淺談液力變矩器工作原理及效率問題

趙慧婷

（陜西省西安市長安大學(xué)渭水校區(qū) 710018)

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)動機輸出軸呈剛性連接的形式，所以泵輪的工作狀態(tài)由發(fā)動機輸出軸控制；渦輪與變速器輸入軸直接相連，把源源不盡的動力提供給變速器；導(dǎo)輪位于渦輪和泵輪之間，由一個固定軸支撐和一個單向自由輪組成，單向自由輪允許導(dǎo)輪和發(fā)動機輸出軸同向轉(zhuǎn)動[1]。

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)流動下傳遞功率和轉(zhuǎn)矩的。當汽車處于怠速狀態(tài)時，只有泵輪在轉(zhuǎn)動做功，而渦輪相對靜止。當渦輪開始發(fā)生轉(zhuǎn)動時，觀察其是否為變速器提供動力。如果有，那么液壓油在做離心運動，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)動機輸出軸轉(zhuǎn)動方向相反，此時導(dǎo)輪固定不動。同時因為導(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)動機輸出軸轉(zhuǎn)動方向一致。這樣就提供了汽車在起步時所需要的扭矩。汽車在高速行駛時，從渦輪沖出的油液沖擊導(dǎo)輪的方向和發(fā)動機輸出軸轉(zhuǎn)動方向逐漸趨于一致，使得導(dǎo)輪開始慢慢轉(zhuǎn)動同時逐漸失去增扭作用。

3 液力變矩器的效率問題

由于泵輪和渦輪之間動力的傳輸是依靠油液的循環(huán)流動，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。這個轉(zhuǎn)速差在高速時很明顯，因此汽車在高速行駛時發(fā)動機的功率損失非常大，降低了汽車的燃油經(jīng)濟性。部分生產(chǎn)廠家通過對此問題進行分析得出結(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)，在達到參數(shù)值時，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，渦輪和泵輪同時被發(fā)動機帶動，使得發(fā)動機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發(fā)動機功率的損失，也提高了液力變矩器的傳動效率。

發(fā)動機產(chǎn)生的動力經(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效率，對提高整個傳動系統(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效率的方法，對某國產(chǎn)裝載機作業(yè)循環(huán)中液力變矩器的傳動效率進行了測試。測試結(jié)果表明，液力變矩器的傳動效率，僅有不到50%的時間工作在高效區(qū)（傳動效率為75%～83.5%）。這個實驗數(shù)據(jù)表明，目前加裝液力變矩器來實現(xiàn)無級變速的機動車并不能達到明顯降低油耗的目標。因此更加合理的設(shè)計液力變矩器的結(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，進行一系列的假設(shè)，對液體在液力變矩器中的流動狀態(tài)進行簡化。這種研究方法的優(yōu)點是模型簡單、計算簡化，但是因為是在假設(shè)基礎(chǔ)上進行的研究，與實際情況存在偏差，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[2]。

液力變矩器和發(fā)動機之間的匹配也是影響其傳動效率的一大因素，可以說車輛整體的燃油經(jīng)濟性和動力性，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復(fù)雜的系統(tǒng)，運行工況更是時刻變化，無論哪種匹配方式都難以滿足汽車在運行過程中的瞬時變化要求。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。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，使得原本需要花費巨額資金的汽車試驗可以通過建模和仿真在計算機上進行。加上由于近些年來計算機的飛速發(fā)展，其運行速度大大提高，因此這些實用性的軟件平臺在完善液力變矩器的研究設(shè)計中作用不容忽視。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成為主流方向之一。

[1]黃海波，鄒乃威.裝載機液力變矩器傳動效率實驗研究[J].工程機械.2015.

[2]王振寶，秦四成.基于典型工況液力變矩器匹配性能的優(yōu)化[J].中南大學(xué)學(xué)報.2017.