變速器壓力調節閥油路通斷節流設計研究

郝凱敏，嚴思敏，龍彬，安元卜，李謙

變速器壓力調節閥油路通斷節流設計研究

郝凱敏，嚴思敏，龍彬，安元卜，李謙

（陜西法士特齒輪有限責任公司智能傳動研究所，陜西 西安 710077）

變速箱液壓壓力調節在車輛駕駛過程中對換擋舒適性及閥芯的安全性起著至關重要的作用。針對現有閥芯在油路連通和關閉處存在瞬間液壓力轉換，壓力差變化較大，流量波動明顯，出現閥芯擺動，導致滑閥口產生噪聲氣蝕甚至破壞的問題。文章設計了一種AT變速器壓力調節閥的油路通斷節流設計，利用閥芯在不同位移處調節開啟面積，在閥芯油路連通處設計過流節流裝置，流動介質進入面積緩變，壓力提前緩增，進入型腔緩沖，能量轉換變緩，減少氣蝕，減少瞬時液壓力對閥芯的沖擊。

節流設計；壓力調節；開啟面積

前言

汽車在不同的道路環境下，需要以不同的速度行駛，自動變速器在工作的過程中，閥板上的過油孔會有流動介質快速流動，實現檔位切換。在檔位切換的時候，隨著發動機轉速的增加，大量高壓流動介質從油泵口進入，為使流動介質在變速器穩壓口穩定的流出至對應油路，閥芯向左移動，當閥芯在壓力調節閥的油路通斷處移動時，大量流動介質進入中壓變矩器位置和低壓油底殼位置，實現調壓和泄壓的作用，因過流面從無到有，從小縫到大縫，在瞬間液壓力作用下，壓力差較大，流量波動比較明顯，出現了閥芯擺動，導致滑閥口產生噪聲氣蝕甚至破壞。在此基礎上，本文設計了一種變速器壓力調節閥的油路通斷節流設計，利用閥芯在不同位移處調節開啟面積，在閥芯油路連通處設計過流節流裝置，減少了閥芯處的噪聲。在調節閥的油路斷開時，流動介質回流到變矩器或者回流到油底殼時，因壓力調節閥的斷流節流作用，實現流動介質流出面積緩變，壓力逐步減少，降低了調節閥在斷開時的噪音。

1 壓力調節閥的工作原理

壓力調節閥通常包括彈性裝置、閥芯裝置、高壓進油口、高壓出油孔口、中壓出油口和低壓出油口等。換擋時，換擋軸驅動自鎖裝置轉動并使之到達需求擋位位置，自鎖裝置上方的銷驅動液壓閥板上的手動閥芯，將液壓油路切換至對應的檔位中，從而實現換擋。其中，隨著發動機轉速的增加，大量高壓流動介質從油泵口吸入，為使流動介質在變速器穩壓口穩定的流出至對應油路，閥芯向左移動，當閥芯在壓力調節閥的油路通斷處移動時，大量流動介質進入中壓變矩器位置，實現調壓和泄壓的作用；當發動機轉速再增加時，中壓位置無法滿足調壓和泄壓要求時，為減少油耗，閥芯繼續向左移動，大量的流動介質從輸入口油泵處回流到油底殼低壓處。

圖1 換擋時壓力調節工作原理簡圖

在圖1所示的換擋壓力調節中，油泵處有大量的流動介質輸入，回流到變速器中壓變矩器處時不進行滑閥口過流節流設計，在油路連通和關閉處存在非常大的瞬時液壓力，節流面面積增加明顯，大量的流動介質進入，閥芯受力不均勻，能量轉換較快，對閥芯的沖擊力較強，大量流動介質沖擊滑閥口產生噪聲。

2 優化設計

為了解決這種問題，本文對換擋時的壓力調節閥進行優化，當油泵處壓力較大時，為穩定流向閥板處的壓力，將流動介質回流到節流面設計為錐形變矩器輸出口時，可以提前逐步穩定的增加節流面積，減小壓力差變化量；當油泵處壓力特別大時，流動介質將回流到油底殼，將流動介質的過流節流面設計為上下不同心的圓弧，創建油路通斷節流的四個關鍵點，減少瞬時液壓力對閥芯的沖擊。

在調節閥的油路斷開時，流動介質回流到變矩器時或者回流到油底殼時，因壓力調節閥的斷流節流作用，實現流動介質流出面積緩變，壓力逐步減少，降低了調節閥在斷開時的噪音。

圖2 優化后壓力調節閥簡圖

圖3 優化后中壓力變矩器輸出口

圖4 優化后低壓力油底殼輸出口

圖5 優化后輸出口關鍵位置編號

圖6 優化后的錐形節流面

如圖2所示，流動介質從油泵口吸入，穩壓流出到閥板內部；當發動機轉速增加時，為穩定閥板壓力，流動介質將通過油路通斷節流設計（圖3）回流到變矩器；當發動機轉速繼續增加時，流動介質將通過油路通斷節流設計（圖4所示）回流到油底殼。閥芯向左移動位移為x1，S1為閥芯向左移動時，流動到中壓變矩器處的流量；S為從為閥芯向左移動x2時，流動到低壓油底殼處的流量，S2為從關鍵位置1和3（如圖5）之間的流量，S3為從關鍵位置2和4之間的流量。

