ALLISON变速箱第四代液压控制系统工作原理

邱文刚

（贵州凯星液力传动机械有限责任公司，贵州 遵义 563003）

美国ALLISONB 3000-B4000 系列全自动液力变速器，是全世界最先进的变速箱之一，在我国的油田、矿山、特种车辆、公交车和消防车等领域都有应用，且使用数量年年上升。

液压控制系统，是该类变速箱的核心技术之一，国内很少有这方面的研究，这对该类变速箱的维护和修理带来很大的不便，因此其维护成本较高。阿里逊生产的B3000-B4000 系列全自动液力变速器，因其控制系统的先进性、良好的操作性及换档性，深受广大客户的好评。其强大的换档功能，是由复杂的液压系统来完成的，液压系统产生、引导和控制变速箱里压力油的压力和流量，实现变速箱的各种功能。

1 液压控制油路结构简图

美国ALLISONB 3000-B4000 系列全自动液力变速器简图如图1 所示。

图1 3000-4000 系列产品液压示意图——空档

由图1 可知，整个变速箱油压，是通过由发动机带动的主油泵提供的，其流动贯穿了整个液压系统。主油泵通过吸油过滤器，从变速箱油池将油液吸入，在压力的作用下，液体通过主滤油器进入液压系统。电磁阀和换档阀位于变速箱控制总成中，他们控制油液的流向和压力。油液流入特定的离合器来完成档位的转换，而冷却/润滑油路的油液，流经润滑过滤器。

2 各油路分析

2.1 主压力油路

主压力油路为液压系统提供了最主要的液压源,油压被主油压调节阀控制，压力油从油泵排出后经过主滤油器进入主压力调节阀，在主油压调节阀的底部装有弹簧，主油压调节阀受弹簧弹力作用，被保持在上面位置，一部分主压力油作用在主调压阀的顶端，克服主调压阀下端的弹簧力向下推主调压阀，通过调整泄压口的开度调整变速的主压力；当主模式电磁阀将（MIA MOD**N/C）通电时，将换档阀控制油压引到主压力调节阀的上端，对主油压进行调节，在主压力较低时，主油压调节阀将部分压力油导入变矩器，当油门开度与输出转速较低时，为了提高冷却器流量和降低油泵损耗，还可以调节该油路的油压；变矩器闭锁后，变矩器用油很少，锁止电磁阀（TCC*N/C）将主压力引到主压力调节阀的上端，向下推主压力调节阀，增加泄漏口的开度，让多余的油泄掉。主滤油器的前面并联一个安全阀，用来保护整个液压系统的安全，当压力超过4.13 MPa 时，压力油会将安全阀打开，流回到油池以降低系统主油压。

2.2 控制油路

从主压力调节阀出来的油，一部分流向各电磁阀（C6 互锁电磁阀SS2N/C 除外）的顶部，形成控制油路，各控制油路采用并联的方式。在七速档的变速箱中，有常开电磁阀和常闭电磁阀两种共有9个，分别是常闭锁电磁阀SS1 N/C，常闭锁止阀TCC* N/C，2个常开电磁阀PCS1 N/O 和PCS2 N/O，常闭电磁阀PCS3 N/C、PCS4 N/C、PCS6 N/C、常闭C6 互锁电磁阀SS2 N/C 和主模式换档阀MIN MOD**N/C，不同的电磁阀控制着不同的油路。

（1）常开电磁阀常闭电磁的结构及工作原理。常开电磁阀的结构如图2(a)所示。电磁阀断电时，钢球因顶杆的作用位置下移，将供油口打开，泄油口关闭，电磁阀供油进入到换档阀的顶部，克服弹簧力向下推换档阀，接通离合器的供油油路。

当电磁阀通电时（图2b），顶杆上移，钢球将供油口关闭，泄油口打开，换档阀上端的压力油经泄压油路泄压，换档阀在下端弹簧力的作用下上移，断开离合器的供油油路，同时接通离合器泄压油路。

图2 电磁阀结构图

常闭电磁阀的结构如图2 (b)所示，其工作原理与常开电磁阀正好相反。电磁阀断电时，顶杆上移，钢球将供油口关闭，泄油口打开，换档阀上端的压力油经泄压油路泄压，换档阀上移，断开离合器的供油油路，同时接通离合器泄压油路。当电磁阀通电时图2（a），钢球位置下移，将供油口打开，泄油口关闭，电磁阀供油进入到换档阀的顶部，克服弹簧力向下推换档阀，接通离合器的供油油路。

