液力变矩器（耦合器）工作原理

液力变矩器工作原理 作者 Karim Nice 引言 如果读过有关手动变速器的知识，您会了解到发动机通过离合器连接到变速器。 如果没有这个连接，汽车在不熄灭发动机的情况下将无法完全停下来。 但是，带有自动变速器的汽车没有离合器，而是使用一种叫做液力变矩器的神奇装置，便可以使发动机与变速器分离 。 它的外观并没有什么特别之处，但其内部的工作机理却非常有趣。 在本文中，我们将了解配备自动变速器的汽车为何需要液力变矩器、液力变矩器的工作原理及其优点与不足。 液力变矩器基础知识 正如采用手动变速器的汽车一样，配备自动变速器的汽车也需要通过某种方式，让发动机能在车轮和变速器中的齿轮停下来时继续工作。 配备手动变速器的汽车使用的是离合器，它可将发动机从变速器彻底断开。 配备自动变速器的汽车则使用液力变矩器。 液力变矩器位于发动机和变速器之间 液力变矩器是一种液力耦合器，它允许发动机在一定程度上独立于变速器运转。 如果发动机转速变慢，如汽车在停车标志灯前处于怠速时，通过液力变矩器的扭矩将非常小，这样只需在制动器踏板上施加很小的力即可让车辆保持静止。 如果您在汽车停止时踏在油门踏板上，则必须用力踩刹车才能防止汽车移动。 这是因为在您踩油门踏板时，发动机会加速并将更多的油液注入液力变矩器中，从而导致更多扭矩被传送到车轮上。 液力变矩器内部结构 如下图所示，在液力变矩器的坚固外壳内有四个组件： ​ 泵 ​ 涡轮 ​ 定子 ​ 变速器油液 液力变矩器零件（从左到右）： 涡轮、定子、泵 液力变矩器的外壳通过螺栓固定到发动机的飞轮上，这样液力变矩器的转速将始终等于发动机的转速。 在液力变矩器中，泵的翼片与外壳相连，因此其转速与发动机的转速相同。 下面的剖面图显示了液力变矩器内部各个零部件的连接状况。 液力变矩器的零件如何连接到变速器和发动机 液力变矩器内的泵是一种离心泵。 当它旋转时，油液将被甩到外面，就像洗衣机将水和衣物甩到洗涤缸外围一样。 由于油液被甩到外面，因此中心区域会形成真空，进而吸入更多的油液。 液力变矩器的泵部分与外壳相连。 之后，油液进入涡轮的叶片，而涡轮又与变速器相连。 这样，涡轮使变速器旋转，而变速器驱动您的汽车。 在下图中，您可以看到涡轮叶片是弯曲的。 这意味着，从外部进入涡轮的油液在从涡轮中心出来之前必须改变方向。 正是这种方向的改变导致了涡轮旋转。 液力变矩器涡轮：请注意中间的齿槽。这是它与变速器的连接点。 若要改变一个移动物体的方向，必须在该物体上施加一个作用力。不管这个物体是一辆汽车还是一滴油。 另一方面，对于导致物体改变方向的力，无论施力方为何物，它都必然会受到此力的反作用力。 因此，在涡轮使油液改变方向的同时，油液也导致涡轮旋转。 油液从涡轮中央流出，移动方向不同于它进入时的方向。 如果您观察上图中的箭头，可以看到从涡轮流出油液的移动方向与泵（以及发动机）的旋转方向相反。 如果允许油液撞击泵，则会降低发动机的转速，从而造成动力的浪费。 液力变矩器中设有定子的原因就在于此。 定子将从涡轮返回的油液送到泵中。 这样可以提高液力变矩器的工作效率。 请注意其中的齿槽，它连接到定子内部的一个单向离合器。 位于液力变矩器的正中间， 其作用是迫使从涡轮返回的液流再次到达油泵之前改变方向。 这样可极大地提高液力变矩器的效率。 定子 定子的叶片设计效果极佳，它几乎可以完全使油液的流向倒过来。 单向离合器（位于定子内部）将定子连接到变速器中的一个固定轴上（上图中注明了离合器所允许的定子旋转方向）。 由于这种布置方式，定子的旋转方向将不同于油液，它只能以相反方向旋转，迫使油液在撞击定子叶片时改变方向。 在汽车开始行驶时有一个微妙的问题。 当速度为64公里/小时时，泵和涡轮几乎以相同的速度旋转（泵的转速始终略快一些）。 此时，从涡轮返回的油液在进入泵时的移动方向已经与泵相同，因此便不需要定子了。 尽管涡轮会改变油液的流向并将其甩到后面，油液最终的流向仍然与涡轮的旋转方向相同，因为涡流在一个方向上的转速要比油液在另一个方向上的喷出速度快。 如果您站在车速为96公里/小时的皮卡的后车斗中，然后以64公里/小时的速度从后车斗扔出一个球，则球仍会以32公里/小时的速度向前移动。 这类似于涡轮中发生的情况： 油在一个方向被甩出，但其速度不如另一个方向的开始速度快。 在这样的速度下，油液实际会撞到定子叶片的侧尾部，从而导致定子在其单向离合器上空转，因此不会妨碍油液通过。 液力变矩器的优缺点 除了让汽车可以完全停住而无需停止发动机这一重要作用外，液力变矩器实际上还可以让汽车在从停车状态加速时获得更大的扭矩。 新式液力变矩器可以将发动机扭矩提高2-3倍。 只有在发动机转速比变速器快得多的时候才可以实现这种效果。 随着车速的提高，变速器的转速将逐渐接近发动机，甚至几乎与发动机的转速持平。 但在理想情况下，变速器的速度应与发动机完全相同，因为此速度上的差异是由浪费的能量带来的。 这就可以在一定程度上解释为什么与使用手动变速器的汽车相比，配备自动变速器的汽车每升燃油行驶的公里数要少一些。 为抵消此效应，有些汽车在液力变矩器上安装了锁定式离合器。 当液力变矩器的两个部分加速时，此离合器便将它们锁在一起，从而消除了打滑现象，提高了效率。