自動變速器的閥體檢測技術
——ATF流量測試法(一)

◆文/上海 齊明

在一般的閥體檢測設備上，普遍使用油壓來作為檢測指標，但是在某些情況下油壓看上去可能在正常范圍，但是變速器的潤滑流量卻處于低于正常值的狀態，這將導致極其嚴重的后果，經常遇到的結果就是汽車半路拋錨，于是不得不去找拖車，將車拖回修理廠返修變速器。對于變速器維修廠來說，這樣的返修情況將產生很大的維修成本，因為變速器內很多零件可能已被燒毀。為了有效降低這樣后果嚴重的返修，我們會發現對車輛進行ATF的流量檢測是一個非常有效而成本低廉的方法。

一、ATF流量測量原理和變速器的油路循環

為了理解ATF流量測量為什么是一個有用的檢測手段，我們首先要理解變速器內一個重要的油路循環：油泵-閥體-變扭器-散熱器的油路循環。從圖1可以看到，油泵、主調壓閥、變扭器油路和散熱器潤滑油路實際上處于串聯關系，按先后次序聯系在一起的。這其中的任一部分出現變化，都會直接影響到其它的部分。這里我們將要深入探討這些系統是如何相互聯系在一起的，以及流量檢測在其中的作用。大多數變速器的油路循環本質都是一樣的，都可以由圖1顯示出來。

如圖1所示，ATF油通過油泵被壓入閥體，進入閥體后首先通過主調壓閥，主調壓閥一方面調節變速器內的主油壓，另一方面，它控制著主油路進入變扭器供油油路的通道，來自油泵的油通過主調壓閥的控制被輸入到變扭器中，為變扭器充油。ATF在經過變扭器后溫度已很高，然后進入散熱器，注意此時ATF油已經流出變速器了，在經過散熱器后，ATF油重新流回變速器，這時ATF油作為潤滑油為行星輪提供潤滑降溫。如果此時回流入變速器的ATF流量不足，將會直接導致齒輪磨損，油溫升高，變速器傳動系統失效，這時就需要叫拖車來把車拖走了。ATF油在進入變速器后最終匯集到處于最下方的油底殼，完成了一個循環。然后又重新被油泵打入閥體，周而復始。這個油路循環非常重要，其中每一個環節出現問題，都會直接影響變速器的運行。

圖1 變速器最本質的油路循環

二、理解主調壓閥

主調壓閥是這個油路循環中的核心部件。油泵可以產生非常大的油壓，主調壓閥能將油壓限制或調節在變速器中通常的50~250psi(磅/平方英寸，美制壓力單位)的范圍內。經過調制的主油路壓力的變化范圍是由分別位于主調壓閥兩端的彈簧和油路壓力共同決定的。在通常情況下，彈簧和來自增壓閥的增壓信號壓推動主調壓閥向一個方向運動，而另一端的平衡油壓阻止或反向推動主調壓閥，從而使主調壓閥處于一個平衡調節位置。在車輛啟動時，PR閥平衡端的油壓逐漸升高，在達到一定值后，主調壓閥會克服彈簧(以及增壓閥)的壓力，朝它的平衡調節位置移動。一旦油泵產生了足夠大的油路壓力將主調壓閥推入它的平衡調節位置，主調壓閥會將多余的油泵容量導入泄油孔，或導回油泵的吸入端。

很多維修技師都不太清楚主調壓閥是如何來調節主油壓的，尤其是主調加閥往哪邊運動會升高主油壓，哪邊會降低主油壓。其實，不論何種變速器，主調壓閥的一端總有個彈簧，而另一端則總與平衡油路相連，這個平衡油壓就是主調壓閥要調節的主油壓。主調壓閥的位置其實是平衡油路壓力來平衡的。在彈簧的一邊是增壓閥，增壓閥受到EPC壓力以及倒擋油路的壓力，將增大的壓力作用在彈簧上，從而推動及調節主調壓閥的位置，以達到調節壓力的作用。很多人在理解主油壓的調節時會被虎克定律引入歧途，因為根據彈簧的虎克定律，主調壓閥越壓縮彈簧(即圖2中所示往左邊運動)，用來平衡彈簧力的主油壓就要越高。但是事實恰恰相反，主調壓閥越往離開彈簧的方向移動(即圖2中往右的方向)，主油壓就會越高。為什么會這樣呢？這里理解主調壓閥的關鍵在于這個閥旁邊的兩個油路通道，一個是變扭器/潤滑油路，另一個是將油傳回油泵吸入端的泄油孔，而彈簧的虎克定律在這里幾乎可以忽略不計。

