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1、第二章第二章 液力变矩器液力变矩器 液力变矩器是自动变速器不可缺少的重要组成液力变矩器是自动变速器不可缺少的重要组成部分，自动变速器的传动效率主要取决于液力部分，自动变速器的传动效率主要取决于液力变矩器的结构和性能，相当于手动变速器的离变矩器的结构和性能，相当于手动变速器的离合器系统。它安装在发动机后部曲轴连接板上，合器系统。它安装在发动机后部曲轴连接板上，其作用是将发动机的动力传递给自动变速器中其作用是将发动机的动力传递给自动变速器中的行星齿轮机构，同时驱动油泵工作，因其重的行星齿轮机构，同时驱动油泵工作，因其重量较大，所以又起到了飞轮的作用。因为液力量较大，所以又起到了飞轮的作用。因为液力
2、变矩器靠液体传递动力，所以能缓冲发动机和变矩器靠液体传递动力，所以能缓冲发动机和传动系统的扭转振动，同时在减速时起到增扭传动系统的扭转振动，同时在减速时起到增扭的作用。汽车修理人员应详细了解变矩器的结的作用。汽车修理人员应详细了解变矩器的结构和工作原理，在进行构和工作原理，在进行故障诊断故障诊断、失速试验失速试验等等工作时都需用到这方面的知识。工作时都需用到这方面的知识。最初的液力变矩器由泵轮、导轮和涡轮组成，称作三元件液力变矩器（图2l）。n n现代汽车自动变速器中所用的液力变矩器都是现代汽车自动变速器中所用的液力变矩器都是综合式液力变矩器，它综合利用了液力耦合器综合式液力变矩器，它综合利用
3、了液力耦合器和液力变矩器的优点，传递动力更加平顺可靠，和液力变矩器的优点，传递动力更加平顺可靠，同时大大提高了工作效率。综合式液力变矩器同时大大提高了工作效率。综合式液力变矩器是在三元件液力变矩器的基础上增加了单向离是在三元件液力变矩器的基础上增加了单向离合器和锁止装置（图合器和锁止装置（图2222）。）。21 液力变矩器的结构 液力变矩器由泵轮、涡轮、导轮、单向离合器和变矩器壳组成（图2一3）。泵轮为主动件，与变矩器壳为同一构件，由若干曲面叶片组成，它由发动机曲轴驱动。从动件涡轮由若干曲面叶片组成，它与变速器输入轴连接。导轮由若干曲面叶片组成，介于导轮和涡轮的液流之间，通过平向离合器内座圈花
4、键与固定在变速器的壳体导管连接。叶片的内缘有导流环，促进油液的循环。泵轮的叶片数多于涡轮的叶片数，以防止传递动力时发生共振现象。2 21.1 1.1 泵轮泵轮 图图2-42-4为拆去涡轮和导轮后泵轮的示意图。左侧薄为拆去涡轮和导轮后泵轮的示意图。左侧薄盘是与飞轮相连的驱动盘，驱动盘外圈装有起动齿盘是与飞轮相连的驱动盘，驱动盘外圈装有起动齿圈。驱动盘用螺栓通过变矩器外壳与泵轮固定在一圈。驱动盘用螺栓通过变矩器外壳与泵轮固定在一起，液力变矩器左侧凸起部与曲轴尾部凹孔相配合。起，液力变矩器左侧凸起部与曲轴尾部凹孔相配合。发动机转动时，液力变矩器泵轮随曲轴转动，其内发动机转动时，液力变矩器泵轮随曲轴转
5、动，其内部油液由于离心力的作用由叶片向外侧射出，形成部油液由于离心力的作用由叶片向外侧射出，形成驱动力。若将液力变矩器比作离合器，则泵轮相当驱动力。若将液力变矩器比作离合器，则泵轮相当于主动盘。于主动盘。n n212 涡轮 涡轮（图2一5）是有很多叶片的圆盘，可以在液力变矩器内自由转动。涡轮轮毂部分的花键与输人轴的花键相啮合，输人轴的前端与液力变矩器内部轴套相配合，可以自由转动。涡轮相当于离合器中的从动盘。n n2 21 13 3 导轮导轮导轮结构导轮结构导轮是装在导轮与涡轮之间带有叶片的小圆轮导轮是装在导轮与涡轮之间带有叶片的小圆轮（图（图2-62-6），导轮内装有单向离合器。），导轮内装有
