任务三 检修液力变矩器
任务导入
一位自动挡五代雅阁客户驾车来到4S店向前台接待报修，最近车辆频繁出现异常故障，并且在加速及制动两种工况均有表现：一方面，踩加速踏板时加速无力，提速缓慢；另一方面，在车辆高速行驶时踩下制动踏板或减速时，车辆有时会突然熄火。
液力变矩器的故障是否会导致上述的故障现象呢？如果可能，又是什么原因引起的呢？
如何针对车辆出现的故障现象确定故障部位为液力变矩器？又如何确定液力变矩器故障的具体成因？这些都是本任务要解决的问题。另外，本任务重点介绍了液力变矩器中的锁止离合器和导轮单向离合器的作用、结构及各自的工作原理，并列举了液力变矩器检修的关键步骤。
相关知识
随着汽车使用时间及行驶里程的延长，液力变矩器不可避免地会产生性能的下降。液力变矩器常见的故障有：锁止离合器摩擦片磨光、锁止打滑、锁止冲击；汽车高速时动力不足，严重时甚至造成车辆无法行驶；导轮单向离合器卡死或打滑、异响；低速加速性能差、入挡熄火、入挡无反应等。
案例中车辆故障的出现发生在加速及制动两种不同的工况，而且车况很旧，首先就加速无力而言，在液力变矩器的工作范畴，可能由于液力变矩器内部支承导轮的单向离合器卡滞影响了导轮转速的提高，导致加速无力；还有可能是液力变矩器的锁止离合器无法锁止导致传动效率下降。而另外一个故障，关于车辆高速时踩制动踏板或减速时，车辆有时熄火的问题，则很大程度上在于高速锁止后的锁止离合器无法在接通制动踏板开关时自动解锁，导致发动机与驱动轮刚性连接在一起，无法承受强大的制动阻力矩而熄火。要解决液力变矩器此类故障问题，必须要掌握典型液力变矩器内导轮单向离合器和锁止离合器的工作原理和分解检修要点，同时要掌握与自动挡车辆无法起步相类似的典型故障诊断排查流程。
本任务涉及检修液力变矩器较为重要的内容是锁止离合器和导轮单向离合器。
一、锁止式液力变矩器
1.锁止离合器的作用及结构
锁止离合器（Torque Converter Clutch，TCC）的结构图如图2-3-1所示。因为液力变矩器用液流动能来传递动力，ATF的内部摩擦会造成一定的能量损失，所以传动效率较低。为提高汽车的传动效率，减少燃油消耗，锁止离合器可以将泵轮和涡轮直接连接起来，即将发动机与机械变速器直接连接起来，减少液力变矩器在高速比时的能量损耗，提高了传动效率和汽车在正常行驶时的燃油经济性，并可防止ATF过热。
图2-3-1 锁止离合器的结构图
如图2-3-2所示，液力变矩器壳体即是锁止离合器的主动盘，从动盘是一个可做轴向移动的压盘，它通过花键套与涡轮连接。压盘背面的液压油与液力变矩器泵轮、涡轮中的液压油相通，保持一定的油压；压盘与液力变矩器壳体之间的液压油通过液力变矩器输出轴中间的控制油道与阀板总成上的锁止控制阀相通。锁止控制阀由自动变速器计算机通过锁止电磁阀来控制。
图2-3-2 带锁止离合器的液力变矩器
锁止离合器减振器、压盘与前盖的配合关系如图2-3-3所示。
2.锁止离合器的工作原理
锁止离合器的工作是由锁止信号阀和锁止继动阀共同控制的，锁止信号阀上方作用着速控油压。当车速低时，速控油压也低，锁止信号阀在弹簧的作用下保持在上方位置，将通往锁止继动阀的主油路切断，从而使锁止继动阀在上方弹簧力及主油路油压的作用下保持于下方位置，让液力变矩器内锁止离合器压盘左侧的油腔与来自次调压阀的进油道相通，此时锁止离合器处于分离状态，发动机的动力完全由液力变矩器内的液压油来传递，如图2-3-4所示。
图2-3-3 锁止离合器减振器、压盘与前盖的配合关系
图2-3-4 锁止离合器分离工作状态
当汽车以超速挡行驶，且车速及相应的速控油压升高到一定数值时，锁止信号阀在速控油压的作用下被推至下方位置，使来自超速挡油路的主油路油压进入锁止继动阀下端，锁止继动阀在下方主油路油压的作用下上移，让锁止离合器左侧油腔与泄油口相通，使锁止离合器处于接合状态，发动机的动力经锁止离合器直接传至涡轮输出轴，传动效率为100％，如图2-3-5所示。
