第四節自動變速箱總成 2-4-1 自動變速箱 (Auto-ransmission : 簡稱 A) 的功能 種類與構造一 自動變速箱的功能 : 如前所述變速箱有改變引擎輸出扭力的特性, 而手 動變速箱的車輛確有傳遞扭力確實的優點, 但是車輛在各 種不同的引擎轉速 車速及路況, 駕駛員必須隨時隨地隨 著車速及路況之不同, 來操作變速桿以達到車輛最佳的行 駛狀態, 實有感操作不便之處 因此第二次世界大戰後, 經過了各國車廠努力研發後, 自動變速箱現今已廣泛的使 用於大小型的客車上 自動變速箱是利用液壓的傳輸原理 而產生變速的作用, 行車中不須要踩離合器踏板就可以自 動換檔, 使駕駛車輛更為容易, 且可以減少駕駛員的疲勞 二 自動變速箱的種類 : 車輛所使用的自動變速箱種類相當的多, 然目前國 內車輛所使用的有行星齒輪組式自動變速箱 ( 如海得羅曼 帝克 3A 4A 等 ) 永嚙式自動變速箱 ( 本田車系 ) 及無段自動變速箱 (CV) 三 自動變速箱的構造 : 行星齒輪組式自動變速箱 ( 如海得羅曼帝克 3A 4A 等 ) 的構造包括有液體離合器 液壓控制系統 及行星齒輪組 ; 永嚙式自動變速箱的構造包括有液體離合器 液壓控制系統及嚙合齒輪組 ; 無段自動變速箱 (CV) 的構 造則包括有電磁離合器 前進與後退變換裝置 帶輪及其鋼帶 等 2-4-2 自動變速箱 (Auto-ransmission) 各部機件的構造與工作情形現以行星齒輪組的自動變速箱介紹之, 構造中包括有 液體離合器 液壓控制系統及行星齒輪組等 茲將各構件的功 1
用及特性分述如下 : 一 液體離合器 : 液體離合器種類有液體接合器 液體扭力變換器 液體扭力變換接合器及鎖定式液體扭力變換接合器四種, 現小型車大多以鎖定式液體扭力變換接合器為最多 1 液體接合器 (Fluid Coupler) : 液體接合器係將主動葉輪 (Drive ours) 及被動葉輪 (Driven ours) 安裝於密封的容器內 ; 主動葉輪固定於驅動板上後, 用螺絲鎖緊在引擎飛輪上, 因此主動葉輪是隨引擎曲軸旋轉的 ; 被動葉輪則與變速箱的輸入軸相連, 如圖 2-47 所示 圖 2-47 液體接合器構造圖 2-48 液體接合器作用原理 液體接合器係利用液體的傳輸原理而作用的 ; 在密封的容器中充入 85~90 %的液油 ( 自動變速箱油 : Auto-ransmission Fluid, 簡稱 AF) 後, 當引擎運轉時, 隨著飛輪旋轉的主動葉輪也一起轉動, 葉輪內的液油受旋轉離心力向外作用結果, 使液油沿著葉片的旋轉由內向外飛出, 並以一定的角度流到被動葉輪的外側, 因被動葉輪受到液油摩擦力的作用而旋轉, 如圖 2-48 被動葉輪再將液油由外側 2
向內側流動回到主動葉輪 由以上可知主動葉輪 ( 引擎轉 速 ) 的轉速愈高, 由主動葉輪所產生的液油離心力就愈大, 油壓加在被動葉輪上的衝擊力量也愈大 這就是液體接合器的 作用原理 當被動葉輪的轉速增快時, 油壓加在被動葉輪上的 力量就會降低 而當主被動葉輪的轉速趨近相同時, 則成 為直接傳動狀態, 液油就不再流動, 動力也不再傳輸 因 此行駛中的車輛, 主動葉輪的轉速一定比被動葉輪的轉速 高, 引擎動力方能經液體接合器傳到變速箱而至傳動線驅 動車輛 若行駛中突然放鬆油門作減速時, 引擎的轉速降低, 當然主動葉輪的轉速也降低, 但是車輛有行駛的慣性, 車 速不會馬上降低, 則成為車輪傳動引擎, 這時被動葉輪的 轉速會比主動葉輪的轉速高, 液油的流動方向就相反, 此 時引擎對車輛而言, 就成為引擎煞車 液油在葉輪中運動時受到兩種力量的影響, 而產 生兩種不同的速度, 一為在葉輪的轉動方向, 因摩擦力的 作用, 則液體具有迴旋速度 ; 二為離心力是強迫液體由內 向外流動, 使液體由主動葉輪流向被動葉輪, 並迫使被動 葉輪中的液油由外向內流動, 再流入主動葉輪, 稱為軸向 流速或渦速, 如圖 2-47 因此當主動葉輪的轉速高過於被 動葉輪的轉速太多時, 油壓衝擊到被動葉輪的力量, 就顯得猛 烈且強大, 而發生旋渦流動 (Vortex Flow), 簡稱為渦速 渦速是一種的能量損失, 為了減少液體接合器的渦速而造成的 能量損失, 通常在葉輪的中央加裝了兩個半圓形的管子, 俗稱 內管或導管, 如此不但渦速大為減低, 甚至於動力的傳輸效率 也能增加 渦速大滑差亦大, 滑差 (Slip) 是主動葉輪與被動葉輪 的轉速差值, 滑差以百分數表示之, 即 S = 主動葉輪的轉速 被動葉輪的轉速 100 %主動葉輪的轉速 ; 當滑差 100 % ( 被動葉輪不動 ) 時, 渦速最大 ; 滑差零時, 渦速亦為零 高速行駛中的車輛, 液體接合器的滑差約為 2~5 % 3
