汽车起步时前,发动机驱动泵轮旋转,如果涡轮的转矩不足以克服汽车的起步阻力矩,则涡轮 不会随泵轮的转动而转动;加大节气门开度到一定程度,作用在涡轮上的转矩使汽车克服起步阻力 矩而起步。随着发动机转速的继续增高,涡轮随着汽车的加速而不断加速,涡轮与泵轮转速差的数 值逐渐减小。当涡轮开始旋转并逐步赶上泵轮的转速时,泵轮与涡轮间的相对转速差减小,油液对 涡轮叶片的冲击力及冲击转矩减小,这将使输出元件产生滑动,直到有足够的循环油液对涡轮产生 足够的冲击力为止。因此,输出转速高时,输出转速接近输入转速是一个连续不断的趋势,但总不 会达到输入转速。除非在工作状况反过来,例如在下较长的陡坡时,可能会发生齿轮变速机构变成 主动件,飞轮变成从动件,出现涡轮的转速等于或高于泵轮转速,产生“倒拖”。 由于油液冲击涡轮叶片后出现散射和跳动,引起液流扰动,阻碍来自泵轮的正常油液流动,造 成“冲击损失”。泵轮与涡轮的转速差越大,冲击损失越大,传动效率越低(图6.10)。为了减小耦 合器内腔中心的液流涡流扰动,一般在泵轮和涡轮上设置有导环(图6.11)。 7,K4 图6.10耦合器和变矩器的特性曲线 a)耦合器b)变矩器 图6.11导环 由于在耦合器内只有泵轮和涡轮两个工作轮,油液在循环流动的过程中,除了受泵轮和涡轮之 间的作用力之外,没有受到其它附加的外力。如果不计机械损失,根据作用力与反作用力相等的原 理,油液作用在涡轮上的转矩应等于泵轮作用在油液上的转矩,即传给泵轮的输入转矩与涡轮上的 输出转矩相等,这就是耦合器的传动特点。因而,如果考虑到液力损失的实际存在,耦合器的输出 转矩始终不会超过输入转矩。 11
- 11 - 汽车起步时前，发动机驱动泵轮旋转，如果涡轮的转矩不足以克服汽车的起步阻力矩，则涡轮 不会随泵轮的转动而转动；加大节气门开度到一定程度，作用在涡轮上的转矩使汽车克服起步阻力 矩而起步。随着发动机转速的继续增高，涡轮随着汽车的加速而不断加速，涡轮与泵轮转速差的数 值逐渐减小。当涡轮开始旋转并逐步赶上泵轮的转速时，泵轮与涡轮间的相对转速差减小，油液对 涡轮叶片的冲击力及冲击转矩减小，这将使输出元件产生滑动，直到有足够的循环油液对涡轮产生 足够的冲击力为止。因此，输出转速高时，输出转速接近输入转速是一个连续不断的趋势，但总不 会达到输入转速。除非在工作状况反过来，例如在下较长的陡坡时，可能会发生齿轮变速机构变成 主动件，飞轮变成从动件，出现涡轮的转速等于或高于泵轮转速，产生“倒拖”。 由于油液冲击涡轮叶片后出现散射和跳动，引起液流扰动，阻碍来自泵轮的正常油液流动，造 成“冲击损失”。泵轮与涡轮的转速差越大，冲击损失越大，传动效率越低（图 6.10）。为了减小耦 合器内腔中心的液流涡流扰动，一般在泵轮和涡轮上设置有导环（图 6.11）。 图 6.10 耦合器和变矩器的特性曲线 a)耦合器 b)变矩器 图 6.11 导环 由于在耦合器内只有泵轮和涡轮两个工作轮，油液在循环流动的过程中，除了受泵轮和涡轮之 间的作用力之外，没有受到其它附加的外力。如果不计机械损失，根据作用力与反作用力相等的原 理，油液作用在涡轮上的转矩应等于泵轮作用在油液上的转矩，即传给泵轮的输入转矩与涡轮上的 输出转矩相等，这就是耦合器的传动特点。因而，如果考虑到液力损失的实际存在，耦合器的输出 转矩始终不会超过输入转矩
62.2变矩器 变矩器除了泵轮和涡轮外,还有导轮,其它构造与耦合器基本相同。导轮位于泵轮和涡轮之间 并通过单向离合器固定于变速器壳体上,使导轮仅能沿发动机转动方向旋转,反向则被锁止。变矩 器的结构如图6.12所示。 图6.12变矩器的结构 1.曲轴2.驱动端盖3.变矩器4.涡轮5.泵轮6.导轮7.单向离合器8.输入轴9.壳体 发动机运转时带动变矩器的壳体和泵轮与之一同旋转,泵轮内的油液在离心力的作用下,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。 1.导轮 如图6.13a所示,若无导轮(耦合器),当泵轮与涡轮的转速差很大时,油液从涡轮回流到泵 轮时,会冲击泵轮叶片的前部,阻碍泵轮的旋转。