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车辆工程

自动变速器知识-2、偶合器和变矩器

时间:2017-09-10 21:36:23   作者:   来源:   阅读:2   评论:0
偶合器和变矩器的结构特征

一、偶合器

    液力偶合的原理可以用两个风扇来说明,如图8.l所示。通电转动的风扇带动空气流动,冲击在对置的静止(不通电)的风扇的叶片上。空气流动的能量推动了对置的风扇叶片,因此能量从一个风扇传递到另一个风扇上了。尽管这种偶合的效率很低,但事实告诉人们,两个相互间没有刚性连接的叶轮,同样可以进行能量的传递。它是一种“软连接”能量传递方式。为了提高两叶轮间传递效率,人们就把两叶轮安装在一个密闭的容器中,让两叶轮对置的间隙尽可能减少,并在其中充满液压油,其中一个叶轮由发动机曲轴直接驱动,称之为泵轮,而另一个被动的叶轮则作为输出,称之力涡轮,如图8.2所示。

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    这种仅有两个叶轮,只能进行扭矩传递的偶合装置称为偶合器。虽然偶合器只能传递扭矩,但“软连接”给汽车带来多方面的好处。

①在没有附加其他机械操纵装置的情况下,能够通过它平稳地切断和接通发动机和驱动轮之间的动力传递,能够很好地适应汽车平稳起步的要求。

②“软连接”可以通过液体为介质,吸收传动系统的冲击和振动,延长零部件的寿命和减少噪声。

基于上述优点,至今在有些越野车和特种车辆上还广泛采用偶合器。在保留偶合器优点的基础上,又诞生了液力变矩器,它不仅能够传递扭矩,而且还能增大扭矩。

二、变矩器

    液力变矩器的三个基本部件是泵轮、涡轮和导轮(如图8.3所示)。变矩器壳体用螺栓与发动机飞轮连接在一起。壳体又和泵轮焊接在一起。因此,壳体与泵轮随发动机转动,作为发动机的动力输人。泵轮的叶片冲焊在壳体上。当泵轮转动时,在离心力的作用下,液体被从中央甩到泵轮的边缘。

液力偶合的下一步连接是涡轮。液体从泵轮外缘甩出,撞击到涡轮的外边缘。涡轮和泵轮相似,在其内部有叶片。液体撞击涡轮叶片边缘,冲击力使涡轮转动。机械变速器的输人轴用花键与涡轮相连,当涡轮和输人轴旋转时,动力输入到机械变速器。

    液力偶合允许汽车在运行时制动。当车轮制动器锁止驱动轴时,变速器内部旋转的部件以及输入轴和涡轮也同时被锁止。然而,液力偶合和直接的机械连接(手动的离合器)不同,发动机飞轮和变矩器壳体及泵轮依旧在旋转。这时在偶合的泵轮和涡轮之间的油液上,建立了一个“剪切”的动作,使变矩器油温迅速上升。过热会对变矩器和自动变速器造成损害,这也就是前面提到的,为什么在十字路口长时间等待红灯或者堵车情况下,建议把预选杆置于“N”档位的原因,尽量减少出现变矩器的“制动转矩”。变矩器新增了一个导轮,它介于泵轮和涡轮之间,导轮通过中间的单向离合器内花键和固定轴相连,固定轴与变速器壳体连接,它允许导轮在一个方向自由旋转,而在另一个旋转方向则锁止。增加导轮的目的,是为了使变矩器在某些工况下具有增大扭矩的功能。导轮的叶片通常由铝合金浇铸而成,其叶片呈斜面。

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三、变矩器输出扭矩增大原理

    前面提到的液力偶合器,只有两个叶轮是不能够实现增大扭矩功能的。导轮的引人使发动机扭矩的增大成为可能。这样,液力偶合器就成了变矩器。

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图8.4所示为在变矩器中三个叶轮间液体的流动关系。当液体离开泵轮冲击涡轮时,把液体能量传递给涡轮并使其转动,与此同时流经涡轮的液体从中间流出,撞击导轮叶片的正面(此时单向离合器锁止),液体受到导轮正面叶片的阻挡而产生液体折射,具有方向性的液体返回到泵轮叶片上,而这种具有方向性的液体起到了帮助发动机转动泵轮的作用。流动的液体对导轮产生的作用力矩,可以使变矩器的输出扭矩提高两倍甚至更多。但是必须注意,变矩器扭矩增大值并不是一个恒定值,扭矩增大值和汽车的车速有关。当汽车处于起步状态,变矩器具有最大的扭矩增大值,通常可达1.8-2.5倍,随着车速的提高,扭矩增大值逐渐下降,当涡轮和泵轮转速之比达到0.8-0.85左右时(即所谓的偶合点),变矩器的扭矩增大值就变成一倍,当车速继续增大时,仍维持这个数值。一旦变矩器出现输人和输出扭矩相同的情况,实际上变矩器就变成了偶合器。图8.5所示显示了变矩器的特性曲线。从中可以看到,变矩器的运行具有双重特征,在偶合点之前(即低速时),变矩器具有扭矩增大功能,而达到偶合点后,不再具有扭矩增大功能,变成了偶合器。变矩器的扭矩输出特性,能够适应汽车使用要求,当汽车起步时,驱动轮需要较大的扭矩,而高速行驶时仅需要较小扭矩。

