液力機械式自動變速器的傳動模型及機理研究

呂福玲

中圖分類號：U463.221.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-8882（2015）05-031-01

液力變矩器是通過液體動量矩的變化來改變轉(zhuǎn)矩的一種傳動元件，它除了起離合器的作用外，還具有無級連續(xù)變速和改變轉(zhuǎn)矩的能力，對外負(fù)載有良好的自動調(diào)節(jié)和適應(yīng)性。

一、液力變矩器的分類和特點

由于不同車輛對液力變矩器有著不同的性能要求，因此液力變矩器的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，根據(jù)液力變矩器結(jié)構(gòu)和性能特點，可按以下幾種情況進行分類：

（一）根據(jù)工作輪在循環(huán)圓中排列的順序可分為B（泵輪）--T（渦輪）--D（導(dǎo)輪）型和B--D--T型。在B—T--D型液力變矩器中，渦輪的旋轉(zhuǎn)方向一般和泵輪旋轉(zhuǎn)方向相同，稱為正轉(zhuǎn)液力變矩器。在B--D--T型液力變矩器中，易使禍輪和泵輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，常作為反轉(zhuǎn)液力變矩器。目前，在各種車輛上廣泛采用的是各種類型的B—T--D型液力變矩器，而B--D--T型液力變矩器應(yīng)用不多。僅用在個別液力機械變矩器中，為了解決雙流傳動中的功率反傳現(xiàn)象，才采用B--D--T型液力變矩器。

（二）根據(jù)液力變矩器中各工作輪的組合和工作狀態(tài)不同，液力變矩器可能實現(xiàn)的本質(zhì)不同的液力傳動形態(tài)數(shù)目可分為單相、兩相和多相。

（三）根據(jù)液力變矩器中泵輪的數(shù)目，液力變矩器可分為單泵輪和雙泵輪。雙泵輪液力變矩器實際上屬于多相液力變矩器的一種。

（四）根據(jù)液力變矩器中渦輪的數(shù)目或渦輪計卜柵的列數(shù)，液力變矩器可分為單級、兩級、三級和多級。多級液力變矩器可獲得比單級液力變矩器較高的起動變矩比，同時可擴大高效區(qū)的工作范圍，但其結(jié)構(gòu)比單級復(fù)雜得多，而且價格昂貴。因此，多級液力變矩器在車輛上的使用范圍減小，而逐漸被單級多相或液力機械變矩器所代替。

（五）根據(jù)液力變矩器中渦輪的形式不同，可分為軸流式、離心式和向心式渦輪液力變矩器。

（六）根據(jù)液力變矩器的泵輪和渦輪能否閉鎖成一體工作，可分為閉鎖式和非閉鎖式液力變矩器。

二、液力變矩器的特點

液力變矩器在汽車液力傳動中得到廣泛應(yīng)用，其具有以下特點：

（一）提高車輛通過性和低速行駛穩(wěn)定性；

（二）提高發(fā)動機的工作效率；

（三）提高車輛駕駛乘坐的舒適性；

（四）提高車輛傳動系的使用壽命；

（五）使汽車具有良好的自適應(yīng)性；

（六）液力傳動系統(tǒng)效率較機械傳動系統(tǒng)的效率低。

液力禍合器只能傳送動力，無法增加力矩，適用于高速；液力變矩器在低速是卻能增大輸出力矩，在高速時傳動效率差，適用于低速。因此，三元件單級兩相帶鎖止離合器的液力變矩器（鎖式液力變矩器）就是將兩者優(yōu)點結(jié)合，彌補兩者缺點的元件。鎖式液力變矩器在靜止及低速時相當(dāng)于液力變矩器，在高速時又是液力禍合器，其傳動。

