液力变矩器是一种液力传动装置。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。液力变矩器的壳体安装在发动机飞轮上，泵轮与壳体焊接在一起，随发动机曲轴的转动而转动，是液力变矩器的主动部分；涡轮和输出轴连接在一起，是液力变矩器的从动部分。泵轮和涡轮相对安装，称为工作轮，在两轮间布置安装一个导轮。其结构主要由壳体（泵轮）、涡轮、导轮（带单向离合器）、锁止离合器等组成，如图2-8所示。
图2-8 4HP-20变矩器剖面图
1—变矩器内部 2—锁止离合器 3—变矩器（与飞轮）固定螺栓 4—锁止离合器摩擦片 5—外壳 6—涡轮 7—泵轮 8—导轮 9—单向离合器 10—外壳焊接处
1.认识液力变矩器内部元件
液力变矩器分解见图2-9。
图2-9 液力变矩器分解
2.变矩器实物剖开
为了入门者进一步了解变矩器，我们将4HP-20液力变矩器在车床上切割开来，将内部元件一一呈现在大家的面前（图2-10）。后面的章节里我们还将对液力变矩器全程进行剖解、维修和安装。
图2-10 4HP-20液力变矩器剖开图
3.液力变矩器在自动变速器中固定
在前面我们了解到液力变矩器是通过前端的螺栓或螺母固定在飞轮上的，液力变矩器的后端是插入式快速安装定位法，在设计时要驱动油泵（ATF）、布置一个轴套（专业人士称为“杯士”）和一个自动变速器前油封、在壳体上设有固定花键轴（即导轮固定套）。重点要求是使发动机后端（螺孔）、飞轮、液力变矩器、自动变速器（壳与轴套）在一直线上，否则会引起轴套磨损与油封损坏导致漏油，以及产生异响。液力变矩器固定见图2-11。
图2-11 液力变矩器固定
在图2-11中，同轴心设计要求1、2号螺栓孔准确无偏差，直接关系到发动机与自动变速器中心度，此外发动机的曲轴窜动、飞轮的偏摆均可影响自动变速器液力变矩器部分工作性能，后面将以案例讲述其中的故障。
（1）液力变矩器安装到自动变速器的前端，有三种方法驱动油泵。
如4HP-20采用插口，主要是通过旋转液力变矩器将插口插到油泵主动齿轮上，一般推入液力变矩器时慢慢转动就可以插上。
又如本田车的BAYA自动变速器采用键齿形。
再如宝来车的01M自动变速器使用扁口形。
（2）液力变矩器内部有两个花键孔，即导轮和涡轮，推入后分别将导轮固定花键和输入轴花键相连接。
这里说的固定就是不能转动的意思，输入轴当然能转动了，就是由涡轮传动。
4.液力变矩器内部元件详解
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转矩。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转矩。
汽车从静止、到起步行驶、加速行驶的工作中，液力变矩器进行了三个工作状态：变矩状态、偶合状态、锁止状态。
（1）泵轮
1）泵轮就是液力变矩器的外壳，因固定在飞轮上，所以发动机一旦转动，它就一直转动，是等速的（发动机有多快，它就有多快），同时驱动油泵，将油底壳内的ATF油吸上来泵向阀体、泵向液力变矩器内部。
2）泵轮的叶片是焊接在液力变矩器的壳体后部内侧，排列有序，叶片形状是直的。
3）泵轮叶片的中部有一圈环带（称为导环），将叶片分成内侧和外侧。
4）ATF油被泵入液力变矩器内部，由泵轮叶片再次泵起来，由里向外穿过环带泵向涡轮。
