任务二　认知与拆装液力变矩器

任务导入

某大众4S店前台接待人员刚上班就接到一位购买Bora自动挡的车主报修：早晨着车后，发现起步异常缓慢，深踩加速踏板才勉强起步，明显感到车辆动力不足，提速困难，此前未觉异常。于是就赶紧将车开来，希望得到检修处理。

你认为是何原因导致该车出现了上述问题？这与自动变速器中的液力变矩器性能异常是否有关呢？

本任务的学习宜通过在整车实训室或汽车底盘电控实训室利用整车或自动变速器总成台架完成。具体包括：掌握液力变矩器的结构、类型；理解液力变矩器工作原理与工作特性；能够拆装和检修液力变矩器，并完成相应的任务工单。

相关知识

装备自动变速器的车辆无法起步或起步困难均是极为典型的故障现象，导致此类故障现象的出现有诸多原因，比如发动机的动力严重下降，传动系阻力过大，自动变速器中换挡执行元件打滑或齿轮变速机构异常，液控系统压力不足等等。此外，还有与液力变矩器（Fluid Torque Converter）相关的一个重要方面就是其中的增矩元件导轮出现了故障进而导致起步无力。若要解决由此原因所致的故障，就必须掌握液力变矩器的结构组成和工作原理，理解为何导轮的存在会增加发动机传输给传动系的扭矩，以及有利于车辆起步的缘由。

一、液力变矩器的作用和性能

如前所述，液力变矩器位于自动变速器的最前端，与飞轮固定连接，其作用相当于手动挡汽车中的离合器。它可利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递给自动变速器的输入轴，并能根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动、无级地改变传动比和转矩比，具有一定的减速增扭功能。

液力变矩器动力传递的主要形式是液力传动，是构成液力自动变速器不可缺少的重要组成部分。此总成封装在一个钢质壳体中，内部充满自动变速油（Automatic Transmission Fluid，ATF）。变矩器壳体前端通过螺栓与发动机曲轴后端的飞轮连接，随曲轴一同旋转，如图2-2-1所示。它将发动机的动力“柔性”地传递给自动变速器中的齿轮机构，并具有一定的自动变速能力。自动变速器的传动效率主要取决于液力变矩器的结构和性能。

1.液力变矩器的作用

（1）增大由发动机产生的扭矩，有利于车辆起步；

（2）起到自动离合器的作用，传递（或不传递）发动机转矩至变速器；

（3）缓冲发动机和传动系的扭振，使发动机和传动系使用寿命延长；

（4）起到飞轮的作用，使发动机运转平稳；

（5）驱动液压控制系统的油泵。

2.液力变矩器的性能

（1）自适应性能：指液力变矩器能够根据外界负荷的大小，自动改变其转速和转矩值并使系统处于稳定工作的性能。

（2）变矩性能：指液力变矩器在一定范围内按一定规律无级改变由泵轮传到涡轮轴转矩值的性能。

（3）效率性能：指液力变矩器在传递能量过程中的效率的变化。

（4）透穿性能：指液力变矩器涡轮轴上的转矩和转速变化时，是否影响泵轮轴上转矩和转速的性能。

（5）局限性：传动效率低，经济性差；结构复杂，成本高。

二、液力变矩器的结构与工作原理

1.液力变矩器的结构

液力变矩器内部有泵轮、涡轮和导轮这三个工作轮，其组成结构如图2-2-2所示。

泵轮位于液力变矩器的后部，与液力变矩器壳连成一体，靠近自动变速器的齿轮传动机构。涡轮位于泵轮前，靠飞轮更近，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，与泵轮和涡轮均保持有一定的轴向间隙，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、涡轮和导轮上都装有周向布置的叶片，泵轮叶片和涡轮叶片中部及导轮叶片的外侧均制有导流环，使得三者装配好后，在液力变矩器内沿径向剖面形成环形内腔。整个液力变矩器内充满着ATF。

