三、液力變矩器的動(dòng)力傳遞原理

1.轉(zhuǎn)矩放大功能

當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速較低時(shí)，從渦輪流出的液壓油從正面沖擊導(dǎo)輪葉片，對導(dǎo)輪施加一個(gè)朝逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的力矩，但由于單向離合器在逆時(shí)針方向具有鎖止作用，將導(dǎo)輪鎖止在導(dǎo)輪固定套上固定不動(dòng)，因此這一部分來自渦輪的回流工作液便經(jīng)過導(dǎo)輪的折射（由于導(dǎo)輪停轉(zhuǎn)）直接沖擊在泵輪葉片的背面（非工作面），此時(shí)泵輪不但受到發(fā)動(dòng)機(jī)的帶轉(zhuǎn)，同時(shí)又受到這部分液流的推動(dòng)作用，形成兩個(gè)力，導(dǎo)輪的液流推動(dòng)力就是增加轉(zhuǎn)矩（俗稱“增扭”）的力，如圖2-9所示。

圖2-9 液力變矩器轉(zhuǎn)矩放大原理

當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速增大到某一數(shù)值時(shí)，自動(dòng)變速器油（ATF）對導(dǎo)輪的沖擊方向與導(dǎo)輪葉片之間的夾角為0°，此時(shí)渦輪上的輸出轉(zhuǎn)矩等于泵輪上的輸入轉(zhuǎn)矩。若渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大，ATF將從反面沖擊導(dǎo)輪，對導(dǎo)輪產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩，由于單向離合器在順時(shí)針方向沒有鎖止作用，可以像軸承一樣滑轉(zhuǎn)，所以導(dǎo)輪在ATF的沖擊作用下開始朝順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。由于自由轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)輪對ATF沒有反作用力矩，ATF只受到泵輪和渦輪的反作用力矩的作用。因此這時(shí)液力變矩器不能起“增矩”作用，其工作特性和液力偶合器相同。這時(shí)渦輪轉(zhuǎn)速較高，變矩器亦處于高效率的工作范圍。導(dǎo)輪開始空轉(zhuǎn)的工作點(diǎn)稱為偶合點(diǎn)。

由上述分析可知，綜合式液力變矩器在渦輪轉(zhuǎn)速由0至偶合點(diǎn)的工作范圍內(nèi)，按液力變矩器的特性工作；在渦輪轉(zhuǎn)速超過偶合點(diǎn)轉(zhuǎn)速之后，按液力偶合器的特性工作。因此，這種變矩器既利用了液力變矩器在渦輪轉(zhuǎn)速較低時(shí)所具有的增矩特性，又利用了液力偶合器渦輪轉(zhuǎn)速較高時(shí)所具有的高傳動(dòng)效率的特性。

2.液力傳動(dòng)功能

液力變矩器無論是在增矩階段，還是在偶合階段，都是通過以ATF作為介質(zhì)來傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力至變速器的，這就是變矩器的軟連接功能，如圖2-10所示。

3.機(jī)械傳動(dòng)功能

如果發(fā)動(dòng)機(jī)輸出至變速器的動(dòng)力總是通過液體傳遞的，會造成很多的能量損失，同時(shí)又由于渦輪為從動(dòng)元件，它永遠(yuǎn)都會與泵輪之間存在著轉(zhuǎn)速差，因此總是存在功率損失并且損失的功率會使自動(dòng)變速器油的工作溫度不斷升高。在變矩器控制系統(tǒng)里采用變矩器鎖止離合器（TCC）可以實(shí)現(xiàn)變矩器的剛性連接（硬連接），如圖2-11所示。

圖2-10 液力變矩器液力傳遞（軟連接）

圖2-11 液力變矩器機(jī)械傳遞（硬連接）

自動(dòng)變速器控制單元根據(jù)車速、節(jié)氣門開度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器液壓油溫度、操縱手柄位置、控制模式等因素，按照設(shè)定的鎖止控制程序向鎖止電磁閥發(fā)出控制信號，操縱鎖止控制閥，以改變鎖止離合器壓盤兩側(cè)的油壓，從而控制鎖止離合器的工作。

