学习任务1 液力变矩器的检修

2025年09月26日

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学习任务1 液力变矩器的检修

【学习目标】

1. 知识目标

（1）液力变矩器的组成和结构。

（2）液力变矩器的工作原理。

2. 技能目标

（1）能正确、规范检修液力变矩器。

（2）能正确使用工具和设备进行作业。

（3）能贯彻执行5S管理。

【任务描述】

一辆丰田卡罗拉1.8L自动变速器轿车，车主将车开到4S店，说该车前部有“沙沙”的异常响声，初步判断故障部位在液力变矩器，需要对液力变矩器进行检修。

【相关知识】

液力变矩器的发展经过了三个阶段：第一阶段，为了解决液力偶合器只能传递转矩、不能放大转矩的问题，在液力偶合器的基础上增加了固定不动的导轮，改变了流向泵轮的ATF的流向，增加了涡轮的转矩输出；第二阶段，上述固定不动的导轮可以在中、低速时增大输出转矩，但高速时却使输出转矩降低，为了解决这一问题，又在导轮中增加了单向离合器，使高速时导轮转动，液力变矩器成为液力偶合器，即传递转矩而不会降低转矩；第三阶段，上述的液力变矩器还存在高速时动力损耗高的问题，所以目前的液力变矩器都带有锁止离合器，使得在高速时泵轮和涡轮刚性连在一起，传动效率达到100%。

下面介绍的是由泵轮、涡轮、导轮三个元件组成的，且带有单向离合器和锁止离合器的液力变矩器。

一、液力变矩器的功用与组成

1. 功用

液力变矩器位于发动机和机械变速器之间，以自动变速器油（ATF）为工作介质，主要完成以下功用。

1) 传递转矩

发动机的转矩通过液力变矩器的主动元件，再通过ATF传给液力变矩器的从动元件，最后传给机械变速器。

2) 无级变速

根据工况的不同，液力变矩器可以在一定范围内实现转速和转矩的无级变化。

3) 放大转矩

液力变矩器与液力偶合器相比，增加了可以改变油流方向的导轮，使得液力变矩器的输出转矩增加。

4) 自动离合

液力变矩器采用ATF传递动力，当踩下制动踏板时，发动机也不会熄火，此时相当于离合器分离；当抬起制动踏板时，汽车可以起步，此时相当于离合器接合。同时由于采用ATF传递动力，液力变矩器的动力传递柔和，并且能防止传动系统过载。

5) 驱动油泵

ATF在工作的时候需要油泵提供一定的压力，而油泵是由液力变矩器壳体驱动的。

2. 组成

如图2-1-1所示，液力变矩器通常由泵轮、涡轮和导轮三个元件组成，称为三元件液力变矩器；有的液力变矩器采用两个导轮，则称为四元件液力变矩器。

图2-1-1液力变矩器的组成

1—泵轮；2—导轮及单向离合器；3—涡轮；4—离合器总成；5—前壳体；6—驱动毂；7—轴承；8—焊接的壳

液力变矩器总成封在一个钢制壳体（变矩器壳体）中，内部充满ATF。液力变矩器壳体通过螺栓与发动机曲轴后端的飞轮连接，与发动机曲轴一起旋转。泵轮位于液力变矩器的后部，与变矩器壳体连在一起。涡轮位于泵轮前，通过带花键的从动轴向后面的机械变速器输出动力。导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向离合器支承在固定套管上，使得导轮只能单向旋转（顺时针旋转）。泵轮、涡轮和导轮上都带有叶片，液力变矩器装配好后形成环形内腔，其间充满ATF。液力变矩器的构造如图2-1-2所示。

图2-1-2液力变矩器的构造

1—导轮；2—泵轮；3—涡轮

二、液力变矩器的工作模型与原理

1. 液力变矩器的工作模型

液力变矩器的工作原理可以通过一对电风扇的工作来描述。如图2-1-3所示，电风扇A通电，将空气吹动起来，并使未通电的电风扇B也转动起来，此时动力由电风扇A传递到电风扇B。为了实现转矩的放大，在两台电风扇的背面加上一条空气管道，使穿过电风扇B的气流通过空气管道的导向，从电风扇A的背面流回，这会加强电风扇A吹动的气流，使吹向电风扇B的转矩增加。即电风扇A相当于泵轮，电风扇B相当于涡轮，空气管道相当于导轮，空气相当于ATF。