（2）换档阀的结构及工作原理。换档阀的结构简图如图3。图中是1 从电磁阀来的控制压力油，2 是从主压力油，3 是到离合器的主压力油，4 是泄漏油路。当常开电磁阀断电或常闭电磁阀通电时，如图3（a），电磁阀将控制压力油引入到1 位置，换档阀下移将油路2 和油路3 接通，泄压油路4 截断，主压力油经过2 和3 进入到相应的活塞内，实现离合器的结合，当常开电磁阀通电或常闭电磁阀断电时（如图3（b）），电磁阀将1 位置的控制压力油通过电磁阀泄掉，换档阀上移，将油路3 和油路4 接通，油路2 被截断，离合器活塞内的压力油经过油路3 和4 泄掉，实现离合器的分离。电磁阀与换档阀的共同作用下，实现对换档及各油路的控制。

图3 换档阀结构间图

（3）PS1 压力诊断开关的工作原理。PS1 压力诊断阀用来监视2 种不同的液压控制系统功能(见图1)，当C5 离合器有压力时，诊断阀下移。使得PS1 阀的油跟PCS2 电磁调节阀油路相通，这样PS1 就能在倒档、空档和1 档确认C5 离合器的接合。当C5 离合器被释放时，诊断上移。在这种情况下，使得PS1 开关处的油跟C1 和C2 闭锁阀油路相通。这样PS1 就能监视2 档到6 档时C1 和C2 闭锁阀的位置。

（4）泄压阀的工作原理。泄压阀用于排放离合器压力，该阀与控制压力调节阀泄油口连接，目的是确保离合器的切换顺利，防止延误，当离合器压力低于设定值时，排放阀在弹簧力作用下关闭，防止离合器内进入空气。

3 变矩器油路的工作原理

主压力调节阀受到阀顶部的主压力油，和主模式状态下引入的控制压力油的共同作用下，阀下移，将部分主压力油导入变矩器流量阀，与变矩器流量阀并联，有一变矩器压力调节阀，该阀同时控制作变矩器的进、出口压力，当变矩器的进油压力较低时（变矩工况），变矩器压力调节阀在弹簧力的作用下，处于上部，压力油直接经过变矩器流量阀后进入变矩器；当进入变矩器的油压超过设定值时，压力油克服阀下端的弹簧力向下推动阀芯，主压力油从阀顶部的缺口处，回流到油泵的吸油侧。

从变矩器出来的油，经过变矩器流量阀后分为两路，一路经过节流孔进入到变矩器流量阀的中部，再进入冷却器；另一路进入变矩器压力调节阀的下部，在变矩器进油压力较低时被截断。在正常情况下，变矩器压力调节阀的阀会稍微下移，这一油路进入冷却器，当变矩器进油压力过高时，变矩器压力调节阀的阀下移，变矩器出油和一部分变矩器进油都进入冷却器。

4 润滑油路的工作原理

从冷却器出来的油，进入润滑油过滤器后，进入变速箱各润滑点，形成润滑油路，在润滑油路上并联有一个润滑压力调节阀，根据不同的变速箱型号设定有0.15 MPa 和0.11 MPa 两种润滑压力，润滑油作用在润滑压力调节阀的顶部和中部，当润滑压力过高时，调节阀下移，将部分润滑油泄到油泵的吸油侧，一部分润滑油同时作用在变矩器导流阀的下端，在变矩器闭锁时经导流阀进入变矩器。

5 变矩器锁止压力油路

当TCC*N/C 电磁阀通电，接通变矩器的锁止油路，同时作用在变矩器流量阀的上端和主油压调节阀上，使变矩器流量阀和主油压调节阀下移，变矩器流量阀下移，改变变矩器的进、出油路和润滑油路的流向，当变矩器流量阀处于下端时，变速箱油经变矩器流量阀后，进入变矩器压力调节阀，进入冷却器形成润滑油路，由于变矩器闭锁后用油很少，作用在变矩器流量阀上少量的润滑油，经过阀上的小孔进入到变矩器，对变矩器进行润滑，回到变矩器流量阀，再由阀中间的小孔回到变速箱内；作用在主油压调节阀上的闭锁压力油使主油压降低。

6 锁止阀对主油压的影响

锁止阀对主油压的影响，与C1、C2 离合器的工作有关。在变速箱的不同档位，锁止阀经过切换控制着主油压，并提供给主油压调节阀以调整变速箱的主油压。当C2 离合器结合时，主油压同样提供给润滑压力调节阀，并将润滑压力从0.15 MPa 降到0.11 MPa，在空档或倒档时，变速箱的主压力最高。B3000～B4000 的主压力为1.89～2.2 MPa。在前进档不闭锁的情况下，C1 离合器结合，锁止阀将压力油提供给主油压调节阀，使主油压调节阀下移，B3000～B4000 的主油压力变为1.65～1.96 MPa，在1 档～4 档时，主压力为1.14～1.39 MPa，在5 档和6 档时，闭锁离合器结合，C1 离合器泄压，锁止阀保持在下部，C2 离合器结合，主油压经过锁止阀提供给主油压调节阀，主压力下降为1.07～1.16 MPa.