设置导轮后,改变了回流油液的流向,使油液冲 击泵轮叶片的背面,促使泵轮旋转(图6.13b)。于是,作用在涡轮上的转矩由发动机的输入转矩和 回流油液的转矩两部分组成。可见,由于导轮的存在,涡轮上的输出转矩大于的发动机输入转矩。 可以想象,泵轮与涡轮的转速差越大,回流冲击越厉害,则转矩增加越多;而且随着转速差的缩小, 增加转矩的作用越来越小。通常用输出转矩与输入转矩之比(称为变矩比或变矩系数)来表示,即 变矩比输出转矩(Tb)/输入转矩(7),K的变化曲线如图6.10b所示,作7/。最大变矩比由 变矩器的结构参数决定,一般为2.2~2.6 2.单向离合器 (1)单向离合器的作用如图6.14a所示,回流油液在离开涡轮边缘时的速度为沿边缘甩出的 线速度a与随涡轮旋转的线速度Wb的合成速度vc。当涡轮转速不高时,Vc冲击导轮的正面,由于 单向离合器的作用,导轮锁止,油液被导轮挡住后向泵轮旋转的冋方向流动。随着涡轮转速的升高
- 12 - 6.2.2 变矩器 变矩器除了泵轮和涡轮外，还有导轮，其它构造与耦合器基本相同。导轮位于泵轮和涡轮之间， 并通过单向离合器固定于变速器壳体上，使导轮仅能沿发动机转动方向旋转，反向则被锁止。变矩 器的结构如图 6.12 所示。 图 6.12 变矩器的结构 1.曲轴 2.驱动端盖 3.变矩器 4.涡轮 5.泵轮 6.导轮 7.单向离合器 8.输入轴 9.壳体 发动机运转时带动变矩器的壳体和泵轮与之一同旋转，泵轮内的油液在离心力的作用下，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。 1．导轮 如图 6.13a 所示，若无导轮（耦合器），当泵轮与涡轮的转速差很大时，油液从涡轮回流到泵 轮时，会冲击泵轮叶片的前部，阻碍泵轮的旋转。设置导轮后，改变了回流油液的流向，使油液冲 击泵轮叶片的背面，促使泵轮旋转（图 6.13b）。于是，作用在涡轮上的转矩由发动机的输入转矩和 回流油液的转矩两部分组成。可见，由于导轮的存在，涡轮上的输出转矩大于的发动机输入转矩。 可以想象，泵轮与涡轮的转速差越大，回流冲击越厉害，则转矩增加越多；而且随着转速差的缩小， 增加转矩的作用越来越小。通常用输出转矩与输入转矩之比（称为变矩比或变矩系数）来表示，即 变矩比 K=输出转矩（Tｂ）/输入转矩（Tｗ），K 的变化曲线如图 6.10b 所示，K=Tｂ/Tｗ。最大变矩比由 变矩器的结构参数决定，一般为 2.2～2.6。 2．单向离合器 （1）单向离合器的作用 如图 6.14a 所示，回流油液在离开涡轮边缘时的速度为沿边缘甩出的 线速度 Va 与随涡轮旋转的线速度 Vb 的合成速度 Vc。当涡轮转速不高时，Vc 冲击导轮的正面，由于 单向离合器的作用，导轮锁止，油液被导轮挡住后向泵轮旋转的同方向流动。随着涡轮转速的升高
Vb越来越大(Ⅶb的增长速度大于Va),合成速度vc的方向随之改变,变矩比越来越小(越接近1), 直至不增矩,即K=1。但当转速继续升高时,合成速度成为图6.14b所示方向,油液冲击导轮的背 面。若此时导轮是固定的,无疑油液在流回泵轮时,将引起“反冲”,阻止泵轮旋转。因而,在此设 置一单向离合器,在油液冲向导轮背面时,使导轮可以随之转动(沿泵轮方向),油液流动如图6.14c 所示。导轮和单向离合器的作用可借助图6.15类比理解 泵轮‖涡轮‖泵轮 旋转方向 泵轮1导轮‖涡轮目泵轮 旋转方向 图6.13导轮的作 a)无导轮时的油液流动b)有导轮时油液的流动 导轮 导轮 涡轮 泵轮导轮 涡轮 动 图6.14单向离合器的作用 a)导轮锁止b)油液“反冲”c)导轮自由转动 由于Va与泵轮转速有关,因此,导轮转动的工作点与涡轮转速与泵轮转速的比值有关。当导 轮开始转动时,变矩器的功能与耦合器相同,于是称刚出现导轮转动(导轮空转)的工作点为耦合 器工况(简称耦合工况)。变矩器在达到耦合器工况以后,不再增加转矩
