浅谈液力变矩器工作原理及效率问题

赵慧婷

（陕西省西安市长安大学渭水校区 710018)

1 液力变矩器的结构

液力变矩器基本零部件主要有泵轮、导轮与涡轮。泵轮安装在液力变矩器壳体上，由于其与发动机输出轴呈刚性连接的形式，所以泵轮的工作状态由发动机输出轴控制；涡轮与变速器输入轴直接相连，把源源不尽的动力提供给变速器；导轮位于涡轮和泵轮之间，由一个固定轴支撑和一个单向自由轮组成，单向自由轮允许导轮和发动机输出轴同向转动[1]。

2 普通液力变矩器工作原理

液力变矩器主要是利用油液在泵轮——涡轮——导轮——泵轮这样的循环流动下传递功率和转矩的。当汽车处于怠速状态时，只有泵轮在转动做功，而涡轮相对静止。当涡轮开始发生转动时，观察其是否为变速器提供动力。如果有，那么液压油在做离心运动，并不断对涡轮叶片形成冲击，但由于涡轮叶片的形状，从涡轮中冲出的油液冲击导轮的方向和发动机输出轴转动方向相反，此时导轮固定不动。同时因为导轮的特殊叶片形状，从导轮流回到泵轮的油液冲击泵轮叶片的方向和发动机输出轴转动方向一致。这样就提供了汽车在起步时所需要的扭矩。汽车在高速行驶时，从涡轮冲出的油液冲击导轮的方向和发动机输出轴转动方向逐渐趋于一致，使得导轮开始慢慢转动同时逐渐失去增扭作用。

3 液力变矩器的效率问题

由于泵轮和涡轮之间动力的传输是依靠油液的循环流动，二者之间非刚性连接，所以泵轮和涡轮之间有转速差的存在。这个转速差在高速时很明显，因此汽车在高速行驶时发动机的功率损失非常大，降低了汽车的燃油经济性。部分生产厂家通过对此问题进行分析得出结论，如果将锁止离合器安装在变矩器内，通过对涡轮转速设定相应的参数，在达到参数值时，锁止离合器自主接合，直接把涡轮和变矩器壳体相连在一块，涡轮和泵轮同时被发动机带动，使得发动机和变速器成为刚性连接，转速差消除，那么将直接减少汽车高速行驶时发动机功率的损失，也提高了液力变矩器的传动效率。

发动机产生的动力经由液力变矩器传递至变速器，测算并提高液力变矩器的传动效率，对提高整个传动系统的效率就显得尤为重要。有人曾采用一种利用液力变矩器速比间接测算液力变矩器传动效率的方法，对某国产装载机作业循环中液力变矩器的传动效率进行了测试。测试结果表明，液力变矩器的传动效率，仅有不到50%的时间工作在高效区（传动效率为75%～83.5%）。这个实验数据表明，目前加装液力变矩器来实现无级变速的机动车并不能达到明显降低油耗的目标。因此更加合理的设计液力变矩器的结构，比如泵轮、涡轮及导轮叶片的形状等，已成为提高液力变矩器传动效率不可避免的问题。

针对液力变矩器结构的研究，传统研究方法是基于一维束流理论，进行一系列的假设，对液体在液力变矩器中的流动状态进行简化。这种研究方法的优点是模型简单、计算简化，但是因为是在假设基础上进行的研究，与实际情况存在偏差，这种偏差在复杂工况下尤其明显。所以目前主要是应用三维内流场分析理论来优化液力变矩器的性能[2]。

液力变矩器和发动机之间的匹配也是影响其传动效率的一大因素，可以说车辆整体的燃油经济性和动力性，在很大程度上取决于二者之间的匹配程度。目前二者之间常用的匹配方式有全功率匹配、部分功率匹配、折中匹配和优化匹配。由于车辆本身就是一个复杂的系统，运行工况更是时刻变化，无论哪种匹配方式都难以满足汽车在运行过程中的瞬时变化要求。因此还需要在原有理论基础上提出更加优化的方案。

4 结束语

液力变矩器发展至今总体结构组成和工作原理基本没有发生大的变动。根据目前汽车挡位数不断增加的趋势来看，并受限于汽车轴向空间的布置，液力变矩器的外形结构不可避免的会趋近扁平化。在这方面美、韩、日、德等国家的许多家汽车企业在不断进行深入研究。许多商用软件如CFD、Matlab等也在不断完善，使得原本需要花费巨额资金的汽车试验可以通过建模和仿真在计算机上进行。加上由于近些年来计算机的飞速发展，其运行速度大大提高，因此这些实用性的软件平台在完善液力变矩器的研究设计中作用不容忽视。这也意味着在液力变矩器的未来发展中，开发类似的商用软件也会成为主流方向之一。

[1]黄海波，邹乃威.装载机液力变矩器传动效率实验研究[J].工程机械.2015.

[2]王振宝，秦四成.基于典型工况液力变矩器匹配性能的优化[J].中南大学学报.2017.