图2-1-3液力变矩器的工作模型

2. 液力变矩器的工作原理

1) 动力的传递

液力变矩器工作时，壳体内充满ATF，发动机带动壳体旋转，壳体带动泵轮旋转，泵轮的叶片将ATF带动起来，并冲击到涡轮的叶片；如果作用在涡轮叶片上的冲击力大于作用在涡轮上的阻力，涡轮将开始转动，并使机械变速器的输入轴一起转动。由涡轮叶片流出的ATF经过导轮后再流回到泵轮，形成如图2-1-4所示的循环流动。

具体来说，上述ATF的流动是两种运动的合运动。当液力变矩器工作，泵轮旋转时，泵轮叶片带动ATF也旋转起来，形成绕着泵轮轴线做圆周运动；同样随着涡轮的旋转，ATF也绕着涡轮轴线做圆周运动。旋转起来的ATF在离心力的作用下，从内缘流向外缘。当泵轮转速大于涡轮转速时，泵轮叶片外缘的液压大于涡轮外缘的液压。因此，ATF在做圆周运动的同时，在上述压差的作用下由泵轮流向涡轮，再流向导轮，最后返回泵轮，形成在液力变矩器环形腔内的循环运动。

图2-1-4ATF在液力变矩器中的流动

1—泵轮；2—导轮；3—涡轮；4—油流

液力变矩器要想能够传递转矩，必须要有ATF冲击到涡轮的叶片，即泵轮与涡轮之间一定要有转速差（泵轮转速大于涡轮转速）。

2) 转矩的放大

在泵轮与涡轮的转速差较大的情况下，由涡轮甩出的ATF以逆时针方向冲击导轮叶片，如图2-1-5所示，此时导轮是固定不动的，因为导轮上装有单向离合器，它可以防止导轮逆时针转动。导轮的叶片形状使得ATF改变为顺时针方向流回泵轮，即与泵轮的旋转方向相同。泵轮将来自发动机和从涡轮回流的能量一起传递给涡轮，使涡轮输出转矩增大。液力变矩器的转矩放大倍数一般为2.2左右。

图2-1-5液力变矩器转矩的放大原理

3) 无级变速

液力变矩器的变矩特性只有在泵轮与涡轮转速相差较大的情况下才成立，随着涡轮转速的逐渐提高，涡轮输出的转矩逐渐下降，而且这种变化是连续的。同样，如果涡轮上的负荷增加了，则涡轮的转速要下降，而涡轮输出的转矩增加正好适应负荷的增加。

3. 液力变矩器的特性

液力变矩器主要有以下性能参数。

1）转速比i

转速比i=涡轮轴输出轴转速/泵轮轴输入轴转速

2）变矩比K

变矩比K=涡轮轴输出扭矩/泵轮轴输入扭矩

3）传动效率η

传动效率η=（输出功率/输入功率）×100%

液力变矩器的特性曲线如图2-1-6所示。其横坐标为转速比i，纵坐标为变矩比K和传动效率η。由于泵轮的转速和转矩一定，所以转速比i的变化也体现了涡轮转速nW的变化，而变矩比K的变化也体现了涡轮转矩TB的变化。

图2-1-6液力变矩器的特性曲线

对转矩比而言，当转速比i=0，即涡轮转速nB=0时，称其为失速点，此时转矩比最大，一般为1.7~2.5，这种工况是汽车刚起步时的情况。随着涡轮转速的增加，转矩比减少，这一阶段称为变矩区。当涡轮转速增大到0.85倍的泵轮转速时，转矩比为1，即涡轮转矩等于泵轮转矩，此时为偶合点，液力变矩器进入偶合区。液力变矩器在偶合区时导轮与泵轮、涡轮一起旋转，成为液力偶合器。

对传动效率而言，当转速比i=0，即涡轮转速nB=0时，因为没有动力输出，则液力变矩器的传动效率为0。随着涡轮转速的增加，传动效率迅速增加，在到达偶合点稍前一点达到最高传动效率（一般为85%~88%），然后开始降低。即在高速区时液力变矩器的传动效率下降非常明显。

