扭矩轉換器

扭矩轉換器能夠把原動機傳來的扭矩加以改變，再輸出給後面的工作機，以滿足工作機對扭矩的需求。汽車上常用的扭矩轉換器是液力變矩器，它是一種非剛性連接的變矩裝置，它以油液（ATF）為工作介質，起傳遞轉矩、變矩、變速及離合的作用。

在汽車上，液力變矩器又稱為扭矩轉換器，所以下文直接用液力變矩器這個名稱來代替扭矩轉換器。下圖是液力變矩器的實物圖。液力變矩器主要由泵輪、渦輪和導輪三部分組成，泵輪與原動機（如發動機）相連，是主動件，負責把從原動機接收到的機械能轉化為油液的動能，流動的油液衝擊渦輪，使渦輪轉動 ，從而把動力輸出給後面的工作機械，導輪用來改變油液的流向，是液力變矩器起到變矩作用的關鍵部件。

液力變矩器可以從不同的角度分成不同的類別，以下是常用的分類方法：

（1）把裝在泵輪與導輪或導輪與導輪之間剛性連接在同一根輸出軸上的渦輪數目稱為“級”。按級數多少來分，有單級、多級的液力變矩器。

（2）把液力變矩器中利用單向離合器或者其他機構的作用來改變參與工作的各工作輪的工作狀態的數目，稱為“相”。液力變矩器有單相及多相之分。

（3）按液流在循環圓中流動時流過渦輪的方向分，有離心式、向心式及軸流式渦輪液力變矩器。

（4）按在牽引工況時，渦輪軸與泵輪轉向相同與否，分做正轉和反轉液力變矩器。

（5）根據液力變矩器能容係數是否可調，分為可調與不可調液力變矩器。

（6）把液力變矩器與機械傳動組合而成的變矩器稱為液力機械變矩器。根據功率分流不同，又分為內分流和外分流的液力機械變矩器。

液力變矩器是一種柔性的傳動裝置，與普通的機械傳動裝置相比，具有很多優點：

（1）自動適應性。液力變矩器的輸出力矩能夠隨着外負載的增大或減小而自動地增大或減小，轉速能自動地相應降低或增高，在較大範圍內能實現無級調速，這就是它的自動適應性。自動適應性可使車輛的變速器減少擋位數，簡化操作，防止內燃機熄火，改善車輛的通用性能。

（2）防振、隔振性能。因為各葉輪間的工作介質是液體，它們之間的連接是非剛性的，所以可吸收來自發動機和外界負載的衝擊和振動，使機器啓動平穩、加速均勻，延長零件壽命。

（3）透穿性能。指泵輪轉速不變的情況下，當負載變化時引起輸入軸（即泵輪或發動機軸）力矩變化的程度。由於液力元件類型的不同而具有不同的透穿性，可根據工作機械的不同要求與發動機合理匹配，藉以提高機械的動力和經濟性能。

另外，還具有過載保護、自動協調、分配負載的功能。

但是液力變矩器並不完美，它也是有缺點的，比如：效率較低、高效範圍較窄，需要增設冷卻補償系統，使結構複雜、成本高。

液力變矩器的工作原理可以通過目前廣泛使用的三元件閉鎖式綜合液力變矩器來説明，如圖2所示。

如圖2所示，泵輪與變矩器外殼連為一體，是主動元件；渦輪通過花鍵與輸出軸相連，是從動元件；導輪置於泵輪和渦輪之間，通過單向離合器及導輪軸套固定在變速器外殼上。

發動機啓動後，曲軸通過飛輪帶動泵輪旋轉，因旋轉產生的離心力使泵輪葉片間的工作液沿葉片從內緣向外緣甩出；這部分工作液既具有隨泵輪一起轉動的園周向的分速度，又有衝向渦輪的軸向分速度。這些工作液衝擊渦輪葉片，推動渦輪與泵輪同方向轉動。

從渦輪流出工作液的速度可以看為工作液相對於渦輪葉片表面流出的切向速度與隨渦輪一起轉動的圓周速度的合成。當渦輪轉速比較小時，從渦輪流出的工作液是向後的，工作液衝擊導輪葉片的前面。因為導輪被單向離合器限定不能向後轉動，所以導輪葉片將向後流動的工作液導向向前推動泵輪葉片，促進泵輪旋轉，從而使作用於渦輪的轉矩增大。

隨着渦輪轉速的增加，圓周速度變大，當切向速度與圓周速度的合速度開始指向導輪葉片的背面時，變矩器到達臨界點。當渦輪轉速進一步增加時，工作液將衝擊導輪葉片的背面。因為單向離合器允許導輪與泵輪一同向前旋轉，所以在工作液的帶動下，導輪沿泵輪轉動方向自由旋轉，工作液順利地迴流到泵輪。當從渦輪流出的工作液正好與導輪葉片出口方向一致時，變矩器不產生增扭作用（這時液力變矩器的工況稱為液力偶合工況）。

液力變矩器靠工作液傳遞轉矩，比機械變速器的傳動效率低。在液力變矩器中設置鎖止離合器，可以在高速工況下將泵輪與渦輪鎖在一起，實現動力直接傳遞，提高變矩器的傳動效率。

