趙慧婷

摘　要：自無級變速器問世以來，液力變矩器研究成為了熱門話題，各種研究方法、優(yōu)化算法和分析理論層出不窮。本文對液力變矩器的構(gòu)成、原理以及效率問題進(jìn)行了簡要概述。

1　液力變矩器的結(jié)構(gòu)

液力變矩器基本零部件主要有泵輪、導(dǎo)輪與渦輪。泵輪安裝在液力變矩器殼體上，由于其與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸呈剛性連接的形式，所以泵輪的工作狀態(tài)由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸控制；渦輪與變速器輸入軸直接相連，把源源不盡的動(dòng)力提供給變速器；導(dǎo)輪位于渦輪和泵輪之間，由一個(gè)固定軸支撐和一個(gè)單向自由輪組成，單向自由輪允許導(dǎo)輪和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸同向轉(zhuǎn)動(dòng)。

2　普通液力變矩器工作原理

液力變矩器主要是利用油液在泵輪—渦輪—導(dǎo)輪—泵輪這樣的循環(huán)流動(dòng)下傳遞功率和轉(zhuǎn)矩的。當(dāng)汽車處于怠速狀態(tài)時(shí)，只有泵輪在轉(zhuǎn)動(dòng)做功，而渦輪相對靜止。當(dāng)渦輪開始發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，觀察其是否為變速器提供動(dòng)力。如果有，那么液壓油在做離心運(yùn)動(dòng)，并不斷對渦輪葉片形成沖擊，但由于渦輪葉片的形狀，從渦輪中沖出的油液沖擊導(dǎo)輪的方向和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，此時(shí)導(dǎo)輪固定不動(dòng)。同時(shí)因?yàn)閷?dǎo)輪的特殊葉片形狀，從導(dǎo)輪流回到泵輪的油液沖擊泵輪葉片的方向和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。這樣就提供了汽車在起步時(shí)所需要的扭矩。汽車在高速行駛時(shí)，從渦輪沖出的油液沖擊導(dǎo)輪的方向和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向逐漸趨于一致，使得導(dǎo)輪開始慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)逐漸失去增扭作用。

3　液力變矩器的效率問題

由于泵輪和渦輪之間動(dòng)力的傳輸是依靠油液的循環(huán)流動(dòng)，二者之間非剛性連接，所以泵輪和渦輪之間有轉(zhuǎn)速差的存在。這個(gè)轉(zhuǎn)速差在高速時(shí)很明顯，因此汽車在高速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率損失非常大，降低了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。部分生產(chǎn)廠家通過對此問題進(jìn)行分析得出結(jié)論，如果將鎖止離合器安裝在變矩器內(nèi)，通過對渦輪轉(zhuǎn)速設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)，在達(dá)到參數(shù)值時(shí)，鎖止離合器自主接合，直接把渦輪和變矩器殼體相連在一塊，渦輪和泵輪同時(shí)被發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器成為剛性連接，轉(zhuǎn)速差消除，那么將直接減少汽車高速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的損失，也提高了液力變矩器的傳動(dòng)效率。

發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力經(jīng)由液力變矩器傳遞至變速器，測算并提高液力變矩器的傳動(dòng)效率，對提高整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的效率就顯得尤為重要。有人曾采用一種利用液力變矩器速比間接測算液力變矩器傳動(dòng)效率的方法，對某國產(chǎn)裝載機(jī)作業(yè)循環(huán)中液力變矩器的傳動(dòng)效率進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明，液力變矩器的傳動(dòng)效率，僅有不到50％的時(shí)間工作在高效區(qū)（傳動(dòng)效率為75%～83.5%）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，目前加裝液力變矩器來實(shí)現(xiàn)無級變速的機(jī)動(dòng)車并不能達(dá)到明顯降低油耗的目標(biāo)。因此更加合理的設(shè)計(jì)液力變矩器的結(jié)構(gòu)，比如泵輪、渦輪及導(dǎo)輪葉片的形狀等，已成為提高液力變矩器傳動(dòng)效率不可避免的問題。

針對液力變矩器結(jié)構(gòu)的研究，傳統(tǒng)研究方法是基于一維束流理論，進(jìn)行一系列的假設(shè)，對液體在液力變矩器中的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行簡化。這種研究方法的優(yōu)點(diǎn)是模型簡單、計(jì)算簡化但是因?yàn)槭窃诩僭O(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)行的研究，與實(shí)際情況存在偏差，這種偏差在復(fù)雜工況下尤其明顯。所以目前主要是應(yīng)用三維內(nèi)流場分析理論來優(yōu)化液力變矩器的性能。

液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的匹配也是影響其傳動(dòng)效率的一大因素，可以說車輛整體的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，在很大程度上取決于二者之間的匹配程度。目前二者之間常用的匹配方式有全功率匹配、部分功率匹配、折中匹配和優(yōu)化匹配。由于車輛本身就是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，運(yùn)行工況更是時(shí)刻變化，無論哪種匹配方式都難以滿足汽車在運(yùn)行過程中的瞬時(shí)變化要求。因此還需要在原有理論基礎(chǔ)上提出更加優(yōu)化的方案。

4　結(jié)束語

液力變矩器發(fā)展至今總體結(jié)構(gòu)組成和工作原理基本沒有發(fā)生大的變動(dòng)。根據(jù)目前汽車擋位數(shù)不斷增加的趨勢來看，并受限于汽車軸向空間的布置，液力變矩器的外形結(jié)構(gòu)不可避免的會(huì)趨近扁平化。在這方面美、韓、日、德等國家的許多家汽車企業(yè)在不斷進(jìn)行深入研究。許多商用軟件如CFD、Matlab等也在不斷完善，使得原本需要花費(fèi)巨額資金的汽車試驗(yàn)可以通過建模和仿真在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。加上由于近些年來計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，其運(yùn)行速度大大提高，因此這些實(shí)用性的軟件平臺在完善液力變矩器的研究設(shè)計(jì)中作用不容忽視。這也意味著在液力變矩器的未來發(fā)展中，開發(fā)類似的商用軟件也會(huì)成為主流方向之一。

來源：《汽車與駕駛維修(維修版)》2018年05期