C2 离合器的压力，同时提供给润滑压力调节阀，润滑阀下移，润滑压力调整为0.11 MPa，因此，在4档、5 档、6 档时，C2 离合器结合，润滑压力为0.11 MPa，在空档、1 档、2 档、3 档时，润滑压力为0.15 MPa，在4 档时，C1、C2 离合器都结合，C1 联动阀保持在下端，C2 离合器的压力被截断，只提供给润滑压力调节阀，只有C1 联动阀移到上端，C2 离合器压力油才经锁止阀作用到主油压调节阀上。

7 换档油路分析

B3000-B4000 系列的9 档变速箱，有7个前进档、一个空档和一个倒档。除空档外，所有档都需要两个离合器结合，才能实现其功能，而每个离合器的结合与分离，都由相应的电磁阀、换档阀、互锁阀（C1、C2 联动阀）来完成，各档位离合器的结合情况如表1。

表1 7 档型号变速箱配置

7.1 倒档控制油路工况

倒档时，PCS1 N/O、PCS3N/C 电磁阀通电，C3、C5离合器结合。由于SS1 N/C 断电，C2 联动常阀处于上位，常开电磁阀PCS1 N/C 通电后，PCS1 N/C 的控制油压被截断，与其相连的换档阀在弹簧力的作用下处于上位，经换档阀的主油压被截断；常通电磁阀PCS2 N/O 断电，PCS2 N/O 的控制油压被引入到与其相连换档阀的顶部，克服弹簧力向下推换档阀，使该阀处于下位，主油压经过换档阀体的下位、C2 联动阀的上位进入C3 离合器，C3 离合器结合；常闭电磁阀PCS3 N/C 通电，PCS3 N/C 的控制油压被引到换档阀的上部，向下推动换档阀，主油压通过该换档阀的下位和C2 联动阀的上位，进入到C5 离合器，C5 离合器结合，实现倒档。

7.2 空档控制油路

空档时，PCS2 N/O、PCS3 N/C 通电，C5 离合器结合，PCS2 N/O 常开电磁阀的控制油压被截断，进入到换档阀顶部的控制油压被泄掉，与其相连的换档阀，在下端弹簧力的作用下回到上位，截断主油压，同时打开C3 离合器的泄压回路，C3 离合器的压力油，经过该换档阀的上位从缓冲阀处泄掉；由于常闭电磁阀PCS3 门N/C 通电，C5 离合器的进油路径与倒档一致，实现空档。

7.3 超低档控制油路

在 超 低 档，PCS2 N/O、PCS6 N/C、SS1 N/C、SS2 N/C 通电，C1、C6 离合器结合，PCS6 N/C 电磁阀通电，PCS6 N/C 的控制油压被引到与其相连的换档阀的顶部，克服弹簧力向下推换档阀，使换档阀处于下位，主油压被引到与SS2 N/C 相连的换档阀，由于SS2 N/C 电磁阀通电，SS2 N/C 的控制压力油（该油压为主油压）被引到与其相连的换档阀的顶部，克服该阀下端的弹簧力向下推阀，使阀处于下位，主油压经过该阀的下位到C6 离合器，使C6 离合器结合，同时将控制主油压引到C2 联动阀的下端，SS1 N/C 常闭电磁阀通电，控制油压被引到与C2 联动阀的顶部，并将控制油压引到C1 联动阀的顶部，克服C1 联动阀下端的弹簧力向下推弹簧，使C1 联动阀处于下位，由于C2 联动阀下端有主油压力和弹簧力的作用，因此C2 联动阀仍然处于上位，常通电磁阀PCS1 N/O 断电，PCS1 N/O 的控制油压，被引入到与其相连换档阀的顶部，克服弹簧力向下推换档阀，使该阀处于下位，主油压经过换档阀的下位、C1 联动阀的下位进入到C1 离合器，使C1 离合器结合，又由于PCS3 N/C 电磁阀断电，PCS3 N/C 的控制油压被泄掉，与其相连的换档阀在下端弹簧力的作用下上移，截主油压的同时打开泄压油路，C5 离合器的压力油经C2联动阀的上位、PCS3 N/C 电磁阀相连换档阀的上位从缓冲阀泄掉，从而实现超低档。