液力变矩器的工作过程可以概括为两个工况：一个是变矩，另一个是偶合。当泵轮与涡轮转速相差较大，或者说在低速区时，液力变矩器实现变矩（增矩）；当涡轮转速为泵轮转速的85％～90％，或者说在高速区时，液力变矩器实现偶合传动，即输出（涡轮）转矩等于输入（泵轮）转矩。

三、典型液力变矩器的结构与工作原理

典型液力变矩器的结构如图2-1-7所示，主要由泵轮、涡轮、带单向离合器的导轮、变矩器壳体、涡轮轴、锁止离合器等组成。下面只介绍单向离合器和锁止离合器。

图2-1-7典型液力变矩器的结构

1—变矩器壳体(A);2—涡轮止推垫片(B);3—压盘(C);4—扭转减振弹簧(D);5—压盘弹簧(E);6—涡轮(F);7—止推轴承(G);8—带单向离合器的单导轮(H);9—带单向离合器的双导轮(H);10—泵轮(I);11—导轮轴;12—分离油液;13—接合油液;14—涡轮轴

1. 单向离合器

1) 功用

单向离合器又称为自由轮机构、超越离合器，其功用是实现导轮的单向锁止，即导轮只能顺时针转动而不能逆时针转动，使得液力变矩器在高速区实现偶合传动。

2) 结构和原理

常见的单向离合器有楔块式和滚柱式两种结构形式。

楔块式单向离合器如图2-1-8所示，由内座圈、外座圈、楔块、保持架等组成。导轮与外座圈连为一体，内座圈与固定套管刚性连接，不能转动。当导轮带动外座圈逆时针转动时，外座圈带动楔块逆时针转动，楔块的长径与内、外座圈接触，如图2-1-8(a)所示，由于长径长度大于内、外座圈之间的距离，所以外座圈被卡住而不能转动。当导轮带动外座圈顺时针转动时，外座圈带动楔块顺时针转动，楔块的短径与内、外座圈接触，如图2-1-8(b)所示，由于短径长度小于内、外座圈之间的距离，所以外座圈可以自由转动。

图2-1-8楔块式单向离合器

1—内座圈；2—楔块；3—外座圈；4—保持架

滚柱式单向离合器如图2-1-9所示。它由内座圈、外座圈、滚柱、叠片弹簧等组成。当导轮带动外座圈顺时针转动时，滚柱进入楔形槽的宽处，内、外座圈不能被滚柱楔紧，外座圈和导轮可以顺时针自由转动。当导轮带动外座圈逆时针转动时，滚柱进入楔形槽的窄处，内、外座圈被滚柱楔紧，外座圈和导轮固定不动。

图2-1-9滚柱式单向离合器

1—叠片弹簧；2—外座圈；3—滚柱；4—内座圈

2. 锁止离合器

锁止离合器有离心式、液压式和行星齿轮机构式三种类型，目前常见的为液压式锁止离合器。

1) 功用

锁止离合器可以将泵轮和涡轮直接连接起来，即将发动机与机械变速器直接连接起来，这样减少液力变矩器在高速比时的能量损耗，提高了传动效率，提高汽车在正常行驶时的燃油经济性，并防止ATF过热。

2) 结构

锁止离合器的常见结构如图2-1-10所示。其压盘以花键与涡轮前端连接，压盘的前面和变矩器前壳体内表面黏结有摩擦材料。锁止离合器都装有扭转减振器，动力通过其上的一组减振弹簧传递。

图2-1-10锁止离合器的结构

1—壳体；2—摩擦片；3—压盘；4—涡轮；5—扭转减振器

3) 原理

锁止离合器的工作原理如图2-1-11所示。当车辆在良好路面行驶，满足下面五个条件时，锁止离合器将接合。

(1) 冷却液温度为55~65℃。

(2) 选挡杆处于D位，且挡位在D位二挡、D位三挡或D位四挡。

(3) 没有踩下制动踏板，即制动灯开关没有闭合。

(4) 车速高于50km/h。

(5) 节气门开启，即节气门位置传感器信号电压要高于最低电压。

图2-1-11锁止离合器的工作原理

1—涡轮轮毂；2—变矩器前壳体；3—压盘；4—扭转减振器

当锁止离合器接合时，进入液力变矩器中的ATF按图2-1-11(a)所示的方向流动，使压盘向前移动，压紧在液力变矩器前壳体上，通过摩擦力矩使二者一起转动。此时发动机的动力经液力变矩器壳体、压盘、扭转减振器、涡轮轮毂传给后面的机械变速器，相当于将泵轮和涡轮刚性连在一起，传动效率为100％。