6、单向离合器。单向离合器单向离合器 单向离合器分为楔块式和滚柱式两种，图单向离合器分为楔块式和滚柱式两种，图27a27a所示为楔块式所示为楔块式单向离合器，图单向离合器，图27b27b为滚柱式单向离合器，楔块或滚柱处在为滚柱式单向离合器，楔块或滚柱处在固定的内圈和转动的外圈之间。当从涡轮回流的油冲击导轮固定的内圈和转动的外圈之间。当从涡轮回流的油冲击导轮的凹面，导轮向泵轮旋转方向相反的方向转动时，滚柱或楔的凹面，导轮向泵轮旋转方向相反的方向转动时，滚柱或楔块锁止，导轮不动使液流改变方向直接冲击泵轮叶片的背面，块锁止，导轮不动使液流改变方向直接冲击泵轮叶片的背面，从而产生反作用力矩而增扭。从而产生
7、反作用力矩而增扭。n n2 21 14 4 锁止离合器锁止离合器 在涡轮的背面加装一个液压控制的摩擦式离合器（图在涡轮的背面加装一个液压控制的摩擦式离合器（图2 2一一8 8），），采用升压或降压控制的办法使其接合或分离。当汽车在正常采用升压或降压控制的办法使其接合或分离。当汽车在正常路面上高速行驶时，锁止离合器接合，泵轮通过锁止离合器路面上高速行驶时，锁止离合器接合，泵轮通过锁止离合器与涡轮连成一体，提高上传动效率，使得与涡轮连成一体，提高上传动效率，使得=1=1，此时就是所说，此时就是所说的的“三相综合式变矩器（变短、耦合、锁止）三相综合式变矩器（变短、耦合、锁止）”汽车起步或汽车起步或在
8、坏路上行驶时，锁止离合器分离，泵轮与涡轮分开，一般在坏路上行驶时，锁止离合器分离，泵轮与涡轮分开，一般车速在车速在60 km/h60 km/h以下时起自动变矩作用。以下时起自动变矩作用。n n22 工作原理 为了容易理解液力变矩器的工作原理和性能，先省去导轮，只分析泵轮、涡轮及自动变速器油之间的工作关系，即液力耦合器。n n221 液力耦合器 简单的液力耦合器由三个基本元件组成；泵轮、涡轮和变短器壳（图29）。泵轮和涡轮的形状就像一个圆环的两半。泵轮和涡轮有从其中心向外辐射状的叶片。变矩器壳密封并充满了工作油液（自动变速器油）。泵轮直接连接在外壳上，以其转动方向带动油液。运动的油液冲出涡轮叶片
9、，使涡轮转动，将功力传递至变速器。n n1 1基本工作原理基本工作原理 液力耦合器的基本工作原理就像两台电风扇对置时，液力耦合器的基本工作原理就像两台电风扇对置时，一台电风扇一台电风扇a a接通电源，另一台电风扇接通电源，另一台电风扇b b不接电源不接电源（图（图2 2一一1010）。风扇）。风扇a a转动产生的气流可以吹动风扇转动产生的气流可以吹动风扇b b的扇叶使其转动。液力耦合器的泵轮相当于电风的扇叶使其转动。液力耦合器的泵轮相当于电风扇扇a a，涡轮相当于电风扇，涡轮相当于电风扇b b，自动变速器油相当于，自动变速器油相当于空气（图空气（图210210）。）。n n2液力耦合器中的液体
10、流动 发动机带动泵轮，泵轮转动把发动机的机械能转换成自动变速器油的液体动能。当自动变速器油高速进人涡轮，推动涡轮转动，又把自动变速器油的液体动能转换成机械能，由输入轴输出（图2一11）。n n图212是自动变速器油在泵轮与涡轮内的流动示意图。发动机带动泵轮，泵轮叶片内自动变速器油由离心力的作用沿叶片外侧射出，流向涡轮，也就是自动变速器油液的流动形成两种运动形式：涡流和环流，这两种运动最后以螺旋状旋转流动方式来传递动力。泵轮与涡轮之间形成的环流在中心部分产生紊流，造成动力损失。为消除这一损失，泵轮和涡轮的中央部分做成空心，称为导环（图213）。n n3液力耦合器的效率 当耦合器开始转动时，从泵轮
