液力变矩器是如何工作的 其设计发展有哪些

我们都知道，汽车分为手动挡以及自动挡，而手动挡则需要进行手动进行变速操作，这样肯定会比较复杂，对驾驶员来讲这样一个操作显得尤其繁琐，也是一个负担。因此随着现代汽车工业的发展和人们对汽车的越来越高的的要求，自动变速器在国产汽车上得到越来越多的应用，装用自动变速器的汽车越来越多。液力变矩器是自动变速器的重要组成部分，自动变速器的传动效率主要取决于液力变矩器的结构和性能。通过液力的传输功能，来实现动力的传输以及变矩功能，具有很多的应用，还起到了一定的变矩以及离合功效，而在液力变矩器在设计形式上的发展也已经非常的成熟，在很多类型上都有应用，下面小编就来为大家科普一下关于液力变矩器的相关知识。

液力变矩器

一、液力变矩器的输出特性

液力变矩器与发动机共同工作时，其MB、 MT、K和η与涡轮转速nT的变化关系称为液力变矩器的输出特性。液力变矩器的透穿性不同，共同工作的输出特性也不同。

为了比较不同的透穿性的液力变矩器，假定它们的作用半径D、最高效率η*及此时的传动比i*均相同，正透穿液力变矩器可使涡轮轴得到较高的转速 ，在传动系速比一定的情况下，具有较高的行驶速度，此情况下从根本上提高低速行驶及高速行驶的工作效率，并且涡轮轴输出力矩较大，从而改善了整机的牵引性能；

由于泵轮力矩随传动比iTB的增加而降低，启动时可从发动机取得较大的力矩，随着发动机转速增加，可获得较大的速度，并使输出特性上的效率曲线变宽。所以采用正透穿液力变矩器对改善牵引性能和加速性能是有利的。

二、液力变矩器的输入特性

液力变矩器的输入特性就是不同传动比iTB时，液力变矩器输入轴扭矩MB与其转速nB间的关系，MB=f·nB。当发动机和液力变矩器泵轮直接连接时，则液力变矩器的扭矩就是发动机的负荷，而且发动机的有效输出功率Ne和扭矩Me 等于泵轮功率NB和扭矩MB。

根据液力变矩器原始特性可知，由于确定iTB对应就确定λMB，就可得到任一iTB下的泵轮扭矩与其转速的关系即MB=f·nB，由此可以得到液力变矩器和发动机共同工作的输入特性。

汽油发动机的扭矩变化较大，其适应系数约为1.25~1.45，应选择具有一定正透穿度的液力变矩器，以便在启动时利用汽油发动机的最大扭矩，在额定工况时利用汽油发动机的最大功率，从而具有较好的启动性和加速性，对于可透穿的液力变矩器，因MB值随iTB而变化，输入特性时MB是通过坐标原点的一组抛物线，正透穿液力变矩器，在制动工况时MB在最左边并随着iTB的增大而向右移动，负透穿液力变矩器则相反。

当液力变矩器在制动工况时即iTB=0时， 有分别表示液力变矩器最高效率和耦合工况时发动机的工况点，这样发动机的工作区域由抛物线的位置决定，并在此区域内单位油耗最小。

若选择非透穿度液力变矩器，发动机只能在一个工况点工作，或最大扭矩点或最大功率点，若取发动机最大扭矩点，则启动性能和加速性能较好，但是不能利用发动机的最大功率，则高速行驶性能较差。

三、液力变矩器的工作原理

液力变矩器的工作原理就像两个风扇相对，一个风扇工作，然后将另一个不工作的风扇吹动。这个比喻可以很形象的解释液力变矩器中泵轮和涡轮之间的工作关系。不过详细解释其工作原理，则有些复杂。

动力输出之后，带动与变矩器壳体相连的泵轮，泵轮搅动变矩器中的自动变速箱油，带动涡轮转动，ATF在壳体中是一个循环的动作，由于泵轮旋转时的离心力，ATF会在泵轮的作用下，甩向外侧，冲向前方的涡轮，再流向轴心位置，回到泵轮一侧，如此周而复始的循环，将动力传向与齿轮箱连接的涡轮。

不过只有该零部件和传动方式，只能称为液力耦合器，若想成为液力变矩器，必然要改变涡轮叶片的形状，这样一来，ATF在经过涡轮再循环回泵轮时，会与泵轮旋转方向相反，因而造成冲击，所以为了成为液力变矩器还需另一个部件：导轮。导轮是存在于泵轮和涡轮之间的一个部件，用于调节壳体中ATF液流方向，通过单向离合器与箱体固定。

