液力变矩器三种工作状态（液力变矩器是如何工作的）

我们大都喜欢驾驶自动挡车的那份悠然自得。不用操心换挡，也不用费劲去踩离合。在自动挡车上，离合踏板的工作通过一个隐藏机构自动完成，这是当之无愧的工程奇迹——液力变矩器。它甚至可以放大引擎的扭矩。让我们来看看这个纯机械装置是如何胜任自己的工作的。

液力变矩器的作用

当你开着车，突然需要急停。踩下刹车踏板后，汽车的驱动轮就停止了转动。此时，传动轴和变速箱也停止了旋转。但问题来了：车是停下来了，可引擎并没有停。所以刹车的那一刻，如果引擎和变速箱是机械连接，轻者熄火，重者报废。为此你需要一个传动隔离器。这个隔离器就是液力变矩器。它能在刹车的一瞬间隔离引擎和变速箱之间的转动，并切断它们之间的动力输送。让我们来看看它是如何做到的。下图是一个简化版变矩器，基本上就是一个泵轮加上一个涡轮，侵泡在变速箱油液中。

泵轮与引擎刚性连接，所以它总是和引擎同步转动。由于有离心力，泵轮会将周围的油液推开，产生高压流体。泵轮的旋转使得离开泵轮的油液形成一股涡流。

涡轮紧挨着泵轮，泵轮送出的高压油会带动蜗轮旋转，涡轮又与变速箱刚性连接。如此，引擎动力就通过变速箱油传递到变速箱，这一特殊结构被称为流体飞轮。

当我们在涡轮和泵轮之间引入一个叫做导轮的组件，这个机构就成为了液力变矩器。导轮的主要功能之一，是将涡轮送出的涡流送回泵轮。它还有其他功能，后面再细说。

由于是通过流体连接，泵轮和涡轮之间是允许滑动的。有了这样的机构，即便变速箱突然停止转动，也不会影响到引擎的工作。一般工况下，泵轮会把引擎的动力传递给涡轮。需要注意的是，因为流体流动会有能量损失，涡轮的转速会比泵轮略慢。

液力变矩器的真实结构

以上是简化版变矩器，现实中是见不到的。真正的液力变矩器如下图所示。其中泵轮紧挨着变速箱，涡轮紧挨着引擎，为了便于理解，我们给相应的组件涂上色。引擎的转动通过变矩器壳体传递给泵轮。涡轮通过一根中心轴向变速箱输送动力。为什么要把结构做得这么复杂？问题的答案来自于机械力学而不是流体力学。

液力变矩器要想高效运转，泵轮和涡轮都必须沿着曲轴中心线转动。泵轮与引擎曲轴是刚性连接，所以泵轮总是以曲轴为中心。不过涡轮与它们是相互独立的，也就是说，涡轮和曲轴之间需要一个轴承来完成连接。如图所示，为了确保涡轮也以曲轴为中心，这样的结构更便于建立刚性连接。在简化版变矩器中，由于涡轮距离曲轴太远，是很难做到这一点的。

为什么需要导轮？

现在，你可能会想为什么这个隔离运动的装置，被命名为液力变矩器。这是因为它最重要的功能之一，是在车辆起步阶段放大引擎扭矩。让我们来看看它是如何做到的。导轮通过一个单向离合器，固定在中心轴上。也就是说导轮可做定向旋转，但无法反转。

为了方便理解，让我们把机构放大。现在，假设车辆正在起步，泵轮与引擎同步转动，但涡轮转速较低，同时缓慢增速。这意味着离开涡轮的涡流都沿着曲轴中心线运动。当涡流冲击导轮叶片，会带动导轮旋转，但这种旋转运动被单向离合器阻止了。由于导轮处于静止状态，涡流的移动方向会和泵轮旋转方向一致。简单讲，泵轮制造涡流，同时也接收涡流。这使得泵轮转速越来越快，产生的油压也越来越高。这些高压油液冲击涡轮，产生了扭矩放大的效果，由此在车辆起步时，车轮接收到更高的扭矩。

不过，随着涡轮转速增大，离开涡轮的涡流的倾斜角也会更大，当倾斜到一定的角度之后，涡流会冲击导轮叶片的另一侧，导轮在这个方向上是可以自由旋转的。于是导轮会随着涡轮和泵轮朝同一个方向转动。你会发现，泵轮产生的涡流比之前小了，扭矩放大功能也停止了。此时涡轮的转速差不多是泵轮的90%。

这真是天才的设计。当车辆起步需要最大化扭矩时，液力变矩器就放大引擎扭矩。当涡轮转速达到临界点，会自动终止扭矩的放大。

一般工况下的导轮

因此，导轮在车辆起步阶段起了关键作用，但没有导轮，液力变矩器在一般工况下也无法很好地运转。让我们来看这是为什么。

你可能注意到涡轮的叶片是弯曲的。差不多弯曲了90°，以尽可能吸收涡流的动能。也就是说涡轮叶片总是迫使涡流的走向与泵轮相反。由于这个原因，即便涡轮高速转动，涡轮送出的涡流速度也是最小的。

如果没有导轮，反向的涡流会降低泵轮的转速，整个变矩器的运转都会很低效。引入导轮之后，涡流将再次转向，泵轮将接收到同向的涡流。

锁止离合器的作用

即便是在一般工况下，涡轮转速也比泵轮要慢，这是由于流体耦合过程中有能量损失。如今的液力变矩器采用锁止离合器来消除这些能量损失。在一般工况下，离合器将涡轮与泵轮机械锁止，两者作为一个固体元件同步转动。这样可以消除流体摩擦造成的能量损失。