2.3.1  液力变矩器工作原理

2.3.1 液力变矩器 工作原理

液力变矩器的泵轮相当于离心泵，它旋转时，变速器油将被甩到外端，中心区域会形成真空，进而吸入更多的变速器油。

液体流过导轮的叶片时，相对运动速度可发生两种变化，一是速度大小发生变化，根据伯努利方程，只有当叶片间的通路断面发生变化时液体流速才有可能变化，如进、出口处的断面相等时，则速度绝对值相同；二是速度方向改变，液流进入叶片以后和离开叶片以前，其运动方向完全由叶片的形状和进、出口安装角所决定，导轮的叶片设计几乎可以完全使变速器油的流向倒过来。由于液流速度的大小和方向的改变将导致液流动量矩的变化，而动量矩的变化将导致在导轮上承受液体转矩的作用或产生给予液体的反作用力矩。导轮在给液体的反作用转矩的同时改变液流中液能的形式，一般是将液体的压能变为动能进入泵轮，这样泵轮出口时液流将具有更高的动能，同时冲击涡轮时使涡轮吸收更多的液能，以获得较高的转矩和转速，然后液流从涡轮又流入导轮，完成一个循环。

单向离合器将导轮连接到变速器中的一个固定轴上，所以导轮的旋转方向将不同于变速器油，只能以相反方向旋转，迫使变速器油在撞击导轮叶片时改变方向。这就是液力变矩器的增矩过程。液力变矩器工作原理如图2-13所示。

为便于分析，将v分解为两个分速度

v=v_m+v_u（2-21）

式中 v_m——绝对速度在轴面上的分速度；

v_u——绝对速度在圆周上的分速度。

根据束流理论，可将液流全部质量集中于中间流线上进行研究。由动量矩定理可知，在Δt时间内流体动量矩的增量MΔt等于工作轮作用于该液体质量为m的上的转矩M，则

MΔt=mv_u2r₂-mv_u1r₁

=ρq_v（v_u2r₂-v_u1r₁）Δt(https://www.daowen.com)

即

M=ρq_v（v_u2r₂-v_u1r₁）（2-22）

设泵轮、导轮、涡轮对变速器油的作用力矩分别为M_b、M_d、M_w′，则

M_b=ρq_v（v_uB2rB2^-vuB1rB1）（2-23）

-M_w=ρq_v（v_uw2r_w2^-v_uw1r_w1）（2-24）

M_d=ρq_v（v_uD2rD2^-v_uD1r_D1）（2-25）

式中 ρ——变速器油密度；

图2-13 液力变矩器工作原理

q_v——变速器油流量；v_uB2、v_uB1——变速器油的在中间流线泵轮外测、内测圆周分速度；v_uD2、v_uD1——变速器油的在中间流线导轮外测、内测沿圆周分速度；v_uw2、v_uw1——变速器油的在中间流线导轮外测、内测圆周分速度；r_B1、r_B2——泵轮内侧和外侧在中间流线上的旋转半径；r_D1、r_D2——导轮内侧和外侧在中间流线上的旋转半径；r_w1、r_w2——涡轮内侧和外侧在中间流线上的旋转半径。

工作轮叶片入口处的速度矩是前一个工作轮叶片出口处条件造成的，所以有

v_uB2r_B2=v_uw2r_w2，v_uD2r_D2=v_uB1r_B1，v_uw1r_w1=v_uD1r_D1

变矩器在稳定工况下，作用于液体的外转矩之和应为0，即

∑M=M_w+M_b+M_d=0（2-26）

=ρq_v（v_uw2r_w2+v_uB2r_B2+v_uD2r_D2-v_uB1r_B1-v_uw1r_w1-v_uD1r_D1）=0

M_w′=M_b+M_d（2-27）

另外涡轮输出转矩M_w=-M_w′。

设发动机转速和负荷不变，即泵轮的转速n_b和转矩M_b不变如图2-13a所示。起步工况下，涡轮转速n_w=0，变速器油在泵轮叶片带动下，沿箭头1方向冲向涡轮叶片，因涡轮静止不动，液流沿着叶片流出并冲向导轮，再沿箭头3流入泵轮。此时M_w>M_b，发动机对泵轮施加的输入转矩大于涡轮传递给变速器的转矩，变矩器处于增矩区。

随着涡轮转速n_w的增大，牵连速度v_u增大，使液体速度v向导轮出口方向倾斜，当泵轮与涡轮转速相接近时，涡流速度最小，环流速度最大，合成液流的方向正好与导轮叶片相切，液体速度与导轮出口方向一致时（图2-13a中v′），M_d=0，液力变矩器处于耦合区，没有增大转矩的作用，此时相当于耦合器，对应的转速称为耦合工作点。

如果涡轮转速继续增大，液体速度达到v″，即液体冲击在导轮叶片的背面，使导轮转矩与泵轮转矩方向相反，M_d＜0，M_w<M_b，涡轮输出的转矩比泵轮输入的转矩小。如果涡轮转速继续增加，泵轮涡轮转速相等n_w=n_b，此时M_w=0，循环圆中的循环液体停止流动，不再传递动力。

尽管涡轮会改变变速器油的流向并将其甩到后面，变速器油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。但油液实际会撞到导轮叶片的侧尾部，使导轮在其单向离合器上空转，因此不会妨碍油液通过。

液力变矩器的工作过程如下：

1）发动机的能量通过泵轮传递给液体，使液体旋转，速度矩增加。

2）具有一定旋转速度的液流进入涡轮后带动涡轮旋转，由于受到涡轮叶片的“阻碍”，液流旋转速度被迫减小，速度矩减小，其减小值正比于输出矩（阻力矩）。

3）导轮的作用是帮助泵轮增加液流旋转，即增大泵轮进口处的速度矩。

4）导轮中液流遵守能量方程，导轮不增大或减小液体的能量，仅改变液流方向。导轮中液流所具有的能量是泵轮的输入能量在涡轮带动变速器工作消耗后剩下的部分。