图2-3-5 锁止离合器接合工作状态
3.带锁止离合器的液力变矩器的特性曲线
如图2-3-6所示，液力变矩器特性曲线及各参数表达如下：
图2-3-6 液力变矩器特性曲线
K为变矩比，是涡轮输出转矩与泵轮输入转矩之比。
i为转速比，是涡轮转速与泵轮转速之比。
η为传动效率，是涡轮输出功率与泵轮输入功率之比。
η0为液力变矩器的传动效率。
在i<i1区域，K>1，为液力变矩器工况。
在i1≤i≤i2区域，K=1，为耦合器工况。当涡轮转速升高到i2（约为0.8）时，锁止离合器接合，动力由锁止离合器直接传递，此时K=1，效率η上升为约100％。锁止离合器的效率特性曲线为OABCDE，其动力性及经济性均较理想，故在轿车上应用较为广泛。
当车辆在良好路面行驶时，液力变矩器进入锁止工况的工作条件一般包括下列五方面：
（1）工作温度：ATF要求温度（一般为50～70℃），具体因车型而异。
（2）挡位：通常要求挡位开关指示变速器处于前进挡位置，且挡位在2挡以上。
（3）制动灯开关状态：制动灯开关必须指示没有进行制动。
（4）车速：车速必须高于规定值（因车型而异，大部分在3挡进入锁止工况，50～70km/h）。
（5）节气门位置信号：加速踏板处于开启（怠速触点打开）状态。
当车辆起步、低速或在坏路面上行驶时，应将锁止离合器分离，使液力变矩器具有变矩作用。
锁止离合器的常见故障有不锁止和常锁止：
不锁止的现象是车辆的油耗高、发动机高速运转而车速不够快。具体检查时要相应检查电路部分、阀体部分及锁止离合器本身。
常锁止的现象是发动机怠速正常，但变速杆置于动力挡（R、D、2、L）后发动机熄火。
锁止离合器的检查需要将液力变矩器分解后才能进行，但这只能由专业的自动变速器维修站来完成。
二、导轮单向离合器
单向离合器又称自由轮离合器、超越离合器，其作用是实现导轮的单向锁止，即导轮只能顺时针旋转而不可逆时针转动，使得液力变矩器在高速区域实现耦合传动。常见的单向离合器包括滚柱式和楔块式两种结构，液力变矩器中使用的单向离合器多为滚柱式。
1）滚柱斜槽式单向离合器
滚柱斜槽式单向离合器简称滚柱式单向离合器。滚柱式单向离合器如图2-3-7所示，由外座圈、内座圈、叠片弹簧和滚柱等组成。当导轮带动外座圈逆时针转动时，滚柱进入楔形槽的窄处，内、外座圈被滚柱楔紧，外座圈和导轮固定不动；当导轮带动外座圈顺时针转动时，滚柱进入楔形槽的宽处，内、外座圈不能被滚柱楔紧，外座圈和导轮可以顺时针自由转动。
图2-3-7 滚柱式单向离合器
2）楔块式单向离合器
楔块式单向离合器如图2-3-8所示，由外座圈、内座圈、保持架和楔块等组成。导轮与外座圈连为一体，内座圈与固定套管刚性连接，不能转动。当导轮带动外座圈顺时针转动时，外座圈带动楔块顺时针转动，楔块的短径与内、外座圈接触，由于短径长度小于内、外座圈之间的距离，所以外座圈可以自由转动；当导轮带动外座圈逆时针转动时，外座圈带动楔块逆时针转动，楔块的长径与内、外座圈接触，由于长径长度大于内、外座圈之间的距离，所以外座圈被卡住而不能转动。
图2-3-8 楔块式单向离合器
单向离合器在拆卸安装时一定要注意方向性，若装反，将会导致工作失效。单向离合器也是各类齿轮变速器中不可或缺的换挡执行元件之一。
本任务的任务导入中的故障成因之一正是因为单向离合器失效或损坏后，液力变矩器就没有了增扭作用，便出现了故障：车辆起步加速无力，不踩加速踏板车辆不走，但车辆行驶起来之后换挡正常，发动机功率正常，如果做失速试验就会发现失速转速比正常值低400～800r/min（关于失速试验的内容将在后面的学习任务中详细介绍）。
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（如世嘉、标致307、科鲁兹、英朗、君威等）或汽车自动变速器台架（如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（含液力变矩器）资料。
