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液力变矩器功用

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液力变矩器的功用和组成

1．功用
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，主要完成以下功用：
(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，液力变矩器的动力传递柔和，且能防止传动系过载。
2．组成
如图4－6所示，液力变矩器通常由泵轮、涡轮和导轮三个元件组成，称为三元件液力变矩器。也有的采用两个导轮，则称为四元件液力变矩器。

图4-6  液力变矩器的组成
B－泵轮  W－涡轮  D－导轮  1－输入轴  2－输出轴  3－导轮轴  4－变矩器壳
液力变矩器总成封在一个钢制壳体（变矩器壳体）中，内部充满ATF。液力变矩器壳体通过螺栓与发动机曲轴后端的飞轮连接，与发动机曲轴一起旋转。泵轮位于液力变矩器的后部，与变矩器壳体连在一起。涡轮位于泵轮前，通过带花键的从动轴向后面的机械变速器输出动力。导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向离合器支承在固定套管上，使得导轮只能单向旋转（顺时针旋转）。泵轮、涡轮和导轮上都带有叶片，液力变矩器装配好后形成环形内腔，其间充满ATF。
液力变矩器的工作原理
1．动力的传递
液力变矩器工作时，壳体内充满ATF，发动机带动壳体旋转，壳体带动泵轮旋转，泵轮的叶片将ATF带动起来，并冲击到涡轮的叶片；如果作用在涡轮叶片上冲击力大于作用在涡轮上阻力，涡轮将开始转动，并使机械变速器的输入轴一起转动。由涡轮叶片流出的ATF经过导轮后再流回到泵轮，形成如图4－7所示的循环流动。

图4-7  ATF在液力变矩器中的循环流动
1－涡轮  2－导轮  3－泵轮  4－油流
具体来说，上述ATF的循环流动是两种运动的合运动。当液力变矩器工作，泵轮旋转时，泵轮叶片带动ATF旋转起来，ATF绕着泵轮轴线作圆周运动；同样随着涡轮的旋转，ATF也绕着涡轮轴线作圆周运动。旋转起来的ATF在离心力的作用下，沿着泵轮和涡轮的叶片从内缘流向外缘。当泵轮转速大于涡轮转速时，泵轮叶片外缘的液压大于涡轮外缘的液压。因此，ATF油在作圆周运动的同时，在上述压差的作用下由泵轮流向涡轮，再流向导轮，最后返回泵轮，形成在液力变矩器环形腔内的循环运动。
2．转矩的放大
在泵轮与涡轮的转速差较大的情况下，由涡轮甩出的ATF以逆时针方向冲击导轮叶片，如图4－8所示，此时导轮是固定不动的，因为导轮上装有单向离合器，它可以防止导轮逆时针转动。导轮的叶片形状使得ATF的流向改变为顺时针方向流回泵轮，即与泵轮的旋转方向相同。泵轮将来自发动机和从涡轮回流的能量一起传递给涡轮，使涡轮输出转矩增大。液力变矩器的转矩放大倍数一般为2.2左右。

图4－8  液力变矩器转矩放大原理
1－泵轮  2－涡轮  3－导轮个－泵轮
液力变矩器的变矩特性只有在泵轮与涡轮转速相差较大的情况下才成立，随着涡轮转速的不断提高，从涡轮回流的ATF油会按顺时针方向冲击导轮。若导轮仍然固定不动，ATF油将会产生涡流，阻碍其自身的运动。为此绝大多数液力变矩器在导轮机构中增设了单向离合器，也称自由轮机构。当涡轮与泵轮转速相差较大时，单向离合器处于锁止状态，导轮不能转动。当涡轮转速达到泵轮转速的85％～90％时，单向离合器导通，导轮空转，不起导流的作用，液力变矩器的输出转矩不能增加，只能等于泵轮的转矩，此时称为偶合状态。
液力变矩器的工作原理可以通过一对风扇的工作来描述。如图4-9所示，将风扇A通电，将气流吹动起来，并使未通电的电扇B也转动起来，此时动力由电扇A传递到电扇B。为了实现转矩的放大，在两台电扇的背面加上一条空气通道，使穿过风扇B的气流通过空气通道的导向，从电扇A的背面流回，这会加强电扇A吹动的气流，使吹向电扇B的转矩增加。即电扇A相当于泵轮，电扇B相当于涡轮，空气通道相当于导轮，空气相当于ATF。