圖2 主調壓閥的平衡位置與非平衡位置

在圖2中，當主油壓閥處于正常的平衡位置時，彈簧力和主油壓相平衡，油從油泵進入主調壓閥，一部分用來供給變扭器和潤滑油路，多余的油則從泄油孔排出重新回到油泵。一旦由于某種換擋操作而導致主油路突然下降，這時主調壓閥就會被彈簧推動往右移動，主調壓閥進入非平衡位置(如圖2右側所示)，變扭器/潤滑油路這時被切斷，泄油孔也會主調壓閥堵上了，由于油泵的運轉，主油壓很快就回升了，于是主油壓又將主調壓閥朝彈簧方向頂回了它的平衡位置，這樣主調壓閥就完成了主油壓的調節工作，同時變扭器/潤滑油路和泄油孔又重新打開。反之，如果主油壓突然增大，主調壓閥就會被推向彈簧一端，同時變扭器/潤滑油路和泄油孔會打開得更大，更多的油被排出以使主油壓降低，這時主調壓閥會重新回到其平衡位置。

由此可見，主調壓閥有兩個最主要的功能：第一個功能大家都知道，就是調節主油路的壓力，但是第二個作用常常不為人所重視，那就是對變扭器和潤滑油路的供油。重要的是這兩個功能是分主次的，主調壓閥首先滿足調壓的功能，只有在調壓功能滿足后才開始對變扭器和潤滑油路正常供油。如果油壓過低，主調壓閥自然會切斷通向變扭器的供油通道，直到油壓上升到主調壓閥推回平衡位置位置。然而這正是很多變速器和變扭器隱含的故障所在。設想如果油泵太弱，或者變速器內部的漏油太嚴重導致主油壓下降，那么主調壓閥就會長時間處于如圖2右側圖中的非平衡位置以調節油壓，這會產生一系列非常嚴重而又很常見的現象，由于變扭器/潤滑油路供油不足，會使變速器油溫升高，行星輪以及各離合器的摩擦片由于潤滑不足而過早失效。同時，變扭器由于供油不足會導致車輛無法開動，TCC鎖止打滑，大量熱量產生而導致變扭器、ATF油以及整個變速器過熱。因此，在下次更換燒壞的摩擦片和油封的時候，不要只抱怨這些修包的質量，有可能問題的根源并不出在這些修包上。

如果圖2中的主調壓閥上最右邊的一個控制圓柱或與之接觸的閥孔部分發生磨損而導致油壓泄漏會出現怎樣的情況。從圖中不難看出，如果此處發生漏油的話，主油路將會因泄漏而降低，因此主調壓閥會被推向圖中的右方，這是需要更高的主油壓將調壓閥推回平衡位置。如果油泵有這個能力并且變速器內部漏油還不太嚴重的話，這時基準主油壓就會高于正常值，這時油壓會偏高，而散熱器流量可能正常。如果油泵太弱或漏油太嚴重，主調壓閥無法回到平衡位置，這時油壓可能正常，但變扭器/散熱器流量就會不正常，于是就會出現上文提及的變扭器和潤滑油路的問題。反之，如果主調壓閥靠彈簧一端出現閥孔的磨損和泄漏，或是增壓閥套出現磨損的話，主調壓閥會被推向彈簧一邊，導致基準主油壓過低。很多變速器在達到一定里程數后主調壓閥孔都會出現不同程度的磨損，許多表面的故障現象都能追溯到這個主調壓閥。我們比較常見的ZF系列的變速器和大眾系列的變速器都有這些問題，比如ZF4HP14，ZF4HP18，ZF5HP19，VW 01M/01N等。很多修理者開始往往會以為是電磁閥出了問題，因為EPC電磁閥也是調節主油壓中的關鍵一環，而且有時更換全新電磁閥后就能解決問題，但隨著里程數的增加，這種成功解決問題的概率逐漸降低，往往維持不了幾個月，變速器就又回來返修了。這主要就是因為閥孔出現了機械磨損，導致了電磁閥對油壓控制能力的降低，而并非電磁閥本身的質量問題。主調壓閥運動頻率高，主調壓閥孔的磨損幾乎是所有電控變速器在達到高里程數后的一個通病。一些技術比較好的修理廠在修復了主調壓閥孔后，發現不但駕駛品質恢復如新，而且還省下了大量的電磁閥更換費用。