為使液體接合器中的主 被兩葉輪的葉片能磨耗平均, 因此將主 被兩葉輪的葉片的片數製成不相同 ; 而且為使液體接合器內液油的流動更為有利, 也將主 被動葉輪的葉片製成稍為彎曲 液體扭力變換器 (Fluid orque Converter) 2 雖然液體接合器能用來接合及傳遞引擎與變速箱間的動力, 但是動力的傳輸完全利用主動葉輪轉速 ( 隨引擎轉速 ) 所得到的液油離心力而作用, 因此在高速時的動力傳輸效率佳, 低速時的效率較差, 甚至於引擎於怠速狀態時, 動力完全不發生作用, 亦即液體接合器僅適合完全處於高速行駛的車輛, 無法適用行駛於各種車速之所需 若在主 被動葉輪間加裝一只定子 (Stator), 亦稱靜子 不動葉輪或反應器 (Reaction Member), 就成為液體扭力變換器 定子的功用可用來改變液油的油流動方向, 使從被動葉輪流出的液油能利用剩餘能量, 在協助主動葉輪 ; 也就是不動葉輪將被動葉輪的超量扭力轉而作用在主動葉輪上 液體扭力變換器的作用 : 當引擎運轉時主動葉輪將液油由內向外射出至被動葉輪後, 被動葉輪將液油由外向內導經定子流回到主動葉輪, 使被動葉輪所流出的油流方向與主動葉輪的油流方向相同, 使扭力增加, 如圖 2-49 所示 扭力的增加會隨被動葉輪轉速之增加而減少, 直到被動葉輪的轉速與主動葉輪相同時, 則主 被動葉輪與定子成一體旋轉 一般液體扭力變換器的實用最大扭力值為 2.4 : 1 4
圖 2-49 液體扭力變換器構造及作用情形 圖 2-50 液體扭力變換接合器 圖 2-51 當不動葉輪鎖住時 圖 2-52 不動葉輪可自由旋轉時 3 液體扭力變換接合器 (Fluid orque Converter Coupler) 液體扭力變換接合器係在液體扭力變換器的不動葉輪上加裝一只單向離合器 (One Way Clutch), 使定子僅能作主動葉輪同方向的轉動, 而不能作反方向的轉動, 如圖 2-50 所示 液體扭力變換接合器的作用, 係當被動葉輪的轉速慢時, 則液油流到定子葉片的的內側, 單向離合器不轉使定子固定, 使扭矩增加, 成為液體扭力變換器, 如圖 2-51 所示 ; 當被動葉輪高運轉時, 則液油流到定子葉片的的外側, 使單向離合器空轉, 即定子與單向離合器隨著主被動葉輪旋轉, 使扭矩不再增加, 成為液體接合器, 如圖 2-52 所示 4 鎖定 (Lock-Up) 式液體扭力變換接合器傳統式的液體扭力變換接合器, 在行車中會有滑差 5
的呈現, 因此為使高速行駛時能將滑差消除, 可使引擎的動力減少損失亦減少耗油量, 故現今的自動變速箱液體接合器上均有鎖定傳動的裝置 鎖定式液體扭力變換接合器與傳統式液體扭力變換接合器的不同為在被動葉輪的前蓋與被動葉輪間裝置一濕式離合器片, 濕式離合器片有一滑槽殼連接於變速箱的輸入軸 變速箱的輸入軸則製成空心軸, 以作為液油的通路 鎖定式液體扭力變換接合器的控制方式有油壓控制式 半電子控制式及全電子控制式三種 ; 作用原理簡述如下 : (1) 油壓控制式鎖定傳動, 如圖 2-53 所示 系統中包括有鎖定控制閥及車速切斷器 當排檔桿置於 D r 檔位 D 3 狀態, 而車速在 40 km /Hr 以下時, 因車速低, 離心調壓器所生的調速油壓太低, 不足於克服車速切斷閥的彈簧張力, 因此迴路油壓無法導入到鎖定控制閥, 所以由油壓泵送出的油壓, 直接經過鎖定控制閥 空心軸 鎖定離合器的前方 ( 鎖定離合器與前板中間 ), 故鎖定離合器成分離狀, 而沒有鎖定的作用, 如圖 2-53-(A) 所示 ; 當排檔桿置於 D r 檔位 D 3 狀態, 而車速在 40 km /Hr 以上時, 因車速高, 離心調壓器所生的調速油壓足夠克服車速切斷閥的彈簧張力, 因此迴路油壓可導入車速切斷閥的右側, 將油壓泵送到車速切斷閥的油壓成為斷路, 油壓泵壓送出的油壓改由進入扭力變換接合器內, 此油壓將鎖定離合器片直接壓緊於蓋板上, 而完成了鎖定傳動, 如圖 2-53-(B) 所示, 亦即動力可由引擎曲軸 飛輪 蓋板 變速箱的輸入軸 ( 動力不經液體扭力變換接合器, 滑差就可以消除 ) 6
圖 2-53 液壓式鎖定液體扭力變換接合器 (2) 半電子控制式鎖定傳動半電子控制式鎖定傳動的構造與液壓式鎖定控制的不同為系統中沒有車速切斷閥, 是將鎖定控制閥 ON 及 OFF 作用迴路油壓改由電磁閥操縱之, 如圖 2-54 所示 鎖定控制電磁閥的作用取決於 : 車輛行駛 D 4 時的狀態作用, D 4 以下時是不作用的 車速須達 73~78 km / Hr 以上時作用 加速踏板採下時作用 放鬆時不作用 冷卻水溫須達引擎的工作溫度 以上四條件均必須滿足, 否則是不會作用的 7
圖 2-54 半電子控制式鎖定液體扭力變換接合器 (3) 全電子控制式鎖定液體扭力變換接合器全電子式鎖定液體扭力變換接合器鎖定傳動與半電子式鎖定控制相同, 均以電磁閥代替車速切斷閥 兩者不同在於電子式控制電磁閥的感知器為 : a. 自動換檔開關 (Gear-Shift Switch) : 在變速的瞬間解除, 於變速開始及變速情況的訊號送到電腦使電磁閥發生作用 b. 抑制開關 (Inhibitor Switch) : 排檔桿置於 1 或 2 檔位時, 並無訊號傳送電腦, 因此鎖定傳動不作用 c. 踢低開關 (Kick Down Switch) : 負荷突增或欲超車急速採下加速踏板換低速檔時時, 鎖定傳動不作用 d. 高節流開關 (High hrottle Switch) : 當節汽門大開時, 電腦從節汽門全開接點得到鎖定訊號 e. 車速感知器 ( Speed Sensor) : 電腦從速率錶讀取車速訊號作判斷後, 決定鎖定電磁閥的 ON-OFF f. 怠速開關 (Idle Speed Switch) : 於低速行駛領域, 鎖定電磁閥不作用的 g. 低油溫開關 (Low-Oil emperature Switch) : 自動變速箱的油溫在 15 以下時, 鎖定電磁閥完全不作用 二 行星齒輪組 8