四、变矩器中的导轮设置单向离合器的原因

    前面已提到汽车处在低速时,变矩器中来自涡轮的液体冲击在导轮的正面,使变矩器的输出扭矩得以增大,但随着车速逐渐提高,来自涡轮的液体逐渐偏离作用在导轮叶片正面的方向,变矩器的输出扭矩也随之下降,当涡轮和泵轮转速之比达到偶合点时,涡轮喷射的液体作用到导轮的背面,一旦出现这种情况,经导轮折射的液体返回给泵轮,反而成了泵轮旋转的阻力,将会出现输出扭矩低于输人扭矩的状况,这违背了变矩器具有扭矩增大的初衷。作用在导轮叶片正面的液体,随着涡轮转速提高逐渐转向叶片背面,是液力变矩器固有的特征,它是由变矩器结构所决定的。为了防止汽车高速时出现变矩器的输出扭矩小于输人扭矩的现象,在导轮和固定轴之间安置了单向离合器。当在低速时,作用在导轮叶片正面的液体通过单向离合器锁止使导轮固定,产生增大扭矩的效果。当在高速时,作用在导轮叶片的扭矩不能增大。图8.6所示反映了单向离合器和导轮之间的装配关系。

    变矩器导轮的单向离合器在使用过程中,作用在导轮背面的液体通过单向离合器的超越(释放),使导轮自由旋转,此时变矩器实际上变成了偶合器,它只能传递力矩。单向离合器是比较容易损坏的部件,但变矩器又是不可拆卸的总成,因此只能根据故障的现象来判断,如果单向离合器失效表现为在两个方向都能自由旋转,则反映出汽车低速时加速性能减弱;如果失效表现为两个方向都锁止,则反映出汽车高速时动力不足。自动变速器的失速试验,也可以反映变矩器的单向离合器的失效状况。

自动变速器知识-2、偶合器和变矩器

五、变矩器锁止离合器(TCC)

    偶合器和变矩器都属于“软连接”机构,它们具有许多优点。但是这种连接装置也存在明显缺点,高速状态时,泵轮和涡轮之间会产生较大的滑转现象,传动效率大幅度下降,特别反映在偶合点之后,图8.5显示的效率曲线说明了这种情况。长期以来,配置自动变速器的轿车油耗高的主要症结就在于此。

锁止离合器的作用:

自动变速器知识-2、偶合器和变矩器当汽车行驶阻力小时

    发动机转速较高,此时不需要增扭,锁止离合器将变矩器的泵轮和涡轮锁住,可以提高传动效率,能节油5%左右。

自动变速器知识-2、偶合器和变矩器在汽车行驶阻力大时

    发动机转速降低,此时锁止离合器分离,实现增扭。

    变矩器锁止离合器的主要功能是:在汽车低速时,利用变矩器低速扭矩增大的特性,提高汽车起步和坏路的加速性;在高速时,变矩器锁止离合器作用,使液力偶合(“软连接”)让位于直接的机械传动(“硬连接”),提高传动效率,降低燃油消耗。

    变矩器的锁止离合器有一个压盘,当通上压力油时,发动机和变速器就成为刚性连接。低速时,扭矩需要增大,因此液力偶合起作用。然而,当车速到达变矩器不能实现增大扭矩时(通常大于时速 50 km/h左右),锁止离合器作用,液力偶合作用失效。

