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液力变矩器工作原理和特性(一文读懂)

液力变矩器以ATF(自动变速器油)作为介质把来自发动机的转矩倍增后传给自动变速箱(行星齿轮机构)。液力变距器由泵叶轮、涡轮、单向离合器和定子,以及将所有这些部件包含车内的变距器外壳组成。变距器内装有由油泵提供的ATF。发动机转动和泵叶轮转动,迫使该液体的强有力的液流从泵叶轮流出,使涡轮转动。

一文读懂液力变矩器结构与原理

泵叶轮

泵叶轮与变距器外壳构成一整体,并通过传动板连接至曲轴。很多曲线型的叶片安装在泵叶轮内侧。一个导环安装在叶片的内边缘,位平稳的液流提供通道。

一文读懂液力变矩器结构与原理

涡轮

很多叶片安装在涡轮上,如同泵叶轮那样。这些叶片的曲率方向与泵叶轮叶片的相反。涡轮安装在传动桥输入轴上,使涡轮内的叶片与泵叶轮叶片相对,在两者之间由一很小的间隙。

一文读懂液力变矩器结构与原理

定子

定子位于泵叶轮和涡轮之间。通过定子轴上的单向离合器安装,固定在传动桥外壳上。

定子运转:从涡轮返回到泵叶轮的液流阻碍泵叶轮的转动。因此,定子改变液流的方向以使其冲击泵叶轮的背面,给予泵叶轮一个附加“助力”,从而增加扭矩。

一文读懂液力变矩器结构与原理

单向离合器的运转:单向离合器使定子以与发动机曲轴相同的方向转动。但是,如果定子开始以反方向转动,单向离合器将锁定定子防止其转动。

一文读懂液力变矩器结构与原理

液力变矩器原理

扭矩的传递:当泵叶轮转速增加时,离心力使液体从泵叶轮中心向外流动。当泵叶轮转速持续增加时,迫使液体远离泵叶轮。液体冲击涡轮的叶片,使涡轮开始以与泵叶轮相同的方向旋转。液体沿着涡轮的叶片向内流动。在到达涡轮内部时,涡轮的曲线形内表面使液体改变方向流向泵叶轮,这一周期又开始。扭矩的传递利用通过泵叶轮和涡轮的液体循环实现。

一文读懂液力变矩器结构与原理

扭矩的倍增:液力变矩器的扭矩的倍增是通过利用定子叶片使流经涡轮但仍有能量的液体返回到泵叶轮来实现的。也就是说,发动机产生的扭矩使泵叶轮旋转,并增加了从涡轮返回的液体的扭矩。即泵叶轮使传递到涡轮的原输入转矩倍增。

一文读懂液力变矩器结构与原理

液力变矩器的性能:扭矩比和传递效率

液力变矩器产生的扭矩倍增是与涡流成比例地增大。也就是说,涡轮停转时扭矩最大。

液力变矩器的工作分为两个工作区:变矩器区,在该区内,扭矩发生倍增。偶合区,在该区只有扭矩传递而不产生扭矩倍增。偶合点是这两个区之间的分界线。

液力变矩器的传动效率示明了给予泵叶轮的能量是如何有效地传递给涡轮。此能量是指发动机自身的输出,并与发动机转速(转/分)和扭矩成正比。因为扭矩在液力偶合器中是以接近1:1的比例传递的,所以偶合区中的传动效率是与转速成比例线性增加。但是,液力变矩器的传动效率达不到100%,一般约为95%。这个能量损失是因为液体中产生的热和摩擦产生的热造成的。

一文读懂液力变矩器结构与原理

扭矩比=涡轮输出力矩/泵叶轮输入力矩

速度比=涡轮速度/泵转子速度

变速器效能=涡轮输出/泵叶轮输入

一文读懂液力变矩器结构与原理

失速点和偶合点

失速点:失速点是指涡轮不运动的情况。泵叶轮和涡轮之间的转速差最大。液力变矩器的最大扭矩比位于失速点。(一般在1.7和2.5之间的范围)。传递效率为0。

偶合点:在涡轮开始转动和转速增加时,涡轮和泵叶轮之间的转速差开始减小。但在此之时,传动效率增加。传动效率在刚到偶合点之前为最大。当转速比达到规定的水平,扭矩比也几乎成为1:1。换言之,定子在偶合点开始旋转而液力变矩器如同液力偶合器开始工作,以防扭矩比降至1以下。