1 構造 : 自動變速箱的行星齒輪組包括有環齒輪 行星齒輪及行星齒輪架和太陽輪三個部分所組成, 三者永遠接合著, 如圖 2-55 所示 其中環齒輪作的最大 太陽輪最小 行星小齒輪及架置環齒輪與太陽輪之間 行星小齒輪能繞著太陽輪自轉又公轉 圖 2-55 行星齒輪組 2 作用情形 : 完整行星齒輪組可以完成如 2-1 表的作用狀態 : 太陽輪 1 環齒 輪 行星齒 輪架 速比方向效 果 3 固定 主 動 被 動 3 1 3 相同 小減速 固定 被 動 主 動 1 3 3 相同 小加速 9
主動 固 定 被 動 1 1 3 相同 大減速 被動 固 定 主 動 1 3 1 相同 大加速 主動 被 動 固 定 1 3 相 反 倒轉減 速 被動 主 動 固 定 3 1 相 反 倒轉加 速 任何兩齒輪鎖在一起, 整個行星齒輪組為一體太陽輪 環齒輪 行星架三者無任何一項固定時 同 相 直接傳 動 空檔 實際上行星齒輪組的自動變速箱, 只能以 2-1 表的小減 速 大減速 倒轉減速及直接傳動作為應用, 因小加速 大加 速及倒轉加速的狀態對車輛而言是無法使用的 至於小減 速及大加速之減速比各舉一例說明之 : 例 1 : ( 解 ) : 有一組行星齒輪系, 設太陽輪的齒數 ( 1 ) 為 24 齒, 環齒輪的齒數 ( 3 ) 為 56 齒, 當太陽輪固定, 環 齒輪主動, 行星齒輪架為被動時, 則此時行星齒輪組的狀 態為何? 又產生的減速比為若干? (1) 由 2-1 的狀況表可知, 此時的狀況為小減速 (2) 由公式可知此時的減速比為 : ε ( 速比 ) = 1 3 = 24 56 = 1 56 0.7 3 此狀態表示, 環齒輪每轉 1 轉, 行星齒輪架則轉 0.7 轉, 環齒輪的轉速較行星齒架快 : 但是行星齒輪架的輸出 10
扭力卻比環齒輪大, 其比值為 1 0.7 例 2 : 如例 1 的條件, 當太陽輪主動, 環齒輪固定, 行星 ( 解 ) : 齒輪架為被動時, 則此時行星齒輪組的狀態為何? 又產生的減速比為若干? (1) 由 2-1 的狀況表可知, 此時的狀況為大減速 (2) 由公式可知此時的減速比為 : ( 速比 ) = 1 3 = 24 56 = 1 24 0.3 1 此狀態表示, 太陽輪每轉 1 轉, 行星齒輪架才轉 0.3 轉, 太陽輪的轉速較行星齒輪架快 : 但是行星齒輪架的輸 出扭力卻比太陽輪大, 其比值為 1 0.3 三 液壓控制系統自動變速箱的液壓控制系統其構件包括有油壓泵 油壓調節閥 手動閥 離心調壓器 自動換檔開關 伺服 機構等所組成, 如圖 2-56 所示 動力輸入液壓控制機構行星齒輪組動力輸出 ( 液壓接合器 ) ( 油泵浦 ) 控制閥組伺服機構 ( 制動帶 ) 圖 2-56 自動變速箱油壓控制系統 1 油壓泵 (Oil Pump) : 自動變速箱中的油壓泵, 功用在於供給在各種情況下, 足以維持自動變速箱所須之迴路油壓, 使自動換檔開關控制系統操作正常 油壓泵的數目使用大型車的海得羅曼蒂克自動變速箱有兩只, 前油泵是由引擎曲軸所驅動, 專供低速及倒檔時所用的油壓 ; 後油泵由變速箱的輸出軸所驅動, 掌管高速行駛時所須的油壓 3A 4A 及永嚙式的自動變速箱則僅有一只, 前進 11
後退及高 低速的迴路油壓完全由它來控制之 2 油壓調壓閥 (Pressure Regulating Valve) : 使主油道的油壓維持一定, 不使油壓過高或過低, 使 自動換檔開關的作用得以正常 3 手動閥 (Manual Control Valve) : 位於主油道中, 閥的動作係由安裝於駕駛室內的選擇 桿操控, 任何油路的控制動作, 皆先經過手動閥控制後才 可動作, 為供駕駛員能依路況及行車狀況選擇所須之檔位 至於選擇桿上的檔位設計依車種之不同而有不同, 一般車 子的檔位為 : (1)P(Parking) : 用於車輛駐車, 亦可用來發動引擎 (2)R(Reverse) : 倒檔位, 注意切勿在車速 8 km /hr 以上時, 使用此檔位 (3)N(Neutral) : 空檔位, 可用此檔位來發動引擎 (4)D r (Drive) : 正常行駛的檔位, 變速箱可自動由 1 2 3 4 逐漸換成高速檔亦可由 4 3 2 1 換 成低速檔 (5)2 : 選擇桿置於此檔位時, 變速箱僅能作 1 2 檔位及 2 1 檔位的換檔作用, 變速箱不會換檔至 3 及 4 