①实物解说见图2-12和图2-13。
图2-12 4HP-20油泵泵ATF油
重点
导轮固定套（花键）与输入轴形成油道1，将输入轴做成空心的用以过油的通道，即油道2。这两个油道并没有指定哪个是进油道、哪个是回油道；当要实现不同的作用时，两个油道可作进油或回油使用，具体的ATF油液流动的方向（切换）在后面的章节会详细地介绍。重点
图2-12和图2-13的工作过程：
图2-12中，发动机飞轮刚性连接的液力变矩器一同旋转，驱动油泵将油底壳内ATF油液吸上来泵向变矩器内部（油道1），其中要经过液压机构（阀体）调节，供变矩器泵轮使用。
图2-13中，泵轮有27条直形的叶片，用导环形成内圈和外圈。叶片的排列稍微有一定的倾斜角度，成等距焊接在液力变矩器后壳上，设计成倾斜角度（叶片定位）是为后面（导轮叶片）液流方向埋下了伏笔。导环的存在意义非常大，也就是将一些原本看起来似乎呆板的直形叶片一下子富有极强的生命力，也就是赋予了“泵”的真正含义：内圈是泵，导环下面是油道，外圈是出口。此外，内圈的大小，也是设计预留而来，刚好是导轮的容身之所。
外圈的出油口直达涡轮，其出口数量多达27个，有足够泵压力使得ATF油液形成强大的液力动力。这就是我们书本上看到的液力变矩器中“液力”两个字。这个强大的液力，足以传递发动机的功率、经涡轮和输入轴、通过变速齿轮机构传到差速器、左右半轴到达驱动轮，而使汽车行驶。
图2-13 4HP-20泵轮泵ATF油
叶片的数量依输出转矩而定，并不是一成不变的。如宝马车装用6HP-19液力变矩器的泵轮叶片多达31片，且成弧形焊接，泵（液）力更加强大。且液力的大小也随着发动机转速不同而变化。
泵轮顺时针转动，迅速将油道1而来的油液卷扬而起，圆周泵向出口。至此，泵轮就完成它的工作使命。回油通过油道2。
使命一：驱动油泵，保证系统油压的供应；
使命二：产生足够大的油液压力，推动涡轮旋转，将动力传入自动变速器内。
②理论解说。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。
变矩器的壳体轴颈卡槽驱动油泵，这是“一级”油泵，泵轮是“二级”油泵。在维修中如果一级油泵没有油，那么二级油泵就缺乏液压油，当然车辆就无法起步了。这种情况有三：一是缺油（油不足或滤网堵塞），二是泄漏，三是吸不上油（多见于滤网没装好）。
我们开始接触到自动变速器的一些理论方面图形，有一些特别的表示方法，如变矩器理论图与实物图的表示方法。这个大家要多看，多分析，没有多大的技巧。
但是比较难懂的是叶片理论图，在设计时将泵轮、涡轮、导轮展开三个不同的平面图。如4HP20泵轮叶片向后倾斜（见图2-13a），而设计时理论图如图2-14b、c所示。这种图看起来比较抽象，可参照图2-22c进行理解。
图2-14 泵轮
（2）涡轮
1）涡轮就是被动轮，内花键与输入轴花键连接，它的旋转受控于泵轮和制动，当锁止离合器工作时，它也是旋转的。
2）涡轮的叶片是焊接在泵轮叶片的对面，排列有序，叶片形状是弧形的。
3）涡轮叶片的中部有一圈环带（称为导环），将叶片分成内侧和外侧，这一点与泵轮相同且协同泵轮导环合成一个圆形，将来油液围绕这个圆形而形成环流作用。
4）涡轮外侧口承受泵轮的压力油液而产生转动，输入轴就因此而旋转。油液续流到达涡轮的内侧直流至导轮。
