三、液力變矩器的動力傳遞原理

1.轉矩放大功能

當渦輪轉速較低時，從渦輪流出的液壓油從正面沖擊導輪葉片，對導輪施加一個朝逆時針方向旋轉的力矩，但由于單向離合器在逆時針方向具有鎖止作用，將導輪鎖止在導輪固定套上固定不動，因此這一部分來自渦輪的回流工作液便經過導輪的折射（由于導輪停轉）直接沖擊在泵輪葉片的背面（非工作面），此時泵輪不但受到發動機的帶轉，同時又受到這部分液流的推動作用，形成兩個力，導輪的液流推動力就是增加轉矩（俗稱“增扭”）的力，如圖2-9所示。

圖2-9 液力變矩器轉矩放大原理

當渦輪轉速增大到某一數值時，自動變速器油（ATF）對導輪的沖擊方向與導輪葉片之間的夾角為0°，此時渦輪上的輸出轉矩等于泵輪上的輸入轉矩。若渦輪轉速繼續增大，ATF將從反面沖擊導輪，對導輪產生一個順時針方向的轉矩，由于單向離合器在順時針方向沒有鎖止作用，可以像軸承一樣滑轉，所以導輪在ATF的沖擊作用下開始朝順時針方向旋轉。由于自由轉動的導輪對ATF沒有反作用力矩，ATF只受到泵輪和渦輪的反作用力矩的作用。因此這時液力變矩器不能起“增矩”作用，其工作特性和液力偶合器相同。這時渦輪轉速較高，變矩器亦處于高效率的工作范圍。導輪開始空轉的工作點稱為偶合點。

由上述分析可知，綜合式液力變矩器在渦輪轉速由0至偶合點的工作范圍內，按液力變矩器的特性工作；在渦輪轉速超過偶合點轉速之后，按液力偶合器的特性工作。因此，這種變矩器既利用了液力變矩器在渦輪轉速較低時所具有的增矩特性，又利用了液力偶合器渦輪轉速較高時所具有的高傳動效率的特性。

2.液力傳動功能

液力變矩器無論是在增矩階段，還是在偶合階段，都是通過以ATF作為介質來傳遞發動機動力至變速器的，這就是變矩器的軟連接功能，如圖2-10所示。

3.機械傳動功能

如果發動機輸出至變速器的動力總是通過液體傳遞的，會造成很多的能量損失，同時又由于渦輪為從動元件，它永遠都會與泵輪之間存在著轉速差，因此總是存在功率損失并且損失的功率會使自動變速器油的工作溫度不斷升高。在變矩器控制系統里采用變矩器鎖止離合器（TCC）可以實現變矩器的剛性連接（硬連接），如圖2-11所示。

圖2-10 液力變矩器液力傳遞（軟連接）

圖2-11 液力變矩器機械傳遞（硬連接）

自動變速器控制單元根據車速、節氣門開度、發動機轉速、變速器液壓油溫度、操縱手柄位置、控制模式等因素，按照設定的鎖止控制程序向鎖止電磁閥發出控制信號，操縱鎖止控制閥，以改變鎖止離合器壓盤兩側的油壓，從而控制鎖止離合器的工作。

1）當車速較低時，鎖止控制閥讓液壓油從變矩器鎖止離合器活塞前端經輸入軸進入變矩器，使鎖止離合器壓盤兩側保持相同的油壓，鎖止離合器處于分離狀態，這時輸入變矩器的動力完全通過液壓油傳至渦輪。

2）當汽車在良好道路上高速行駛，且車速、節氣門開度、變速器液壓油溫度等因素符合一定要求時，控制單元即操縱鎖止控制閥，讓液壓油從變矩器鎖止離合器活塞的后端進入變矩器，使鎖止離合器壓盤前端的油壓下降。由于壓盤（鎖止離合器活塞）后端的液壓油壓力仍為變矩器壓力，從而使壓盤在前后兩面壓力差的作用下壓緊在主動盤（變矩器殼體）上，這時輸入變矩器的動力通過鎖止離合器的機械連接，由壓盤直接傳至渦輪輸出，傳動效率為100%。另外，鎖止離合器在接合時還能減少變矩器中的液壓油因液體摩擦而產生的熱量，有利于降低液壓油的溫度。

有些車型的液力變矩器的鎖止離合器盤上還裝有減振彈簧，以減小鎖止離合器在結合時瞬間產生的沖擊力。

4.半液壓半機械傳動功能

當前絕大部分自動變速器的鎖止離合器控制均實現了半液壓半機械連接控制，這主要是當變矩器由液力傳遞到機械傳遞時，為避免出現過大的振動影響換檔品質。因為新型自動變速器的鎖止離合器工作點提前了，部分車型已經允許在前進一檔就可以工作，所以在換檔點上變矩器鎖止離合器盡可能應處于脫開狀態，但如果是開關油路勢必會帶來沖擊感，同時從控制上很難保證鎖止離合器活塞在規定的時間能夠迅速地完全脫開，所以半液壓半機械傳遞就出現了（圖2-12）。