檔 該檔位時有最佳的引擎煞車, 因此車輛於下長坡時, 使用該檔位最佳, 使用該檔位時, 千萬不可讓轉速超過 100km/hr 以上 (6) 1 : 車輛於重負荷爬坡時適用, 使用該檔位時, 千萬不可 讓轉速超過 40km/hr 以上 4 離心調壓器 (Centrifugal Governor) : 如圖 2-57 所 示 離心調壓器由變速箱的輸出軸所驅動, 係配合車速 調整送到自動換檔開關的作用油壓, 使自動換檔開關能配 合行車的速度, 圓滑平穩且有效地達到換檔的作用, 又可 稱為離心調速器 離心調壓器所產生的油壓稱為調速油壓 ; 當車輛於靜 止時, 離心調壓器的配重收縮, 活門關閉, 因此無調速油 壓送到自動換檔開關 離心調壓器活門的開度係隨著車速 的高低而變化, 即車速低活門開度小, 送到自動換檔開關 油壓小, 如圖 2-57-(A) 所示 ; 反之車速高活門開度大, 12
送到自動換檔開關油壓也大, 如圖 2-57-(B) 所示如此自動換檔開關便能隨車速, 自動從低速檔變換到高速檔或由高速檔換低速檔, 能確實 圓滑而又有效地完成換檔作用 離心調壓器上有通氣孔 (Air Bleed), 其功用使活門移動時, 不會發生壓縮與真空的作用, 使活門的移動能輕巧靈活 因此此孔若阻塞, 則車輛下坡放鬆油門時無法換至低速檔 圖 2-57 離心調壓器的構造及作用情形 5 節流閥 (hrottle Valve) : 節流閥係配合節氣門的開度 ( 即引擎的負荷, 也就是 進氣歧管的真空 ) 與離心調壓器所產生的調速油壓一起控 制自動換檔開關的移動, 來達到變速的作用 節流閥有機械操縱式及真空控制式兩種, 如圖 2-58 所示 機械控制式直接由加速踏板藉拉索操縱凸輪使控制 閥移動 ; 真空控制式者, 則利用引擎進氣歧管的內的真空 吸力, 來控制節流閥的移動, 當節氣門開度小時, 進氣歧 管內的真空吸力大, 使油路中回油孔 ( 排油孔 ) 開度 大, 節流油壓小, 反之, 當節氣門開度大時, 進氣歧管內的真 空吸力小, 使油路中回油孔 ( 排油孔 ) 開度小, 節流 油壓亦大 13
圖 2-58 真空控制式節流閥 6 自動換檔開關 (Shifter Switch) : 自動換檔開關是配合車速 ( 離心調壓器之油壓 ) 及加速踏板開度 ( 引擎負荷之節流油壓 ) 兩者油壓差值的作用, 將迴路油壓導入行星齒輪組中的制動帶及離合器達到自動換檔的裝置, 如圖 2-59 所示 圖 2-59 自動換檔開關的作用 7 伺服機構 (Servo Mechanism) : 液壓伺服機構係利用液壓以操作行星齒輪組中制動帶的機件 其作用可藉油壓使制動帶煞緊藉彈簧彈力使制動帶放鬆 ; 或藉彈簧彈力使制動帶煞緊, 藉油壓使制動帶放鬆 ; 亦可藉油壓使制動帶煞緊及放鬆 如 2-60 圖所示, 當油壓釋放時, 彈簧的彈力將伺服活塞及活塞推桿推回, 而使制動帶放鬆 ; 當油壓作用時, 油壓克服彈簧的彈力使伺服活塞及活塞推桿移動, 而使制動帶煞緊 14
圖 2-60 伺服機構的作用情形 8 踢低開關 (kick-down switch) 使用自動變速箱的車輛如希望換檔車速提高以增加爬坡的輸出動力, 或迅速超車, 則在自動換檔開關後面加裝一個控制活塞, 就成為踢低開關, 此活塞之作用由加速踏板所操控, 如圖 2-61 所示 圖 2-61 踢低開關作用情形 : 當踩下加速踏板時, 推動了控制活塞, 使彈簧之彈力增大, 使自動換檔開關之活門的開度變小, 則檔位可由 D 4 自動換成 D 3 檔或由 D 3 換成 D 2 檔, 此時由離心調壓器送來的調速油壓必須加大, 方可推動自動換檔開關中活門, 而離心調壓器的調速油壓係隨車速的增快而變大, 因此加速踏板踩的愈低則換檔車速就愈高 ; 加速踏板踩的愈少則換檔車速就愈低 15
2-4-3 自動變速箱 (Auto-ransmission) 的工作情形 如前所述行星齒輪組的自動變速箱的種類繁多, 由 於篇幅的設限, 實無法一一的個別給予陳述, 現僅將國內 汽車市場及學校實習使用最多 3 速及 4 速的自動變速 箱加以詳述之 : 一 3 速自動變速箱 ( 簡稱 3A) 構造及其作用 : 以日本自動變速箱公司所生產 3N71B 為例 : 整個變 速箱包括了液體扭力變換接合器及前後兩組的行星齒輪 組, 可用來提供三個前進檔及一倒檔 如圖 2-62 所示 圖 2-62 3N71B 自動變速箱的構造 ( 一 ) 構造 : 液體接合器由合金鋼板製成為焊配之結構, 且不可拆卸檢修 ; 主動葉輪與驅動連板接在一起, 用螺絲鎖在飛輪上與飛輪同轉速 ; 被動葉輪與變速箱的輸入軸相連, 單向離合器與不動葉輪一體裝置於變速箱內殼之不動軸上 行星齒輪組分成前組與後組 前組行星齒輪組以離合器架與輸入軸連接, 離合器架上有前 後兩組離合器片 前離合器片用來控制太陽輪與輸入軸動力之接合或分離, 前離合器片在高速檔及倒檔時處於接合狀態, 其餘分離 16