- 13 - Vb 越来越大（Vb 的增长速度大于 Va），合成速度 Vc 的方向随之改变，变矩比越来越小（越接近 1）， 直至不增矩，即 K=1。但当转速继续升高时，合成速度成为图 6.14b 所示方向，油液冲击导轮的背 面。若此时导轮是固定的，无疑油液在流回泵轮时，将引起“反冲”，阻止泵轮旋转。因而，在此设 置一单向离合器，在油液冲向导轮背面时，使导轮可以随之转动（沿泵轮方向），油液流动如图 6.14c 所示。导轮和单向离合器的作用可借助图 6.15 类比理解。 图 6.13 导轮的作用 a）无导轮时的油液流动 b）有导轮时油液的流动 图 6.14 单向离合器的作用 a）导轮锁止 b）油液“反冲” c）导轮自由转动 由于 Va 与泵轮转速有关，因此，导轮转动的工作点与涡轮转速与泵轮转速的比值有关。当导 轮开始转动时，变矩器的功能与耦合器相同，于是称刚出现导轮转动（导轮空转）的工作点为耦合 器工况（简称耦合工况）。变矩器在达到耦合器工况以后，不再增加转矩
气管道 图6.15导轮和单向离合器作用类比 比较耦合器与变矩器,结构上的差别是变矩器有导轮;工作原理上的区别是变矩器在耦合工况 前有增加转矩的作用,而且转速差越大,增矩作用越大,有利于起步等工况。 (2)单向离合器的工作原理单向离合器又称单向啮合器、超越离合器或自由轮离合器,与 其他离合器的区别是,单向离合器无需控制机构,它是依靠单向锁止原理来固定或连接的,转矩的 传递是单方向的。当与之相连接元件的受力方向与锁止方向相同时,该元件即被固定或连接;当受 力方向与锁止方向相反时,该元件即被释放或脱离连接。汽车自动变速器用单向离合器主要有楔块 式和滚柱式两种,工作原理如图6.16所 A>B>C 么的 c) 图6.16单向离合器的工作原理 a)、b)楔块式c)、d)滚柱式 1.楔块2.外轮3.弹簧4.保持器5.内轮6.滚柱 如图6.16a所示,楔块采用的是倾斜的“8”字形结构,当外圈相对于内圈的运动方向为A所 示,则楔块随势倒下,处于释放状态;若相对运动方向如图6.16b所示,则由于摩擦力的带动,楔 块竖立,外圈被楔块锁住,于是外圈必须与内圈一致,或保持静止、或同步转动。 滚柱式单向离合器工作原理如图6.16c、d所示,在外圈上设置了楔形的槽。外圈与内圈之间 的间隙,在小端小于滚柱直径,而在大端大于滚柱直径。工作原理与楔块式类似,不再分述
- 14 - 图 6.15 导轮和单向离合器作用类比 比较耦合器与变矩器，结构上的差别是变矩器有导轮；工作原理上的区别是变矩器在耦合工况 前有增加转矩的作用，而且转速差越大，增矩作用越大，有利于起步等工况。 （2）单向离合器的工作原理 单向离合器又称单向啮合器、超越离合器或自由轮离合器，与 其他离合器的区别是，单向离合器无需控制机构，它是依靠单向锁止原理来固定或连接的，转矩的 传递是单方向的。当与之相连接元件的受力方向与锁止方向相同时，该元件即被固定或连接；当受 力方向与锁止方向相反时，该元件即被释放或脱离连接。汽车自动变速器用单向离合器主要有楔块 式和滚柱式两种，工作原理如图 6.16 所示。 图 6.16 单向离合器的工作原理 a）、b）楔块式 c）、d）滚柱式 1.楔块 2.外轮 3.弹簧 4.保持器 5.内轮 6.滚柱 如图 6.16a 所示，楔块采用的是倾斜的“8”字形结构，当外圈相对于内圈的运动方向为 A 所 示，则楔块随势倒下，处于释放状态；若相对运动方向如图 6.16b 所示，则由于摩擦力的带动，楔 块竖立，外圈被楔块锁住，于是外圈必须与内圈一致，或保持静止、或同步转动。 滚柱式单向离合器工作原理如图 6.16c、d 所示，在外圈上设置了楔形的槽。外圈与内圈之间 的间隙，在小端小于滚柱直径，而在大端大于滚柱直径。工作原理与楔块式类似，不再分述