11、中射出的自动变速器油流入静止涡轮所形成的环流，由于涡轮并不转动，从涡轮返回时，其方向与泵轮转动方向相反而阻碍泵轮的转动。如果允许此自动变速器油不断地以这种方向流动，会使泵轮受到一相反的外力，从而降低了传动效率（图2-14）。泵轮转速增高时，环流作用使涡轮的扭矩增大，涡轮开始缓慢地转动，并逐渐加快，缩小了与泵轮的转速差，提高了传动效率。当涡轮的转速接近泵轮的转速时，工作油液循环速度减慢，涡轮的转速也随之下降。然而，涡轮的转速始终不会和泵轮的转速相等，其循环运动始终不会完全停止，这是因为工作油液使泵轮和涡轮产生耦合，并非借助机械方式。从泵轮流经涡轮的部分油液因摩擦和冲击损失而转换为热量，阻止涡轮的
12、转速与泵轮的转速接近。涡轮的输出扭矩与输入扭矩的最高速比为1：l，因此输出扭矩始终不会超出输人扭矩，即耦合器只能传递动力而不能增加扭矩。n n222 液力变矩器 液力变矩器的结构与液力耦合器基本相似不同的是液力变矩器在泵轮和涡轮之间加入了导轮。变矩器用变速器油液作为介质，不仅传输动力而且成倍增加来自发动机的扭矩。n n前面解释了液力耦合器能传输扭矩但是不能成倍放大扭矩，如果仍用两个相对的电扇来说明液力变短器的增扭作用，那就是在两个电扇后面安装一个空气管道（图215），这样，通电的电扇不仅吹动未通电的电扇，同时还可以从后面吸动未通电的电扇，也就是未通电的电扇不仅受到吹来的气流，还将受到吸力，使得
13、吹来的风力加大。n n若在泵轮和涡轮之间安装导轮，自动变速器油的若在泵轮和涡轮之间安装导轮，自动变速器油的流动情况如图流动情况如图216216所示。导轮接受被涡轮反射所示。导轮接受被涡轮反射出的油，并改变其流动方向，使其与泵轮的转向出的油，并改变其流动方向，使其与泵轮的转向相同，这样不仅避免了扭矩损失，而且加大了泵相同，这样不仅避免了扭矩损失，而且加大了泵轮扭矩，从而起到增加扭矩的作用。泵轮与涡轮轮扭矩，从而起到增加扭矩的作用。泵轮与涡轮的转速相差越大，扭矩增大的效果越明显（最大的转速相差越大，扭矩增大的效果越明显（最大可达可达2 25 5倍）。倍）。n n2 23 3 工作过程工作过程 2
14、23 31 1 单向离合器的工作过程单向离合器的工作过程 1 1单向离合器被锁止单向离合器被锁止 从涡轮进入导轮的油液流动方向取决于泵轮与涡轮的转从涡轮进入导轮的油液流动方向取决于泵轮与涡轮的转速差。速差。当这一转速差很大时，从涡轮流出的工作油液冲击导轮当这一转速差很大时，从涡轮流出的工作油液冲击导轮叶片的前部，此时，导轮被单向离合器锁止而不能逆向叶片的前部，此时，导轮被单向离合器锁止而不能逆向转动（图转动（图2-172-17）。油液被导轮叶片改变流动方向后冲击）。油液被导轮叶片改变流动方向后冲击泵轮叶片背面，推动泵轮转动，实现了变矩作用。泵轮叶片背面，推动泵轮转动，实现了变矩作用。n n 2
15、单向离合器自由转动n n 当涡轮转速与泵轮转速接近时，从泵轮流出的工作油液冲击导轮叶片的背面，使导轮在单向离合器上转动，这样工作液便直接有涡轮回流冲击泵轮的背面。此时单向离合器已不起作用，即变矩器相当于耦合器（图2一18）。n n综上所述，当涡轮转速达到泵轮转速的某一特定比综上所述，当涡轮转速达到泵轮转速的某一特定比例时，导轮就开始空转。导轮空转开始点称为耦合例时，导轮就开始空转。导轮空转开始点称为耦合点。开始空转后，液力变矩器丧失了液力变矩器的点。开始空转后，液力变矩器丧失了液力变矩器的增扭功能而只有液力耦合器离合动力的功能。耦合增扭功能而只有液力耦合器离合动力的功能。耦合点实际上是液力变矩