後離合器用來控制前組環齒輪與輸入軸的接合或分離, 後離合器片在所有前進時均處於接合狀態, 倒檔時是分離的 ; 制動帶僅有一組, 係用來控制太陽輪的煞緊或放鬆, 制動帶僅於前進二檔時處於煞緊, 其餘各檔位是放鬆的, 如圖 2-63 所示 圖 2-63 制動帶的構造一檔及倒檔離合器 : 置於變速箱外殼與後行星齒輪架間, 受油壓的作用控制後行星齒輪架的轉或是不轉 ( 固定 ) 如圖 2-64 所示 圖 2-64 一檔及倒檔離合器的構造 單向離合器 (One Way Clutch) : 為一種制輪型, 使用 兩對角線不同的滾子, 此機構僅能朝一方向轉動, 反向則 17
不能旋轉 如圖 2-65 所示 圖 2-65 單向離合器 ( 二 ) 3 速自動變速箱各檔位的動力傳輸工作情形 : 行星齒輪組的自動變速箱由液體扭力變換接合器接受引擎傳送之動力後, 依引擎轉速之變化而改變輸出扭力值傳到行星齒輪組, 行星齒輪組又依迴路油壓 節流油壓及調速油壓隨車速及引擎轉速之變化, 使自動換檔開關得到變速之作用, 現就以此介紹之 1 選擇桿在 "1" 檔位 : 油壓機構所產生的油壓, 將後離合器接合, 低速及倒檔離合器煞住, 動力的傳輸為主動葉輪 被動葉輪 變速箱輸入軸 離合器架 後離合器 前組環齒輪 ( 正轉 ) 前組行星小齒輪 ( 正轉 ) 太陽輪 ( 反轉 ) 後組行星小齒輪 ( 正轉 ) 後組環齒輪 ( 正轉 ) 輸出, 如圖 2-66 所示 汽車於減速時, 因低速與倒檔離合器固定, 使行星齒輪架不管如何均不能轉動, 因此從輸出軸來的逆向扭力可經行星小齒輪傳到引擎側, 所以有引擎煞車的作用 18
圖 2-66 選擇桿在 "1" 檔位時的作用情形 2 選擇桿在 "D" 一檔位位時 : 油壓機構所產生的油壓, 將後離合器接合, 單向離合器鎖住, 動力的傳輸為主動葉輪 被動葉輪 變速箱輸入軸 離合器架 後離合器 前組環齒輪 ( 正轉 ) 前組行星小齒輪 ( 正轉 ) 太陽輪 ( 反轉 ) 後組行星小齒輪 ( 正轉 ) 後組環齒輪 ( 正轉 ) 輸出, 如圖 2-67 所示 汽車於減速時, 後行星齒輪架的轉速比太陽輪的轉速高, 故單向離合器反轉成空轉狀, 因此從輸出軸來的反向扭力無法傳到引擎側, 所以沒有引擎煞車的作用 圖 2-67 選擇桿在 "D" 一檔位時的作用情形 3 選擇桿在 "D" 二檔位時 : 選擇桿在 "D" 二檔位與選擇桿在 "2" 檔位時的作 用相同, 油壓機構所產生的油壓, 將後離合器接合, 制動帶將 太陽輪煞住, 前組的行星小齒輪繞著太陽輪轉動而帶動前 組小星齒輪架 ; 動力的傳輸為主動葉輪 被動葉輪 變速 箱輸入軸 離合器架 後離合器 前組環齒輪 ( 正轉 ) 前組行星小齒輪及架 ( 正轉 ) 輸出 ( 註 : 因前行星齒輪架用栓槽與輸出軸連接 ), 如圖 2-68 所 示 汽車於減速時, 因行星齒輪架的轉速比環齒輪的轉 速低, 因此從輸出軸來的逆向扭力可以傳到引擎側, 所以 有引擎煞車的作用 19
圖 2-68 選擇桿在 "D" 二檔位時的作用情形 4 選擇桿在 "D" 三檔位時 : 前後離合器同時均處接合狀, 因此前組行星齒輪組同時轉動成為直接傳動, 速比為 1 : 1, 動力之輸出可以直接由行星齒輪架 栓槽軸 輸出, 如圖 2-69 所示 圖 2-69 選擇桿在 "D" 三檔位時的作用情形 5 選擇桿在 "R" 檔位時 : 前離合器處接合狀, 低檔與倒車檔處於接合, 動力經前離合器傳至太陽齒輪, 當太陽齒輪順時針轉動時, 造成後行星齒輪的反時針自轉, 由於低檔與倒車檔鎖住, 使後行星齒輪將後環齒輪帶動也作反時針帶動, 動力再經輸出軸輸出, 完成倒車動作, 如圖 2-70 20
圖 2-70 選擇桿在 "R" 檔位時的作用情形 6 選擇桿在 "P" 檔位時 : 此時所有的離合器與制動帶皆處於放鬆狀, 唯於輸出軸處, 有一駐車爪可嚙合於輸出軸上的齒輪, 使輸出軸固定不動, 如圖 2-71 圖 2-71 選擇桿在 "P" 三檔位時的作用情形 二 4(4A) 速自動變速箱 : 4A 與 3A 的不同 : 係在 3A 的構造中加裝了一組超速傳動 (Over Drive : 簡稱 OD) 行星齒輪組就成為 4A 超速行星齒輪組的結構特性為 : 動力的輸入為 OD 行星齒輪架, 輸出為環齒輪, OD 制動帶使 OD 太陽輪的煞緊或放鬆, 直接離合器用來控制太陽輪與環齒輪的接合或分離 如圖 2-72 所示 21
圖 2-72 超速行星齒輪組的結構 超速行星齒輪組的作用 : 車輛行駛於 1~3 檔位時, Od 制動帶是放鬆而直接離合器處接合狀態, 因此 OD 行星齒輪組是直接傳動的 ; 當使用 OD 檔位時, 油壓系統將直接離合器分離, OD 制動帶將太陽輪煞住不動, 動力由主動葉輪 被動葉輪 輸入軸 OD 行星齒輪及架 OD 環齒輪 輸出 即此時的狀態為太陽輪固定, 行星齒輪架主動, 環齒輪被動, 而得到小加速的作用, 此時的速比約 0.75 : 1 以上各檔位的作用狀況可由下 2-2 表應用及得知 變速 直接 OD 制 前離 後 第二制動 低速與 單向 位置 離合 動帶 合器 離 帶 倒 離合 器 合 檔離合 器 煞 放 器 煞 放鬆 器 緊 鬆 緊 P R 22