1）當(dāng)車速較低時(shí)，鎖止控制閥讓液壓油從變矩器鎖止離合器活塞前端經(jīng)輸入軸進(jìn)入變矩器，使鎖止離合器壓盤兩側(cè)保持相同的油壓，鎖止離合器處于分離狀態(tài)，這時(shí)輸入變矩器的動(dòng)力完全通過液壓油傳至渦輪。

2）當(dāng)汽車在良好道路上高速行駛，且車速、節(jié)氣門開度、變速器液壓油溫度等因素符合一定要求時(shí)，控制單元即操縱鎖止控制閥，讓液壓油從變矩器鎖止離合器活塞的后端進(jìn)入變矩器，使鎖止離合器壓盤前端的油壓下降。由于壓盤（鎖止離合器活塞）后端的液壓油壓力仍為變矩器壓力，從而使壓盤在前后兩面壓力差的作用下壓緊在主動(dòng)盤（變矩器殼體）上，這時(shí)輸入變矩器的動(dòng)力通過鎖止離合器的機(jī)械連接，由壓盤直接傳至渦輪輸出，傳動(dòng)效率為100%。另外，鎖止離合器在接合時(shí)還能減少變矩器中的液壓油因液體摩擦而產(chǎn)生的熱量，有利于降低液壓油的溫度。

有些車型的液力變矩器的鎖止離合器盤上還裝有減振彈簧，以減小鎖止離合器在結(jié)合時(shí)瞬間產(chǎn)生的沖擊力。

4.半液壓半機(jī)械傳動(dòng)功能

當(dāng)前絕大部分自動(dòng)變速器的鎖止離合器控制均實(shí)現(xiàn)了半液壓半機(jī)械連接控制，這主要是當(dāng)變矩器由液力傳遞到機(jī)械傳遞時(shí)，為避免出現(xiàn)過大的振動(dòng)影響換檔品質(zhì)。因?yàn)樾滦妥詣?dòng)變速器的鎖止離合器工作點(diǎn)提前了，部分車型已經(jīng)允許在前進(jìn)一檔就可以工作，所以在換檔點(diǎn)上變矩器鎖止離合器盡可能應(yīng)處于脫開狀態(tài)，但如果是開關(guān)油路勢必會帶來沖擊感，同時(shí)從控制上很難保證鎖止離合器活塞在規(guī)定的時(shí)間能夠迅速地完全脫開，所以半液壓半機(jī)械傳遞就出現(xiàn)了（圖2-12）。

圖2-12 變矩器鎖止離合器半鎖狀態(tài)

5.液力變矩器的工作液流

液力變矩器主要是利用ATF的離心力來完成動(dòng)力傳遞過程的，這樣就出現(xiàn)了其內(nèi)部的油液流動(dòng)工作過程。液力變矩器的傳遞能力主要取決于變矩器的工作直徑及其轉(zhuǎn)速，同時(shí)還取決于泵輪與渦輪上面的葉片的數(shù)量及其角度。

（1）渦流和環(huán)流 變矩器內(nèi)部的ATF液流其實(shí)是有兩種工作狀態(tài)，兩種液流的大小會根據(jù)泵輪與渦輪之間的轉(zhuǎn)速差形成鏡像變化，也就是說，當(dāng)變矩器以渦流工作為主時(shí)，一定以環(huán)流為次；反之，當(dāng)變矩器以環(huán)流工作為主時(shí)，則以渦流為次。圖2-13為渦流和環(huán)流示意圖。