    图8.7为变矩器锁止离合器的结构图,在变矩器壳体和涡轮之间的压盘用花键与涡轮轮我连接,并允许压盘在涡轮轮载上轴向运动。环状的摩擦材料粘在压盘前端面上,处于锁上状态时,压力油作用在压盘的背面,通过摩擦材料和壳体端部接触,由此建立了发动机和变速器的刚性连接。处于刚性连接时,为了吸收传动系的振动和冲击,在压盘总成上设置了多个扭振弹簧和窗口,敷设阻尼材料,压盘和壳体接合过程中,会产生很大的冲击力和振动,通过扭振弹簧的变形加以吸收,在这种状态下,压盘总成上的主、被动盘之间将会产生较大转角的变化。当解除锁止时,来自控制阀的压力油进人压盘的正面,推动压盘移动,解除摩擦材料和壳体接触,同时该压力油从活塞外缘和壳体内圆的缝隙中进人叶轮的腔内,此时变矩器恢复了液力偶合状态。变矩器两种状态的实现,是通过改变进人变矩器液体的流动方向完成的(如图8.8所示)。必须指出,作用在压盘正面和背面的油压,是两种差别很大的油压,前者是低压(释放)而后者则为高压(锁止)。目前,国外现代轿车上都配置了这种结构的变矩器,包括上海通用公司生产的别克新世纪、广州本田公司生产的本田雅阁等国产轿车的变矩器都采用这种结构。别克新世纪还配置另一种粘液式的锁止离合器.它以硅油作为介质,操作方式和L述相同,它的优点是压盘和壳体接触时显得更柔和、平稳。它取消了压盘上的扭振弹簧,代替它的是硅油离合器,但存在少量的滑转现象。

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    刚性连接使传递扭矩的效率得以提高,它消除了液力偶合所产生的一部分滑转,而成为直接的机械连接。另外,刚性连接不会像液力偶合那样使变矩器油温快速上升。为了防止变矩器在液力偶合过程中的温升,采取以下两种措施。

①变矩器内部的液体必须体外循环流动。

②变矩器液体在体外循环回路中,必须设置油冷却器装置。图8.9所示说明了它们之间的装配关系,从变速器壳体上引出两根管子,其中一根管子内的液体来自变矩器,和散热器上的油冷却器一端相连,油冷却器另一端则通过另一根管子连接到壳体上,然后重返油底壳或者作为润滑用油。

    为了保证变矩器充满液体,并具备一定的压力,通常在体外循环回路设置了单向阎。如果体外循环回路出现单向间堵塞故障,将会使变矩器油温迅速上升,严重影响正常使用,因此定期清洗体外循环回路中的污垢十分必要。

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8.5 变矩器锁止离合器的作用条件

    早期的液控自动变速器的变矩器也配置锁止离合器,但它是一种简单离心式的锁止离合器,离合器组件的内孔花键和涡轮轴相连,离合器组件的外边缘有若干离合器蹄铁,每块蹄铁表面都有摩擦材料的衬片,随着涡轮转速和离心力的增大,离合器蹄铁向外甩动并与变矩器壳体的内圆表面接触。这样,来自发动机的一部分动力通过外壳一摩擦蹄铁一离合器组件传递给涡轮轴,当涡轮转速很高时,离合器完全锁止,液力偶合不起作用,成了直接的机械传动。早期离心式的锁止离合器传递了一个信息,即锁止离合器应该在汽车高速状态起到锁止作用。涡轮转速愈高,锁止效果愈好。上述液力控制式锁止离合器的出现,可以彻底解决离心式离合器存在的锁止效果完全依赖涡轮转速的问题。同时还要解决在车轮制动器作用时,发动机扭矩会骤然增大,将会引起压盘摩擦材料和壳体内端面严重打滑的现象。频繁发生打滑,严重影响锁止离合器的使用寿命,油温上升,磨粒的增加也会影响自动变速器液压油的使用。因此,当车轮制动器作用时,处于锁止状态的离合器必须迅速释放。

    锁止离合器还需解决和发动机水温相关的问题,原本锁止离合器和发动机水温并没有直接联系,但在前面部分已提到两个问题:首先变矩器内的液体需要体外循环,并且要经过设置在散热器上的油冷却器,液体的热量很大部分靠散热器中循环水带走,变矩器中的油温直接和发动机水温相关联;第二,当变矩器锁止离合器作用时,液力偶合作用失效,叶轮间的介质“剪切”不存在,油温迅速下降,从而引起发动机水温下降,过低的水温会影响发动机的正常使用,因此锁止离合器作用前,控制发动机的水温是必要的。

    变矩器锁止离合器上述的作用条件,只有在电控自动变速器上,通过电子传感器的控制方式才能够实现。尽管锁止离合器的作用条件,在各种轿车上有所不同,但下列的几点基本上;都在执行:

①汽车处在高速(50 km/h)或者位于 3档以上的档位;

②汽车的车轮制动器处于非作用状态;

③发动机的水温不低于规定值,通常为50-600C;

④发动机的节气门开度不处于怠速状态,位置传感器必须有最小的电压输出。

    变矩器内部设置了锁止离合器后,在扩大了功能的同时,故障率也相应增加,提高了维修费用。变矩器是不可拆装的总成,通常采用总成更换的方法也必须予以改进。目前在国外已开展对变矩器维修采用切割焊缝一维修保养一重新焊接一动平衡的维修方法,这样可以降低用户的维修费用。


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