有了导轮，才有了“变矩”的灵魂所在，在泵轮与涡轮转速差较大时，动力输出的扭矩也变大了，此时的变矩器相当一个无级变速器，通过转速差来提升扭矩，此时导轮处于固定状态，用以调节ATF回流；而当转速差降低，涡轮泵轮耦合或锁止时，扭矩接近对等，无需增矩，导轮随泵轮和涡轮同向转动，避免自身搅动ATF，造成动力的损耗。

四、液力变矩器的作用

液力变矩器作为一种中间元素，或者说是一种介质类型的原件，其作用可以分为四个方面来进行说明，分别是传递转矩、变矩、变速及离合的作用，下面分别为大家介绍一下这四个方面的功能作用。

1、液力变矩器的作用之传递转矩

发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下它与发动机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。

扭矩和功率一样，是汽车发动机的主要指数之一，它反映在汽车性能上，包括加速度、爬坡能力等。

它的准确定义是位矢(L)和力(F)的叉乘(M)，物理学上指使物体转动的力乘以到转轴的距离，它能表示发动机所输出的力的大小（因为发动机中曲轴的半径一定）。

通俗点讲，扭矩是衡量一个汽车发动机好坏的重要标准，一辆车扭矩的大小与发动机的功率成正比。传递扭矩是指通过机械传动（一般是齿轮传动 或皮带传动），将扭矩转化为施加在被驱动工件上的力。

2、液力变矩器的作用之变矩

扭矩是使物体发生转动的一种特殊的力矩。发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下它与发动机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。外部的扭矩叫转矩或者叫外力偶矩，内部的叫内力偶矩或者叫扭矩。

变矩就是改变扭矩，发动机输入的转速高扭矩低，经过液力变矩器后随着负载的不同输出的转速会降低同时扭矩增大。自动变速器里是由液力变矩器取代机械换档变速箱中的离合器。是不需要。

力矩的单位是牛顿米，1牛顿米意味着离轴心一米的圆上（半径1米）一点的切向上产生1牛顿的力，如果是0.5米的话产生的力就是2牛顿，以此类推。汽车的扭矩参数指的是在轮轴上输出的扭矩，这个值越大越好。

3、液力变矩器的作用之变速

每个档位都有不同传动比，相当于小齿轮与大齿轮的啮合能产生不同的转速，低速行驶时用低传动比（3档及以下），大轴转速低于发动机转速，根据公式P=FV，可获得更大的驱动力，高速时用高传动比（4档及以上），大轴转速高于发动机转速，降低牵引力获得更高速度，切档位即选择不同尺寸的齿轮和大轴的齿轮啮合。

自动变速器，利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。

从一定的层面上来讲，其实液力变矩器和AT的工作形式是比较相似的，因此在液力变矩器出现的时候很多人认为这其实就是AT的升级版本，其实不然，因为两者之间的功效还是存在明显的差距的。

4、液力变矩器的作用之离合

离合器是一个传动机构，它有主动部分和从动部分，两部分可以暂时分离也可以慢慢结合，并且在传动过程中还有可能产生相对转动，所以，离合器的主动件和从动件之间会依靠接触摩擦来传递扭矩，或者是利用摩擦所需要的压紧力，或是利用液体作为传动的介质，或是利用磁力传动等方式来传递扭矩。

所以说离合器在实现的功效特点上是和变矩是相同的，这个功能的实现完全可以通过液力变矩器来进行，所以说液力变矩器可以当作离合的功能来进行使用。

五、液力变矩器与发动机的匹配

液力变矩器与发动机的合理匹配要保证在液力变矩器的整个工作范围内能充分的利用发动机的最大有效功率，这时要求高效率时的负荷抛物线通过发动机最大净功率的扭矩点。

但是只考虑这一工况点，实际上是不够的，因为不能说明变负荷下工作的功率利用程度，要达到这一要求，则液力变矩器高效区的工作范围内应在最大功率点Ne附近，即i0和iMmax两负荷曲线应在最大功率点Ne两侧，各种不同工程机械按行业要求和实际情况选取。

为了具有良好的燃料经济性，共同工作的整个范围应在发动机燃料消耗最低的工况附近，这样燃料的消耗量较小。原文地址：http://www.pikacn.com/news/201610/5147.html

为了在启动和最大载荷的情况下获得最大输出扭矩，则液力变矩器在低传动比时的负荷曲线，特别是i=0（即启动情况下）时负荷曲线通过发动机的最大扭矩点，就能得到最大的输出扭矩。