1）渦流。變矩器泵輪帶動(dòng)ATF產(chǎn)生的離心壓力沖擊渦輪葉片外部邊緣時(shí)，渦輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)有一部分ATF工作液從渦輪葉片內(nèi)部邊緣的中心部位回流并沖擊在導(dǎo)輪葉片的正面；當(dāng)導(dǎo)輪單向離合器鎖止時(shí)，這部分回流工作液經(jīng)導(dǎo)輪折射后又沖擊到泵輪葉片的背面，這一循環(huán)流動(dòng)的液流稱為渦輪。不難看出，以渦流為主時(shí)變矩器增矩效果好。

圖2-13 液力變矩器內(nèi)部的環(huán)流和渦流

2）環(huán)流。沿變矩器泵輪和渦輪一同作圓周運(yùn)動(dòng)的液流就是環(huán)流，因此當(dāng)變矩器以環(huán)流為主時(shí)輸出功率好。

根據(jù)變矩器工作原理得知：當(dāng)泵輪與渦輪轉(zhuǎn)速差較大時(shí)，變矩器是以渦流為主；轉(zhuǎn)速差較小時(shí)，是以環(huán)流為主。變矩器以渦流為主時(shí)增矩效果佳，輸出功率差；而以環(huán)流為主時(shí)，輸出功率好，但無增矩。因此，變矩器的工作特性是符合我們的需要的：低速時(shí)需要增矩效果，高速時(shí)需較好的輸出功率。

（2）導(dǎo)環(huán) 為了促進(jìn)環(huán)流，確保發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率損失盡可能減少，在變矩器泵輪和渦輪上還增加了導(dǎo)環(huán)，如圖2-14所示。增加導(dǎo)環(huán)的目的就是促進(jìn)環(huán)流。

圖2-14 導(dǎo)環(huán)

6.液力變矩器轉(zhuǎn)矩變化原理

（1）汽車起步前 變速桿置于P位或N位起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，渦輪是以低于泵輪轉(zhuǎn)速（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）旋轉(zhuǎn)的。在汽車起步之前（制動(dòng)掛動(dòng)力檔）渦輪停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速變?yōu)?，此時(shí)導(dǎo)輪被單向離合器鎖死（圖2-15），發(fā)動(dòng)機(jī)通過液力變矩器殼體帶動(dòng)泵輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并對ATF產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩即為液力變矩器的輸入轉(zhuǎn)矩。ATF在泵輪葉片的推動(dòng)下，以一定的速度和離心壓力沖向與之對置的渦輪葉片的外部邊緣上，并對渦輪產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩即液力變矩器的輸出轉(zhuǎn)矩。此時(shí)由于渦輪靜止不動(dòng)，沖向渦輪的ATF沿渦輪葉片角度流向渦輪葉片的內(nèi)部邊緣，這樣ATF在渦輪內(nèi)部邊緣也會以一定的速度，沿著與渦輪葉片內(nèi)部邊緣的出口處以相同的方向沖向中間的導(dǎo)輪葉片，此時(shí)對導(dǎo)輪也產(chǎn)生一個(gè)沖擊力矩，由于此時(shí)導(dǎo)輪在單向離合器的作用下被鎖死因此又被導(dǎo)輪葉片折射流回泵輪葉片上，因此泵輪不但受發(fā)動(dòng)機(jī)的帶轉(zhuǎn)，同時(shí)還受到渦輪回流工作液的推動(dòng)，形成作用在泵輪上的兩個(gè)力，第二個(gè)力就是變矩器增矩的力（此時(shí)變矩器的內(nèi)部液體流動(dòng)是以渦流為主），發(fā)動(dòng)機(jī)便會輸出較大的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)作自動(dòng)變速器失速試驗(yàn)時(shí)（渦輪停轉(zhuǎn)，泵輪轉(zhuǎn)速達(dá)到最高轉(zhuǎn)速），轉(zhuǎn)矩可以放大2.7倍。

圖2-15 汽車起步前的液力變矩器工作狀況

踩制動(dòng)掛檔時(shí)渦輪停止旋轉(zhuǎn)