圖2-12 變矩器鎖止離合器半鎖狀態

5.液力變矩器的工作液流

液力變矩器主要是利用ATF的離心力來完成動力傳遞過程的，這樣就出現了其內部的油液流動工作過程。液力變矩器的傳遞能力主要取決于變矩器的工作直徑及其轉速，同時還取決于泵輪與渦輪上面的葉片的數量及其角度。

（1）渦流和環流 變矩器內部的ATF液流其實是有兩種工作狀態，兩種液流的大小會根據泵輪與渦輪之間的轉速差形成鏡像變化，也就是說，當變矩器以渦流工作為主時，一定以環流為次；反之，當變矩器以環流工作為主時，則以渦流為次。圖2-13為渦流和環流示意圖。

1）渦流。變矩器泵輪帶動ATF產生的離心壓力沖擊渦輪葉片外部邊緣時，渦輪旋轉的同時有一部分ATF工作液從渦輪葉片內部邊緣的中心部位回流并沖擊在導輪葉片的正面；當導輪單向離合器鎖止時，這部分回流工作液經導輪折射后又沖擊到泵輪葉片的背面，這一循環流動的液流稱為渦輪。不難看出，以渦流為主時變矩器增矩效果好。

圖2-13 液力變矩器內部的環流和渦流

2）環流。沿變矩器泵輪和渦輪一同作圓周運動的液流就是環流，因此當變矩器以環流為主時輸出功率好。

根據變矩器工作原理得知：當泵輪與渦輪轉速差較大時，變矩器是以渦流為主；轉速差較小時，是以環流為主。變矩器以渦流為主時增矩效果佳，輸出功率差；而以環流為主時，輸出功率好，但無增矩。因此，變矩器的工作特性是符合我們的需要的：低速時需要增矩效果，高速時需較好的輸出功率。

（2）導環 為了促進環流，確保發動機輸出功率損失盡可能減少，在變矩器泵輪和渦輪上還增加了導環，如圖2-14所示。增加導環的目的就是促進環流。

圖2-14 導環

6.液力變矩器轉矩變化原理

（1）汽車起步前 變速桿置于P位或N位起動發動機時，渦輪是以低于泵輪轉速（發動機轉速）旋轉的。在汽車起步之前（制動掛動力檔）渦輪停轉，轉速變為0，此時導輪被單向離合器鎖死（圖2-15），發動機通過液力變矩器殼體帶動泵輪轉動，并對ATF產生一個轉矩，該轉矩即為液力變矩器的輸入轉矩。ATF在泵輪葉片的推動下，以一定的速度和離心壓力沖向與之對置的渦輪葉片的外部邊緣上，并對渦輪產生沖擊轉矩，該轉矩即液力變矩器的輸出轉矩。此時由于渦輪靜止不動，沖向渦輪的ATF沿渦輪葉片角度流向渦輪葉片的內部邊緣，這樣ATF在渦輪內部邊緣也會以一定的速度，沿著與渦輪葉片內部邊緣的出口處以相同的方向沖向中間的導輪葉片，此時對導輪也產生一個沖擊力矩，由于此時導輪在單向離合器的作用下被鎖死因此又被導輪葉片折射流回泵輪葉片上，因此泵輪不但受發動機的帶轉，同時還受到渦輪回流工作液的推動，形成作用在泵輪上的兩個力，第二個力就是變矩器增矩的力（此時變矩器的內部液體流動是以渦流為主），發動機便會輸出較大的轉矩。當作自動變速器失速試驗時（渦輪停轉，泵輪轉速達到最高轉速），轉矩可以放大2.7倍。

圖2-15 汽車起步前的液力變矩器工作狀況

踩制動掛檔時渦輪停止旋轉

（2）汽車起步后低速行駛 當汽車在液力變矩器輸出轉矩的作用下起步后（圖2-16），與驅動輪相連接的渦輪也開始轉動，其轉速隨著汽車的加速不斷增加。這時，由泵輪沖向渦輪的ATF除了沿著渦輪葉片流動（渦流）之外，還要隨著渦輪一同轉動（環流），使得由渦輪葉片內部邊緣出口處沖向導輪的ATF的方向發生變化的同時回流工作液的流量也發生了變化，不再與渦輪出口處葉片的方向相同（渦輪不轉時），而是順著渦輪轉動的方向向前偏斜了一個角度，使沖向導輪的液流方向與導輪葉片之間的夾角變小。雖說這時導輪仍沒有旋轉（單向離合器鎖死），但導輪上所受到的沖擊力矩也隨之減小，液力變矩器的增矩作用亦隨之減小。車速越高，渦輪轉速越大，沖向導輪的液壓油方向與導輪葉片的夾角就越小，液力變矩器的增矩作用也越小；反之，車速越低，液力變矩器的增矩作用就越大。因此與液力偶合器相比，液力變矩器在汽車低速行駛時有較大的輸出轉矩，在汽車起步上坡或遇到較大行駛阻力時，能使驅動輪獲得較大的驅動轉矩。

