液力变矩器（Hydraulic Torque Converter）的工作原理（视频）
偶合器和变矩器的结构特征 
液力变矩器工作原理
扭力转换器的导入，改善了人类使用车辆的习惯。 液力变矩器（Hydraulic Torque Converter）又称液力变扭器、扭力转换器、液体离合器等。扭力转换器取代了传统的机械式离合器，被装置在引擎与自排变速箱之间，能够将引擎的动力平顺的传送到自排变速箱。 一、偶合器 液力偶合的原理可以用两个风扇来说明，如图8．l所示。通电转动的风扇带动空气流动， 冲击在对置的静止（不通电）的风扇的叶片上。空气流动的能量推动了对置的风扇叶片，因此能量从一个风扇传递到另一个风扇上了。尽管这种偶合的效率很低，但事实告诉人们，两个相互间没有刚性连接的叶轮，同样可以进行能量的传递。它是一种“软连接”能量传递方式。为了提高两叶轮间传递效率，人们就把两叶轮安装在一个密闭的容器中，让两叶轮对置的间隙尽可能减少，并在其中充满液压油，其中一个叶轮由发动机曲轴直接驱动，称之为泵轮，而另一个被动的叶轮则作为输出，称之力涡轮，如图8．2所示。
偶合原理 这种仅有两个叶轮，只能进行扭矩传递的偶合装置称为偶合器。虽然偶合器只能传递扭矩，但“软连接”给汽车带来多方面的好处。 ①在没有附加其他机械操纵装置的情况下，能够通过它平稳地切断和接通发动机和驱动轮之间的动力传递，能够很好地适应汽车平稳起步的要求。 ②“软连接”可以通过液体为介质，吸收传动系统的冲击和振动，延长零部件的寿命和减少噪声。 基于上述优点，至今在有些越野车和特种车辆上还广泛采用偶合器。在保留偶合器优点的基础上，又诞生了液力变矩器，它不仅能够传递扭矩，而且还能增大扭矩。 二、变矩器 液力变矩器的三个基本部件是泵轮、涡轮和导轮（如图8．3所示）。变矩器壳体用螺栓与发动机飞轮连接在一起。壳体又和泵轮焊接在一起。因此，壳体与泵轮随发动机转动，作为发动机的动力输人。泵轮的叶片冲焊在壳体上。当泵轮转动时，在离心力的作用下，液体被从中央甩到泵轮的边缘。 液力偶合的下一步连接是涡轮。液体从泵轮外缘甩出，撞击到涡轮的外边缘。涡轮和泵轮相似，在其内部有叶片。液体撞击涡轮叶片边缘，冲击力使涡轮转动。机械变速器的输人轴用花键与涡轮相连，当涡轮和输人轴旋转时，动力输入到机械变速器。 液力偶合允许汽车在运行时制动。当车轮制动器锁止驱动轴时，变速器内部旋转的部件以及输入轴和涡轮也同时被锁止。然而，液力偶合和直接的机械连接（手动的离合器）不同，发动机飞轮和变矩器壳体及泵轮依旧在旋转。这时在偶合的泵轮和涡轮之间的油液上，建立了一个“剪切”的动作，使变矩器油温迅速上升。过热会对变矩器和自动变速器造成损害，这也就是前面提到的，为什么在十字路口长时间等待红灯或者堵车情况下，建议把预选杆置于“N”档位的原因，尽量减少出现变矩器的“制动转矩”。变矩器新增了一个导轮，它介于泵轮和涡轮之间，导轮通过中间的单向离合器内花键和固定轴相连，固定轴与变速器壳体连接，它允许导轮在一个方向自由旋转，而在另一个旋转方向则锁止。增加导轮的目的，是为了使变矩器在某些工况下具有增大扭矩的功能。导轮的叶片通常由铝合金浇铸而成，其叶片呈斜面。
变矩器结构 三、变矩器输出扭矩增大原理 前面提到的液力偶合器，只有两个叶轮是不能够实现增大扭矩功能的。导轮的引人使发动机扭矩的增大成为可能。这样，液力偶合器就成了变矩器。
变矩器输出扭矩增大原理 图8．4所示为在变矩器中三个叶轮间液体的流动关系。当液体离开泵轮冲击涡轮时，把液体能量传递给涡轮并使其转动，与此同时流经涡轮的液体从中间流出，撞击导轮叶片的正面（此时单向离合器锁止），液体受到导轮正面叶片的阻挡而产生液体折射，具有方向性的液体返回到泵轮叶片上，而这种具有方向性的液体起到了帮助发动机转动泵轮的作用。流动的液体对导轮产生的作用力矩，可以使变矩器的输出扭矩提高两倍甚至更多。但是必须注意，变矩器扭矩增大值并不是一个恒定值，扭矩增大值和汽车的车速有关。当汽车处于起步状态，变矩器具有最大的扭矩增大值，通常可达1．8－2．5倍，随着车速的提高，扭矩增大值逐渐下降，当涡轮和泵轮转速之比达到0．8－0．85左右时（即所谓的偶合点），变矩器的扭矩增大值就变成一倍，当车速继续增大时，仍维持这个数值。一旦变矩器出现输人和输出扭矩相同的情况，实际上变矩器就变成了偶合器。图8．5所示显示了变矩器的特性曲线。从中可以看到，变矩器的运行具有双重特征，在偶合点之前（即低速时），变矩器具有扭矩增大功能，而达到偶合点后，不再具有扭矩增大功能，变成了偶合器。变矩器的扭矩输出特性，能够适应汽车使用要求，当汽车起步时，驱动轮需要较大的扭矩，而高速行驶时仅需要较小扭矩。 