故障診斷閥在變速器中的應用特點及故障分析處理

朱佳興 馬星宇 臺格潤 王凱峰

摘要：介紹了所用故障診斷閥的工作特性，并從應用及故障排除兩個方面討論了故障診斷閥在變速器中應用的重要性。詳細分析了故障診斷閥如何快速判斷自動變速器能否正常工作，是否需要保養或維修，以及如何確定故障原因及故障發生點。針對變速器在下線過程中出現的故障進行了詳細分析，并提出了相應的改進方案，以提升變速器生產合格率。

關鍵詞：診斷閥；故障診斷；液壓控制；自動變速器

中圖分類號：U4632? 收稿日期：2024-02-19

DOI：1019999/jcnki1004-0226202405029

1 前言

隨著汽車工業的發展和進步，搭載液力自動變速器（Automatic Transmission，AT）的汽車因其良好的舒適性以及駕駛的簡便性受到越來越多消費者的歡迎，AT的換擋關鍵在于對換擋點的合理選擇以及對換擋過程的有效控制，液力自動變速器在液壓控制系統中，設計了專門的故障診斷閥，對變速器內部狀態進行監測，反饋變速器狀態，能夠快速準確地判斷自動變速器工作時是否存在潛在風險，以方便快速定位故障風險點，在變速器出現異常時及時提醒駕乘人員對變速器進行檢修或維護［1］。本文針對變速器批量生產下線過程中出現的診斷閥故障進行詳細分析，提出改進方案，提升批量生產合格率。

2 液壓控制診斷閥原理及特點

本文所介紹的故障診斷閥是一個兩位三通液控換向閥，由閥芯a、壓力開關b、彈簧c、閥孔d、擋塊e組成，所連接油路分別為第一控制油路1、泄油油路2、壓力檢測油路3、供油油路4、第二控制油路5，診斷閥具體結構和液壓原理如圖1所示。

閥芯a安裝在閥孔d中，彈簧c限制在閥芯a與擋塊e之間，擋塊固定無法移動。

第一控制油路1與閥芯頂端連接，其壓力[P1]將作用在整個閥芯頂端端面上，閥芯端面對應面積為[S1]，對閥芯產生的壓力為：

[F1=P1S1]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

彈簧c受限制處于壓縮狀態，彈簧剛度為[k]，壓縮距離為[x]，閥芯a所受的彈簧力為：

[Fc=k×x]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

第二控制油路5與閥芯底部連接，其壓力[P2]將作用在整個閥芯底部端面上，閥芯端面對應面積為[S2]，對閥芯產生的壓力為：

[F2=P2S2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

閥芯所受合力為：

[F=F2+FC?F1=P2S2+kx?P1S1]? ? ? ? ? ? ? （4）

壓力檢測油路3與壓力開關b連接，當供油油路4與壓力檢測油路連通時，壓力檢測油路3存在壓力油，壓力開關b發出開啟信號；當泄油油路2與壓力檢測油路3連通時，壓力檢測油路3的壓力油泄出，壓力開關b發出關閉信號。

該診斷閥工作位置工況存在以下兩種狀態：

a.[F>0]，閥芯處于圖1液壓原理圖所示的右位，壓力檢測油路3與泄油油路2連通，供油油路4被阻斷，壓力開關發出關閉信號。

b.[F<0]，閥芯處于圖1液壓原理圖所示的左位，壓力檢測油路3與供油油路4連通，泄油油路2被阻斷，壓力開關發出開啟信號［2］。

3 診斷閥在變速器中的應用及特點

將診斷閥應用于液力自動變速器中，用來診斷液壓系統中的壓力是否正常，其具體應用的液壓原理如圖2所示。

圖2 故障診斷閥應用液壓原理圖

A-油池? B-粗過濾器? C-粗過濾器安全閥? D-油泵? E-精過濾器? F-精過濾器安全閥? G-主調壓閥? H-閉鎖離合器壓力調節閥? I-診斷閥? J-壓力開關