5）涡轮与锁止离合器是邻居，锁止离合器在配置在涡轮上，工作时动力通过涡轮花键传到输入轴。
①实物解说见图2-15和图2-16。
图2-15 涡轮
重点
涡轮叶片是弧形的，图2-15b可清楚看到弧形拐点，液体冲击在拐点上产生了力矩，使涡轮旋转，我们要思考设计人员用意，叶片设计成弧形的作用，这就是我们学习的目的。
涡轮叶片只有25片，比泵轮少2片，那么圆周排列时外侧口径自然比泵轮口径宽，这就使得油液更好地进入涡轮叶片。宝马车装用6HP-19液力变矩器的涡轮叶片有29片，比泵轮少2片。
导环的大小与泵轮的相同，既然是油液传动，那么涡轮与泵轮的距离就不能太远，几乎贴面接合的。
图2-15中，涡轮看似是个简单的物件，工作起来却是一个受力强大的元件，静止时可以纹丝不动，旋转时一点也不含糊。在这里我们正面看到它旋转的方向是逆时针，大家切记不要理解成它是反转的，刚才讲到它是与泵轮贴面安装的，从背面看就是顺时针转了。
叶片的传力作用在涡轮里发挥得淋漓尽致。我们如何加深理解它的作用、它的力距传递？下面我们用一些日常生活中见到的事物加以讲解，逐步达到理解设计人员的意图。我们学理论、学结构，很少去揣摩开发设计人员的意图，那么要成为技术高手就还差一定的距离了。
图2-16a、b是我们儿时常拿在手中的玩具，每天盼望着有风，没风就用嘴吹气，要不就向前跑，小风车就转动起来了。
图2-16 风力传动的运用
图2-16c是个风力发电机，同样地借用风转动而发电。图2-16d是家用吊扇，风也能吹动它。
这些，我们看到都需要风这个自然界的产物，称为“工作介质”。有了工作介质还不行，关键是叶片上做了一些“特别”的加工，假若是平面型的叶片，既使有风也不会转动，或者转不快。图2-16a中的纸片折叠得尤为夸张，但是在相同的风力下，肯定比图2-16b小风车转得快，这就是弧形的魔力。这个魔力点就是风吹在叶片的折点上，在弧形处受到风阻而转动起来。折叠的弧形角度很像我们学习的涡轮叶片，用风来吹动涡轮带动汽车那肯定是行不通的，就用到ATF油来做这个“工作介质”，称为液力传动。
又如，小时候玩伴经常玩水战，就是在家门口的水管龙头前开始了。打开水龙头，自来水就流出来了，大拇指弯曲按住水管口就射向玩伴的身上了，按得紧就射得远，还可以控制射击的方向。这个弯曲点就是水压冲击改变射向的受力点。
我们的手指弯曲实际就折成了一个弧度，而这个弧度就形似我们说到的涡轮叶片，可见它就在我们的生活中，并不陌生。学习它也是容易的一件事。风车、风扇有3～4叶片就能转动了，涡轮有二十几片，看来叶片的数量也与转速、转矩有关。
我们知道了两个关系：一是叶片弧形的设计；二是弧度的传力方式。
涡轮叶片外侧口是泵轮泵出来的油液入口，这个泵力是非常强大的，产生足够大的液流压力，快速地冲向涡轮入口。液流受到弧形叶片的阻碍，在弧度处形成强大的冲击，使得整个涡轮快速地旋转，将动力传给输入轴。叶片的弧形也改变了油液流动的方向，图2-15中看得出进到入口的油液是由右向左，在叶片弧度处折返，通过导环出来后又向右了，几乎是“原路返回”。
我想机械领域里泵轮和涡轮的设计，使得普通的一些叶片，具有如此强大的驱动力，是非常了不起的一件事。
这里的工作介质就是ATF（自动变速器油）。
②理论解说见图2-17。[]
图2-17 涡轮的转动