同时满足以上比较困难，由于可透穿液力变矩器的负荷曲线的分布较宽，具有同时满足要求的可能。所以选用可透穿液力变矩器比较多。

为了得到液力变矩器与发动机较为合理的匹配，就要是泵轮负荷曲线处于要求的共同工作位置。

六、液力变矩器的选型要求

工程机械一般情况下负荷较大，工作环境较为恶劣，工作频繁，行驶速度也较低，且散热条件也较差，致使发动机热负荷较大，通常发动机的使用功率要降低10%~20%使用。从工程机械的性能要求和对发动机功率的要求可以看出：

1、根据爬坡性能的要求，液力变矩器失速变矩比 尽可能大些，一般 =3~3.6，以减少变速箱的排挡数。

2、为了充分利用发动机的功率，液力变矩器应具有一定的透穿度，这样在启动和低速行驶时能获得较大的牵引力，高速行驶时能充分的利用发动机的功率，提高平均速度，对改善加速性和牵引性都是有利的。一般要求在低速时透穿度较小，高速时透穿度尽可能较大。但是有些情况下也选用非透穿液力变矩器。

3、液力变矩器和发动机共同作用时，在全负荷下发动机有较大的功率输出，以满足较大的牵引特性的要求。

4、要求液力变矩器高效范围宽，工程机械作业时要求变矩器在低速和高速工况下运转，有利于提高发动机的经济性，一般变矩器允许的最低效率η=75%。

七、液力变矩器的应用范围

液力变矩器的主要应用就是传统的AT（包括本田和早期福特车型的平行轴系列变速器）和CVT变速器。而使用多片离合器和双离合器模块的自动变速器，由于结合端不具备放大扭矩和柔性传动的特点，如果匹配不佳，且发动机动力本身较弱，在转向、倒车时就可能出现熄火的现象，有了液力变矩器之后这种可能性就大大降低了。下面就来为大家介绍一下这两种变速器的相关知识。

1、液力变矩器的应用之AT变速器

AT不用离合器换档，档位少变化大，连接平稳，因此操作容易，既给开车人带来方便，也给坐车人带来舒适。但缺点也多：

(1)机构复杂，修理困难。在液力变扭器内高速循环流动的液压油会产生高温，所以要用指定的耐高温液压油。

(2)对速度变化反应较慢，没有手动波灵敏，因此许多玩车人士喜欢开手动波车；

(3)如果汽车因蓄电池缺电不能启动，不能用推车或拖车的方法启动。如果拖运故障车，要注意使驱动轮脱离地面，以保护自动波齿轮不受损害。

(4)费油不经济，传动效率低变矩范围有限，引入电子控制技术改善了这方面的问题；

2、液力变矩器的应用之CVT变速器

CVT传动系统里，传统的齿轮被一对滑轮和一只钢制皮带所取代，每个滑轮其实是由两个椎形盘组成的V形结构，引擎轴连接小滑轮，透过钢制皮带带动大滑轮。

玄机就出在这特殊的滑轮上：CVT的传动滑轮构造比较奇怪，分成活动的左右两半，可以相对接近或分离。锥型盘可在液压的推力作用下收紧或张开，挤压钢片链条以此来调节V型槽的宽度。

当锥型盘向内侧移动收紧时，钢片链条在锥盘的挤压下向圆心以外的方向（离心方向）运动，相反会向圆心以内运动。这样，钢片链条带动的圆盘直径增大，传动比也就发生了变化。

八、液力变矩器的设计发展

液力变矩器的设计主要内容有叶栅系统入、出口参数设计、液流道设计、特性计算、整体结构设计及供油系统设计。      

叶栅系统入、出口参数设计是指根据给定的性能指标确定最佳的叶栅系统入、出口参数，包括流道的入、出口宽度和半径及叶片的入、出口角度和厚度。目前采用的设计方法有三种：基型设计、统计设计和基于流场理论的设计。

基型设计：选择性能与设计要求接近的液力变矩器作为设计基型，循环圆的形状，叶轮的布置，叶片的形状，叶片的数目，各种计算系数均参考基型选择，几何尺寸按相似原理进行确定。

统计设计：根据现有液力变矩器的种类和性能指标，有针对性地进行综合分析，统计出液力变矩器的性能和工况、叶轮尺寸及叶片角度的关系，制定出图表或解析式作为设计的参考。

设计时根据性能要求选定一些参数作为设计计算的初始点，根据统计图表或解析式确定所设计的液力变矩器的各项参数，从而确定叶栅系统入、出口参数。

基于流场理论的设计：目前叶栅系统入、出口参数设计的理论基础仍然是一元束流理论。根据束流理论及能量守衡定律建立叶栅系统入、出口参数设计计算的基本数学关系式，根据设计性能要求及制造工艺条件建立约束方程，然后，通过选择合适的优化目标函数、优化计算方法及初始参数进行设计计算。