图4-9  液力变矩器的工作模型

液力变矩器的液流如图4-10所示，由图可以看出，涡轮回流的ATF油经过导轮叶片后改变流动方向，与泵轮旋转方向相同，从而使液力变矩器具有转矩放大的功用。

图4-10  液力变矩器的液流

3．无级变速
从上面的分析我们可以得出这样的结论：随着涡轮转速的逐渐提高，涡轮输出的转矩要逐渐下降，而且这种变化是连续的。同样，如果涡轮上的负荷增加了，涡轮的转速要下降，而涡轮输出的转矩增加正好适应负荷的增加。
典型液力变矩器
典型的液力变矩器如图4－11所示，主要由泵轮、涡轮、带单向离合器的导轮、变矩器壳体、涡轮轴、锁止离合器等组成。下面只介绍单向离合器和锁止离合器。

图4－11  典型的液力变矩器
1－变矩器壳体(A)  2－涡轮止推垫片(B)  3－压盘(C)  4－扭转减振器(D)  5－压盘弹簧(E) 
6－涡轮(F)  7－止推轴承(G)  8－带单向离合器的单导轮(H)  9－带单向离合器的双导轮(H) 
10－泵轮(I)  11－导轮轴  12－分离油液  13－接合油液  14－涡轮轴
1．单向离合器
单向离合器又称为自由轮机构、超越离合器，其功用是实现导轮的单向锁止，即导轮只能顺时针转动而不能逆时针转动，使得液力变矩器在高速区实现偶合传动。
1) 结构和原理
常见的单向离合器有楔块式和滚柱式两种结构形式。
楔块式单向离合器如图4－12所示，由内座圈、外座圈、楔块、保持架等组成。导轮与外座圈连为一体，内座圈与固定套管刚性连接，不能转动。当导轮带动外座圈逆时针转动时，外座圈带动楔块逆时针转动，楔块的长径与内、外座圈接触，如图4－12a)所示由于长径长度大于内、外座圈之间的距离，所以外座圈被卡住而不能转动。当导轮带动外座圈顺时针转动时，外座圈带动楔块顺时针转动，楔块的短径与内、外座圈接触，如图4－12b)所示由于短径长度小于内、外座圈之间的距离，所以外座圈可以自由转动。

图4－12  楔块式单向离合器
a)不可转动  b)可以转动  c)楔块结构  d)楔块式单向离合器
1－内座圈  2－楔块  3－外座圈  4－保持架
滚柱式单向离合器如图4－13所示，由内座圈、外座圈、滚柱、叠片弹簧等组成。当导轮带动外座圈顺时针转动时，滚柱进入楔形槽的宽处，内、外座圈不能被滚柱楔紧，外座圈和导轮可以顺时针自由转动。当导轮带动外座圈逆时针转动时，滚柱进入楔形槽的窄处，内、外座圈被滚柱楔紧，外座圈和导轮固定不动。

图4－13  滚柱式单向离合器
1－叠片弹簧  2－外座圈  3－滚柱  4－内座圈
2) 故障与检修
单向离合器损坏失效后，液力变矩器就没有了转矩放大的功用，将出现如下故障现象：车辆加速起步无力，不踩加速踏板车辆不走，但车辆行驶起来之后换挡正常，发动机功率正常，如果作失速试验会发现失速转速比正常值低400～800rpm。
单向离合器的检查如图4－14所示，用专用工具插入油泵驱动毂和单向离合器外座圈的槽口中。然后用手指压住单向离合器的内座圈并转动它，检查是否顺时针转动平稳而逆时针方向锁止。如果单向离合器损坏则需要更换液力变矩器总成。