D N 1 速 2 速 3 速 4 速 2 L 2 L 1 三 永嚙齒輪式自動變速箱 ( 一 ) 構造永嚙齒輪式自動變速箱為本田車輛所使用, 變速箱 內有主軸 副軸 輔助副軸及倒檔四根軸, 如圖 2-73 所示 各軸之特性分述如下 : 主軸上的 3 及 4 檔齒輪用銅套 ( 或針 型軸承 ) 與主軸相連 ; 3 及 4 檔的離合器架用齒 槽與主軸相連, 離合器架上各有獨立的 3 檔及 4 檔的 離合器片, 用來操控 3 檔或 4 檔時的作用 ; 主軸上的 倒檔齒輪則用齒槽與主軸連接 副軸上的檔數齒輪除了倒檔齒 23
輪 ( 用針型軸承或銅套 ) 外均用齒槽與副軸相連, 且 1 檔齒輪上有一單向離合器 輔助副軸上的 1 及 2 檔齒輪用銅套 ( 或針型軸承 ) 與主軸相連 ; 1 及 2 檔的離合器架用齒槽與輔助副軸相連, 離合器架上各有獨立的 1 檔及 2 檔的離合器片, 用來操控 1 檔或 2 檔時的作用 倒檔軸上有一只固定的倒檔齒輪 圖 2-73 永嚙齒輪式自動變速箱的構造 ( 二 ) 各檔位的作用情形如附表 2-3 所示 : 永嚙式自動變速箱無制動帶的構件, 動力之接合利 用各檔的離合器片作用之 現就說明永嚙式自動變速箱 的作用情形 1 L1 檔作用時 : 1 檔離合器及 1 檔離合器架的離合器接合, 動力之傳 輸就可以由液體接合器 主軸 主軸惰輪 ( 正轉 ) 副 軸惰輪 ( 反轉 ) 輔助軸惰輪 ( 正轉 ) 1 當離 合器及架 ( 正轉 ) 輔助軸 1 檔齒輪 ( 正 轉 ) 副軸 1 檔齒輪 ( 反轉 ) 副軸輸出齒 輪 ( 反轉 ) 輸出軸齒輪 ( 正轉 ) 輸出 2 D 4 作用時 : 4 檔離合器接合, 動力之傳輸就可以由液體接合器 主軸 4 檔離合器及架 ( 正轉 ) 副軸 4 檔齒 輪 ( 反轉 ) 副軸輸出齒輪 ( 反轉 ) 輸出 軸齒輪 ( 正轉 ) 輸出 3 倒檔時 : 此檔位應注意的是它的作用須利用副軸上的滑套將副 軸的 4 檔齒輪與副軸上的倒檔齒輪來完成接合的動作 因 此使用倒檔時, 滑套使副軸上的 4 檔及倒檔齒輪嚙合, 動 力之傳輸就可以由液體接合器 主軸 主軸倒檔齒輪 ( 正 轉 ) 倒檔軸及其齒輪 ( 反轉 ) 副軸倒檔齒 輪 ( 正轉 ) 副軸輸出齒輪 ( 正轉 ) 輸出 軸齒輪 ( 反轉 ) 輸出軸輸出 其他的檔位讀者均可由 2-3 表所示加以應用 24
傳達要素檔位 1 檔齒輪 2 檔 3 檔 4 檔 1 檔離合器單向離合器 1 檔固定離合器齒輪離合器齒輪離合器齒輪離合器倒檔齒輪倒檔滑套 P R N D 4 1 速 2 速 3 速 4 速 25
2 2 速 1 1 速 註 : 表作動 四 CV(Continuous Variable ransmission) 無段變速箱 : ( 一 ) 構造 : 無段變速箱的構造包括有電磁離合器 前進與後退 切換機構 輸入及輸出鋼帶 帶輪及油壓控制系統所組成, 如圖 2-74 所示 電磁離合器, 由主動件 被動件及電磁線圈等所組 成 ; 主動件與引擎曲軸相結合, 被動件則位於主動的內側 ; 在主 被動件的間隙之間充入鐵粉 電磁線圈置於被動件 上, 如圖 2-75 所示 鋼帶及帶輪機構 : 係產生變速的機構 輸入鋼帶及 輸出鋼帶均有一活動滑套及 11 度的斜面與軸 作用原理 是利用油壓泵所產生的迴路油壓及經油壓調節器調節後的 一次油壓, 使帶輪擠壓鋼帶而改變輸入與輸出軸上的帶輪 溝槽寬度得到變速作用, 如圖 2-76 所示 26
圖 2-74 CV 的控制系統 ( 二 ) 無段變速箱 (CV) 的工作情形無段變速箱引擎的作用, 係由電磁離合器 前進與後退切換器 變速箱 ( 鋼帶 ) 輸入軸 輸入帶輪 連接鋼帶 輸出帶輪 變速箱 ( 鋼帶 ) 輸出軸 輸出, 而電磁離合器所須之電流模式, 則由電腦依車輛的行駛狀態供給 ; 輸入與輸出帶輪寬度比 ( 減速比 ) 的改變則經由電腦所控制的一次油壓和調速油壓操控之 電磁離合器的控制, 是由電腦接受了發火開關 車速 引擎轉速 選擇桿位置及油門踏板的等訊號, 將電流送至電磁線圈後, 由於磁力線的作用使鐵粉連成鎖狀, 引擎的動力便可經主動件傳到被動件而輸出 前進與後退切換機構位於電磁離合器與輸入帶輪之間, 構造如鍵式同步變速器, 但僅有前進與後退檔位 選擇桿有 P N R D R 及 D S 五個位置, 27
其中 D S 檔位使用於車輛競速行駛時能獲得 " 最大的扭 力 最低轉速 車作用 " 值及車輛下長急坡時可獲得最佳的引擎煞 圖 2-75 電磁離合器 當主動帶輪之溝槽變寬 被動帶輪之溝槽變窄, 則主動帶輪有效半徑變小 被動帶輪有效半徑變大, 為低速檔傳動狀態 ; 當主動帶輪之溝槽變窄 被動帶輪之溝槽變寬, 則主動帶輪有效半徑變大 被動帶輪有效半徑變小, 為高速檔傳動狀態, 如圖 2-76 28