可以使用的方法有，渐次逼近法，采用单或多目标优化计算方法来计算最佳叶栅系统入、出口参数。

九、液力变矩器故障分析

液力变矩器机械部分常见的故障现象有无挡、加速无力、高速性能差、传动效率低、油温高、变矩器异响等。

1、液力变矩器故障一：液力变矩器加速无力、高速性能差

因变矩器故障导致加速性能差的故障主要表现为加速时动力不足，但高速行驶时驱动状况又很正常。

由变矩器工作原理可知，汽车在起步或加速等工况时，变矩器内泵轮与涡轮的转速差较大，此时在液流的冲击下，单向离合器将导轮锁死，使变矩器起到增大转矩的作用。

若单向离合器损坏不能将导轮锁死，则这一作用将会消失，就会出现加速性能差的情况。

还有一种情况是，在汽车低速行驶与加速时均正常，但在高速行驶时发动机的转速和车速均不能相应提高，发动机的动力明显不足，特别是在放松加速踏板减速或在高速行驶时将选挡手柄置于N位时，能感到转速明显下降过快，乘坐舒适性变差。

出现这种现象通常是导轮单向离合器卡滞不能实现打滑引起的。因为在涡轮转速超过变矩器的耦合转速时，经涡轮流出的液流就会冲击导轮叶片的背部，若单向离合器不能实现良好的打滑，就会使涡轮运动阻力变大，出现发动机转速和车速升高困难、汽车高速行驶性能差的现象。

2、液力变矩器故障二：液力变矩器异响

液力变矩器异响通常表现为轰鸣噪声和尖锐的金属声两种。轰鸣噪声主要是由于变矩器不平衡或安装位置不正确引起的振动噪声，以及变矩器叶片间间隙不正确，导轮单向离合器不能实现可靠锁止与打滑，引起油液流动时的摩擦噪声，而尖锐的金属声通常是变矩器内部构件运动干涉、摩擦材料损耗、锁止离合器打滑等引起的金属间的敲击声或摩擦声。

3、液力变矩器故障三：液力变矩器无挡

液力变矩器无挡指的是动力在变矩器中传递中断，即变矩器进入任何挡位时都没有驱动反应。导致该现象的原因通常有以下两个方面：一是变矩器内无工作油液。

由于变矩器内泵轮与涡轮没有任何机械连接，动力是靠油液作为介质传递的，若无油液动力自然就无法传递。二是涡轮与涡轮轴连接松脱或被卡死。

涡轮叶片与涡轮花键毂焊接处裂开、花键毂与涡轮轴连接花键损坏或变矩器内轴承损坏会引起涡轮与涡轮轴连接松脱或被卡死，动力无法通过涡轮输出。

4、液力变矩器故障四：传动效率低、油温高

液力变矩器传动效率低、油温高通常表现为发动机工作正常而油耗却增加，变速器及变速器油温度很高，并且变速器油极易变质，严重时在加油口处冒白烟。其原因可能是变矩器中的油液不足或是散热油管堵塞、变矩器止推轴承磨损等，致使泵轮、涡轮和导轮间的叶片间隙太大，液流就会以热能的形式损失一部分能量，使油温升高。

导轮单向离合器卡滞使涡轮在转速较高时不能转动，液流冲击导轮叶片背面而消耗能量。锁止离合器在工作时若不能正常锁止，也将引起一部分能量损失在变矩器中，从而出现传动效率低、变速器油温过高的现象。

综合所述，液力变矩器安装在发动机与变速器之间，其工作状况好坏直接影响发动机动力的传递，以及车辆的工作性能。液力变矩器本身是一个密封件，对其进行解体检修需要有专业的维修设备，而一般的维修店不具备维修条件，给维修带来不便。为此，要确保液力变矩器可靠地工作，应做好日常维护和保养工作，必要时，应去专业维修店进行检修。

十、液力变矩器视频：

总结：通过上面的介绍相信大家对于液力变矩器有了一定的了解，作为汽车性能变革中的一种里程碑式的发明，液力变矩器的功效非常的大，对于汽车的性能提升有一个非常好的贡献，但是液力变矩器在设计上还是有一定的发展空间，只有追求完美才能创造出最好的价值。