7.4 一档控制油路

一档时，PCS2 N/O、PCS3 N/C、SS1 N/C、SS2 N/C电磁阀通电。PCS6N/C 断电，该电磁阀的控制油压被泄掉，其下端的换档阀在弹簧力的作用下回到上位，截断主油压并接通泄压油路，C6 离器内的压力油经缓冲阀泄掉，SS2 N/C 电磁阀通电，SS2 N/C 的控制压力油，仍然作用在C2 联动阀的下端，使C2 联动阀仍然处于上位，SS1 N/C 通电，C1 联动阀仍然处于下位。C1 离合器的进油路线，与超低档一致。PCS3 N/C 常闭电磁阀通电，控制油压被引到相应换档阀的顶部，克服弹簧力向下推换档阀，换档阀处于下位，主油压经过该阀的下位、C2 联动阀的上位，进入到C5 离合器，实现一档。

7.5 二档控制油路

二档时，PCS2 N/C、PCS4 N/C、SS1 N/C 电磁阀通电，SS2 N/C 电磁阀断电，与其相连的控制油从缓冲阀泄掉，C2 联动阀下端的压力油被泄掉，SS1 N/C 电磁阀通电，与其相连的控制油路被引到C2 联动阀和C1 联动阀的顶部，克服C2 联动阀和C1 联动阀下端的弹簧力，使两阀处于下位，PCS1 N/O 断电，C1 离合器的进油路线与一档一致，又因为PCS4 N/C 通电，与其相连的控制油压被引到换档阀的顶部，克服弹簧力，使换档阀处于下位，连通主油压并截断泄压油路，主压力油进入C4 离合器，PCS3 N/C 断电后，与其相连的控制油压被泄掉，换档阀在弹簧力的作用下回到上位，C5 离合器压力油经过C2 联动阀的下位从缓冲阀处泄掉，实现二档。

7.6 三档控制油路

三档时，PCS2N/O、PCS3 N/C、SS1 N/C 通电，与PCS2 N/O 电磁阀相连的控制油压和主油压都被截断，换档阀顶部的控制压力油被泄掉，SS1 N/C 通电，C1 联动阀和C2 联动仍处于下位，C1 离合器进油与二档一致，PCS3 N/C 电磁阀通电，主油压经C1 联动阀和C2 联动阀的下位进入C3 离合器，使C3 离合器结合，PCS4 N/C 断电，与其相连的控制油压被泄掉，换档阀在弹簧力的作用下回到上位，截断主油压并连通C4 活塞泄压油路，C4 活塞液压油从缓冲阀泄掉，实现三档。

7.7 四档控制油路

四档时，SS1 N/C 电磁阀通电，C1 联动阀和C2 联动仍处于下位，C1 离合器进油与三档一致，PCS2 N/O断电，与其相连的控制油压被引到换档阀的上顶部，克服弹簧力使阀处于下位，主油压经C2 联动阀的下位进入C2 离合器，使C2 离合器结合，PCS3 N/C断电，与其相连的主油压经过C2 联动阀的下位、C1 联动阀的下位、换档阀的上位从缓冲阀泄掉，实现四档。

7.8 五档控制油路

五档时，PCS1 N/O、PCS3 N/C、SS1 N/C 通电，SS1 N/C 电磁阀通电，C1 联动阀和C2 联动仍处于下位，PCS1 N/O 通电，与PCS1 N/O 电磁阀相连的控制油压和主油压都被截断，换档阀顶部的控制压力油被泄掉，C1 离合器的压力油经C1 联动阀的下位，换档阀的上位，从缓冲处泄掉。PCS2 N/O 断电，控制油压被引到换档阀的上顶部，克服弹簧力使阀处于下位，与其相连的主油压经C2 联动阀的下位进入C2 离合器，使C2 离合器结合，PCS3 N/C 通电，与其相连的换档阀处于下位，主油夺经过C1 联动阀和C2 联动阀的下位进入C3 离合器，实现五档。

7.9 六档控制油路

六档时，PCS1 N/O、PCS4 N/C、SS1 N/C 通电，SS1 N/C 电磁阀通电，C1 联动阀和C2 联动仍处于下位，PCS1 N/O 通电，与其相连的主油压和控制油压都被截断，PCS2 N/O 断电，C2 离合器进油与五档一致，PCS4 N/C 通电，C4 离合器进油与三档一致，实现六档。

8 结束语

对该类变速箱的油路系统和控制原理熟练掌握后，再结合显示的故障代码，对维修该类变速箱有着事半功倍的效果，还可节省维护和保养费用。

[1]朱经昌，魏宸官，郑慕侨，等.车辆液力传动[M]. 北京：国防工业出版社，1983.