三、液力变矩器的动力传递原理

1.转矩放大功能

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，因此这一部分来自涡轮的回流工作液便经过导轮的折射（由于导轮停转）直接冲击在泵轮叶片的背面（非工作面），此时泵轮不但受到发动机的带转，同时又受到这部分液流的推动作用，形成两个力，导轮的液流推动力就是增加转矩（俗称“增扭”）的力，如图2-9所示。

图2-9 液力变矩器转矩放大原理

当涡轮转速增大到某一数值时，自动变速器油（ATF）对导轮的冲击方向与导轮叶片之间的夹角为0°，此时涡轮上的输出转矩等于泵轮上的输入转矩。若涡轮转速继续增大，ATF将从反面冲击导轮，对导轮产生一个顺时针方向的转矩，由于单向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ATF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ATF没有反作用力矩，ATF只受到泵轮和涡轮的反作用力矩的作用。因此这时液力变矩器不能起“增矩”作用，其工作特性和液力偶合器相同。这时涡轮转速较高，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偶合点。

由上述分析可知，综合式液力变矩器在涡轮转速由0至偶合点的工作范围内，按液力变矩器的特性工作；在涡轮转速超过偶合点转速之后，按液力偶合器的特性工作。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矩特性，又利用了液力偶合器涡轮转速较高时所具有的高传动效率的特性。

2.液力传动功能

液力变矩器无论是在增矩阶段，还是在偶合阶段，都是通过以ATF作为介质来传递发动机动力至变速器的，这就是变矩器的软连接功能，如图2-10所示。

3.机械传动功能

如果发动机输出至变速器的动力总是通过液体传递的，会造成很多的能量损失，同时又由于涡轮为从动元件，它永远都会与泵轮之间存在着转速差，因此总是存在功率损失并且损失的功率会使自动变速器油的工作温度不断升高。在变矩器控制系统里采用变矩器锁止离合器（TCC）可以实现变矩器的刚性连接（硬连接），如图2-11所示。

图2-10 液力变矩器液力传递（软连接）

图2-11 液力变矩器机械传递（硬连接）

自动变速器控制单元根据车速、节气门开度、发动机转速、变速器液压油温度、操纵手柄位置、控制模式等因素，按照设定的锁止控制程序向锁止电磁阀发出控制信号，操纵锁止控制阀，以改变锁止离合器压盘两侧的油压，从而控制锁止离合器的工作。

1）当车速较低时，锁止控制阀让液压油从变矩器锁止离合器活塞前端经输入轴进入变矩器，使锁止离合器压盘两侧保持相同的油压，锁止离合器处于分离状态，这时输入变矩器的动力完全通过液压油传至涡轮。

2）当汽车在良好道路上高速行驶，且车速、节气门开度、变速器液压油温度等因素符合一定要求时，控制单元即操纵锁止控制阀，让液压油从变矩器锁止离合器活塞的后端进入变矩器，使锁止离合器压盘前端的油压下降。由于压盘（锁止离合器活塞）后端的液压油压力仍为变矩器压力，从而使压盘在前后两面压力差的作用下压紧在主动盘（变矩器壳体）上，这时输入变矩器的动力通过锁止离合器的机械连接，由压盘直接传至涡轮输出，传动效率为100%。另外，锁止离合器在接合时还能减少变矩器中的液压油因液体摩擦而产生的热量，有利于降低液压油的温度。

有些车型的液力变矩器的锁止离合器盘上还装有减振弹簧，以减小锁止离合器在结合时瞬间产生的冲击力。

4.半液压半机械传动功能

当前绝大部分自动变速器的锁止离合器控制均实现了半液压半机械连接控制，这主要是当变矩器由液力传递到机械传递时，为避免出现过大的振动影响换档品质。因为新型自动变速器的锁止离合器工作点提前了，部分车型已经允许在前进一档就可以工作，所以在换档点上变矩器锁止离合器尽可能应处于脱开状态，但如果是开关油路势必会带来冲击感，同时从控制上很难保证锁止离合器活塞在规定的时间能够迅速地完全脱开，所以半液压半机械传递就出现了（图2-12）。

图2-12 变矩器锁止离合器半锁状态

5.液力变矩器的工作液流

液力变矩器主要是利用ATF的离心力来完成动力传递过程的，这样就出现了其内部的油液流动工作过程。液力变矩器的传递能力主要取决于变矩器的工作直径及其转速，同时还取决于泵轮与涡轮上面的叶片的数量及其角度。

