2第二章-液力变矩器的构造与维修

第二章液力变矩器的构造与维修2020/4/8先了解它的位置：从上图我们可以看到液力变矩器位于变速箱和发动机之间(上图的混合动力多了一套电动机），液力变矩器起了动力结合和分离的作用。１.掌握液力变矩器的功用和基本组成；２.掌握液力变矩器的工作原理；３.掌握液力变矩器单向离合器和锁止离合器的基本结构和工作原理；４.熟悉液力变矩器常见维修项目及方法。学习目标第一节液力变矩器的构造和工作原理一、液力变矩器的功用和组成１.功用液力变矩器位于发动机和自动变速器齿轮变速机构之间，以自动变速器油（ＡＴＦ）为工作介质，主要完成以下功用：１）传递转矩。发动机的转矩通过液力变矩器的主动元件，再通过ＡＴＦ（非刚性连接）传给液力变矩器的从动元件，最后传给自动变速器齿轮变速机构。２）无级变速。根据工况的不同，液力变矩器可以在一定范围内实现转速和转矩的无级变化。（P=T×n/9549.297）2020/4/8（３）自动离合。液力变矩器由于采用ATF传递动力，当踩下制动踏板时，发动机也不会熄火，此时相当于离合器分离。当抬起制动踏板时，汽车可以起步，此时相当于离合器接合。(非刚性连接的特性)（４）驱动油泵。ＡＴＦ在工作的时候需要油泵提供一定的压力，而油泵一般是由液力变矩器壳体驱动的。同时由于采用ＡＴＦ传递动力，液力变矩器的动力传递柔和且能防止传动系过载。2020/4/8问：曾有一种说法，AT上的液力变矩器相当于MT上的离合器，起到动力的连接和中断的作用？答：其实这种说法是错误的。AT与发动机曲轴是直接连接的，不像MT有一个动力的开关：离合器。所以从点火的瞬间开始，液力变矩器便开始转动了，对于动力的连接和中断，仍由齿轮箱内部的离合器来完成，液力变矩器唯一与MT离合器相似的地方，也就是液力变矩器“软连接”的特性，与MT离合器的“半联动”工况相近。第一节液力变矩器的构造和工作原理２.组成如图２-１所示，液力变矩器通常由泵轮、涡轮和导轮３个元件组成，称为三元件液力变矩器，也有的采用两个导轮，则称为四元件液力变矩器。图２-１液力变矩器的组成液力变矩器结构示意图第一节液力变矩器的构造和工作原理液力变矩器总成封在一个钢制壳体（变矩器壳体）中，内部充满ＡＴＦ，液力变矩器壳体通过螺栓与发动机曲轴后端的飞轮连接，与发动机曲轴一起旋转。泵轮位于液力变矩器的后部，与变矩器壳体连在一起。涡轮位于泵轮前，通过带花键的从动轴向后面的自动变速器齿轮变速机构输出动力。泵轮（图２-２）、涡轮（图２-３）和导轮（图２-４）上都带有叶片，导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向离合器支承在固定套管上，使得导轮只能单向旋转（顺时针旋转）。液力变矩器装配好后形成环形内腔，其间充满ＡＴＦ。第一节液力变矩器的构造和工作原理图２-２泵轮的结构图２-３涡轮的结构图２-４导轮的结构第一节液力变矩器的构造和工作原理二、液力变矩器的工作原理１.动力的传递液力变矩器的工作原理可以通过一对风扇的工作来描述，如图２-５所示。将风扇Ａ通电，因气流的吹动作用，并使未通电的电扇Ｂ也转动起来，此时动力由电扇Ａ传递到电扇Ｂ。为了实现转矩的放大，在两台电风扇的背面加上一条空气通道，使穿过风扇Ｂ的气流通过空气通道的导向，从电扇Ａ的背面流回，这会加强电风扇Ａ吹动的气流，使吹向电风扇Ｂ的转矩增加。即电风扇Ａ相当于泵轮，电风扇Ｂ相当于涡轮，空气通道相当于导轮，空气相当于ＡＴＦ。第一节液力变矩器的构造和工作原理图２-５液力变矩器的工作模型第一节液力变矩器的构造和工作原理液力变矩器工作时，壳体内充满ＡＴＦ，发动机带动壳体旋转，壳体带动泵轮旋转，泵轮的叶片使ＡＴＦ旋动起来，并冲击到涡轮的叶片；如果作用在涡轮叶片上的冲击力大于作用在涡轮上的阻力，涡轮将开始转动，并使自动变速器齿轮变速机构的输入轴一起转动。由涡轮叶片流出的ＡＴＦ经过导轮后再流回到泵轮，形成如图２-６所示的循环流动。