2.1.2 液力变矩器结构
现阶段汽车采用的液力传动装置演变过程如下：
液力耦合器→液力变矩器→综合式液力变矩器→带锁止离合器的综合式液力变矩器
液力耦合器曾应用于早期的汽车半自动变速器及自动变速器中，目前汽车自动变速器中基本不再使用，而主要采用带有锁止离合器的综合式液力变矩器。
在液力变矩器的发展过程中，比较有代表性的结构有三元件液力变矩器、综合式液力变矩器和四元件液力变矩器。
2.1.2.1 三元件液力变矩器
最初的液力变矩器由泵轮、导轮和涡轮组成，称作三元件液力变矩器。泵轮与液力变矩器壳体连成一体，用螺栓固定在发动机曲轴后端的凸缘或飞轮上，壳体做成两半，装配后焊成一体（有的用螺栓连接）；涡轮通过从动轴与变速器的其他部件相连；导轮位于泵轮和涡轮之间，并与泵轮和涡轮保持一定的轴向间隙，通过导轮座固定于变速器壳体上，三元件液力变矩器的结构原理如图2-1所示。所有工作轮装配后，形成断面为循环圆的环状体。
图2-1 三元件液力变矩器结构原理图
1.泵轮
泵轮是液力变矩器的主动元件，与液力变矩器壳体组成一体，变矩器壳体用螺栓固定在飞轮上，由于飞轮与曲轴相连，因而泵轮总是和曲轴一起转动。泵轮的作用是把发动机的机械能转变成油液的动能，其内部沿径向装有许多较平直的叶片，叶片内缘装有让变速器油平滑流过的导环，当发动机运转时，泵轮内的工作液依靠离心力的作用从泵轮外缘向外喷出进入涡轮。泵轮结构如图2-2所示。
2.涡轮
涡轮是液力变矩器的从动元件，与变速器输入轴用花键连接，其作用是把液体能量转换成涡轮轴上的机械能，涡轮也装有许多叶片，叶片呈曲线形状，方向与泵轮叶片的弯曲方向相反。涡轮叶片与泵轮叶片相对放置，中间留有3～4mm的间隙。涡轮结构如图2-3所示。
图2-2 泵轮结构图
图2-3 涡轮结构图
3.导轮
导轮处于泵轮与涡轮之间，通过单向离合器固定在变速器壳体的导轮轴上。其作用是改变液流方向，增加转矩。导轮叶片截住离开涡轮的变速器油，并改变其方向，使变速器油冲击在泵轮叶片背面，给泵轮一个额外的助力。导轮结构如图2-4所示。
2.1.2.2 综合式液力变矩器
目前汽车自动变速器中所用的液力变矩器基本都是综合式液力变矩器，它综合利用了液力耦合器和液力变矩器的优点，传递动力更加平顺可靠，同时大大提高了工作效率。综合式液力变矩器在三元件液力变矩器的基础上增加了单相离合器和锁止离合器。单向离合器结构如图2-5所示。
图2-4 导轮结构图
图2-5 综合式液力变矩器单向离合器结构图
单向离合器按其结构形式有棘轮型、滚柱型和楔块型3种。目前广泛应用的是楔块型单向离合器，由外环（或外座圈）、内环（内座圈）、保持架、楔块、片状弹簧组成，如图2-6所示。内环通过固定套用花键与变速器的壳体相连接，外环和导轮相连接，保持架借助于片状弹簧将楔块均匀等分的布置在圆形的内环和外环之间。由于楔块具有特殊的形状，使得长轴方向A的尺寸略大于内、外环之间的距离，即内外环半径差B；而在短轴方向C的尺寸略小于内外环半径差B。
图2-6 楔块式单向离合器结构(https://www.daowen.com)
当外环相对内环顺时针方向转动时，楔块在摩擦力的作用下立起，由于A＞B，楔块被卡死在内环与外环之间，此时单向离合器处于锁止状态，从而阻止了内环与外环的相对转动。
当外环相对内环逆时针方向转动时，楔块在摩擦力的作用下倾斜俯倒，由于B＞C，内外环可以相对转动，此时单向离合器处于打滑的自由状态；从而使内环与外环所连接件可相对转动，二者无动力传递和连接。保持架能够使楔块总是朝着锁止外环的方向略微倾斜，以加强楔块的锁止功能。