圖2-16 汽車起步后渦輪開始轉動時的工作狀態

（3）中高速行駛 當渦輪轉速隨車速的提高而增大到某一數值時（泵輪與渦輪轉速差較小時），沖向導輪的ATF的方向與導輪葉片之間的夾角減小為0，這時導輪將不受ATF的沖擊作用，從渦輪回流的少部分ATF流直接經導輪葉片的空隙流出（圖2-17），液力變矩器失去增矩作用，其輸出轉矩等于輸入轉矩。

如果渦輪轉速進一步提高（渦輪轉速與泵輪轉速接近時變矩器內部ATF流以環流為主），越來越少的沖向導輪的ATF方向繼續向前斜（圖2-18），使ATF工作液沖擊在導輪葉片的背面，此時導輪單向離合器打滑，失去鎖止意義，并以泵輪旋轉方向相同的方向開始轉動，導輪對ATF的反作用轉矩的方向與泵輪對ATF轉矩的方向相反，液力變矩器的輸出轉矩反而比輸入轉矩小，在一定程度上其傳動效率也隨之減小，這也是液力變矩器的工作特性決定的。

圖2-17 少量的渦輪回流ATF通過導輪葉片空隙流出

7.帶鎖止離合器的液力變矩器的特性曲線

根據液力變矩器的工作特性（圖2-19）可以得知液力變矩器具有不可協調的矛盾。當渦輪轉速較低、泵輪與渦輪轉速差較大時，變矩器內部工作液流以渦流為主時增矩效果好，但輸出功率差，特別是在渦輪不轉、泵輪轉速達到最高時，液力變矩器的增矩效果達到最佳，但無輸出功率（原因是驅動車輪停轉）；當渦輪的轉速增加到某一數值時，液力變矩器的傳動效率等于液力耦合器的傳動效率，此時變矩器無增矩功能，但可以說輸出功率較高（由于是液力傳遞仍有功率損失）；但當渦輪轉速繼續增大后，液力變矩器的傳動效率將小于液力偶合器的傳動效率，其輸出轉矩也隨之下降（圖2-19）。因此為保證發動機輸出功率不受損失勢必在綜合式變矩器中增加鎖止離合器閉鎖裝置。

圖2-18 液力變矩器的耦合狀態

圖2-19 液力變矩器工作特性曲線

（1）鎖止離合器分離狀態 液力變矩器鎖止離合器的分離狀態其實就是發動機至自動變速器之間的動力連接是以液壓方式連接為主的。在過去傳統型電控自動變速器中，只有最高檔位才能實現發動機與自動變速器之間剛性連接，其他檔位均為液力傳動。而在當今的新款車型上變矩器鎖止離合器的控制明顯提前了（低速檔也可實現剛性連接），同時為了保證液力傳動與機械傳動交替轉換過程中的平穩過渡性能，鎖止離合器的控制形式也改變了，由原來的開關油路變為可調節油路（圖2-20），這樣更進一步增加了自動變速器車輛使用的舒適性。

圖2-20 變矩器鎖止離合器分離狀態

根據圖2-20不難看出，當變矩器鎖止離合器處于分離狀態時，變矩器工作油路的走向是：來自液壓系統中液力變矩器壓力調節閥調節過后的變矩器工作油液經變矩器鎖止離合器控制閥左側進油道流入，經自動變速器輸入軸前端又經鎖止離合器活塞的前端進入（相當于將鎖止離合器活塞向后推開），經變矩器做功后從變矩器鎖止離合器活塞后端流出去往散熱器進行散熱。此時的工作過程便是液力變矩器的液壓傳遞過程。

圖2-21 變矩器鎖止離合器接合狀態

（2）鎖止離合器接合狀態（圖2-21） 為了滿足發動機輸出功率盡可能不受損失同時為使自動變速器溫度不再進一步升高，控制單元在滿足鎖止離合器接合條件時便向鎖止離合器電磁閥發出工作指令，電磁閥工作后逐漸將來自減壓閥的恒壓接通到鎖止離合器控制閥沒有彈簧側（右側），當閥門右側的減壓壓力大于左側彈簧壓力時閥門便克服彈簧壓力向左側移動，此時變矩器的進油油道發生改變同時鎖止離合器活塞兩端的壓差也發生改變，來自液力變矩器壓力調節閥的ATF壓力不再從輸入軸前端進入而是通過輸入軸和導輪軸中間的油道進入，也就相當于從變矩器鎖止離合器活塞的后端進入，從鎖止離合器活塞前端流回。這樣鎖止離合器活塞便緊緊地壓在變矩器殼體上，鎖止離合器活塞上的摩擦片便與變矩器殼體之間形成一個足以使泵輪與渦輪達到同步轉速的摩擦力矩。此時變矩器泵輪與渦輪轉速相等（無轉速差），發動機輸出功率100%地傳遞到自動變速器中，同時變速器工作溫度也隨之降低。