3.变矩器锁止机构 由上述分析,即使变矩器到达耦合器工况,由于泵轮与涡轮之间必须要有转速差存在(一般至 少4%~5%),加之变矩器液力传动的的能量损失,传动效率与机械传动相比仍然较低。为提高汽车 的传动效率,减少燃油消耗,现代很多轿车的自动变速器均采用带有锁止机构的变矩器。当达到耦 合工况后的某一点时,锁止机构工作,用机械方式连接泵轮与涡轮,实现近乎100%的动力传递。目 前,锁止机构有锁止离合器、离心式离合器和行星齿轮机构锁止三种。本书仅介绍较多见的锁止离 合器工作原理(图6.17)。 图6.17锁止离合器工作原理图 a)分离b)接合 壳体2.摩擦条3.传力盘4.涡轮5.泵轮6.导轮7.输出轴 A.变矩器出油道B、C.控制阀油道 带有锁止离合器的变矩器,比普通变矩器多了一个通过花键与涡轮相连的传力盘,传力盘可以 沿花键轴向移动,传力盘上粘合了环型的摩擦条(相当于离合器片)。当设法排出图中传力盘左侧的 油液时,传力盘两侧的油压不相等,传力盘在受到右侧油压的作用下向左侧移动,即与壳体相连 实现锁止。锁止时,动力通过变矩器壳体(泵轮)→传力盘→花键→涡轮摩擦传动,实质上是机械 传动。简单地说,锁止离合器是通过“排出”(降低油压)或“充入”(升高油压)传力盘左侧的油 液,使传力盘左移或右移来控制锁止离合器“锁止”或“分离”的。 工作时,ECU根据车速、节气门开度、发动机转速、变速器油液温度、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,改变锁止离合器传力盘两侧的油 压,从而控制锁止离合器的工作。当车速较低时,锁止控制阀让油液从油道B进入变矩器,使传力 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油液传至涡轮 (图6.17a)。当汽车在良好道路上高速行驶,且车速、节气门开度、变速器油液温度等因素符合 定要求时,ECU即操纵锁止控制阀,让油液从油道C进入变矩器,而让油道B与泄油口相通,使传 力盘左侧的油压下降。由于传力盘右侧的油液压力仍为变矩器压力,从而使压盘在前后两面压力差 的作用下压紧在变矩器壳体上(图6.17b)
- 15 - 3．变矩器锁止机构 由上述分析，即使变矩器到达耦合器工况，由于泵轮与涡轮之间必须要有转速差存在（一般至 少 4%～5%），加之变矩器液力传动的的能量损失，传动效率与机械传动相比仍然较低。为提高汽车 的传动效率，减少燃油消耗，现代很多轿车的自动变速器均采用带有锁止机构的变矩器。当达到耦 合工况后的某一点时，锁止机构工作，用机械方式连接泵轮与涡轮，实现近乎 100%的动力传递。目 前，锁止机构有锁止离合器、离心式离合器和行星齿轮机构锁止三种。本书仅介绍较多见的锁止离 合器工作原理（图 6.17）。 图 6.17 锁止离合器工作原理图 a）分离 b）接合 1.壳体 2.摩擦条 3.传力盘 4.涡轮 5.泵轮 6.导轮 7.输出轴 A.变矩器出油道 B、C.控制阀油道 带有锁止离合器的变矩器，比普通变矩器多了一个通过花键与涡轮相连的传力盘，传力盘可以 沿花键轴向移动，传力盘上粘合了环型的摩擦条（相当于离合器片）。当设法排出图中传力盘左侧的 油液时，传力盘两侧的油压不相等，传力盘在受到右侧油压的作用下向左侧移动，即与壳体相连， 实现锁止。锁止时，动力通过变矩器壳体（泵轮）→传力盘→花键→涡轮摩擦传动，实质上是机械 传动。简单地说，锁止离合器是通过“排出”（降低油压）或“充入”（升高油压）传力盘左侧的油 液，使传力盘左移或右移来控制锁止离合器“锁止”或“分离”的。 工作时，ECU 根据车速、节气门开度、发动机转速、变速器油液温度、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，改变锁止离合器传力盘两侧的油 压，从而控制锁止离合器的工作。当车速较低时，锁止控制阀让油液从油道 B 进入变矩器，使传力 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油液传至涡轮 （图 6.17a）。当汽车在良好道路上高速行驶，且车速、节气门开度、变速器油液温度等因素符合一 定要求时，ECU 即操纵锁止控制阀，让油液从油道 C 进入变矩器，而让油道 B 与泄油口相通，使传 力盘左侧的油压下降。由于传力盘右侧的油液压力仍为变矩器压力，从而使压盘在前后两面压力差 的作用下压紧在变矩器壳体上（图 6.17b）