曾经非常神秘的自动变速器已经被我们掀开了面纱，泵轮工作将油液泵向了涡轮。在图2-17 中，涡轮装配在输入轴的花键上，它们在涡轮的弧形叶片带动下一起转动了。自动变速器的变速杆处在P位、N位，发动机一旦起动运转，就一直工作。这是设计所决定的。
重点
前面的例子，手指按住水管口造成水阻，水管内的压力增强而使水射出来有力。
同理，涡轮叶片弧度处阻碍了泵轮油液的流动，势必在泵轮、涡轮间产生了阻力，如图2-18所示，形成了液力阻力加强了2-1间的液力力阻，而发动机的（泵轮）动力远远强劲于涡轮，这就得到传力结果。我们倒过来看，阻力点在2处，促使液体压力在泵轮外侧口、内侧口形成了反压，这条反压“油路”定义为一段增压转矩。(www.xing528.com)
图2-18 液力增压转矩作用
在什么情况下涡轮静止不动呢？
a.踩制动踏板入档时，无论倒车档还是前进档，涡轮停止转动。
b.在行驶中（无论倒车还是前进），只要踩下制动踏板涡轮停止转动。
有了风，小风车就能旋转了，但是还不够快，那么就要提高风速（跑步）来达到风车快速转动。涡轮也一样有了液力传动还不够强劲，但是它是怎样通过其他的部件来提高动力传递的呢？下面就是需学习的新知识。
（3）导轮
1）导轮在泵轮、涡轮的内侧中间，内花键与导轮固定轴花键连接，它的旋转方向受控于安装在其上的单向离合器。
2）导轮采用铝合金铸造，叶片和骨架是整体式，排列成倾斜形，侧面看有点像百叶窗帘。叶片形状两侧明显不同，泵轮侧的叶片有点尖，像刀口，是出油口；涡轮侧的叶片有点粗像刀背，是进油口。
3）导轮叶片设计成这个样子，自然有它的作用和道理，主要是与转矩和油液方向有关。
4）单向离合器只允许导轮向一个方向转动，这在汽车起步中作用特别大。
5）导轮两侧有两个平面型轴承，减少旋转时的摩擦，同时调整了泵轮、导轮、涡轮三者的间隙。
①实物解说见图2-19和图2-20。
图2-19 4HP-20导轮
1—导轮 2—花键 3—单向离合器 4—叶片粗面侧 5—叶片细面侧 6—平面垫片轴承
重点
一是引导油液流动的方向。导的含义是引导、向导。
二是在导轮上产生的转矩，得到“变矩器、变扭器”确切含义，就以此命名的。
三是正确理解单向离合器的作用和结构，以及它在自动变速器领域的运用。
导轮叶片的数量有17片，按一定倾斜的角度布置在导轮上。这个倾斜的角度非常大，像一扇门，只打开了少许，不能直着走过去，只能侧着身子通过，这就改变了方向，叶片就像这扇门。如果换成是风，首先吹在门板上，门开得小，就产生了阻力，也改变了方向。
17个叶片也就形成了17个油液通道，我们将涡轮侧的称为入口通道。6HP-19的导轮叶片有27片，也有27个通道。
叶片做得一边粗（图2-19中4）、一边尖（图2-19中5），也不难理解。因为从涡轮而来的油液压力较大，冲击到导轮叶片，同时又要使液流改变方向，当然就要加强它的结构，所以入口通道侧就粗厚了，保证承受强大液力冲击。
如果没有导轮，泵轮和涡轮的两个内侧面液流将是一种什么样的情形？
图2-20 泵轮和涡轮内侧液流方向
1—顺转液流 2—逆转液流
泵轮顺时针旋转，内侧叶片将油液卷起来也成了顺时针旋转油液；涡轮内侧出来的油液却是逆向的，就会直接冲向泵轮内侧与顺转油液造成相互冲击，势必影响涡轮的输出功率。图2-20c中泵轮和涡轮组合液流2与1相撞击，这是糟糕的情况。
为改变这种情况的发生，就设计了导轮在泵轮和涡轮两个内侧面引导液流的方向，而不发生相互冲击。就好像交警站在马路中间指挥来往车辆一样，不要发生撞车。这是导轮主要的作用。请看图2-21图示：