16、器功能改变的转折点，所以将点实际上是液力变矩器功能改变的转折点，所以将导轮空转的范围称为耦合范围；导轮未空转的范围导轮空转的范围称为耦合范围；导轮未空转的范围称为变矩范围。称为变矩范围。n n 当涡轮转速高于耦合点转速时，油流冲击导轮的当涡轮转速高于耦合点转速时，油流冲击导轮的背面，力图使导顺泵轮的旋转方向转动，如果导轮背面，力图使导顺泵轮的旋转方向转动，如果导轮是固定的，即出现是固定的，即出现MdMd0 0为负值，则为负值，则K K1 1。n n此时，单向离合器中的滚柱或楔块解脱，导轮自由此时，单向离合器中的滚柱或楔块解脱，导轮自由转动，则转动，则Md=0Md=0，K=1K=1，这样变矩器即
17、转入耦合器，这样变矩器即转入耦合器工况，工况，达达0 09595。从而扩大了高效率区的范围，改。从而扩大了高效率区的范围，改善了变矩器的性能，即转为综合式变矩器（变矩和善了变矩器的性能，即转为综合式变矩器（变矩和耦合共存。）耦合共存。）应该说明，如果单向离合器打滑不能锁止，涡轮的应该说明，如果单向离合器打滑不能锁止，涡轮的油液将直接反向冲击泵轮叶片前部。加大泵轮的油液将直接反向冲击泵轮叶片前部。加大泵轮的阻力，使发动机负载加大，转速降低。可能引起阻力，使发动机负载加大，转速降低。可能引起起步无力等症状，在进行失速试验时，发动机转起步无力等症状，在进行失速试验时，发动机转速低于正常值。速低于正常
18、值。n n2.3.22.3.2锁止离合器的工作过程锁止离合器的工作过程液力变矩器在低速时有增矩的作用，而高速达到耦液力变矩器在低速时有增矩的作用，而高速达到耦合之后就没有增矩的作用了。理论上变矩比是合之后就没有增矩的作用了。理论上变矩比是1 1，但由于油内部的摩擦会造成一定的损失，而且泵但由于油内部的摩擦会造成一定的损失，而且泵轮和涡轮之间也有轮和涡轮之间也有4 45 5的扭矩损失，这样就的扭矩损失，这样就导致实际变矩比小于导致实际变矩比小于1 1。l为了提高液力变矩器的传递效率，改善变矩器在高速工况下的效率，降低燃油消耗，一般在液力变矩器中都加装锁止离合器（图2-19）。变矩器在换挡杆位于变
19、矩器在换挡杆位于DD（前进）档、抵挡、或（前进）档、抵挡、或R R（倒）档时，各工作过程情况如下所述。（倒）档时，各工作过程情况如下所述。1 1车辆停住，发动机怠速运转车辆停住，发动机怠速运转车辆停住，发动机怠速运转车辆停住，发动机怠速运转 发动机怠速运行时，发动机自身产生的扭矩最小，发动机怠速运行时，发动机自身产生的扭矩最小，由于车辆停住，涡轮的转速为零而变矩器输出扭由于车辆停住，涡轮的转速为零而变矩器输出扭矩最大。所以涡轮总是随时准备以大于发动机所矩最大。所以涡轮总是随时准备以大于发动机所产生的扭矩转动。产生的扭矩转动。2 2车辆起动时车辆起动时车辆起动时车辆起动时 当制动器松开时，涡轮与
20、变速器输入轴一起转动，当制动器松开时，涡轮与变速器输入轴一起转动，加速踏板踩下时，涡轮转速就以大于发动机所产加速踏板踩下时，涡轮转速就以大于发动机所产生的扭矩转动，车辆开始前进。生的扭矩转动，车辆开始前进。涡轮转速从零开始逐渐增大，液力变矩器的输出涡轮转速从零开始逐渐增大，液力变矩器的输出扭矩逐渐减少。扭矩逐渐减少。233 液力变矩器的工作过程3车辆低速行驶时车辆低速行驶时 随着车速增加，涡轮转速快速接近泵轮转速，扭矩比也快速接近1：1。4车辆以中、高速行驶时车辆以中、高速行驶时 当涡轮于泵轮转速接近耦合点，导轮开始空转，扭矩下降，此时液力变矩器逐渐变为液力耦合器。涡轮转速与泵轮相等时。此时变