2.液力变矩器的工作原理

1）车辆起步前

车辆启动后，发动机飞轮带着液力变矩器壳体和内部的泵轮随之一同转动，泵轮内的液压油在离心力的作用下，由中心向外甩出，经叶片外缘冲击涡轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片内缘流回泵轮，形成循环的液流，如图2-2-3（a）所示。导轮用于改变涡轮上的输出矩。由于从涡轮叶片下缘流向导轮的液压油仍有相当大的冲击力，只要将泵轮、涡轮和导轮的叶片设计成一定的形状和角度，就可以利用上述的冲击力来提高涡轮的输出扭矩。由于液流除了在泵轮、涡轮和导轮三者之间的循环流动（称为涡流）之外，还要绕着输入、输出轴线一同旋转流动（称为环流，亦谓旋转流），最后形成首尾相接的螺旋流，如图2-2-3（b）所示。

车辆起步前，涡轮转速nW=0，发动机通过液力变矩器的壳体带动泵轮旋转，并对工作液产生一个大小为MB的转矩。液力变矩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2-2-4中vW所示。这既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vD所示箭头方向回到泵轮中。液流流经导轮叶片时，因受叶片作用，使液流方向发生了变化。以工作液为研究对象，设泵轮、涡轮和导轮对液体的作用力矩分别为MB、MW、MD，根据液流的力矩平衡条件，可得MW=MB+MD，如图2-2-4所示。

2）车辆起步后

车辆起步后，与驱动轮相连接的涡轮便开始旋转。其转速随着汽车的加速不断增加。此时，由泵轮冲向涡轮的液流除了沿着涡轮叶片流动之外，还要跟随涡轮一同旋转，使得由涡轮内缘出口处冲向导轮的液流的方向发生变化，不再与涡轮出口处叶片的方向相同，而是顺着涡轮转动的方向向前倾斜了一个角度，使冲向导轮的液流方向与导轮叶片之间的夹角变小，导轮所受到的冲击力矩也减小，液力变矩器的增扭作用也随之减小。车速越高，涡轮转速越大，冲向导轮的液流方向与导轮叶片的夹角就越小，液力变矩器的增扭作用也越小；反之，车速越低，液力变矩器的增扭作用就越大。因此，液力变矩器在汽车低速行驶时有较大的输出扭矩，在汽车起步、上坡或遇到较大行驶阻力时，能使驱动轮获得较大的驱动力矩。

在汽车起步之后，随着涡轮转速不断增大，到某一数值时，涡轮出口处的液流绝对速度方向与导轮叶片平行，即冲向导轮的液流方向与导轮叶片之间的夹角减小为0，由于从涡轮流出的液流流经导轮后方向不变，故导轮对涡轮的反作用力矩为0，即MD=0，所以，此时涡轮的输出力矩等于泵轮对液流的作用力矩。此时，液力变矩器由变矩工况转为耦合工况，失去增扭作用，其输出扭矩等于输入扭矩。具体情况如图2-2-5所示。

3）车辆高速行驶时

此时，涡轮转速进一步增大，涡轮出口处液流绝对速度vW方向进一步向左倾斜，当涡轮转速超过耦合工况的转速时，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MW=MB-MD，故涡轮输出力矩反而小于泵轮输入力矩，其传动效率也随之减小。为了解决这个不利问题，可将液力变矩器导轮设置成不是完全固定不动的，而是通过单向超越离合器支承在固定于液力变速器壳体的导轮固定套上。单向超越离合器使导轮可以朝顺时针方向旋转（从发动机前面向后看），但反向旋转被禁止。所以，当涡轮转速超过前述耦合工况的转速时，液压油从反面冲击导轮叶片，对导轮产生顺时针方向的扭矩，由于单向超越离合器在顺时针方向没有锁止作用，所以导轮在液流的冲击下开始旋转。这时导轮对液流失去了反作用力矩，液压油只受到泵轮和涡轮的反作用力矩，故导轮不再起增扭作用，如图2-2-6所示。