滚柱型单向离合器（图2-7）的工作原理与楔块式类似，与导轮相连的外座圈按虚线方向相对内座圈转动时，滚柱压紧在滚道的窄端，导轮便同单向离合器外座圈卡紧在内座圈上不动。导轮按照图中实线方向转动时，可自由旋转。
图2-7 滚柱型单向离合器
1.锁止离合器
液力变矩器用油液作为传力介质时，即使在传递效果最佳时，也只能传递最大约90%的动力。其余的动力都被转化为热量，散发到油液里。为提高传动效率，变矩器设置了锁止离合器如图2-8所示。液力变矩器进入耦合工况后，变矩器内的锁止离合器就有可能进入锁止工况。而变矩器一旦进入锁止工况，发动机的动力就可以100%地传给传动系统。可以避免液力传动过程中的动力损失，提高液力变矩器的工作效率。
离合器接合前动力传递路线（图2-9a）：发动机→驱动盘→前盖→泵轮→涡轮→涡轮轮毂→变速器输入轴。
离合器接合后动力传递路线（图2-9b）：发动机→驱动盘→前盖→锁止离合器摩擦片→涡轮轮毂→变速器输入轴，即直接进行机械传递，传动效率接近1。
液力变矩器根据锁止形式的不同，分为液力锁止、离心力锁止和黏液离合器锁止3种形式。
图2-8 液力变矩器锁止离合器结构示意图
1—前盖 2—压盘 3—从动盘及减振器 4—涡轮 5—导轮 6—推力轴承 7—泵轮
图2-9 锁止离合器的分离与接合
（1）液力锁止离合器 液力锁止的闭锁离合器出现于20世纪70年代，是目前使用最为广泛的变矩器锁止形式。液力锁止的结构是在涡轮背面加装一个摩擦式压盘（被习惯称之为离合器盘），压盘上有一圈摩擦环。
（2）离心力锁止离合器 环绕在离心力锁止离合器组件外边缘的是若干块离合器蹄铁，随着涡轮转速的升高，离合器蹄铁在离心力作用下向外移动，与变矩器壳接触，把涡轮与变矩器壳锁止在一起。锁止力矩大小取决于离心力的大小，而离心力的大小取决于转速。随转速的变化涡轮与变矩器壳可以完全锁止，也可以一半锁止或1/4锁止。离心力锁止离合器的汽车主要有本田和捷达等汽车。
（3）黏液锁止离合器 黏液锁止离合器的操纵方式和液力锁止离合器相同。黏液锁止离合器的组件包括转子、离合器体、离合器盖和硅油。硅油被封在离合器盖与离合器体之间，硅油黏液可以缓和离合器接合时的冲击。黏液锁止离合器是利用液体的黏性或油膜的剪切来传递动力的。离合器接合时迫使压盘与变矩器壳接触。发动机的动力从压盘通过黏液耦合作用传递到变速器的输入轴。离合器的液力耦合件是利用封闭在压盘和壳体之间的黏稠硅油的黏性传递动力的。
2.离合器的减振
液力变矩器在进入锁止工况前，靠液力传递转矩，属于软连接，靠油液衰减振动。进入锁止工况后变矩器和摩擦式、干式离合器一样靠减振弹簧减振。变矩器的减振弹簧被均匀地布置在离合盘上（大部分是布置在外端），被夹在两个铆接在一起的钢片之间。一个钢片固定在离合器组件毂上，另一个固定在离合器盘上。锁止时，突然作用在一个钢片上的转矩被弹簧的压缩作用所吸收，后一个钢片在弹簧压缩后才转动。发动机的扭转振动在减振弹簧压缩过程中被衰减了。发动机和传动系之间的刚性联系变成弹性联系，使离合器接合柔和。
2.1.2.3 四元件液力变矩器
三元件液力变矩器由变矩状态到耦合状态效率显著下降，为改善这种状态，将导轮分割成两个，分别装在各自的单向离合器上，组成四元件液力变矩器。如图2-10所示。
图2-10 四元件液力变矩器结构原理图
当涡轮转速较低时，涡轮出口处工作油冲击在两导轮正面，此时两导轮的单向离合器锁住，导轮固定，如同液力变矩器工作情况。当涡轮转速增加到一定程度，工作油对第一导轮的冲击力反向，第一导轮便因单向离合器松脱而与涡轮同向旋转，此时只有第二导轮仍起变矩作用。当涡轮转速继续升高到接近泵轮转速时，第二导轮也受到工作油的反向冲击力而与涡轮及第一导轮同向转动，于是液力变矩器全部转入耦合工作状态。