二、实施步骤
液力变矩器的常见故障包括：高速加速性能差、低速加速性能差、锁止打滑、锁止冲击、入挡熄火、入挡无反应、异响、漏油等。其检修关键步骤如表2-3-1所示。
表2-3-1 液力变矩器检修关键步骤
续表
三、任务工单
拓展知识
几类特殊液力变矩器的拓展认识
1.离心锁止型液力变矩器
离心锁止型液力变矩器的结构如图2-3-9所示。其中的主要部件是离合器盘（即图2-3-9中4、5、6、7的组件），该盘上设有弹簧型扭转减振器。通过单向离合器与液力变矩器的涡轮花键相连，在离合器盘的外侧，装有若干离心蹄块，蹄块外侧敷有摩擦材料。不工作时，蹄块由复位弹簧拉紧在离合器盘的外侧。
图2-3-9 离心锁止型液力变矩器结构图
1—导向毂；2—液力变矩器壳；3—止推垫圈；4—惯性式单向离合器；5—离合器与减振器组件；6—离心式离合器蹄片；7—摩擦衬片；8—泵轮；9—止推垫片；10—导轮；11—涡轮；12—离合器花键
当液力变矩器的涡轮转速升高时，作用在离心蹄块上的惯性离心力将使它们向外张开，当涡轮转速升高到一定程度时，离心蹄块上的摩擦材料与液力变矩器盖的内圆表面接触，并使涡轮相对于泵轮锁止。锁止力矩大小取决于离心力的大小，而离心力的大小取决于转速。随转速的变化，涡轮与液力变矩器壳可以完全锁止，也可以一半锁止或1/4锁止。若车速低于一定程度，则复位弹簧的拉力克服离心蹄块上的惯性离心力，将离心蹄块从液力变矩器盖的内圆表面上拉回，解除液力变矩器的锁止。
相比较而言，离心锁止离合器比液压锁止离合器要简单一些，而且，只要液力变矩器中的涡轮转速超过了设计的锁止转速，它就会在任何一个前进挡时起作用。当然其也有缺点，例如，它不能像液压锁止离合器那样被精确控制，同时，其锁止转速和锁止力也会随离心蹄块上摩擦材料的磨损而发生变化。另外，锁止机构所允许的摩擦副间较大的滑转量，还会造成较多的摩擦材料颗粒脱落，从而污染变速器油。
使用离心锁止型液力变矩器的主要车型有本田和捷达等。
2.黏性锁止型液力变矩器
在通用汽车公司凯迪拉克轿车装用的THM440-T4型自动变速器中，由于极高的对运动传递的平稳性要求，所以，装用了一种黏性液力变矩器锁止离合器。该锁止离合器的结构主要由一个活塞盖和一个活塞体，以及一个内转子组成，锁止离合器的摩擦材料敷在活塞盖上，同时，活塞盖与活塞体连接在一起，其内转子则与液力变矩器的涡轮用花键相连。活塞体和转子相对的端面上，各置有一系列交错的圆环槽。这种结构中最重要的一点是活塞的组件内部充满了特殊的硅油。由于其中所采用的特殊硅油的黏度可随活塞体与转子之间转速差的增大而自动地增高，所以其滑转量被控制在最低限度。例如，实际使用中这种黏性锁止型离合器的滑转量在车速为97km/h时，仅有40r/min，从而在具有最佳的平稳性的同时，又具有良好的燃料经济性。
3.液力机械分流传动变矩器
出于增加传动效率，提高燃料经济性的目的，福特汽车公司的ATX型自动变速器，使用了液力机械分流传动变矩器，这种分流传动变矩器，除了多出一个行星齿轮机构外，与一般的液力变矩器相差不多。通过该行星齿轮机构，便可根据自动变速器所处的挡位，以液力和机械相结合的方式来传递发动机的扭矩和功率。其结构如图2-3-10所示。
图2-3-10 装有行星齿轮机构的液力机械分流传动变矩器结构
1—泵轮；2—单向离合器；3—涡轮；4—输入轴花键毂；5—中间轴花键毂；6—扭转减振器；7—液力变矩器壳及减振器组件；8—行星齿圈；9—行星架组件；10—太阳轮；11—太阳轮花键毂；12—导轮
4.多片离合器代替液力变矩器
匹配某些奔驰AMG车型的Speedshift MCT自动变速器用一组多片离合器代替了液力变矩器，如图2-3-11所示。
图2-3-11 Speedshift MCT自动变速器