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课题二 液力变矩器
1.了解液力变矩器的作用和组成；
2. 掌握液力变矩器的工作原理；
3. 掌握液力耦合器的结构和工作原理；
4. 掌握锁止离合器的结构和工作原理；
5. 掌握液力变矩器的检修方法。
学习任务
1. 学会检修液力变矩器；
2. 掌握液力变矩器的工作原理。
技能要求
任务一 液力变矩器的结构与原理
自动挡的汽车由于发动机和变速箱之间没有离合器，故它们之间的连接是靠液力变矩器来实现的。液力变矩器的作用是传递转速和扭矩，使发动机和自动变速器之间的连接成为非刚性的，以方便自动变速器自动换挡。
液力自动变速器的基本结构
液力自动变速器的结构如图所示，它主要由液力传动装置、机械变速机构、液压控制系统、电子控制系统、冷却与润滑系统、变速器壳体等部分组成。
液力自动变速器的结构
1．泵轮的结构
驱动盘与发动机飞轮固定连接，泵轮内有许多具有一定曲率的叶片，按一定的方向辐射状安装在泵轮壳体上，叶片上有导流环。当泵轮旋转时，在离心力的作用下，液体从中间沿叶片和导流环形成的通道流动，如图所示。
泵轮
2．涡轮的结构
涡轮安装在液力变矩器壳体内，与泵轮有3~4 mm 的距离，其作用是接受来自泵轮液体的冲击，以带动变速器输入轴，将动力输出，如下图所示。
涡轮
3．导轮的结构
导轮通过单向离合器与变速器壳体单向固定。当来自涡轮的液体冲击导轮叶片的凹面时，通过单向离合器将导轮固定，导轮叶片使液流方向改变，改变方向的液流冲击泵轮叶片，促进泵轮转动，从而实现增加转矩的作用，如下图所示。
导轮
4．单向离合器
导轮中心孔内的单向离合器的作用是：使导轮与泵轮和涡轮可同向转动，反向则不能转动。
滚柱式单向离合器如下图所示。
楔块式单向离合器如下图所示。
（a）自由状态；（b）锁止状态；（c）实物
滚柱式单向离合器
（a）结构；（b）实物
楔块式单向离合器
5．锁止离合器
由于液力变矩器存在液力损失，与机械传动相比效率较低、油耗高、经济性差。为克服这些缺点，在液力变矩器内增设了锁止离合器，如下图所示。当涡轮转速接近泵轮转速时，由锁止离合器将泵轮与涡轮锁为一体，不再需要液力传动。
锁止离合器
液力变矩器的分类
目前，汽车使用的液力变矩器普遍采用带有锁止离合器的三元件三相单级液力变矩器。其中，元件数是指泵轮、涡轮、导轮的总个数；级数是指涡轮的个数；相数是指工作特性（工作状态）的个数。
液力变矩器的工作特性有耦合器特性、变矩器特性、锁止离合器特性。
液力耦合器只具有耦合器特性，所以为单相的； 最简单的三元件液力变矩器也只有变矩器特性，所以也为单相单级液力变矩器；带有单向离合器的三元件液力变矩器，具有变矩器特性和耦合器特性，所以为二相单级液力变矩器；带有单向离合器和锁止离合器的二元件液力变矩器，
则具有变矩器特性、耦合器特性和锁止离合器特性，所以称为三相单级液力变矩器。
液力变矩器的作用
液力变矩器位于发动机和机械变速器之间，以自动变速器油（ATF）为工作介质，主要实现以下功用。
1．传递转矩
发动机的转矩通过液力变矩器的主动元件，再通过ATF 传给液力变矩器的从动元件，最后传给变速器。
2．无级变速
根据工况的不同，液力变矩器可以在一定范围内实现转速和转矩的无级变化。
3．自动离合
液力变矩器由于采用ATF 传递动力，当踩下制动踏板时，发动机也不会熄火，此时相当于离合器分离；当抬起制动踏板时，汽车可以起步，此时相当于离合器接合。
4．驱动油泵
ATF 在工作的时候需要油泵提供一定的压力，而油泵一般是由液力变矩器壳体驱动的。 同时由于采用ATF传递动力，故液力变矩器的动力传递柔和，且能防止传动系过载。
液力耦合器的结构与工作原理
液力变矩器位于发动机和机械变速器之间，以自动变速器油（ATF）为工作介质，主要实现以下功用。
1．液力耦合器的结构
液力耦合器是一种液力传动装置，又称液力联轴器。在不考虑机械损失的情况下，输出力矩与输入力矩相等。它的主要功能有两个方面，一是防止发动机过载，二是调节工作机构的转速。其主要由壳体、泵轮、涡轮三个部分组成，如下图所示。
液力耦合器的结构
2．液力耦合器的工作原理
