液力机械式自动变速器的传动模型及机理研究

吕福玲

中图分类号：U463.221.2 文献标识码：A 文章编号：1672-8882（2015）05-031-01

液力变矩器是通过液体动量矩的变化来改变转矩的一种传动元件，它除了起离合器的作用外，还具有无级连续变速和改变转矩的能力，对外负载有良好的自动调节和适应性。

一、液力变矩器的分类和特点

由于不同车辆对液力变矩器有着不同的性能要求，因此液力变矩器的结构形式多种多样，根据液力变矩器结构和性能特点，可按以下几种情况进行分类：

（一）根据工作轮在循环圆中排列的顺序可分为B（泵轮）--T（涡轮）--D（导轮）型和B--D--T型。在B—T--D型液力變矩器中，涡轮的旋转方向一般和泵轮旋转方向相同，称为正转液力变矩器。在B--D--T型液力变矩器中，易使祸轮和泵轮的旋转方向相反，常作为反转液力变矩器。目前，在各种车辆上广泛采用的是各种类型的B—T--D型液力变矩器，而B--D--T型液力变矩器应用不多。仅用在个别液力机械变矩器中，为了解决双流传动中的功率反传现象，才采用B--D--T型液力变矩器。

（二）根据液力变矩器中各工作轮的组合和工作状态不同，液力变矩器可能实现的本质不同的液力传动形态数目可分为单相、两相和多相。

（三）根据液力变矩器中泵轮的数目，液力变矩器可分为单泵轮和双泵轮。双泵轮液力变矩器实际上属于多相液力变矩器的一种。

（四）根据液力变矩器中涡轮的数目或涡轮计卜栅的列数，液力变矩器可分为单级、两级、三级和多级。多级液力变矩器可获得比单级液力变矩器较高的起动变矩比，同时可扩大高效区的工作范围，但其结构比单级复杂得多，而且价格昂贵。因此，多级液力变矩器在车辆上的使用范围减小，而逐渐被单级多相或液力机械变矩器所代替。

（五）根据液力变矩器中涡轮的形式不同，可分为轴流式、离心式和向心式涡轮液力变矩器。

（六）根据液力变矩器的泵轮和涡轮能否闭锁成一体工作，可分为闭锁式和非闭锁式液力变矩器。

二、液力变矩器的特点

液力变矩器在汽车液力传动中得到广泛应用，其具有以下特点：

（一）提高车辆通过性和低速行驶稳定性；

（二）提高发动机的工作效率；

（三）提高车辆驾驶乘坐的舒适性；

（四）提高车辆传动系的使用寿命；

（五）使汽车具有良好的自适应性；

（六）液力传动系统效率较机械传动系统的效率低。

液力祸合器只能传送动力，无法增加力矩，适用于高速；液力变矩器在低速是却能增大输出力矩，在高速时传动效率差，适用于低速。因此，三元件单级两相带锁止离合器的液力变矩器（锁式液力变矩器）就是将两者优点结合，弥补两者缺点的元件。锁式液力变矩器在静止及低速时相当于液力变矩器，在高速时又是液力祸合器，其传动。

三、锁式液力变矩器的主要构件及其工作特点

锁式液力变矩器主要工作构件包括三个工作轮（泵轮、涡轮、导轮）和锁止离合器，各工作轮中均有沿圆周均匀分布的空间曲面形状的叶片。泵轮与发动机相连，涡轮与输出轴相连，导轮通过单向离合器支承在固定壳体上。液力变矩器内充满着工作液体，不工作时工作液体处于静止状态，没有能量交换。当液力变矩器工作时，发动机通过输入轴带动泵轮旋转，位于泵轮内的工作液体受到叶片的作用而向外缘流动，工作液体的速度和压力增大。即泵轮把发动机传来的机械能转为了工作液体的动能和压能。由泵轮流出的工作液体经过一段无叶片区的流道后进入涡轮，并冲击涡轮叶片，使涡轮及与其相连的输出轴旋转。工作液体通过涡轮后，速度和能量减小，工作液体的能量通过涡轮转变为了输出轴的机械能。由涡轮流出的工作液体经过一段无叶片区的流道后进入导轮。在低转速比下，单向离合器楔紧，导轮固定不动，迫使工作液体只能沿导轮叶片方向流动，导轮只是使液流改变方向，而无能量的输入和输出，也不发生液体能和机械能之间的能量转换。当锁止离合器闭锁后，涡轮与泵轮成为一体，导轮通过单向离合器松开而自由旋转。虽然泵轮和涡轮同速旋转，但与导轮有一定的转速差，因此，在变矩器内部仍有少量液流作循环流动，因而仍然存在液力损失，故单向离合器闭锁后液力变矩器的效率略低于。导轮流出的工作液体经一段无叶片区后又进入泵轮，这样由泵轮～涡轮一导轮一泵轮连续不断地循环，把发动机的功率传给液力变矩器后面的行星齿轮机构。

综合式液力变矩器采用一个由液压油操纵的锁定离合器，锁定离合器的主动盘即为变矩器壳体；从动盘是一个可以作轴向移动的压盘，叫作锁定活塞，锁定活塞通过花键套与涡轮连接。锁定活塞右侧的液压油与泵轮、涡轮中的液压油相通，保持一定的油压；而在锁定活塞左侧的液压油通过变矩器输出轴中间的控制油道与阀体总成上的闭锁控制阀相通。闭锁控制阀由ECU通过电液比例阀控制工作，闭锁离合器的使用经历了两个阶段：只有接合和分离两种工作状态，最初使用，闭锁区域狭窄，无法很好地改善燃油经济性；采用打滑控制，其工作状态包括接合、分离和打滑。锁定离合器处于接合工作状态时，液压油从油道流入变矩器，这时油道与泄油口相通，使锁定离合器活塞左侧油压下降。但由于活塞右侧油压仍为变矩器油压，从而使活塞在前后两面压力差的作用下压紧在变矩器壳体上，这时输人变矩器的动力通过锁定离合器的机械传动，由锁定活塞直接传递至涡轮输出，传动效率达到百分之百。

锁定离合器处于分离工作状态时，液压油从油道进入变矩器，使锁定离合器活塞两侧保持相等的油压，使它处于分离状态，输入变矩器的动力完全通过液压油传至涡轮，变矩器按正常工作进行。液力变矩器虽能在一定范围内自动的、无级的改变扭矩比，但由于存在着变扭能力与效率之间的矛盾，目前应用的液力变矩器一般变矩系数都不够大，其扭矩比在1～3范围内，难以满足汽车使用要求，故在汽车上广泛采用的是液力变矩器与齿轮式变速器组成的液力机械式变速器。由于行星齿轮机构变速器具有体积小。