四、变矩器中的导轮设置单向离合器的原因 前面已提到汽车处在低速时，变矩器中来自涡轮的液体冲击在导轮的正面，使变矩器的输出扭矩得以增大，但随着车速逐渐提高，来自涡轮的液体逐渐偏离作用在导轮叶片正面的方向，变矩器的输出扭矩也随之下降，当涡轮和泵轮转速之比达到偶合点时，涡轮喷射的液体作用到导轮的背面，一旦出现这种情况，经导轮折射的液体返回给泵轮，反而成了泵轮旋转的阻力，将会出现输出扭矩低于输人扭矩的状况，这违背了变矩器具有扭矩增大的初衷。作用在导轮叶片正面的液体，随着涡轮转速提高逐渐转向叶片背面，是液力变矩器固有的特征，它是由变矩器结构所决定的。为了防止汽车高速时出现变矩器的输出扭矩小于输人扭矩的现象，在导轮和固定轴之间安置了单向离合器。当在低速时，作用在导轮叶片正面的液体通过单向离合器锁止使导轮固定，产生增大扭矩的效果。当在高速时，作用在导轮叶片的扭矩不能增大。图8．6所示反映了单向离合器和导轮之间的装配关系。
变矩器导轮的单向离合器 变矩器导轮的单向离合器在使用过程中，作用在导轮背面的液体通过单向离合器的超越（释放），使导轮自由旋转，此时变矩器实际上变成了偶合器，它只能传递力矩。单向离合器是比较容易损坏的部件，但变矩器又是不可拆卸的总成，因此只能根据故障的现象来判断，如果单向离合器失效表现为在两个方向都能自由旋转，则反映出汽车低速时加速性能减弱；如果失效表现为两个方向都锁止，则反映出汽车高速时动力不足。自动变速器的失速试验，也可以反映变矩器的单向离合器的失效状况。 五、变矩器锁止离合器（TCC） 偶合器和变矩器都属于“软连接”机构，它们具有许多优点。但是这种连接装置也存在明显缺点，高速状态时，泵轮和涡轮之间会产生较大的滑转现象，传动效率大幅度下降，特别反映在偶合点之后，图8．5显示的效率曲线说明了这种情况。长期以来，配置自动变速器的轿车油耗高的主要症结就在于此。 锁止离合器的作用： 当汽车行驶阻力小时，发动机转速较高，此时不需要增扭，锁止离合器将变矩器的泵轮和涡轮锁住，可以提高传动效率，能节油5%左右。 在汽车行驶阻力大时，发动机转速降低，此时锁止离合器分离，实现增扭。 变矩器锁止离合器的主要功能是：在汽车低速时，利用变矩器低速扭矩增大的特性，提高汽车起步和坏路的加速性；在高速时，变矩器锁止离合器作用，使液力偶合（“软连接”）让位于直接的机械传动（“硬连接”），提高传动效率，降低燃油消耗。 变矩器的锁止离合器有一个压盘，当通上压力油时，发动机和变速器就成为刚性连接。低速时，扭矩需要增大，因此液力偶合起作用。然而，当车速到达变矩器不能实现增大扭矩时（通常大于时速 50 km／h左右），锁止离合器作用，液力偶合作用失效。
锁止离合器 图8．7为变矩器锁止离合器的结构图，在变矩器壳体和涡轮之间的压盘用花键与涡轮轮我连接，并允许压盘在涡轮轮载上轴向运动。环状的摩擦材料粘在压盘前端面上，处于锁上状态时，压力油作用在压盘的背面，通过摩擦材料和壳体端部接触，由此建立了发动机和变速器的刚性连接。处于刚性连接时，为了吸收传动系的振动和冲击，在压盘总成上设置了多个扭振弹簧和窗口，敷设阻尼材料，压盘和壳体接合过程中，会产生很大的冲击力和振动，通过扭振弹簧的变形加以吸收，在这种状态下，压盘总成上的主、被动盘之间将会产生较大转角的变化。当解除锁止时，来自控制阀的压力油进人压盘的正面，推动压盘移动，解除摩擦材料和壳体接触，同时该压力油从活塞外缘和壳体内圆的缝隙中进人叶轮的腔内，此时变矩器恢复了液力偶合状态。变矩器两种状态的实现，是通过改变进人变矩器液体的流动方向完成的（如图8．8所示）。必须指出，作用在压盘正面和背面的油压，是两种差别很大的油压，前者是低压（释放）而后者则为高压（锁止）。目前，国外现代轿车上都配置了这种结构的变矩器，包括上海通用公司生产的别克新世纪、广州本田公司生产的本田雅阁等国产轿车的变矩器都采用这种结构。别克新世纪还配置另一种粘液式的锁止离合器．它以硅油作为介质，操作方式和L述相同，它的优点是压盘和壳体接触时显得更柔和、平稳。它取消了压盘上的扭振弹簧，代替它的是硅油离合器，但存在少量的滑转现象。 刚性连接使传递扭矩的效率得以提高，它消除了液力偶合所产生的一部分滑转，而成为直接的机械连接。另外，刚性连接不会像液力偶合那样使变矩器油温快速上升。为了防止变矩器在液力偶合过程中的温升，采取以下两种措施。 ①变矩器内部的液体必须体外循环流动。 ②变矩器液体在体外循环回路中，必须设置油冷却器装置。图8．9所示说明了它们之间的装配关系，从变速器壳体上引出两根管子，其中一根管子内的液体来自变矩器，和散热器上的油冷却器一端相连，油冷却器另一端则通过另一根管子连接到壳体上，然后重返油底壳或者作为润滑用 |