圖 2-76 鋼帶及帶輪的變速 習題 2-4 1. 液體扭力變換接合器的構件包括有那些? 2. 何謂液體接合器的滑差? 滑差對車子行駛能的影響為何? 3. 試述控制自動變速箱的作用油壓有那些? 4. 自動變速箱的離心調壓器的驅動力來源為何? 它有何功 用? 5. 自動變速箱的伺服機構功用為何? 6. 繪圖說明自動變速箱中的自動換檔開關的作用情形 7. 說明 3A 中的制動帶及制動帶的作用 8. 繪圖說明 4A 超速傳動行星齒輪組的構造及其作用情形? 9. 試述自動變速箱中手動閥各檔位的功用 10. 自動變速箱所應用的油壓那些? 11. 液態扭力變換接合器的鎖定傳動有幾種? 各種鎖定控制的 條件又如何? 29
學後評量 ( )1. 保持自動變速箱油路之油壓一定的是 (A) 自動換檔閥 (B) 離心調壓器 (C) 調壓閥 (D) 前後油壓 邦浦 ( )2. 自動變速箱中的手控閥其功用是 (A) 使離合器與制動 帶作用平穩 (B) 供駕駛者選擇行駛範圍 (C) 配 合引擎需要調整油壓 (D) 配合車速調整油壓 ( )3. N,. R,. P,. Dr, 則使用自動變速 箱之車輛要發動引擎時, 排檔可置於檔位 (A) (B) (C) (D) ( )4. 自動變速箱的 (A) 手控閥 (B) 離心調壓器 (C) 節流閥 (D) 踢低開關 是配合車 速而產生油壓的閥 ( )5. 自動變速箱之車輛在什麼情況下行駛該用 Lo 的檔位 (A) 負重上坡時 (B) 市區交通緊密地帶 (C) 郊外行駛 (D) 平路負重時 ( )6. 自動變速箱中的離心調壓器其功用是 (A) 使自動換檔 開關的柱塞受到的推力一定, 不受車速之影響 (B) 使 汽車速度愈快自動換檔開關的柱塞受到之油壓愈少 (C) 使汽車速度愈快自動換檔開關的柱塞受到之油壓愈大 (D) 作為 推動前後油壓邦浦之依據 ( )7. 裝有自動變速箱的車子, 為使由低速檔換成高速檔或由高速 檔換成低速檔引擎不會似飛轉動或過份的負重感到拖不動, 則由下列何者來司其任物? (A) 油壓邦浦 (B) 油 壓調整閥 (C) 離心調壓閥 (D) 自動換檔開關 ( )8. 自動變速箱中的離心調壓器是 (A) 以被動動葉輪之速 度來旋轉 (B) 以引擎之轉速來旋轉 (C) 以變速 箱之輸出軸所帶動 (D) 以定子軸之轉速來帶動 ( )9. 自動變速箱中的離心調壓器其構造上有一個空氣孔 其功用 為 (A) 用於散熱 (B) 產生真空與壓縮作用 (C) 不產生壓縮及真空作用 (D) 除去系統中之空氣 ( )10. 下列對自動變速箱中的離心調壓器之敘述何者有誤? (A) 係由變速箱之輸出軸所驅動 (B) 是使車速變速 檔的機構 (C) 係配合引擎之真空而產生油壓之控制 30
(D) 若其通氣孔阻塞, 則車輛下坡時無法換成低速檔 ( )11. 在油壓式自動變速箱中車速之快慢係由下列何者來控制? (A) 液體接合器 (B) 控制閥油壓 (C) 行星 齒輪組 (D) 伺服機構 ( )12. 液力機械式自動變速箱由二組行星齒輪組及一組倒檔行星 齒輪組 ( 不包括超速傳動 ) 所組成, 則此變速 箱有幾個前進檔 (A)1 個 (B)2 個 (C)3 個 (D)4 個 ( )13. 在自動變速箱裡液壓伺服機構是用來 (A) 控制油壓 泵之油壓不使太高 (B) 操作離合器 (C) 操作 換檔開關 (D) 操作制動帶 ( )14. 自動變速箱中其構造為一缸筒, 內有活塞, 其功 用是用來操作制動帶者稱為 (A) 積壓器 (B) 液 壓伺服 (C) 調壓器 (D) 調速器 ( )15. 簡單行星齒輪組中, 若行星齒輪架固定, 太陽輪 主動, 環齒輪被動 ; 則此時自動變速箱所產生之情 況為 (A) 直接傳動 (B) 倒車加速 (C) 倒 車減速 (D) 空檔 ( )16. 下列對於自動變速箱行星齒輪係之速比無影響 (A) 環齒輪 (B) 太陽輪 (C) 行星小齒輪 (D) 行星齒輪架 ( )17. 行星齒輪組在自動變速箱中之主要功用為 : (A) 將引 擎與液體接合器連接在一起 (B) 變速箱變速時提供緩 衝作用 (C) 提供適當之齒輪比 (D) 增高扭力的 傳遞 ( )18. 下列因素中那一種用以控制自動變速箱之操作? (A) 引擎轉速 (B) 引擎重量 (C) 引擎及變速箱油之 油量 (D) 引擎轉速及車速 ( )19. 液壓自動變速箱之變速比發生於 : (A) 液體接合器 (B) 前後油壓泵 (C) 控制盒 (D) 行星齒輪組 ( )20. 液壓自動變速箱中之制動帶是 : (A) 控制變速器 (B) 控制環齒輪 (C) 受前後油壓泵直接控制 (D) 受後油壓泵直接控制 ( )21. 裝在液壓自動變速箱內部的離合器是 : (A) 液壓接合 31