K-離合器? L-蓄能器

系統連接關系如下：

油泵D工作，從油池A吸取油液，經過粗過濾器B，送至精過濾器E和診斷閥I的控制端1，油液壓力由主調壓閥G進行調節后送往閉鎖離合器壓力調節閥H和診斷閥I的進油口4，閉鎖離合器調壓閥H控制的出口壓力通往離合器K、蓄能器L和診斷閥I的控制端5。

診斷閥工作原理如下：

a.油泵D工作后，未開啟閉鎖離合器調壓閥H的情況下，診斷閥I的閥芯a受控制端1的液壓力[F1]和彈簧力[Fc]，閥芯處于圖1液壓原理圖所示的左位，即閥芯所受合力[F<0]，壓力油與壓力開關J連通，壓力開關J發出開啟信號［3］。

b.油泵D工作后，開啟閉鎖離合器調壓閥H的情況下，診斷閥I的閥芯a受控制端1的液壓力[F1]、彈簧力[Fc]和控制端5的液壓力[F2]，閥芯處于圖1液壓原理圖所示的右位，即閥芯所受合力[F>0]，壓力油與壓力開關J斷開，壓力開關J發出關閉信號。

c.診斷閥I的控制端1的液壓源來自精過濾器E進油口，控制端5的液壓源來自精過濾器E出油口，因此可以通過診斷閥所影響的壓力開關信號來判斷精過濾器E進出油液壓力的相對大小［4］。

4 診斷閥誤報錯及其應對方法

診斷閥I在正常工作狀態下，可以監控精過濾器E進出口的壓降，避免液壓系統過濾裝置發生堵塞、泄漏等非正常狀態帶來的嚴重影響，及時發出診斷信號，提醒車輛駕駛人員進行故障排除，更換精過濾器E，避免變速器在病態中繼續使用，以至于發生不可逆的損傷和后果［5］。

在變速器實際下線測試應用過程中，診斷閥I在精過濾器E未堵塞時，出現信號誤報的現象，即診斷閥E的控制端1和控制端5均存在壓力情況下，診斷閥芯a動作下移至壓力檢測油路3與泄油油路2連接的狀態（圖1液壓原理圖示的左位），導致壓力開關報開啟信號（正常為關閉信號）。該問題是由于變速器轉速較高時，油液流量較大，各壓力出現波動尖峰，因此控制端5與控制端1的壓力出現壓力差，導致控制端1的液壓力[F1]超過了控制端5的液壓力[F2]與彈簧力[Fc]之和，即原本應為[F>0]的狀態變為了[F<0]的狀態。測試誤報數據如圖3所示。

診斷閥I發出故障信號的關鍵在于彈簧的設計，彈簧力[Fc]將影響診斷閥I是否誤報信號。解決上述問題的最好辦法是提升診斷閥I換向的彈簧力[Fc]。原設計中，通過報警發生狀態可得知，彈簧在安裝之后能夠克服診斷閥I兩控制端的壓力波動差為0.15 MPa，因此需要提升克服壓力差的力值，經查詢，成熟產品FC6A250和競品艾利遜3 000的精過濾器安全閥打開壓力值分別為0.35 MPa和0.3 MPa，因此確定變更彈簧所能克服診斷閥兩控制端的壓力差為0.15 MPa+0.25 MPa（0.15 MPa為變速器運行時存在的壓力波動差，0.25 MPa為精過濾器堵塞的進出口壓力差），確保壓力開關不會誤報信號，影響車輛正常行駛［6-7］。原彈簧設計參數和更新的彈簧設計參數如表1所示。

變更后的彈簧參數可抵抗壓差0.407 MPa，保證了診斷閥不會在正常使用過程中誤報錯。更改后測試正常數據如圖4所示。

5 結語

本文對診斷閥的結構、應用及故障問題排除等方面進行了詳細介紹，該閥的應用可以有效地監測系統狀態，當系統出現故障時，診斷閥可以提供警告，并建議進行維護保養，以防止更嚴重的故障發生，降低維修成本和停機時間。可以根據診斷閥信號，配合其他數據，對液壓系統的其他故障進行綜合分析，從而循序采取適當的措施進行修復，提高維護便利性和工作效率。

參考文獻：

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作者簡介：

朱佳興，男，1994年生，工程師，研究方向為自動變速器機械及液壓系統結構設計。