值得一提的是主調壓閥的調節運動頻率是很快的，尤其是如今的電控變速器普遍使用脈寬調制(PWM)的EPC電磁閥，其產生的高頻率振蕩油壓信號使主調壓閥以及相關的增壓閥，另外還有同樣用PWM電磁閥控制的TCC鎖止調節閥都會出現磨損泄漏的情況。出于這種情況，變速器生產廠商就將這些關鍵的容易磨損的滑閥改成了黑色的。它的黑色涂層是通過陽極電鍍的氧化鋁，表面非常耐磨。但是這些閥會逐漸磨損鑄鋁做的閥體孔，產生漏油或卡閥等問題。主調壓閥孔的內壁出現的這些磨損會降低主調壓閥控制調節油壓的能力，使主油壓變化失常。這些關鍵閥孔的磨損往往被很多修理工所忽視，因為對閥體的解體和清洗需要相當的熟練程度，而且很多閥孔的磨損有時還難以用眼睛直接觀察到。但學習掌握了前面各章節介紹的閥體診斷方法后，應該可以使修理者大大提高對閥孔磨損的檢測能力，極大地消除在維修過程中存在的大量猜測因素。

由上可見，主調壓閥的位置會影響通往變扭器的流量，以及通過散熱器的ATF流量。圖3顯示了一個主調壓閥如何控制變扭器/潤滑油路的例子。圖中顯示了一個換擋過程中主油路壓力和冷卻器流量的變化。我們都可以看到的一個現象是在換擋過程中壓力有一個瞬間的回落。如果我們同時觀察主油壓和流經冷卻器的流量，會發現當主油壓下降時，流經冷卻器的流量也會有一個相應的變化。這是因為主油壓的下降最終會作用在主調壓閥的平衡油路端，閥的另外一端上的作用力于是克服降低了的平衡油壓，將主調壓閥推向它的非平衡位置。這將限制變扭器的供給油路。在主油壓恢復以前，主調壓閥始終處于這種狀態。當主油壓回復到足夠大時，它會將主調壓閥推回其原來的平衡調節位置。如果變速器的所有部件都處于運行良好的狀態，這個主調壓閥的變化過程是在瞬間完成的，這也是整個系統應該運行的方式。如果主調壓閥停留在它的非平衡位置，問題就開始出現了。這意味著變扭器和潤滑油路會被堵上。

圖3 散熱流量和主油壓的關系

在主調壓閥的任何一端上的問題都會導致主調壓閥被置于非平衡位置。其一端可能會有太大的彈簧力或增壓閥壓力，使油泵承受過大的載荷(如圖4中所示的：1a, 1b, 1c, 1d)。在主調壓閥的另外一端，可能由于漏油或油泵太弱的原因導致平衡壓力不夠(見圖4中的例子：2a, 2b, 2c, 2d)。我們來想象一輛正在上一個長坡的卡車：轉速RPM很低，但所需的主油壓很高。如果油泵輸出不能維持所需的主油壓，主調壓閥將會被移到它的非平衡位置以調節油壓。請記住，主調壓閥首先調節油壓，所以可以想到在這樣的情況下主油壓(以及離合器接合能力)可能接近于其正常值，但流經散熱器的油流量或潤滑油流量可能降到很小或完全沒有了，其原因就在于主調壓閥停留在它的非平衡位置上。試想在這關鍵時刻散熱器中的油流量竟然降到了零，這是多么可怕！