目前廣泛使用由泵輪、渦輪和導輪組成的三元件閉鎖式綜合液力變矩器，如圖4所示。

殼體與泵輪通過螺栓連接在一起（也有的直接焊在一起），由發動機帶動旋轉，是液力變矩器的主動件，動力由此輸入。渦輪輪轂通過花鍵與輸出軸相連，是液力變矩器的從動件。單向離合器的內座圈與固定套管用花鍵連接，所以內座圈是固定不動的，外座圈與導輪固定連接。由此可見，在單向離合器的作用下，導輪只能向一個法向旋轉。鎖止離合器的主動部分是傳力盤和壓盤（操縱液壓缸活塞），它們與泵輪一起旋轉；鎖止離合器的從動部分是從動盤，它裝在渦輪輪轂的花鍵上，可以將動力直接輸出。壓力油進入後推動壓盤向傳力盤移動，從而把這二者之間的從動盤夾緊，即鎖止離合器結合，於是泵輪與渦輪接合成一體旋轉，

變矩器不起作用。當撤除油壓時，變矩器恢復正常工作。

當汽車起步或在壞路面上行駛時，鎖止離合器不工作，使變矩器起作用，三元件閉鎖式綜合液力變矩器的工作情況如文中“原理”部分所述，可以實現增矩、耦合工況，可以充分發揮液力傳動自動適應行駛阻力劇烈變化的優點。

當汽車在良好道路上行駛時，應接合鎖止離合器，使變矩器的輸人軸和輸出軸成為剛性連接，即為直接機械傳動。此時，變矩係數K=1，變矩器效率為1，從而提高了汽車的行駛速度和燃油經濟性。當鎖止離合器接合時，單向離合器即脱開，導輪在液流中自由旋轉。若取消單向離合，則當泵輪與渦輪鎖成一體旋轉時，導輪將處於固定狀態而導致液力損失加大，使變矩器效率降低。

油温過高表現為機器工作時油温表超過120℃或用手觸摸感覺燙手，主要有以下幾種原因：變速器油位過低；冷卻系中水位過低；油管及冷卻器堵塞或太髒；變矩器在低效率範圍內工作時間太長；工作輪的緊固螺釘鬆動；軸承配合松曠或損壞；綜合式液力變矩器因自由輪卡死而閉鎖；導輪裝配時自由輪機構化機構缺少零件。

液力變矩器油温過高故障的診斷和排除方法如下：出現油温過高時，首先應立即停車，讓發動機怠速運轉，查看冷卻系統有無泄漏，水箱是否加滿水；若冷卻系正常，則應檢查變速器油位是否位於油尺兩標記之間。若油位太低，應補充同一牌號的油液；若油位太高，則必須排油至適當油位。如果油位符合要求，應調整機器，使變矩器在高效區範圍內工作，儘量避免在低效區長時間工作。如果調整機器工作狀況後油温仍過高，應檢查油管和冷卻器的温度，若用手觸摸時温度低，説明泄油管或冷卻器堵塞或太髒，應將泄油管拆下，檢查是否有沉積物堵塞，若有沉積物應予以清除，再裝上接頭和密封泄油管。若觸摸冷卻器時感到温度很高，應從變矩器殼體內放出少量油液進行檢查。若油液內有金屬末，説明軸承松曠或損壞，導致工作輪磨損，應對其進行分解，更換軸承，並檢查泵輪與泵輪轂緊固螺栓是否鬆動，若鬆動應予以緊固。以上檢查項目均正常，但油温仍高時，應檢查導輪工作是否正常。將發動機油門全開，使液力變矩器處於零速工況，待液力變矩器出口油温上升到一定值後，再將液力變矩器換入液力耦合器工況，以觀察油温下降程度。若油温下降速度很慢，則可能是由於自由輪卡死而使導輪閉鎖，應拆解液力變矩器進行檢查。

現象為：當發動機油門全開時，變矩器進口油壓仍小於標準值。主要由以下幾種原因引起：供油量少，油位低於吸油口平面；油管泄漏或堵塞；流到變速器的油過多；進油管或濾油網堵塞；液壓泵磨損嚴重或損壞；吸油濾網安裝不當；油液起泡沫；進出口壓力閥不能關閉或彈簧剛度減小。

如果出現供油壓力過低，應首先檢查油位：若油位低於最低刻度，應補充油液；若油位正常，應檢查進、出油管有無泄漏，若有漏油，應予以排除。若進、出管密封良好，應檢查進、出口壓力閥的工作情況，若進、出口壓力閥不能關閉，應將其拆下，檢查其上零件有無裂紋或傷痕，油路和油孔是否暢通，以及彈簧剛度是否變小，發現問題應及時解決。如果壓力閥正常，應拆下油管或濾網進行檢查。如有堵塞，應進行清洗並清除沉積物；如油管暢通，則需檢查液壓泵，必要時更換液壓泵。如果液壓油起泡沫，應檢查回油管的安裝情況，如回油管的油位低於油池的油位，應重新安裝回油管。 ^[1]