图2-21c导轮内置单向离合器，顺时针能转动、逆时针不能转动。前面讲到涡轮内侧出来的油液是逆向的，那么就利用了导轮逆时针不能转动的这个作用，使得油液冲击导轮（粗）叶片时产生阻碍而改变了液流的方向，从而使油液到达泵轮时方向一致，顺时针旋转油液。至此导轮就完成了工作使命。我们了解到油液一路流动，只要在流通的道路上遇到阻碍，必定引起前面这段液力压力的增加。在导轮上液力变矩器内部液流遇到阻碍是最大的，这就是“变矩器”的确切含义，称为二段增压转矩，促使涡轮更快、更有力地传递动力。
图2-21 导轮引导液流方向
1—顺转液流 2—逆转液流
②理论解说见图2-22
图2-22 导轮液流方向和增扭
a.导轮叶片。图2-22b为导轮叶片的设计草图，从图中可见明显的形态。入口受液力冲击处做得肥厚，出口处较薄，在许多书籍的原理中都能看到形状，想必大家现在有了更深入的认识。改变液流方是其主要的作用。
b.二段增压转矩。前面讲到产生了一段增压转矩（油液在涡轮叶片弯度处，即图2-22c中2→1形成反冲油压），当涡轮内侧油液到导轮叶片时，又遇到更大的阻碍，图2-22c中3处形成反冲液压，就像手指按住水管口形成的水压一样。这条反冲液压就是从导轮到涡轮再到泵轮，具体是：
导轮在单向离合器锁止不能逆转的情况下，液流叶片上形成强大的阻力，流速受到限制；相应地在涡轮、泵轮上形成液压，而泵轮是受发动机控制产生大于这个液压力，涡轮在前有压力后有阻力的情形下出现产生更大的转矩，我们将油液在图2-22c中3处形成反冲液压，称为二段增压转矩。这在汽车起步时更好地加以运用，后面的原理中讲到变矩状态就是导轮产生的。
在讲解原理前我们要学习文章中反复提到的单向离合器。
③理论解说单向离合器
a.单向离合器作用。从涡轮流入导轮的工作液方向取决于泵轮和涡轮之间的转速差。
当转速差大时，在泵轮和涡轮之间循环的工作液速度亦大（涡流）。工作液按阻碍泵轮旋转的方向从涡轮流向导轮。
此时，工作液推动导轮叶片的前表面，促使导轮向与泵轮旋转的相反方向转动。导轮被单向离合器锁住不能旋转，但其叶片使工作液流动方向改变到有助于沿泵轮转动的方向。
当涡轮的转速接近于泵轮的转速时，在涡轮内旋转的工作液（环流）速度按循环方向升高。另外，工作液（涡流）在泵轮和涡轮内循环的速度下降。因此，工作液从涡轮流往导轮的方向与泵轮旋转的方向相同。
因此，此时工作液冲击导轮叶片的后表面，导轮叶片即阻档工作液流动。在这种状态下，单向离合器使导轮按泵轮的旋转方向旋转，使工作液回流到泵轮。
单向离合器有多种形式，常用的有棘轮式、楔块式和滚柱斜槽式三种。
b.单向的实现。如图2-23所示，水枪1可推动轴旋转，水枪2、水枪3则无法推动，原因是棘轮卡在小盘的缺口上。这就实现了简单的单向功能。除了变矩器装用单向离合器，有的自动变速器内也有此元件，用以控制轴或者其他部件的顺转和逆转，实现不同的控制作用。
c.棘轮式单向离合器。棘轮式单向离合器主要由外轮、棘轮、棘爪和叶片弹簧等组成，如图2-24所示。
锁止状态：当棘轮（内环）固定不动，外轮顺时针方向旋转时，棘爪卡住棘轮（内环），外轮与棘轮（内环）连为一体，不能运动，离合器处于锁止状态；当外轮固定不动，棘轮（内环）逆时针方向旋转时，同样是锁止状态。