圖7 優化后圓弧過流節流面

閥芯向左移動x時，流量S1（如圖6）如下：

油泵處吸入大量的油量，閥芯繼續向左移動，閥芯向左移動x2（如圖7）時：

閥芯繼續向左繼續時，關鍵位置2開啟，閥芯向左移動x3=x2+0.9：

從而得到流往油底殼的流量S為：S=S2+S3。

3 優化結果

圖1所示的換擋時壓力調節閥中，為穩定進入閥板內的液壓壓力，大量的高壓流動介質進入變矩器和油底殼，產生了極大的氣蝕。

圖8 有錐閥節流與無錐閥節流的流入量

在中壓變矩器輸入處，油路連通處壓力變化較大，能量轉換較快，閥芯處的噪音較大，在回油過程中，油路通斷節流處過油面由小變大（如圖6）流入，滑閥口的面積提前緩增（如圖8），壓力也緩慢增加，能量緩慢轉換，使得閥芯的噪音有效減少。當油泵處壓力特別大時，使用不同心的圓弧（如圖5），在油路通斷節流處將流動介質先后從關鍵點1和關鍵點2流出至油底殼，流動介質進入面積提前緩增（如圖9），在型腔內提前進行能量轉換，減少了壓差對閥芯的沖擊力，能量轉換減慢，減少了流動介質在壓力調節處油路連通時產生的噪聲。

圖9 有兩段圓弧節流與無節流的流入量

當油泵處壓力減少時，為穩定流向閥芯內部的壓力，閥芯將向右移動，流動介質在回流低壓油底殼時，從大縫變成小縫，再從小縫變成圓弧，先后從關鍵點4、關鍵點3、關鍵點2、關鍵點1逐步減少。當油泵處壓力繼續減少時，閥芯繼續向右移動，先后從中壓變矩器處的關鍵點6、關鍵點5完成油路斷開。在斷開過程中，瞬時液壓力逐步減少，能量損耗降低，閥芯處的壓力逐步減少，減少了閥芯處的流動介質在壓力調節處油路斷開時產生的噪聲。

根據本文的結構優化設計方案能夠彌補壓力調節閥的不足。與現有技術相比，該優化設計有以下優點。

1）降低了油路通斷處的噪音；

2）能量轉換變緩，能量損耗降低；

3）壓力提前緩增，減少了瞬時液壓力對閥芯的沖擊；

4）減少了油路通斷處的氣蝕。

4 結論

本文對AT自動變速箱的壓力調節閥的油路通斷節流設計進行了詳細介紹，優化結果表明，該方案實現流動介質從油泵位置回流到變矩器和油底殼時，實現了進入面積緩變，壓力提前緩增，進入型腔緩沖，能量轉換變緩，減少氣蝕，減少瞬時液壓力對閥芯的沖擊。

[1] 劉銀水,許福玲.液壓與氣壓傳動（第四版）[M].北京:機械工業出版社,2009.

[2] 郭孔輝,周曉暉,王爽,等.自動變速器換擋機構的建模和結構參數優化[J].汽車技術,2008, 000(012):1-3.

Research on the Design of Transmission Pressure Control Valve Oil Circult on-off Throttling

Hao Kaimin, Yan Simin, Long Bin, An Yuanbo, Li Qian

( Shaanxi Fast Gear Co., Ltd. Intelligent Transmission Research Institute, Shaanxi Xi’an 710077 )

The hydraulic pressure regulation of gearbox plays an important role in the comfort of gear shifting and the safety of valve core during vehicle driving. In view of the problem of instantaneous liquid pressure conversion in the oil connection and closure of the existing valve cores, the pressure difference changes greatly, the flow fluctuation is obvious, the valve core swings, resulting in noise cavitation and even damage at the slide valve mouth. This paper designed a kind of pressure regulating valve AT the transmission oil on and off the throttle is designed, using the valve core AT different displacement adjusting the open area, oil on the valve core design flow throttling device connected, flow medium graded into the area, the pressure slowly increasing ahead of time, into the cavity buffer, energy conversion warming and reducing cavitation, reduce the impact of the transient fluid pressure to the valve core.

Throttling design; Pressure regulation; Open area

A

1671-7988(2020)24-55-03

U463.212

A

1671-7988(2020)24-55-03

郝凱敏，機械設計工程師，就職于陜西法士特齒輪有限責任公司智能傳動研究所，主要研究內容：AT變速箱結構設計及理論分析

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.019

CLC NO.: U463.212