总结：自动变速器在低速区域，输出力矩MW=MB+MD。如果单向离合器不能被锁止，MD就会减小，MW也就减小，导致汽车在低速区域加速无力故障发生。自动变速器在高速区域，MW=MB-MD。如果单向离合器被咬死，MD就会增大，MW就会减小，导致汽车在高速区域加速无力故障发生。可以把液力变矩器的工作过程概括为两个工况：一个是变矩，另一个为耦合。当泵轮与涡轮转速相差较大，或者说在低速区域时，液力变矩器实现变矩（增矩）；当涡轮转速达到泵轮转速的85％～90％，或者说在高速区域时，液力变矩器实现耦合传动，即涡轮输出转矩等于泵轮输入转矩。

任务实施

一、实施环境

（1）汽车底盘电控实训室或汽车整车实训室。

（2）装备有自动变速器的轿车（如宝来、捷达、桑塔纳、世嘉、标致307、科鲁兹、英朗、君威等）或汽车自动变速器台架（如01V、01N、01M、MAXA、AF13、4T60E、AL4等）、举升机、工具车（配有拆装工具）、工作台。

（3）相应的车辆维修手册或自动变速器台架资料。

二、实施步骤

分小组完成如下操作：

（1）对照本组指配的整车或台架查看液力变矩器的构造特征，弄清其具体组成和工作原理。

（2）分组操作，领会液力变矩器的拆装和检修方法。

以大众车系典型自动变速器为例，液力变矩器的实物认识与拆装测量关键拆装检修步骤如表2-2-1所示。

续表

（3）完成任务工单。

三、任务工单

拓展知识

一、液力变矩器的检查

（1）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。

（2）检测单向离合器。将单向离合器内座圈驱动杆和外座圈固定器（专用工具）插入液力变矩器中，并卡在轴套上的缺口内，转动驱动杆，检查单向离合器工作是否正常。逆时针方向转动时应锁住，顺时针方向应能自由转动，如图2-2-7所示。如有异常，说明单向离合器损坏，应更换液力变矩器。

（3）测量液力变矩器轴套偏摆量。暂时将液力变矩器装在传动板上，安装百分表，如图2-2-8所示。如偏摆量超过0.30mm，可通过重新调整液力变矩器的安装方位进行校正，并在校正后的位置上做一记号，以保证安装正确，若无法校正，应更换液力变矩器。

（4）检查液力变矩器的安装情况。用卡尺和直尺测量液力变矩器安装面至自动变速器壳体正面的距离，若距离小于标准值，则应检查是否由于安装不当所致。

二、液力变矩器的清洗

自动变速器的机油污染，多表现为在机油中可见到金属粉末。这些金属粉末大部分来自多片离合器上的磨耗。

（1）倒出液力变矩器中残留的液压油。

（2）向液力变矩器内加入干净的液压油，以清洗其内部，然后将液压油倒出。

（3）再次向液力变矩器内加入干净的液压油，清洗后倒出。

（4）用清洗剂清洗液力变矩器零部件。清洗后只能用压缩空气吹干，不要用纸巾或棉丝擦干。

（5）用压缩空气吹所有的供油孔或油道，确保清洁。

清洗时，也可加入专用的去污剂，在清洗台上一边旋转变矩器，一边不停地注入压缩空气，以便使清洗液作用彻底。为取出清洗液，可在液力变矩器上最外侧较平的面上，在两叶片之间钻一个孔（用钻床钻一个正圆的孔），将孔口向下放置15min后，液力变矩器内原有变速器液压油就可排出，然后从液力变矩器轴孔处加入清洗剂或挥发性好的汽油，进行内部清洗。再次将所钻孔口向下时，清洗剂又可流出，这样反复作业2～3次，最后用压缩空气吹干，再用铆钉将钻孔封死。

从外侧钻孔清洗的方法，属于一般的方法，此法存在损伤液力变矩器和清洗不彻底等缺点。简易的方法是将压缩空气自下而上吹入液力变矩器，同时不断地转动液力变矩器，或用手上下晃动进行清洗，然后再按前述方法吹出、排净。需要注意的是：清洗后一定要干燥，否则残留的清洗剂或汽油与新注入的ATF混合，会导致ATF变质。