当发动机运转时，曲轴带动液力耦合器的壳体和泵轮一同转动，泵轮叶片内的液压油在泵轮的带动下随之一同旋转，在离心力的作用下，液压油被甩向泵轮叶片外缘处，并在外缘处冲向涡轮叶片，使涡轮在液压冲击力的作用下旋转；冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮内缘的液压油又被泵轮再次甩向外缘。液压油就这样从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回到泵轮而形成循环的液流。
液力耦合器中的循环液压油，在从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，泵轮对其做功，其速度和动能逐渐增大；而在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，液压油对涡轮
做功，其速度和动能逐渐减小。液力耦合器要实现传动，必须在泵轮和涡轮之间有油液的循环流动。而油液循环流动的产生，是由于泵轮和涡轮之间存在着转速差，使两轮叶片外缘处产生压力差所致。如果泵轮和涡轮的转速相等，则液力耦合器不起传动作用。因此，液力耦合器工作时，发动机的动能通过泵轮传给液压油，液压油在循环流动的过程中又将动能传给涡轮输出。由于在液力耦合器内只有泵轮和涡轮两个工作轮，液压油在循环流动的过程中，除了受泵轮和涡轮之间的作用力之外，没有受到其他任何附加的外力。根据作用力与反作用力相等的原理，液压油作用在涡轮上的扭矩应等于泵轮作用在液压油上的扭矩，即发动机传给泵轮的扭矩与涡轮上输出的扭矩相等，这就是液力耦合器的传动特点。
液力耦合器在实际工作中的情形是：汽车起步前，变速器挂上一定的挡位，起动发动机驱动泵轮旋转，而与整车连接着的涡轮即受到力矩的作用，但因其力矩不足以克服汽车的起步阻力矩，所以，涡轮还不会随泵轮的转动而转动。加大节气门开度，使发动机的转速提高，作用在涡轮上的力矩随之增大，当发动机转速增大到一定数值时，作用在涡轮上的力矩足以使汽车克服起步阻力而起步。随着发动机转速的继续增高，涡轮随着汽车的加速而不断加速，涡轮与泵轮转速差的数值逐渐减少。在汽车从起步开始逐步加速的过程中，液力耦合器的工作状况也在不断地变化，这可用下图所示的速度矢量图来说明。假定油液螺旋循环流动的流速VT 保持恒定，VL 为泵轮和涡轮的相对线速度，VE 为泵轮出口速度，VR 为油液的合成速度。
（a）泵轮旋转、涡轮静止时；（b）泵轮、涡轮均低速旋转时；（c）泵轮、涡轮均高速旋转时
涡轮处于不同转速时的液流情况
当车辆即将要起步时，泵轮在发动机驱动下转动而涡轮静止不动。由于涡轮没有运动，泵轮与涡轮间的相对线速度VL将达到最大值，由此而得到的合成速度即油液从泵轮进入涡轮的速度VR也是最大的。油液进入涡轮的方向和泵轮出口
速度之间的夹角θ1 也较小，这样液流对涡轮叶片产生的推力也就较大。
当涡轮开始旋转并逐步赶上泵轮的转速时，泵轮与涡轮间的相对线速度减小，使合成速度VR减小，并使VR和泵轮出口速度VE之间的夹角增大。这样液流对涡轮叶片的冲击力及由此力产生的承受扭矩的能力减小。不过随着汽车速度的增加，需要的驱动力矩也迅速降低。
当涡轮高速转动，即输出和输入的转速接近相同时，相对速度VL和合成速度VR都很小，而合成速度VR与泵轮出口速度VE间的夹角很大，这就使液流对涡轮叶片的推力变得很小，这将使输出元件滑动，直到有足够的循环油液对涡轮产生足够的冲击力为止。
由此可见，输出转速高时，输出转速赶上输入转速是一
个连续不断的趋势，但总不会等于输入转速。除非在工作状况反过来的情况下，变速器变成主动件，发动机变成被动件，涡轮的转速才会等于或高于泵轮转速。这种情况在下坡时可能会发生。
液力变矩器的结构与工作原理
液力变矩器是液力传动中的又一种类型，是构成液力自动变速器不可缺少的重要组成部分之一。它装置在发动机的飞轮上，其作用是将发动机的动力传递给自动变速器中的齿轮机构，并具有一定的自动变速功能。自动变速器的传动效率主要取决于变矩器的结构和性能。
常用液力变矩器的型式有普通液力变矩器、综合式液力变矩器和锁止式液力变矩器。其中，综合式液力变矩器的应用较为广泛。
1．普通液力变矩器的结构与工作原理
液力变矩器的结构（见下图）与液力耦合器相似，它有3 个工作轮，即泵轮、涡轮和导轮。泵轮和涡轮的构造与液力耦合器基本相同；导轮则位于泵轮和涡轮之间，并与泵轮和涡轮保持一定的轴向间隙，通过导轮固定套固定于变速器壳体上。