当车辆起步、低速或在坏路面上行驶时，应将锁止离合器分离，使液力变矩器具有变矩作用。此时ATF按图2-1-11(b)所示的方向流动，将压盘与液力变矩器前壳体分离，解除液力变矩器壳体与涡轮的直接连接。

【任务实施】

一、设备、工具

（1）自动变速器工作台、常用工具。

（2）百分表和表座、自动变速器油、抹布、油盆、气枪。

（3）维修手册、工作记录表、评分表。

二、实施步骤

1. 查阅维修手册，确定液力变矩器的检修流程

如图2-1-12所示为液力变矩器的检修流程。

图2-1-12液力变矩器的检修流程

2. 液力变矩器的清洗

当自动变速器有过热现象或ATF被污染后，应该清洗液力变矩器。清洗液力变矩器有两种方法：一种是采用专用的冲洗机进行，如图2-1-13所示；另一种是采用手工清洗，方法是加入干净的ATF，用力摇晃、振荡液力变矩器，然后排净油液，反复进行这样的操作，直到排出的油液干净为止。

图2-1-13用冲洗机清洗液力变矩器

3. 液力变矩器的外部检查

检查液力变矩器外部有无损坏和裂纹，轴套外径有无磨损，驱动油泵的轴套缺口有无损伤。如有异常，应更换液力变矩器。

4. 单向离合器的检查

单向离合器损坏失效后，液力变矩器就没有了转矩放大的功用，将出现如下故障现象：车辆加速起步无力，不踩加速踏板车辆不走，但车辆行驶起来之后换挡正常，发动机功率正常，如果作失速试验会发现失速转速比正常值低400～800 r/min。具体检查方法如下。

（1）将检查工具插入装在单向离合器外座圈的轴承支座凹槽中，如图2-1-14所示。

图2-1-14单向离合器的检查

（2）使用检查工具固定轴承支座时，用改锥旋转单向离合器的花键。

（3）检查内座圈是否只能顺时针转动。如果不是则更换液力变矩器总成。

5. 涡轮轴的检查

涡轮轴也是变速器输入轴，涡轮轴将扭矩从液力变矩器涡轮传递到离合器组件,输入轴上的O形圈负责保持变矩器进行锁止操作所需要的油压，如图2-1-15所示。

图2-1-15输入轴与油封

每次对变速箱的输入轴进行安装时，必须检查输入轴上的花键是否发生损坏,检查时要特别注意O形圈部位,O形圈的损伤可能导致锁止回路内的压力下降，进而阻碍锁止操作的进行。此外，O形圈在使用一段时间后可能由于磨损而嵌入变矩器的表面，如果发生这种现象，变矩器表面可能形成磨损沟槽，且ATF 自动变速箱油可能出现内部泄漏。

如果输入轴的花键或O形圈发生损坏，其症状为选择前进挡后车辆不行驶或由于O形圈处的泄漏变矩器锁止失效。上述情况通常是由于安装过程中操作不当而造成的。

6. 液力变矩器内部干涉的检查

液力变矩器内部干涉主要指导轮和涡轮、导轮和泵轮之间的干涉。如果有干涉，液力变矩器运转时会有噪声。

导轮和涡轮之间的干涉检查如图2-1-16所示。将液力变矩器与飞轮连接侧朝下放在台架上，然后装入油泵总成，确保液力变矩器油泵驱动毂与油泵主动部分接合好。把变速器输入轴（涡轮轴）插入涡轮轮毂中，使油泵和液力变矩器保持不动，然后顺时针、逆时针反复转动涡轮轴，如果转动不顺畅或有噪声，则更换液力变矩器。

导轮和泵轮之间的干涉检查如图2-1-17所示，将油泵放在台架上，并把液力变矩器安装在油泵上，旋转液力变矩器使液力变矩器的油泵驱动毂与油泵主动部分接合好，然后固定住油泵并逆时针转动液力变矩器，如果转动不顺畅或有噪声，则更换液力变矩器。