液体从涡轮进入定子的方向取决于泵叶轮和涡轮之间的转速差。

在转速差大的情况下,液体冲击定子叶片的正面,使定子以与泵叶轮转动相反的方向转动。但是,泵叶轮不能以相反的方向转动,因为定子被单向离合器锁定。因此,液流的方向被改变。单向离合器的作用就是单向锁止导论,使导轮只能按与泵轮旋转方向相同的方向转动。

一文读懂液力变矩器结构与原理

在转速差小的情况下,从涡轮流出的一些液体流入定子叶片的背后。当转速最小时,涡轮送出的大部分液体接触定子叶片的背面。在此情况下,定子叶片与液体流相互干扰。单向离合器使定子以与泵叶轮转动的同一方向空转而液体平稳地回到泵叶轮。

一文读懂液力变矩器结构与原理

运转工况

1、发动机空转,汽车停车:发动机空转时,其自身产生的扭矩最小。如果使用制动器,涡轮上的负载是大的,因为它不能转动。但是,因为汽车是停止不动的,涡轮与泵叶轮的转速比为零,而同时扭矩比最大。因此,涡轮始终准备好用高于发动机扭矩的扭矩转动。

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2、汽车起动:所有制动器松开时,涡轮能够随传动桥输入轴转动。因此,通过踩下油门踏板,涡轮以大于发动机扭矩的扭矩而转动。这样,汽车开始开动。

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3、汽车以低速开动:汽车速度增加时,涡抡的转速很快接近泵叶轮的转速。因此,扭矩比很快接近1.0。当涡轮转速与泵叶轮转速的比达到偶合点时,定子开始转动,扭矩倍增降低。

换言之,液力变矩器开始作为液力偶合器工作。因此,汽车的车速几乎以与发动机转速成线性比例地增加。

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4、汽车以中速或高速恒定行驶:液力变矩器仅起液力偶合器的作用。涡轮几乎以与泵叶轮相同的转速转动。

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锁止离合器机构

锁止离合器机构直接和机械地将发动机功率连接至自动变速箱。因为液力变矩器使用液流间接地传递功率,所以有功率损失。因此,离合器装在液力变矩器内直接连接发动机和传动桥以减少功率损失。当汽车到达某一行驶速度,锁止离合器用于提高功率性能的和燃油效率。

一文读懂液力变矩器结构与原理

锁止离合器安装在涡轮毂上,在涡轮的前面。减震器弹簧吸收离合器接合时的扭矩力以防止产生震动。摩擦材料粘接到变矩器外壳或液力变矩器的锁止活塞上以防止离合器接合时打滑。

一文读懂液力变矩器结构与原理

当锁止离合器动作时,与泵叶轮和涡轮一起转动。锁止离合器的接合和脱开是在车辆达到一定行驶速度时由液力变矩器中的液压液流的方向变化来确定的。

一文读懂液力变矩器结构与原理

锁止离合器脱开:当车辆低速行驶时,压缩液体(变矩器压力)流至锁止离合器的前面。因此,锁止离合器的前侧和后侧的压力相等,于是锁止离合器脱开。动力流:发动机-变矩器外壳-泵叶轮-涡轮-涡轮轮毂-变速器输入轴。

一文读懂液力变矩器结构与原理

锁止离合器接合:当汽车以中速或高速(一般大于60km/h)恒速行驶,压缩液体流至锁止离合器后面。因此,变矩器外壳和锁止离合器直接连接。其结果是锁止离合器和变矩器外壳一起转动(例如,锁止离合器接合)。动力流:发动机-变矩器外壳-锁止离合器-涡轮轮毂-变速器输入轴。

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