器 (B) 液體扭力變換器 (C) 液體扭力變換接合 器 (D) 多片式摩擦離合器 ( )22.3A( 或 4A) 中的制動帶係用來控制 : (A) 太陽輪 (B) 行星小齒輪 (C) 行星齒輪架 (D) 環齒輪 ( )23. 液壓自動變速箱中之自動換檔開關與加速踏板連合之理由 為 : (A) 使加速踏板踩得愈低, 換檔之車速愈低 (B) 使加速踏板踩得愈低, 換檔之車速愈高 (C) 使 加速踏板踩下時才能送到自動變速箱發生變速作用 (D) 以上皆是 ( )24. 駕駛者能隨意將液壓自動變速箱由高速檔強迫換成低速檔 行駛, 使車輛獲得較大之加速力的機構是 : (A) 速 控閥 (B) 踢低閥 (C) 調壓閥 (D) 換檔閥 ( )25. 駕駛液壓自動變速箱的車子, 為了希望超速, 從 4 檔換成 3 檔應如何處理? (A) 將加速踏板踩 到底 (B) 將加速踏板放鬆 (C) 將排檔桿從 Dr 撥至 Lo 檔位 (D) 將排檔桿從 4 檔位撥至 3 檔位 ( )26. 下列對液壓自動變速箱之敘述何者有誤? (A) 速比 發生於行星齒輪組 (B) 和加速踏板連接在一起之理由 為使換檔速度提高 (C) 伺服機構係用來操縱制動帶 (D) 欲獲的較大之扭力, 則須調整後組行星齒輪組之 制動帶 ( )27. 液壓自動變速箱, 若太陽輪固定, 環齒輪主動, 行星齒輪架被動, 則行輪組所產生之結果為 : (A) 小加速 (B) 大加速 (C) 小減速 (D) 大減速 ( )28. 下列對液壓自動變速箱之敘述何者為真 ( 不包括超速 傳動 )? (A) 速比發生於前後油泵 (B) 當 環齒輪固定時定為加速狀態 (C) 當行星齒輪架被動時 減速狀態 (D) 離心調壓器是用來保持系統中之油壓一 定 ( )29. 自動變速箱內之速控活門的功用是 : (A) 保持整個系 統內固定的油壓 (B) 隨車速升高使送到自動換檔活門 的油壓也增高 (C) 當車子達到預定的車速時, 供應油 壓至自動換檔活門 (D) 加速時增加制動帶之操作油壓 32
( )30. 自動變速器油壓邦浦, 裝設油壓調節閥 (Pressure Regulator) 的目的是 : (A) 使自動換檔開關 (shifter valve) 的柱塞, 受到的推力, 保持一定 (B) 使主油路的油壓, 保持一定 (C) 使油壓離合器受到的油壓, 總比制動帶控制器 (servo), 受到的油壓高 l0 磅 (D) 當做一油路中之蓄壓器 ( )31. 絕不允許自動變速器和扭力變換器之重量停留在 : (A) 傳動軸 (B) 變速器殼 (C) 變換器殼 (D) 驅動板上 ( )32. 液壓自動變速箱中, 伺服 (servo) 機構直接受控制之液壓是來自 (A) 液體接合器 (B) 前後邦浦 (C) 軸控活門或調速器 (D) 調速桿 ( )33. 自動變速箱中空檔安全開關的功用是 : (A) 提高空檔時的引擎空轉速率 (B) 排檔桿須置於 P 或 N 檔位, 乃能使啟動馬達啟動引擎 (C) 提供各換檔點的安全作用 (D) 便於調整怠速空轉 ( )34. 自動變速箱中, 伺服機件所操作的油壓, 與下列何者無關 : (A) 油邦浦油壓 ( 引擎轉速 ) (B) 手動閥的檔位 (C) 離心調壓器的轉速 ( 即車速 ) (D) 液體接合器之油壓 ( )35. 車速,. 加速踏板,. 引擎真空,. 迴路油壓, 扭力變換器油壓, 調速油壓, 則自動換檔閥 之移動是靠上述的 : (A) (B) (C) (D) ( )36 下列之敘述何者為真? (A) 低速與倒車使用的迴路壓力 宜低 (B) 高速行駛宜使用較高的迴路油壓 (C) 離合器與制動帶的控制油壓, 直接受控於迴路油壓 (D) 迴路油壓的大小與節流壓力及調速壓力大小無關 ( )37. 自動變速箱中的節流閥 : (A) 係由車速來決定換檔的 要件 (B) 節流油壓高則換檔點低 (C) 其產生 之油壓係迴路油壓之一種 (D) 它與調速油壓一起來控制 自動換檔開關之作用油壓 ( )38. 自動變速箱節流閥的功用為 : (A) 控制油泵壓力 (B) 隨引擎負荷獲得油壓 (C) 隨行車速度獲得油壓 33
(D) 使換檔 平穩迅速 ( )39. 自動變速箱中之行星齒輪組是, 直接受控制於 : (A) 伺服機構 (B) 液壓接合器 (C) 軸控活門 (D) 制動帶或多片式離合器 ( )40. 自動變速箱選擇閥的作用是 : (A) 配合行車速度調整 油壓 (B) 配合引擎轉速調整油壓 (C) 調整離合器 作用平穩 (D) 供應駕駛者控制行駛範圍 答案 : 01.(C) 02. 03. 04. 05. 06. 07. 08. 09. 10. (B) (C) (B) (A) (C) (C) (C) (C) (C) 11.(C) 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. (D) (D) (B) (C) (C) (C) (D) (D) (C) 21.(D) 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. (A) (B) (B) (A) (D) (C) (C) (B) (B) 31.(D) 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. (C) (B) (D) (B) (C) (D) (D) (D) (D) 34