液力变矩器的工作过程发动机曲轴带动泵轮旋转时，泵轮带动自动变速器油一起旋转，在离心力的作用下，自动变速器油从叶片的内缘向外缘流动。冲击涡轮的叶片，自动变速油沿着涡轮叶片由外向内流动，冲击到导轮叶片，然后沿着导轮叶片流动，回到泵轮进入下一个循环。第一节液力变矩器的构造和工作原理2020/4/8具体来说，上述ＡＴＦ的循环流动是两种运动的合运动。当液力变矩器工作，泵轮旋转时，泵轮叶片带动ＡＴＦ旋转起来，ＡＴＦ绕着泵轮轴线作圆周运动；同样随着涡轮的旋转ＡＴＦ也绕着涡轮轴线作圆周运动。旋转起来的ＡＴＦ在离心力的作用下，沿着泵轮和涡轮的叶片从内缘流向外缘。当泵轮转速大于涡轮转速时，泵轮叶片外缘的液压大于涡轮外缘的液压。因此，ATF在作圆周运动的同时，在上述压差的作用下由泵轮流向涡轮，再流向导轮，最后返回泵轮，形成在液力变矩器环形腔内的循环运动。（1）涡流：从泵轮、涡轮、导轮又到泵轮的液体流动。（2）环流：自动变速器油在进行涡流的同时，又绕曲轴中心线旋转。第一节液力变矩器的构造和工作原理２.转矩的放大下面用液力变矩器工作轮的展开图来说明液力变矩器的转矩放大原理，展开图的制取方法如图２-７所示。即将循环圆上的中间流线（此流线将液流通道断面分割成面积相等的内外两部分）展开成一直线，各循环圆中间流线均在同一平面上展开，于是在展开图上，液力变矩器的泵轮、涡轮Ｗ和导轮Ｄ便成为三个环形平面，且工作轮的叶片角度也清楚地显示出来。第一节液力变矩器的构造和工作原理图２-7液力变矩器工作轮展开示意图Ｂ-泵轮；Ｗ-涡轮；Ｄ-导轮第一节液力变矩器的构造和工作原理图２-８为液力变矩器工作原理图。为便于说明，设发动机转速及负荷不变，即变矩器泵轮的转速ｎＢ及转矩ＭＢ为常数。图２-８液力变矩器工作原理图第一节液力变矩器的构造和工作原理当发动机运转而汽车还未起动时，涡轮转速ｎw为零，如图２-８ａ）所示。变矩器油在泵轮叶片的带动下，以一定的绝对速度沿图中箭头１的方向冲向涡轮叶片，对涡轮有一作用力，产生绕涡轮轴的转矩。因此时涡轮静止不动，液流则沿着叶片流出涡轮并冲向导轮，其方向如图２-８ａ）中箭头２所示，该液流对导轮产生作用力矩。然后液流再从固定不动的导轮叶片沿箭头３的方向流回到泵轮中。2020/4/8当液流流过叶片时，对叶片作用有冲击力矩，液流此时也受到叶片的反作用力矩，其大小与作用力矩相等，方向相反。作用力矩与反作用力矩的方向及大小与液流进出工作轮的方向有关。设泵轮、涡轮和导轮对液流的作用力矩分别为ＭＢ、Ｍw和ＭＤ，方向如图２-８ａ）中箭头所示。根据液流受力平衡条件，三者在数值上满足关系式Ｍw＝ＭＢ＋ＭＤ，即涡轮转矩等于泵轮转矩与导轮转矩之和。显然，此时涡轮转矩Ｍw大于泵轮转矩ＭＢ，即液力变矩器起了增大转矩的作用。第一节液力变矩器的构造和工作原理当液力变矩器输出的转矩，经传动系传到驱动车轮上所产生的牵引力足以克服汽车起步阻力时，汽车即起步并开始加速，与之相连的涡轮转速ｎw也从零开始逐渐增加。设液流沿叶片方向流动的相对速度为w，沿圆周方向运动的牵连速度为ｕ，设泵轮转速不变，即液流在涡轮出口处的相对速度不变，由图２-８ｂ）可见，冲向导轮叶片的液流的绝对速度ｖ将随牵连速度ｕ的增大而逐渐向左倾斜，使导轮上所受的转矩值逐渐减小，即液力变矩器的转矩放大作用随之减小。第一节液力变矩器的构造和工作原理当涡轮转速增大到某一数值，由涡轮流出的液流（如图２-８ｂ）中ｖ所示方向）正好沿导轮出口方向冲向导轮时，由于液体流经导轮时方向不改变，故导轮转矩ＭＤ为零，于是涡轮转矩与泵轮转矩相等，即Ｍw＝ＭＢ。第一节液力变矩器的构造和工作原理若涡轮转速ｎw继续增大，液流绝对速度ｖ方向继续向左倾，导轮转矩方向与泵轮转矩方向相反，则涡轮转矩为前二者转矩之差（Ｍw＝ＭＢ－ＭＤ），即液力变矩器输出转矩反而比输入转矩小，当涡轮转速增大到与泵轮转速相等时，工作液在循环圆中的循环流动停止，将不能传递动力。结论：a.nw=0，nBnw，ATF流向导轮正面，MD0，MW=MB+MDb.nw0，接近0.85nB时，ATF与导轮叶片相切，MD=0，Mw=MBc.nw≈nB，ATF流向导轮背面，MD0，Mw=MB-MD第一节液力变矩器的构造和工作原理３.