三、鎖式液力變矩器的主要構(gòu)件及其工作特點

鎖式液力變矩器主要工作構(gòu)件包括三個工作輪（泵輪、渦輪、導(dǎo)輪）和鎖止離合器，各工作輪中均有沿圓周均勻分布的空間曲面形狀的葉片。泵輪與發(fā)動機相連，渦輪與輸出軸相連，導(dǎo)輪通過單向離合器支承在固定殼體上。液力變矩器內(nèi)充滿著工作液體，不工作時工作液體處于靜止?fàn)顟B(tài)，沒有能量交換。當(dāng)液力變矩器工作時，發(fā)動機通過輸入軸帶動泵輪旋轉(zhuǎn)，位于泵輪內(nèi)的工作液體受到葉片的作用而向外緣流動，工作液體的速度和壓力增大。即泵輪把發(fā)動機傳來的機械能轉(zhuǎn)為了工作液體的動能和壓能。由泵輪流出的工作液體經(jīng)過一段無葉片區(qū)的流道后進入渦輪，并沖擊渦輪葉片，使渦輪及與其相連的輸出軸旋轉(zhuǎn)。工作液體通過渦輪后，速度和能量減小，工作液體的能量通過渦輪轉(zhuǎn)變?yōu)榱溯敵鲚S的機械能。由渦輪流出的工作液體經(jīng)過一段無葉片區(qū)的流道后進入導(dǎo)輪。在低轉(zhuǎn)速比下，單向離合器楔緊，導(dǎo)輪固定不動，迫使工作液體只能沿導(dǎo)輪葉片方向流動，導(dǎo)輪只是使液流改變方向，而無能量的輸入和輸出，也不發(fā)生液體能和機械能之間的能量轉(zhuǎn)換。當(dāng)鎖止離合器閉鎖后，渦輪與泵輪成為一體，導(dǎo)輪通過單向離合器松開而自由旋轉(zhuǎn)。雖然泵輪和渦輪同速旋轉(zhuǎn)，但與導(dǎo)輪有一定的轉(zhuǎn)速差，因此，在變矩器內(nèi)部仍有少量液流作循環(huán)流動，因而仍然存在液力損失，故單向離合器閉鎖后液力變矩器的效率略低于。導(dǎo)輪流出的工作液體經(jīng)一段無葉片區(qū)后又進入泵輪，這樣由泵輪～渦輪一導(dǎo)輪一泵輪連續(xù)不斷地循環(huán)，把發(fā)動機的功率傳給液力變矩器后面的行星齒輪機構(gòu)。

綜合式液力變矩器采用一個由液壓油操縱的鎖定離合器，鎖定離合器的主動盤即為變矩器殼體；從動盤是一個可以作軸向移動的壓盤，叫作鎖定活塞，鎖定活塞通過花鍵套與渦輪連接。鎖定活塞右側(cè)的液壓油與泵輪、渦輪中的液壓油相通，保持一定的油壓；而在鎖定活塞左側(cè)的液壓油通過變矩器輸出軸中間的控制油道與閥體總成上的閉鎖控制閥相通。閉鎖控制閥由ECU通過電液比例閥控制工作，閉鎖離合器的使用經(jīng)歷了兩個階段：只有接合和分離兩種工作狀態(tài)，最初使用，閉鎖區(qū)域狹窄，無法很好地改善燃油經(jīng)濟性；采用打滑控制，其工作狀態(tài)包括接合、分離和打滑。鎖定離合器處于接合工作狀態(tài)時，液壓油從油道流入變矩器，這時油道與泄油口相通，使鎖定離合器活塞左側(cè)油壓下降。但由于活塞右側(cè)油壓仍為變矩器油壓，從而使活塞在前后兩面壓力差的作用下壓緊在變矩器殼體上，這時輸人變矩器的動力通過鎖定離合器的機械傳動，由鎖定活塞直接傳遞至渦輪輸出，傳動效率達到百分之百。

鎖定離合器處于分離工作狀態(tài)時，液壓油從油道進入變矩器，使鎖定離合器活塞兩側(cè)保持相等的油壓，使它處于分離狀態(tài)，輸入變矩器的動力完全通過液壓油傳至渦輪，變矩器按正常工作進行。液力變矩器雖能在一定范圍內(nèi)自動的、無級的改變扭矩比，但由于存在著變扭能力與效率之間的矛盾，目前應(yīng)用的液力變矩器一般變矩系數(shù)都不夠大，其扭矩比在1～3范圍內(nèi)，難以滿足汽車使用要求，故在汽車上廣泛采用的是液力變矩器與齒輪式變速器組成的液力機械式變速器。由于行星齒輪機構(gòu)變速器具有體積小。