21、矩器仅仅起到液力耦合器的作用。n n24 液力变矩器的性能液力变矩器的性能 1 变矩比（K）转速比（I）和传动效率（）当发动机的转速（当发动机的转速（NeNe）和扭矩（）和扭矩（MeMe）一定时，泵轮的转速）一定时，泵轮的转速（NbNb）和扭矩（）和扭矩（MbMb）也一定时，此时，涡轮与泵轮之间的变）也一定时，此时，涡轮与泵轮之间的变矩比（矩比（K K）、转速比（）、转速比（I I）和传动效率（）和传动效率（）三者的变化关系如）三者的变化关系如下下 n n2变矩比和传动效率的关系变矩比和传动效率的关系 图2-20是液力传动的特性曲线，从特性曲线上可以看出，自动变矩和传动效率之间存在着矛盾，其规
22、律有以几点。（1 1）变矩比（）变矩比（K K）随行驶阻力矩（）随行驶阻力矩（MgMg）的增大二增大）的增大二增大 变矩比（变矩比（K K）随涡轮转速（）随涡轮转速（NwNw）的增大而减小。又随涡轮）的增大而减小。又随涡轮转速（转速（NwNw）的减小而增大。即随行驶阻力（）的减小而增大。即随行驶阻力（MqMq）的增大而）的增大而增大。这一特性，对行驶阻力较大的汽车最合适，即自动适增大。这一特性，对行驶阻力较大的汽车最合适，即自动适应性能好，在一定的范围内能自动无级变矩。应性能好，在一定的范围内能自动无级变矩。例如：例如：1 1）怠速时，油流速度慢，）怠速时，油流速度慢，MwMw小，涡轮不动，汽
23、车不能行驶。小，涡轮不动，汽车不能行驶。2 2）起步时，）起步时，Nw=0Nw=0，NbNbNwNw，K K1 1，MwMw最大，能产生高最大，能产生高能量来克服静止惯性。此时的变矩比（能量来克服静止惯性。此时的变矩比（K K）多在）多在1.71.72.52.5之之间，又叫间，又叫“起步变矩比起步变矩比”，该点叫，该点叫“失速点失速点”。我们利用我们利用“失速试验失速试验”检验发动机和变矩器及行星齿轮系检验发动机和变矩器及行星齿轮系统的性能好坏。统的性能好坏。3 3）逐渐加速时，）逐渐加速时，NwNw增大，增大，MwMw减小，达到耦合点时，减小，达到耦合点时，K=1K=1，Mw=MbMw=Mb
24、。再加速时。再加速时NwNwNbNb。而汽车经常使用的转速比。而汽车经常使用的转速比（I I）多为）多为0.810.81这个范围，要想提高耦合区的性能，还要有这个范围，要想提高耦合区的性能，还要有改进措施，如增设单向离合器或锁止离合器等。改进措施，如增设单向离合器或锁止离合器等。（2 2）传动效率（）传动效率（）随涡轮转速（）随涡轮转速（NwNw）的增大而增）的增大而增大变短器的传动效率（大变短器的传动效率（）随）随NwNw的增大而增大，在的增大而增大，在转速比（转速比（I I）为）为0.80.8时最高，转折点在耦合点附近时最高，转折点在耦合点附近（I=0I=08585时）。由于导轮的存在，时
25、）。由于导轮的存在，为一条曲线，为一条曲线，在在I=0I=09595时才迅速下降。时才迅速下降。（3 3）变矩器的液力损失和功率损失）变矩器的液力损失和功率损失 变矩器在低速区自动变矩，而在高速区传动效率变矩器在低速区自动变矩，而在高速区传动效率降低，即出现液力损失和功率损失，两轮的转速差降低，即出现液力损失和功率损失，两轮的转速差可达可达4 45 5。为了提高和进一步扩大变矩器的高。为了提高和进一步扩大变矩器的高效率范围，改善变矩器的使用性能（提高传动效率、效率范围，改善变矩器的使用性能（提高传动效率、降低燃料消耗），更有必要加装单向离合器或锁止降低燃料消耗），更有必要加装单向离合器或锁止离合器。离合器。本章结束本章结束Thanks!