（2）汽車起步后低速行駛 當(dāng)汽車在液力變矩器輸出轉(zhuǎn)矩的作用下起步后（圖2-16），與驅(qū)動(dòng)輪相連接的渦輪也開始轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速隨著汽車的加速不斷增加。這時(shí)，由泵輪沖向渦輪的ATF除了沿著渦輪葉片流動(dòng)（渦流）之外，還要隨著渦輪一同轉(zhuǎn)動(dòng)（環(huán)流），使得由渦輪葉片內(nèi)部邊緣出口處沖向?qū)л喌腁TF的方向發(fā)生變化的同時(shí)回流工作液的流量也發(fā)生了變化，不再與渦輪出口處葉片的方向相同（渦輪不轉(zhuǎn)時(shí)），而是順著渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方向向前偏斜了一個(gè)角度，使沖向?qū)л喌囊毫鞣较蚺c導(dǎo)輪葉片之間的夾角變小。雖說這時(shí)導(dǎo)輪仍沒有旋轉(zhuǎn)（單向離合器鎖死），但導(dǎo)輪上所受到的沖擊力矩也隨之減小，液力變矩器的增矩作用亦隨之減小。車速越高，渦輪轉(zhuǎn)速越大，沖向?qū)л喌囊簤河头较蚺c導(dǎo)輪葉片的夾角就越小，液力變矩器的增矩作用也越小；反之，車速越低，液力變矩器的增矩作用就越大。因此與液力偶合器相比，液力變矩器在汽車低速行駛時(shí)有較大的輸出轉(zhuǎn)矩，在汽車起步上坡或遇到較大行駛阻力時(shí)，能使驅(qū)動(dòng)輪獲得較大的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

圖2-16 汽車起步后渦輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的工作狀態(tài)

（3）中高速行駛 當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速隨車速的提高而增大到某一數(shù)值時(shí)（泵輪與渦輪轉(zhuǎn)速差較小時(shí)），沖向?qū)л喌腁TF的方向與導(dǎo)輪葉片之間的夾角減小為0，這時(shí)導(dǎo)輪將不受ATF的沖擊作用，從渦輪回流的少部分ATF流直接經(jīng)導(dǎo)輪葉片的空隙流出（圖2-17），液力變矩器失去增矩作用，其輸出轉(zhuǎn)矩等于輸入轉(zhuǎn)矩。

如果渦輪轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高（渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速接近時(shí)變矩器內(nèi)部ATF流以環(huán)流為主），越來越少的沖向?qū)л喌腁TF方向繼續(xù)向前斜（圖2-18），使ATF工作液沖擊在導(dǎo)輪葉片的背面，此時(shí)導(dǎo)輪單向離合器打滑，失去鎖止意義，并以泵輪旋轉(zhuǎn)方向相同的方向開始轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)輪對ATF的反作用轉(zhuǎn)矩的方向與泵輪對ATF轉(zhuǎn)矩的方向相反，液力變矩器的輸出轉(zhuǎn)矩反而比輸入轉(zhuǎn)矩小，在一定程度上其傳動(dòng)效率也隨之減小，這也是液力變矩器的工作特性決定的。

圖2-17 少量的渦輪回流ATF通過導(dǎo)輪葉片空隙流出

7.帶鎖止離合器的液力變矩器的特性曲線

根據(jù)液力變矩器的工作特性（圖2-19）可以得知液力變矩器具有不可協(xié)調(diào)的矛盾。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速較低、泵輪與渦輪轉(zhuǎn)速差較大時(shí)，變矩器內(nèi)部工作液流以渦流為主時(shí)增矩效果好，但輸出功率差，特別是在渦輪不轉(zhuǎn)、泵輪轉(zhuǎn)速達(dá)到最高時(shí)，液力變矩器的增矩效果達(dá)到最佳，但無輸出功率（原因是驅(qū)動(dòng)車輪停轉(zhuǎn)）；當(dāng)渦輪的轉(zhuǎn)速增加到某一數(shù)值時(shí)，液力變矩器的傳動(dòng)效率等于液力耦合器的傳動(dòng)效率，此時(shí)變矩器無增矩功能，但可以說輸出功率較高（由于是液力傳遞仍有功率損失）；但當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大后，液力變矩器的傳動(dòng)效率將小于液力偶合器的傳動(dòng)效率，其輸出轉(zhuǎn)矩也隨之下降（圖2-19）。因此為保證發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不受損失勢必在綜合式變矩器中增加鎖止離合器閉鎖裝置。