自由状态：当棘轮（内环）固定不动，外轮逆时针方向旋转时，离合器处于自由状态；当外轮固定不动，棘轮（内环）顺时针方向旋转时，同样是自由状态。
d.楔块式单向离合器。楔块式单向离合器的结构由外环、内环、楔块（滚子）等组成，如图2-25所示。楔块在A方向上的尺寸略大于内外环之间的距离B，而楔块在C方向上的尺寸略小于B方向的尺寸。
图2-23 单向实现
图2-24 棘轮式单向离合器
1—外轮 2—棘爪 3—叶片弹簧 4—棘轮（内环）
当外环相对于内环顺时针方向转动时，楔块在摩擦力的作用下立起，因自锁作用而被卡死在内外环之间，使内环与外环无法相对滑转，此时单向离合器处于锁止状态；当外环相对于内环逆时针方向旋转时，楔块在摩擦力的作用下倾斜，脱离自锁状态，内环与外环可以相对滑动，此时单向离合器处于自由状态。
维修提示：
1.楔块式单向离合器的锁止方向取决于楔块的安装方向。当分解后，楔块式单向离合器可以正向安装、也可以反向安装，如果一旦装反则引起自动变速器工作不正常或者没有某个档。
2.在拆卸前，先要做好记号，分清楚安装方向。检查后，可用细铁丝扎住。
3.如果分不清安装方向，可参考原厂资料。
图2-25 楔块式单向离合器
1—外环 2—内环 3—楔块 4—保持架 A—楔块长尺寸 B—内外环间尺寸 C—楔块短尺寸
e.滚柱斜槽式单向离合器。滚柱斜槽式单向离合器由外环、内环、滚柱、滚柱回位弹簧等组成，如图2-26所示。
内环通常由内花键和行星齿轮的某个元件或者与变速器壳体连接，外环则通过外花键和行星齿轮的另一侧基本元件或者与变速器外壳连接。在外环的内表面制有与滚柱相同数目的楔形槽。楔形槽内装有滚柱和弹簧。弹簧的弹力将各滚柱推向楔形槽较窄的一端（B）。
图2-26 滚柱斜槽式单向离合器
1—外环 2—内环 3—滚柱 4—弹簧 A—斜槽大 B—斜槽小
当外环相对于内环顺时针方向转动时，在刚刚开始转动的瞬间，滚柱便在摩擦力和弹簧弹力的作用下被卡死在楔形较窄的一端，于是内外环互相连接成一个整体，不能相对转动，此时单向离合器处于锁止状态。
当外环相对于内环逆时针方向转动时，滚柱在摩擦力的作用下，克服弹簧的弹力，滚向楔形槽较宽的一端（A），外环相对于内环可以作自由滑转，此时单向离合器脱离锁止而处于自由状态。
有些单向离合器的楔形槽开在内环上，其工作原理和楔形槽开在外环上的相同。
单向离合器的锁止方向取决于外环上楔形槽的方向。在装配时不得装反，否则，会改变其锁止方向，使中自动变速器不能正常工作。这些要点与楔块式单向离合器维修指导相同。
f.使用：
a）楔块式单向离合器，多用于变矩器内。在导轮上，它防止导轮顺时针转动。
b）滚柱斜槽式单向离合器多用于自动变速器内的行星齿轮机构上，控制某个元件正转或逆转，用以配合动力传递。如大众的01M、01N就使用滚柱斜槽式单向离合器。
01M单向离合器安装小技巧
装配01M单向离合器许多人感觉难装、难掌握，甚至有装坏了的。有人至电问我：“王老师有没有快捷简单的方法？”回答是肯定的。
用细铁丝叠成15个如图2-27a所示一头稍长一头稍短的弧形插件；
保持架上有孔，将做好插件一头稍短靠滚柱插入即可（如图2-27b），就将滚柱弹簧压向斜槽宽带处，直接放入自动变速器后取下插件。
图2-27 01M单向离合器安装小技巧
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