圖4 主調壓閥引發故障的例子

主油路進入潤滑油路的控制，在很多變速器的修理中的確是個問題。于是維修技師開始在主油路到潤滑油路的通道上進行修改，在主油壓和變扭器進油回路之間直接增加了一個油道，有點繞開了主調壓閥，因而主調壓閥即使處于非平衡位置，油也總會通過這個油道直接進入變扭器油路。那為什么變速器原廠制造商們不將這種主油路到潤滑油路的修改方案做到變速器內呢？實際上，許多變速器生產商的確已經這樣做了！在4L60-E中，主調壓閥的柱塞上的小平臺就是起到了這個作用。其他變速器則通過一個內置的節流孔或襯墊上的一個小槽口來實現這個作用。我們是否能自己鉆一個主油路到潤滑油路的通道呢？可以的，但結果幾乎都是開的孔太大，以致太多的油進入變扭器，使變扭器內部壓力過大，并且油可以無限制的雙向流動，導致變扭器油回流以及很多其它的故障現象。閥體維修為什么很困難呢？其實要消除某一具體故障現象并不難，有很多方法可以用，但是你要做到不留后遺癥就很難，因為在你還未真正找到故障根源時對油路做的修改往往會讓你在消除了一個故障現象的同時又產生了另外的故障現象。真正做到無后遺癥的閥體修復，往往需要借助于專業的修復方案和工具。圖5就是一個例子，它顯示了經改良的主調壓閥(由美國SONNAX公司開發)，它們有一個內置的主油路到潤滑油路的通道，并且還配有一個防止回流的單向閥，避免了車輛在熄火后變扭器油流回到油底殼。這樣既解決了潤滑油路的問題，又不留下任何不良副作用，這主要是因為針對閥體故障的根源，對零件進行了創新的改良設計。

圖5 帶有內部通道的主調壓閥

三、油泵

大家可能已遇到過這些故障現象：行星輪反復燒毀，或者變扭器周圍出現神秘的黑環，或者車輛在啟動前需要等很長時間處于怠速狀態。其實這些問題都可能與油泵有關系。通常對于油泵來說最受考驗的時候是處于高溫、怠速(當轉速RPM很低時)、或在倒擋位時，在這些時候所需的油壓較高，油泵的承載處于最高點。為了使變扭器內的鎖止活塞保持脫離前罩殼的狀態(即不鎖止狀態)，需要有足夠的油流量從變扭器鎖止釋放油路流入變扭器。如果由于油泵不能維持足夠的主油壓，主調壓閥將被推到它的非平衡位置并停留在那里，這意味著變扭器內部只有很少甚至沒有油的流量，使變扭器的TCC鎖止活塞拖住了前罩殼，導致怠速波動、引擎熄火、或TCC摩擦材料被磨損。一旦摩擦材料被磨光或過熱，摩擦片將降低或失去TCC鎖止的功能。

不論是怠速時的60psi，還是載荷下的160psi，某個確定的主油壓值遠不如油泵維持那個油壓值以及保持主油壓閥處于它的平衡位置的能力來得更為重要。不管是葉片型的油泵還是齒輪型的油泵這個結論都是成立的，只是葉片型的油泵具有可變的位移，因而可以增加它們的泵容量以維持油路壓力，而齒輪型和月牙型油泵有些麻煩，因為它們只具有固定的位移，因而在低轉速和怠速時具有較低的輸出量。

油泵維持所需的油壓和保持主調壓閥的平衡位置的能力也具有多個可變因素。一個很好的油泵，但在變速器內部的其它油路中存在漏油，這會損耗油泵的容量并降低油泵產生壓力的能力。另一方面，如果內部漏油并不嚴重但油泵已經磨損或很低效，也會產生相同的維持油壓的問題。

由于燃油效率的原因，典型的變速器油泵并沒有多少多余的泵容量。油泵容量的大小僅用于維持油壓，油壓的大小僅用于保持主調壓閥處于其平衡位置。變速器內部的各種漏油浪費了油泵容量。所有這些隨著時間而積累起來的內部漏油會最終消耗相當的泵容量并降低油泵維持主油壓和保持主調壓閥平衡位置的能力。有些試圖彌補這些磨損的方法使用重新調整過的彈簧以及用鉆頭來擴大節流孔。這些方法都是些暫時的補救方法，不能從根本上解決磨損的問題，或解決持續的內部滲漏問題，這就好比一個水杯漏了，為了維持水杯里的水量，不去找到那個滲漏處卻不斷往杯子里倒水。所以這種補償的方法往往只能維持一段時間。補償的修理方法在過去液控的自動變速器時代比較有效，但是隨著近年來電控的自動變速器越來越多，這種方法不再那么有效，因為受到油泵容量的限制，沒有那么多額外的“水”可以用來彌補“杯子”的泄漏量了。國外一些主流的變速器翻新廠開始使用一些專用的帶O形圈的端塞、對閥孔進行鉸孔的徹底修復方法、并使用加大型的滑閥和增加閥套的技術、以及精密加工的杯士等等，都是為了協同作用，解決變速器內部的漏油問題。這不但消除了與零件有關的癥狀，而且還保存了油泵容量，提高了變速器整體的性能。