圖2-18 液力變矩器的耦合狀態(tài)

圖2-19 液力變矩器工作特性曲線

（1）鎖止離合器分離狀態(tài) 液力變矩器鎖止離合器的分離狀態(tài)其實(shí)就是發(fā)動(dòng)機(jī)至自動(dòng)變速器之間的動(dòng)力連接是以液壓方式連接為主的。在過去傳統(tǒng)型電控自動(dòng)變速器中，只有最高檔位才能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與自動(dòng)變速器之間剛性連接，其他檔位均為液力傳動(dòng)。而在當(dāng)今的新款車型上變矩器鎖止離合器的控制明顯提前了（低速檔也可實(shí)現(xiàn)剛性連接），同時(shí)為了保證液力傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)交替轉(zhuǎn)換過程中的平穩(wěn)過渡性能，鎖止離合器的控制形式也改變了，由原來的開關(guān)油路變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)油路（圖2-20），這樣更進(jìn)一步增加了自動(dòng)變速器車輛使用的舒適性。

圖2-20 變矩器鎖止離合器分離狀態(tài)

根據(jù)圖2-20不難看出，當(dāng)變矩器鎖止離合器處于分離狀態(tài)時(shí)，變矩器工作油路的走向是：來自液壓系統(tǒng)中液力變矩器壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)過后的變矩器工作油液經(jīng)變矩器鎖止離合器控制閥左側(cè)進(jìn)油道流入，經(jīng)自動(dòng)變速器輸入軸前端又經(jīng)鎖止離合器活塞的前端進(jìn)入（相當(dāng)于將鎖止離合器活塞向后推開），經(jīng)變矩器做功后從變矩器鎖止離合器活塞后端流出去往散熱器進(jìn)行散熱。此時(shí)的工作過程便是液力變矩器的液壓傳遞過程。

圖2-21 變矩器鎖止離合器接合狀態(tài)

（2）鎖止離合器接合狀態(tài)（圖2-21） 為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率盡可能不受損失同時(shí)為使自動(dòng)變速器溫度不再進(jìn)一步升高，控制單元在滿足鎖止離合器接合條件時(shí)便向鎖止離合器電磁閥發(fā)出工作指令，電磁閥工作后逐漸將來自減壓閥的恒壓接通到鎖止離合器控制閥沒有彈簧側(cè)（右側(cè)），當(dāng)閥門右側(cè)的減壓壓力大于左側(cè)彈簧壓力時(shí)閥門便克服彈簧壓力向左側(cè)移動(dòng)，此時(shí)變矩器的進(jìn)油油道發(fā)生改變同時(shí)鎖止離合器活塞兩端的壓差也發(fā)生改變，來自液力變矩器壓力調(diào)節(jié)閥的ATF壓力不再從輸入軸前端進(jìn)入而是通過輸入軸和導(dǎo)輪軸中間的油道進(jìn)入，也就相當(dāng)于從變矩器鎖止離合器活塞的后端進(jìn)入，從鎖止離合器活塞前端流回。這樣鎖止離合器活塞便緊緊地壓在變矩器殼體上，鎖止離合器活塞上的摩擦片便與變矩器殼體之間形成一個(gè)足以使泵輪與渦輪達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的摩擦力矩。此時(shí)變矩器泵輪與渦輪轉(zhuǎn)速相等（無轉(zhuǎn)速差），發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率100%地傳遞到自動(dòng)變速器中，同時(shí)變速器工作溫度也隨之降低。