液力变矩器特性1．变矩比K变矩比K为涡轮轴上的转矩TW与泵轮轴上的转矩TB之比，即K=TW／TB当涡轮转速nW=0时的变矩比称为起动变矩比，以K0来表示。K0越大，说明汽车的加速性能越好。在附着力允许的条件下，K0越大，则汽车在起步工况下的牵引力也越大。2020/4/82．传动比i变矩器传动比与齿轮变速器传动比不同。涡轮轴转速nw与泵轮轴转速nB之比称为传动比,即i=nw／nB3．传动效率涡轮轴上输出功率Pw与泵轮轴上输入功率PB之比称为传动效率，即η=PW／PB=TWnW／TBnB=Ki液力元件的功率损失为各种机械（轴承、密封、圆盘摩擦等损失）及液力损失（液力摩擦损失、流到的转弯、扩散、收缩等局部损失及叶片头部骨线方向不一致时冲击损失），液力损失占比较大。第一节液力变矩器的构造和工作原理2020/4/82．液力变矩器外特性曲线当泵轮转矩一定时，泵轮转矩TB，涡轮转矩TW，变矩器转动效率η，涡轮的转速nW之间的关系称为变矩器的外特性曲线，曲线主要是通过实验测得。第一节液力变矩器的构造和工作原理2020/4/8图２-９液力变矩器特性（ｎB＝常数）第一节液力变矩器的构造和工作原理2020/4/8•结论：（1）当速比为0时，即涡轮不转，变矩比最大，传动效率等于0。（2）随着速比增加，变矩比减小，在某一速比下，达到最大效率值（耦合点附近）；（变矩工况）（3）当速比再增加时，效率下降，并在某一速比（nw=0.85nB）下，变矩比等于1；（耦合点）（4）当速比继续增加，导轮空转，变矩比不变（等于1），但是效率直线上升。（耦合工况）第一节液力变矩器的构造和工作原理４.偶合工作特性液力变矩器的变矩特性只有在泵轮与涡轮转速相差较大的情况下才成立，随着涡轮转速的不断提高，从涡轮回流的ATF会按顺时针方向冲击导轮。若导轮仍然固定不动，ATF将会产生涡流，阻碍其自身的运动。为此绝大多数液力变矩器在导轮机构中增设了单向离合器，也称自由轮机构。当涡轮与泵轮转速相差较大时，单向离合器处于锁止状态，导轮不能转动。当涡轮转速达到泵轮转速的８５％~９０％时（图２-９中的偶合点），单向离合器导通，导轮空转，不起导流的作用，液力变矩器的输出转矩不能增加，只能等于泵轮的转矩，此时称为偶合状态。第一节液力变矩器的构造和工作原理５.失速特性液力变矩器失速状态（图２-９中的失速点）是指涡轮因负荷过大而停止转动，但泵轮仍保持旋转的现象，此时液力变矩器只有动力输入而没有输出，全部输入能量都转化成热能，因此变矩器中的ATF温度急剧上升，会对变矩器造成严重危害。失速点转速是指涡轮停止转动时的液力变矩器输入转速，该转速大小取决于发动机转矩、变矩器的尺寸和导轮、涡轮的叶片角度。2020/4/86、液力变矩器的如何冷却第一节液力变矩器的构造和工作原理液力变矩器中的传动损失导致能量损失。液力摩擦损失、流道的转弯、扩散、收缩等局部损失及叶片头部骨线方向不一致时冲击损失。为了保持它具有的效率，工作液必须经过冷却。过热的工作液会导致效率更低。变速器的液压泵通过液力变矩器组件中心的空心轴，不断地把加压后的工作液（ATF）送入液力变矩器。为了防止油液泄漏，在其进入变矩器处设有油封。工作液通过液力变矩器循环，然后经过涡轮，通过位于供油空心轴内部的涡轮轴排出。工作液从变矩器排出后直接进入外部的油液散热器，然后回到变速器。这一冷却回路保证进入液力变矩器的油液经过冷却，从而保持液力变矩器的正常工作效率。2020/4/8液力变矩器油液的典型回路和油液散热器1-后润滑油口2-油液散热器3-变矩器止回阀4-液力变矩器5-回泄阀6-前润滑油口7-液力变矩器油压安全阀8-往复球阀9-主油路调压阀10-升压阀11-中间档制动带蓄能器阀液压泵液力变矩器组件中心的空心轴液力变矩器供油空心轴内部的涡轮轴油液散热器变速器第一节液力变矩器的构造和工作原理三、典型液力变矩器典型的液力变矩器如图２-１０所示，主要由泵轮、