2．锁止离合器
锁止离合器简称TCC，是英文Torque Converter Clutch的缩写。锁止离合器可以将泵轮和涡轮直接连接起来，即将发动机与机械变速器直接连接起来，这样减少液力变矩器在高速比时的能量损耗，提高了传动效率，提高汽车在正常行驶时的燃油经济性，并防止ATF油过热。
1) 结构和原理
锁止离合器的结构、原理如图4－15所示。当车辆在良好路面行驶，满足下面五个条件时，锁止离合器将接合：
a) 冷却液温度不低于65°。
b) 选档杆处于D位，且档位在D2、D3或D4档。
c) 没有踩下制动踏板。
d) 车速高于56km/h。
e) 节气门开启。
锁止离合器接合时，进入液力变矩器中的ATF按图4－15a)所示的方向流动，使锁止活塞向前移动，压紧在液力变矩器壳体上，通过摩擦力矩使二者一起转动。此时发动机的动力经液力变矩器壳体、锁止活塞、扭转减振器、涡轮轮毂传给后面的机械变速器，相当于将泵轮和涡轮刚性连在一起，传动效率为100％。

图4－15  锁止离合器的结构、原理
a)锁止状态  b)分离状态
1－涡轮轮毂  2－变矩器壳体  3－锁止活塞  4－扭转减振器
当车辆起步、低速或在坏路面上行驶时，应将锁止离合器分离，使液力变矩器具有变矩作用。此时ATF油按图4－15b)所示的方向流动，将锁止活塞与液力变矩器壳体分离，解除液力变矩器壳体与涡轮的直接连接。
想一想：在不分解液力变矩器的情况下，如何检查锁止离合器的工作是否正常？
提示：在满足锁止离合器接合的情况下行驶车辆，快速将加速踏板踩下超过2/3，如果发动机转速没有明显的上升，说明锁止离合器已经接合；如果发动机转速明显上升，说明锁止离合器没有工作。
2) 故障与检修
锁止离合器的常见故障有不锁止和常锁止。不锁止的现象是车辆的油耗高、发动机高速运转而车速不够快。具体检查时要相应检查电路部分、阀体部分以及锁止离合器本身。
常锁止的现象是发动机怠速正常，但选档杆置于动力档（R、D、2、L）后发动机熄火。
锁止离合器的检查需要将液力变矩器切开后才能进行，但这只能由专业的自动变速器维修站来完成。
3．其它检修项目
1) 检查液力变矩器的外部
目视检查液力变矩器的外部有无损坏和裂纹，油泵驱动毂外径有无磨损、缺口有无损伤。如有异常应更换液力变矩器。
2) 液力变矩器的清洗
当自动变速器曾有过热现象或ATF被污染后，应该清洗液力变矩器。清洗液力变矩器可以采用专用的冲洗机进行，也可以手工清洗，方法是加入干净的ATF，用力摇晃、振荡液力变矩器，然后排净油液，反复进行这样的操作，直到排出的油液干净为止。
3) 液力变矩器内部干涉的检查
液力变矩器内部干涉主要指导轮和涡轮、导轮和泵轮之间的干涉。如果有干涉，液力变矩器运转时会有噪声。
导轮和涡轮之间的干涉检查如图4－16所示。将液力变矩器与飞轮连接侧朝下放在台架上，然后装入油泵总成，确保液力变矩器油泵驱动毂与油泵主动部分接合好。把变速器输入轴（涡轮轴）插入涡轮轮毂中，使油泵和液力变矩器保持不动，然后顺时针、逆时针反复转动涡轮轴，如果转动不顺畅或有噪声，则更换液力变矩器。

图4－16  导轮和涡轮之间的干涉检查
1－涡轮轴  2－油泵总成  3－液力变矩器总成

导轮和泵轮之间的干涉检查如图4－17所示，将油泵放在台架上，并把液力变矩器安装在油泵上，旋转液力变矩器使液力变矩器的油泵驱动毂与油泵主动部分接合好，然后固定住油泵并逆时针转动液力变矩器，如果转动不顺畅或有噪声，则更换液力变矩器。

图4－17  导轮和泵轮之间的干涉检查
1－液力变矩器总成  2－油泵总成

4．安装液力变矩器
把液力变矩器安装到变速器上时，要使两个传动销座落在油泵的切口内，并使距离A至少为20mm，如图4－18所示。

图4－18  安装液力变矩器

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