发动机运转时带动液力变矩器的壳体和泵轮与之一同旋转，泵轮内的液压油在离心力的作用下，由泵轮叶片外缘冲向涡轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片内缘，形成循环的液流。导轮的作用是改变涡轮上的输出扭矩。由于从涡轮叶片下缘流向导轮的液压油仍有相当大的冲击力，只要将泵轮、涡轮和导轮的叶片设计成一定的形状和角度，就可以利用上述冲击力来提高涡轮的输出扭矩。为说明这一原理，可以假想地将液力变矩器的3个工作轮叶片从循环流动的液流中心线处剖开并展平，得到如下图所示的叶片展开示意图。
（a）叶片展开示意图；（b）起步时；（c）车速较高时
1—由泵轮冲向涡轮的液压油方向；2—由涡轮冲向导轮的液压油方向；3—由导轮流回泵轮的液压油方向
液力变矩器工作原理图
2．综合式液力变矩器的结构与工作原理
目前在装备自动变速器的汽车上使用的变矩器大多是综合式液力变矩器，如图所示。它和一般型式液力变矩器的不同之处在于它的导轮不是完全固定不动的，而是通过
单向超越离合器支承在固定于变速器壳体的导轮固定套上。单向超越离合器使导轮可以朝顺时针方向旋转（从发动机前面看），但不能朝逆时针方向旋转。
综合式液力变矩器
当涡轮转速较低时，从涡轮流出的液压油从正面冲击导轮叶片，对导轮施加一个朝逆时针方向旋转的力矩，但由于单向超越离合器在逆时针方向具有锁止作用，将导轮锁止在导轮固定套上固定不动，因此，这时该变矩器的工作特性和液力变矩器相同，涡轮上的输出扭矩大于泵轮上的输入扭矩，即具有一定的增扭作用。当涡轮转速增大到某一数值时，液压油对导轮的冲击方向与导轮叶片之间的夹角为0，此时涡轮上的输出扭矩等于泵轮上的输入扭矩。若涡轮转速继续增大，液压油将从反面冲击导轮，对导轮产生一个顺时针方向的扭矩。由于单向超越离合器在顺时针方向没有锁止作用，可以像轴承一样滑转，所以，导轮在液压油的冲击作用下开始朝顺时针方向旋转。由于自由转动的导轮对液压油没有反作用力矩，液压油只受到
泵轮和涡轮的反作用力矩的作用。因此，该变矩器不能起增扭作用，其工作特性和液力耦合器相同。这时涡轮转速较高，该变矩器亦处于高效率的工作范围。
导轮开始空转的工作点称为耦合点。由上述分析可知，综合式液力变矩器在涡轮转速由0 至耦合点的工作范围内按液力变矩器的特性工作，在涡轮转速超过耦合点转速之后按液力耦合器的特性工作。因此，这种变矩器既利用了液力变矩器在涡轮转速较低时所具有的增扭特性，又利用了液力耦合器在涡轮转速较高时所具有的高传动效率的特性。
3. 液力变矩器的特性
液力变矩器的特性可用几个与外界负荷有关的特性参数或特性曲线来评价。如图所示，描述液力变矩器的特性参数主要有转数比、泵轮转矩系数、变矩系数、效率和穿透性等。描述液力变矩器的特性曲线主要有外特性曲线、原始特性曲线和输入特性曲线等。
液力变矩器的特性曲线
4．液力变矩器的检测
液力变矩器的检测如下图所示。
液力变矩器的检测
检查单向离合器
1
确定变矩器离合器总成的状态
2
更换变矩器离合器中的 ATF
3
清洗和检查ATF冷却器及ATF管路
4
防止变矩器离合器变形以及对油泵齿轮造成损坏
5
5．液力变矩器的安装
液力变矩器的安装步骤如图所示。
液力变矩器的安装步骤
①将 ATF 倒入变矩器。一个新的变矩器大约需要 1 L 的油液。如果继续使用旧的变矩器，应加入与放出的油量等量的 ATF。
②对准变矩器上的凹口与油泵上的凹口来安装变矩器。
③用游标卡尺和金属直尺测量距离A，以确认变矩器的位置是否合适。距离A：大于或等于16.2 mm。
典型三元件、四元件综合液力变矩器的工作原理
1．三元件液力变矩器的工作原理
变矩状态：涡轮转速较低、与泵轮转速差较大时，从涡轮出口处流出的工作油冲击导轮正面，使导轮顺时针旋转，单向离合器锁止，如图所示。
耦合状态：当涡轮转速升高到一定值时，工作油冲击导轮背面，导轮逆时针旋转，单向离合器分离。
三元件综合液力变矩器工作原理
2．四元件综合液力变矩器的工作原理
三元件由变矩状态到耦合状态效率显著下降，为避免这个缺点，将导轮分割成两个，分别装在各自的自由轮上，组成四元件，如图所示。
四元件综合液力变矩器工作原理

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