主油壓經過該閥的下位到C6 離合器，使C6 離合器結合，同時將控制主油壓引到C2 聯動閥的下端，SS1 N/C 常閉電磁閥通電，控制油壓被引到與C2 聯動閥的頂部，并將控制油壓引到C1 聯動閥的頂部，克服C1 聯動閥下端的彈簧力向下推彈簧，使C1 聯動閥處于下位，由于C2 聯動閥下端有主油壓力和彈簧力的作用，因此C2 聯動閥仍然處于上位，常通電磁閥PCS1 N/O 斷電，PCS1 N/O 的控制油壓，被引入到與其相連換檔閥的頂部，克服彈簧力向下推換檔閥，使該閥處于下位，主油壓經過換檔閥的下位、C1 聯動閥的下位進入到C1 離合器，使C1 離合器結合，又由于PCS3 N/C 電磁閥斷電，PCS3 N/C 的控制油壓被泄掉，與其相連的換檔閥在下端彈簧力的作用下上移，截主油壓的同時打開泄壓油路，C5 離合器的壓力油經C2聯動閥的上位、PCS3 N/C 電磁閥相連換檔閥的上位從緩沖閥泄掉，從而實現超低檔。

7.4 一檔控制油路

一檔時，PCS2 N/O、PCS3 N/C、SS1 N/C、SS2 N/C電磁閥通電。PCS6N/C 斷電，該電磁閥的控制油壓被泄掉，其下端的換檔閥在彈簧力的作用下回到上位，截斷主油壓并接通泄壓油路，C6 離器內的壓力油經緩沖閥泄掉，SS2 N/C 電磁閥通電，SS2 N/C 的控制壓力油，仍然作用在C2 聯動閥的下端，使C2 聯動閥仍然處于上位，SS1 N/C 通電，C1 聯動閥仍然處于下位。C1 離合器的進油路線，與超低檔一致。PCS3 N/C 常閉電磁閥通電，控制油壓被引到相應換檔閥的頂部，克服彈簧力向下推換檔閥，換檔閥處于下位，主油壓經過該閥的下位、C2 聯動閥的上位，進入到C5 離合器，實現一檔。

7.5 二檔控制油路

二檔時，PCS2 N/C、PCS4 N/C、SS1 N/C 電磁閥通電，SS2 N/C 電磁閥斷電，與其相連的控制油從緩沖閥泄掉，C2 聯動閥下端的壓力油被泄掉，SS1 N/C 電磁閥通電，與其相連的控制油路被引到C2 聯動閥和C1 聯動閥的頂部，克服C2 聯動閥和C1 聯動閥下端的彈簧力，使兩閥處于下位，PCS1 N/O 斷電，C1 離合器的進油路線與一檔一致，又因為PCS4 N/C 通電，與其相連的控制油壓被引到換檔閥的頂部，克服彈簧力，使換檔閥處于下位，連通主油壓并截斷泄壓油路，主壓力油進入C4 離合器，PCS3 N/C 斷電后，與其相連的控制油壓被泄掉，換檔閥在彈簧力的作用下回到上位，C5 離合器壓力油經過C2 聯動閥的下位從緩沖閥處泄掉，實現二檔。

7.6 三檔控制油路

三檔時，PCS2N/O、PCS3 N/C、SS1 N/C 通電，與PCS2 N/O 電磁閥相連的控制油壓和主油壓都被截斷，換檔閥頂部的控制壓力油被泄掉，SS1 N/C 通電，C1 聯動閥和C2 聯動仍處于下位，C1 離合器進油與二檔一致，PCS3 N/C 電磁閥通電，主油壓經C1 聯動閥和C2 聯動閥的下位進入C3 離合器，使C3 離合器結合，PCS4 N/C 斷電，與其相連的控制油壓被泄掉，換檔閥在彈簧力的作用下回到上位，截斷主油壓并連通C4 活塞泄壓油路，C4 活塞液壓油從緩沖閥泄掉，實現三檔。

7.7 四檔控制油路

四檔時，SS1 N/C 電磁閥通電，C1 聯動閥和C2 聯動仍處于下位，C1 離合器進油與三檔一致，PCS2 N/O斷電，與其相連的控制油壓被引到換檔閥的上頂部，克服彈簧力使閥處于下位，主油壓經C2 聯動閥的下位進入C2 離合器，使C2 離合器結合，PCS3 N/C斷電，與其相連的主油壓經過C2 聯動閥的下位、C1 聯動閥的下位、換檔閥的上位從緩沖閥泄掉，實現四檔。

7.8 五檔控制油路

五檔時，PCS1 N/O、PCS3 N/C、SS1 N/C 通電，SS1 N/C 電磁閥通電，C1 聯動閥和C2 聯動仍處于下位，PCS1 N/O 通電，與PCS1 N/O 電磁閥相連的控制油壓和主油壓都被截斷，換檔閥頂部的控制壓力油被泄掉，C1 離合器的壓力油經C1 聯動閥的下位，換檔閥的上位，從緩沖處泄掉。PCS2 N/O 斷電，控制油壓被引到換檔閥的上頂部，克服彈簧力使閥處于下位，與其相連的主油壓經C2 聯動閥的下位進入C2 離合器，使C2 離合器結合，PCS3 N/C 通電，與其相連的換檔閥處于下位，主油奪經過C1 聯動閥和C2 聯動閥的下位進入C3 離合器，實現五檔。

7.9 六檔控制油路

六檔時，PCS1 N/O、PCS4 N/C、SS1 N/C 通電，SS1 N/C 電磁閥通電，C1 聯動閥和C2 聯動仍處于下位，PCS1 N/O 通電，與其相連的主油壓和控制油壓都被截斷，PCS2 N/O 斷電，C2 離合器進油與五檔一致，PCS4 N/C 通電，C4 離合器進油與三檔一致，實現六檔。

8 結束語

對該類變速箱的油路系統和控制原理熟練掌握后，再結合顯示的故障代碼，對維修該類變速箱有著事半功倍的效果，還可節省維護和保養費用。

[1]朱經昌，魏宸官，鄭慕僑，等.車輛液力傳動[M]. 北京：國防工業出版社，1983.