圖6 變扭器和油泵杯士

圖7 AXODE/AX4N/AX4S導輪支撐軸

四、變扭器

變扭器泵輪軸頸與油泵杯士的配合值得特別的注意。過大的變扭器杯士間隙會導致油泵異響、磨損和油泵效率降低。除了能在變扭器的一端支撐它的重量以及幫助油泵內部齒輪定位在中心，這個軸頸/油泵杯士的配合還能幫助避免變扭器油經前油封的回流孔處泄漏。這種泄漏是AXODE，AX4N和克萊斯勒，標志/雪鐵龍AL4，三菱/現代F4A41/42/43/51和F5A51系列變速器常見的問題，嚴重的還會磨損油泵孔。比如ZF5HP19，奔馳722系列等。

圖6顯示了一個典型的變扭器與油泵連接的剖面圖，圖中顯示了變扭器油從變扭器內部經過油泵杯士往外泄漏的路徑。從這個軸頸/油泵杯士泄漏過多的變扭器油會導致前油封漏油，產生一個變扭器油壓泄漏的直接通道。這會降低變扭器/潤滑油路的油壓，在有些情況下，還會降低TCC鎖止作用的油壓。

這也是有些變速器生產廠已開始將油封放在油泵內齒輪和變扭器軸頸之間(比如4R44E)，或將油封放在變扭器的導輪軸和軸頸內側之間(比如48RE)。這些特性讓油泵油留在油泵內，而變扭器油留在變扭器內。我們來舉個例子看看過大的變扭器杯士間隙會如何給我們帶來麻煩：一個2in(5cm左右)直徑的變扭器軸頸如果有一個0.003in(0.076mm)的軸頸到杯士的額外間隙，那這個0.003in的間隙面積相當于一個0.100in(2.54mm)的開孔，使變扭器油可以從這里漏出，2.54mm的開孔對于變扭器來說可是一個相當大的滲漏啊。

此外，在連接變扭器和閥體的區域我們還需要注意油泵軸、輸入軸以及導輪支撐軸是否存在漏油。比如導輪支撐軸，很多人并不太注意它。圖7顯示的福特AXODE/AX4N/AX4S的導輪支撐軸，也是經常容易出問題的地方。它套在渦輪軸外，并且插入到變扭器中以支撐固定導輪。很多情況下變扭器打滑，前油封漏油，都和導輪支撐軸的磨損有關。如果導輪支撐軸上的杯士和油封被磨損，變扭器的鎖止和釋放油路就會在這里產生交叉滲漏，出現TCC打滑，變扭器鎖止作用和釋放油壓問題，入擋接合延遲，變扭器過熱，離合器失效等故障。從圖7我們可以看到此處的磨損同時也會降低經過散熱器的ATF流量，因此如果我們監測流經散熱器的ATF流量，就可以分析出油路循環中各環節出現的滲漏問題。

當處理任何變速器時，油路循環中的每一個環節都可能出現問題導致滲漏。有時可能好幾處同時存在不同程度的漏油而導致故障，如果將其中一個部件換到其它變速器中有可能并不出現故障，但這并不表示此部件一定就是好的，因為很多情況下故障是由多個因素共同作用下表現出來的。幸運的是，我們可以通過監測散熱器的ATF流量來破譯出其中所隱含的油路循環中的故障信息。流量信息可以幫助我們找到一些潛在的問題，這些問題很可能在臨時試車時不被發現，但會在正常行駛時逐漸發展成更大的問題導致日后的返修。流量有時與油壓呈同步變化關系，有時又是互補關系，因此有效利用流量信息可以幫助我們更好地診斷變速器中的隱患。當然，這既需要修理工對油路循環的深入理解，也需要在實踐過程中積累經驗。