（1）涡流和环流 变矩器内部的ATF液流其实是有两种工作状态，两种液流的大小会根据泵轮与涡轮之间的转速差形成镜像变化，也就是说，当变矩器以涡流工作为主时，一定以环流为次；反之，当变矩器以环流工作为主时，则以涡流为次。图2-13为涡流和环流示意图。

1）涡流。变矩器泵轮带动ATF产生的离心压力冲击涡轮叶片外部边缘时，涡轮旋转的同时有一部分ATF工作液从涡轮叶片内部边缘的中心部位回流并冲击在导轮叶片的正面；当导轮单向离合器锁止时，这部分回流工作液经导轮折射后又冲击到泵轮叶片的背面，这一循环流动的液流称为涡轮。不难看出，以涡流为主时变矩器增矩效果好。

图2-13 液力变矩器内部的环流和涡流

2）环流。沿变矩器泵轮和涡轮一同作圆周运动的液流就是环流，因此当变矩器以环流为主时输出功率好。

根据变矩器工作原理得知：当泵轮与涡轮转速差较大时，变矩器是以涡流为主；转速差较小时，是以环流为主。变矩器以涡流为主时增矩效果佳，输出功率差；而以环流为主时，输出功率好，但无增矩。因此，变矩器的工作特性是符合我们的需要的：低速时需要增矩效果，高速时需较好的输出功率。

（2）导环 为了促进环流，确保发动机输出功率损失尽可能减少，在变矩器泵轮和涡轮上还增加了导环，如图2-14所示。增加导环的目的就是促进环流。

图2-14 导环

6.液力变矩器转矩变化原理

（1）汽车起步前 变速杆置于P位或N位起动发动机时，涡轮是以低于泵轮转速（发动机转速）旋转的。在汽车起步之前（制动挂动力档）涡轮停转，转速变为0，此时导轮被单向离合器锁死（图2-15），发动机通过液力变矩器壳体带动泵轮转动，并对ATF产生一个转矩，该转矩即为液力变矩器的输入转矩。ATF在泵轮叶片的推动下，以一定的速度和离心压力冲向与之对置的涡轮叶片的外部边缘上，并对涡轮产生冲击转矩，该转矩即液力变矩器的输出转矩。此时由于涡轮静止不动，冲向涡轮的ATF沿涡轮叶片角度流向涡轮叶片的内部边缘，这样ATF在涡轮内部边缘也会以一定的速度，沿着与涡轮叶片内部边缘的出口处以相同的方向冲向中间的导轮叶片，此时对导轮也产生一个冲击力矩，由于此时导轮在单向离合器的作用下被锁死因此又被导轮叶片折射流回泵轮叶片上，因此泵轮不但受发动机的带转，同时还受到涡轮回流工作液的推动，形成作用在泵轮上的两个力，第二个力就是变矩器增矩的力（此时变矩器的内部液体流动是以涡流为主），发动机便会输出较大的转矩。当作自动变速器失速试验时（涡轮停转，泵轮转速达到最高转速），转矩可以放大2.7倍。

图2-15 汽车起步前的液力变矩器工作状况

踩制动挂档时涡轮停止旋转

（2）汽车起步后低速行驶 当汽车在液力变矩器输出转矩的作用下起步后（图2-16），与驱动轮相连接的涡轮也开始转动，其转速随着汽车的加速不断增加。这时，由泵轮冲向涡轮的ATF除了沿着涡轮叶片流动（涡流）之外，还要随着涡轮一同转动（环流），使得由涡轮叶片内部边缘出口处冲向导轮的ATF的方向发生变化的同时回流工作液的流量也发生了变化，不再与涡轮出口处叶片的方向相同（涡轮不转时），而是顺着涡轮转动的方向向前偏斜了一个角度，使冲向导轮的液流方向与导轮叶片之间的夹角变小。虽说这时导轮仍没有旋转（单向离合器锁死），但导轮上所受到的冲击力矩也随之减小，液力变矩器的增矩作用亦随之减小。车速越高，涡轮转速越大，冲向导轮的液压油方向与导轮叶片的夹角就越小，液力变矩器的增矩作用也越小；反之，车速越低，液力变矩器的增矩作用就越大。因此与液力偶合器相比，液力变矩器在汽车低速行驶时有较大的输出转矩，在汽车起步上坡或遇到较大行驶阻力时，能使驱动轮获得较大的驱动转矩。

