液力变矩器工作原理( 二 ) _液力变矩器

2.液力变扭器的工作原理
液力变扭器转换能量、传递动力的原理与液力偶合器基本相同,其根本区别就在于液力变扭器增加了一个工作轮—导轮。发动机运转时,带动液力变扭器的壳体和泵轮与之一同旋转，泵轮内的工作液在离心力的作用下，由泵轮叶片外缘冲向涡轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片流回泵轮叶片内缘，形成循环的液流。由于多了一个固定不动的导轮，在液体循环流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩，从而使涡轮输出扭矩不同于泵轮输入扭矩，具有“变扭”功能。下面简述其变扭工作原理。
为了方便起见，用液力变扭器工作轮的展开图来说明液力变扭器的变扭工作原理。现沿循环圆的中间流线展开成一直线，于是泵轮B，涡轮W和导轮D便成为三个沿展开直线顺次排列的环形平面，如图所示，从而使各工作轮叶片清楚地展现出来。
为了便于说明，现假设在液力变扭器的工作中，发动机的转速和负荷不变，即液力变扭器的泵轮转速nB和扭矩MB为常数。
1）在汽车起步之前
在汽车起步之前，涡轮转速nw=0，发动机通过液力变扭器的壳体带动泵轮旋转，并对工作液产生一个大小为MB的扭矩，该扭矩即为液力变扭器的输入扭矩。液力变扭器内的工作液在泵轮叶片带动下，以一定的绝对速度vB冲向涡轮叶片。绝对速度vB是泵轮的圆周速度vB1 和沿泵轮叶片的相对速度vB2的合成速度，因此时涡轮静止不动，液流沿涡轮叶片流出冲向导轮叶片，如图中箭头vw所示，这即是液流质点在涡轮叶片的相对速度，也是液流质点的绝对速度，然后液流再沿固定不动的导轮叶片沿箭头VD方向回到泵轮中。液流流经导轮叶片时，因受叶片作用，使液流的方向发生变化。以工作液作为研究对象，设泵轮，涡轮和导轮对液体的作用力矩分别为MB、Mw和MD，根据液流的力矩平衡条件，可得:
Mw=MB+MD
由于工作轮对液流的作用力矩Mw与液流对工作轮冲击力矩M’w方向相反，大小相等，即M’w=- Mw，故有:
M’w =MB+MD
由上式可见，液流对涡轮的冲击力矩 M’w（即输出力矩）大于泵轮输入力矩MB 。这是由于涡轮不但受来自泵轮液流冲击，而且受因导轮改变流向的液流的反作用力矩，所以液力变扭器起了增大力矩的作用，导轮反作用力矩的大小及方向都是随涡轮转速的变化而变化，故液力变扭值也随之变化。
2）在汽车起步之后
当涡轮输出力矩，经传动系传到驱动轮上所产生的驱动力足以克服汽车起步阻力矩时，汽车即起步并开始加速，因而与之相连的涡轮转速nw也从零逐渐增加。在涡轮转动之后，液流在涡轮出口处不仅具有沿叶片方向的相对速度vw2，而且具有沿圆周切线方向的牵连速度vw1，所以，此时冲向导轮叶片的液流速度vw是上述两者的合成速度。
假设泵轮转速不变，则液流在涡轮出口处相对速度vw2 不变。在汽车起步之后，涡轮转速的变化，引起牵连速度vw1的变化，冲向导轮叶片液流的绝对速度vw将随涡轮转速nw的增加，即随牵连速度vw1的增加而逐渐向左倾斜，冲向导轮叶片的液流方向愈向左倾斜，导轮所受的冲击力愈小，导轮对液流反作用力矩也愈小，液力变扭器增扭值随之减少。这就说明，液力变扭器增扭值随涡轮转速的提高而减少。
当涡轮转速增大至某一数值时，涡轮出口处的液流绝对速度vw方向与导轮叶片平行，即正好沿导轮叶片出口的方向，由于从涡轮流出的液流流经导轮后其流向不变，导轮对液流的反作用力矩为零，即MD=0，可以知道即涡轮的输出力矩等于泵轮对液流的作用力矩。在这种情况下，液力变扭器由变扭工况转化为偶合工况。
3）涡轮转速进一步增大
如果涡轮转速进一步增大，涡轮出口处液流绝对速度vw方向将进一步向左倾斜，如图2-9所示。当涡轮转速超过前述偶合工况的转速时，液流便冲击到导轮叶片的背面，此时导轮对液流反作用力矩的方向与泵轮对液流的作用力矩的方向相反，即M’w =MB-MD ，故涡轮输出力矩反而小于泵轮输入力矩。
4）涡轮转速与泵轮转速相等时
当涡轮转速增大至与泵轮转速相等时，油液在循环圆中循环流动即停止，液力变扭器便失去传递动力的能力。
由以上分析，可以得到如下三点重要的结论：
其一，液力变扭器由泵轮（主动轮）、涡轮（被动轮）和导轮等三个工作轮组成，它们是转换能量，传递动力和变扭必不可少的基本元件。
泵轮—使发动机的机械能转换为液体能量；