自动变速器变矩器工作过程解析

变矩器首先是一个液力耦合器。当耦合器加装导轮后，就具有了降速增矩的作用，也就变成了变矩器。

1.液力耦合器的工作原理

泵轮为耦合器主动件，当它旋转时带动油液同方向旋转。液流沿着耦合器旋转中心的圆周运动称为环流。显然环流速度与泵轮和涡轮转速成正比。液流在耦合器内部泵轮和涡轮之间还有一个循环流动，即涡流。涡流的产生源自于液流压力差。

假设泵轮外圆周油压为P_b1；涡轮外圆周油压为P_w1；泵轮中心油压为P_b2；涡轮中心油压为P_w2；泵轮转速为n_b；涡轮转速为n_w。

因为n_b＞n_w

所以P_b1＞P_w1；P_b2＜P_w2

所以P_b1＞P_w1＞P_w2＞P_b2

通过以上分析可知，涡流流向为：泵轮外圆周→涡轮外圆周→涡轮中心→泵轮中心。由于环流和涡流同时完成，所以液流实际完成的轨迹为环形螺旋线，如图2-2所示。液流的循环流动不断地冲击着涡轮叶片，将动力传递给涡轮，使涡轮随同泵轮一起转动起来。

图2-2 液力耦合器工作示意图

1—泵轮 2—涡轮

液力耦合器没有增矩作用。涡轮输出的转矩与泵轮相等（忽略液力损失）。

2.液力变矩器的工作原理

液力变矩器的工作示意图如图2-3所示。它与液力耦合器的差异是在泵轮和涡轮之间加装了导轮。导轮直径比泵轮和涡轮都小。液流由涡轮回流泵轮过程中一定要经过导轮，冲击导轮叶片。这是变矩器增矩的缘由所在。

图2-3 液力变矩器工作示意图

为便于理解变矩器的降速增矩作用，下面看一下水枪喷射平板小车试验。

如图2-4a所示，水枪在水平面喷射，与平板交角为45°。设此时小车受到的向前驱动力为F₀。

显然有：(www.xing528.com)

如图2-4b所示，水枪在铅垂面喷射，与平板交角也为45°。设此时小车受到的向前驱动力为F；水枪液流给平板的冲击力为F₁，液流给地面的冲击力为F₂。

显然有：

通过两试验对比可以看出，铅垂面喷射平板受到的向前推力更大（前提是两试验使用的是相同的水枪，且水压相同）。这是由于平板反射的液柱冲击地面的缘故。液柱冲击地面，地面会给液柱一个反作用力，这个反作用力最终会作用于平板上，平板受到向前的推力就加大了。

图2-4 水枪喷射平板小车试验

图2-5 液力传动特性曲线

虚线为耦合器曲线，实线为变矩器曲线

因为F₁≥F₂

所以

即F≤2F₀

从上式可知，后一种试验中，平板受到的推力增大量小于或等于前一种试验的推力。

变矩器中冲击涡轮叶片的液流被反射到导轮叶片上，液柱便受到了来自导轮叶片的反作用力，这个反作用力最终会作用于涡轮叶片上，这就增大了涡轮的转矩，其增矩原理与上述试验相同。通过以上试验可知，变矩器最大增矩比小于或等于2。

3.液力变矩器单向离合器的作用

在车辆起步和增档提速过程中，涡轮转速会逐步提高。当车速提高到一定程度时，泵轮和涡轮的转速已经非常接近。液流环流速度较高，而涡流会减弱。从液流轨迹上看，螺旋轨迹的螺距逐步加大。涡流减弱，液流对涡轮叶片的冲击随之减小，液柱强度降低，液流反射作用亦随之减弱。其结果是液流不再冲击导轮叶片的正面，而是冲击导轮叶片的反面。此时的液柱已经不能提供有效反作用力，即增矩作用已经消失。此时的导轮叶片不仅起不到增力作用，而且增加了内部紊流，使能量损失增大。

图2-5所示的液力传动特性曲线对液力变矩器和液力耦合器的工作特性进行了对比。当转速比达到0.85时，变矩器效率明显下降，且低于耦合器传动效率。此时增矩作用已不存在（事实上已经降矩），转矩输出低于耦合器。

液力变矩器加装单向离合器后，改变了变矩器高转速时的工作特性。当转速比达到0.85时，由于此时液流冲击导轮叶片背面，单向离合器分离，允许导轮可以自行空转，这就消除了紊流，提高了传动效率。事实上此时的液力变矩器就转变成了液力耦合器。