图2-16 汽车起步后涡轮开始转动时的工作状态

（3）中高速行驶 当涡轮转速随车速的提高而增大到某一数值时（泵轮与涡轮转速差较小时），冲向导轮的ATF的方向与导轮叶片之间的夹角减小为0，这时导轮将不受ATF的冲击作用，从涡轮回流的少部分ATF流直接经导轮叶片的空隙流出（图2-17），液力变矩器失去增矩作用，其输出转矩等于输入转矩。

如果涡轮转速进一步提高（涡轮转速与泵轮转速接近时变矩器内部ATF流以环流为主），越来越少的冲向导轮的ATF方向继续向前斜（图2-18），使ATF工作液冲击在导轮叶片的背面，此时导轮单向离合器打滑，失去锁止意义，并以泵轮旋转方向相同的方向开始转动，导轮对ATF的反作用转矩的方向与泵轮对ATF转矩的方向相反，液力变矩器的输出转矩反而比输入转矩小，在一定程度上其传动效率也随之减小，这也是液力变矩器的工作特性决定的。

图2-17 少量的涡轮回流ATF通过导轮叶片空隙流出

7.带锁止离合器的液力变矩器的特性曲线

根据液力变矩器的工作特性（图2-19）可以得知液力变矩器具有不可协调的矛盾。当涡轮转速较低、泵轮与涡轮转速差较大时，变矩器内部工作液流以涡流为主时增矩效果好，但输出功率差，特别是在涡轮不转、泵轮转速达到最高时，液力变矩器的增矩效果达到最佳，但无输出功率（原因是驱动车轮停转）；当涡轮的转速增加到某一数值时，液力变矩器的传动效率等于液力耦合器的传动效率，此时变矩器无增矩功能，但可以说输出功率较高（由于是液力传递仍有功率损失）；但当涡轮转速继续增大后，液力变矩器的传动效率将小于液力偶合器的传动效率，其输出转矩也随之下降（图2-19）。因此为保证发动机输出功率不受损失势必在综合式变矩器中增加锁止离合器闭锁装置。

图2-18 液力变矩器的耦合状态

图2-19 液力变矩器工作特性曲线

（1）锁止离合器分离状态 液力变矩器锁止离合器的分离状态其实就是发动机至自动变速器之间的动力连接是以液压方式连接为主的。在过去传统型电控自动变速器中，只有最高档位才能实现发动机与自动变速器之间刚性连接，其他档位均为液力传动。而在当今的新款车型上变矩器锁止离合器的控制明显提前了（低速档也可实现刚性连接），同时为了保证液力传动与机械传动交替转换过程中的平稳过渡性能，锁止离合器的控制形式也改变了，由原来的开关油路变为可调节油路（图2-20），这样更进一步增加了自动变速器车辆使用的舒适性。

图2-20 变矩器锁止离合器分离状态

根据图2-20不难看出，当变矩器锁止离合器处于分离状态时，变矩器工作油路的走向是：来自液压系统中液力变矩器压力调节阀调节过后的变矩器工作油液经变矩器锁止离合器控制阀左侧进油道流入，经自动变速器输入轴前端又经锁止离合器活塞的前端进入（相当于将锁止离合器活塞向后推开），经变矩器做功后从变矩器锁止离合器活塞后端流出去往散热器进行散热。此时的工作过程便是液力变矩器的液压传递过程。

图2-21 变矩器锁止离合器接合状态

（2）锁止离合器接合状态（图2-21） 为了满足发动机输出功率尽可能不受损失同时为使自动变速器温度不再进一步升高，控制单元在满足锁止离合器接合条件时便向锁止离合器电磁阀发出工作指令，电磁阀工作后逐渐将来自减压阀的恒压接通到锁止离合器控制阀没有弹簧侧（右侧），当阀门右侧的减压压力大于左侧弹簧压力时阀门便克服弹簧压力向左侧移动，此时变矩器的进油油道发生改变同时锁止离合器活塞两端的压差也发生改变，来自液力变矩器压力调节阀的ATF压力不再从输入轴前端进入而是通过输入轴和导轮轴中间的油道进入，也就相当于从变矩器锁止离合器活塞的后端进入，从锁止离合器活塞前端流回。这样锁止离合器活塞便紧紧地压在变矩器壳体上，锁止离合器活塞上的摩擦片便与变矩器壳体之间形成一个足以使泵轮与涡轮达到同步转速的摩擦力矩。此时变矩器泵轮与涡轮转速相等（无转速差），发动机输出功率100%地传递到自动变速器中，同时变速器工作温度也随之降低。