導(dǎo)讀我們大都喜歡駕駛自動(dòng)擋車的那份悠然自得。不用操心換擋，也不用費(fèi)勁去踩離合。在自動(dòng)擋車上，離合踏板的工作通過一個(gè)隱藏機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成，這是當(dāng)之無愧的工程奇跡——液....

我們大都喜歡駕駛自動(dòng)擋車的那份悠然自得。不用操心換擋，也不用費(fèi)勁去踩離合。在自動(dòng)擋車上，離合踏板的工作通過一個(gè)隱藏機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成，這是當(dāng)之無愧的工程奇跡——液力變矩器。它甚至可以放大引擎的扭矩。讓我們來看看這個(gè)純機(jī)械裝置是如何勝任自己的工作的。

液力變矩器的作用

當(dāng)你開著車，突然需要急停。踩下剎車踏板后，汽車的驅(qū)動(dòng)輪就停止了轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，傳動(dòng)軸和變速箱也停止了旋轉(zhuǎn)。但問題來了：車是停下來了，可引擎并沒有停。所以剎車的那一刻，如果引擎和變速箱是機(jī)械連接，輕者熄火，重者報(bào)廢。為此你需要一個(gè)傳動(dòng)隔離器。這個(gè)隔離器就是液力變矩器。它能在剎車的一瞬間隔離引擎和變速箱之間的轉(zhuǎn)動(dòng)，并切斷它們之間的動(dòng)力輸送。讓我們來看看它是如何做到的。下圖是一個(gè)簡(jiǎn)化版變矩器，基本上就是一個(gè)泵輪加上一個(gè)渦輪，侵泡在變速箱油液中。

泵輪與引擎剛性連接，所以它總是和引擎同步轉(zhuǎn)動(dòng)。由于有離心力，泵輪會(huì)將周圍的油液推開，產(chǎn)生高壓流體。泵輪的旋轉(zhuǎn)使得離開泵輪的油液形成一股渦流。

渦輪緊挨著泵輪，泵輪送出的高壓油會(huì)帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，渦輪又與變速箱剛性連接。如此，引擎動(dòng)力就通過變速箱油傳遞到變速箱，這一特殊結(jié)構(gòu)被稱為流體飛輪。

當(dāng)我們?cè)跍u輪和泵輪之間引入一個(gè)叫做導(dǎo)輪的組件，這個(gè)機(jī)構(gòu)就成為了液力變矩器。導(dǎo)輪的主要功能之一，是將渦輪送出的渦流送回泵輪。它還有其他功能，后面再細(xì)說。

由于是通過流體連接，泵輪和渦輪之間是允許滑動(dòng)的。有了這樣的機(jī)構(gòu)，即便變速箱突然停止轉(zhuǎn)動(dòng)，也不會(huì)影響到引擎的工作。一般工況下，泵輪會(huì)把引擎的動(dòng)力傳遞給渦輪。需要注意的是，因?yàn)榱黧w流動(dòng)會(huì)有能量損失，渦輪的轉(zhuǎn)速會(huì)比泵輪略慢。

液力變矩器的真實(shí)結(jié)構(gòu)

以上是簡(jiǎn)化版變矩器，現(xiàn)實(shí)中是見不到的。真正的液力變矩器如下圖所示。其中泵輪緊挨著變速箱，渦輪緊挨著引擎，為了便于理解，我們給相應(yīng)的組件涂上色。引擎的轉(zhuǎn)動(dòng)通過變矩器殼體傳遞給泵輪。渦輪通過一根中心軸向變速箱輸送動(dòng)力。為什么要把結(jié)構(gòu)做得這么復(fù)雜？問題的答案來自于機(jī)械力學(xué)而不是流體力學(xué)。

液力變矩器要想高效運(yùn)轉(zhuǎn)，泵輪和渦輪都必須沿著曲軸中心線轉(zhuǎn)動(dòng)。泵輪與引擎曲軸是剛性連接，所以泵輪總是以曲軸為中心。不過渦輪與它們是相互獨(dú)立的，也就是說，渦輪和曲軸之間需要一個(gè)軸承來完成連接。如圖所示，為了確保渦輪也以曲軸為中心，這樣的結(jié)構(gòu)更便于建立剛性連接。在簡(jiǎn)化版變矩器中，由于渦輪距離曲軸太遠(yuǎn)，是很難做到這一點(diǎn)的。

為什么需要導(dǎo)輪？

現(xiàn)在，你可能會(huì)想為什么這個(gè)隔離運(yùn)動(dòng)的裝置，被命名為液力變矩器。這是因?yàn)樗钪匾墓δ苤唬窃谲囕v起步階段放大引擎扭矩。讓我們來看看它是如何做到的。導(dǎo)輪通過一個(gè)單向離合器，固定在中心軸上。也就是說導(dǎo)輪可做定向旋轉(zhuǎn)，但無法反轉(zhuǎn)。

為了方便理解，讓我們把機(jī)構(gòu)放大。現(xiàn)在，假設(shè)車輛正在起步，泵輪與引擎同步轉(zhuǎn)動(dòng)，但渦輪轉(zhuǎn)速較低，同時(shí)緩慢增速。這意味著離開渦輪的渦流都沿著曲軸中心線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)渦流沖擊導(dǎo)輪葉片，會(huì)帶動(dòng)導(dǎo)輪旋轉(zhuǎn)，但這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被單向離合器阻止了。由于導(dǎo)輪處于靜止?fàn)顟B(tài)，渦流的移動(dòng)方向會(huì)和泵輪旋轉(zhuǎn)方向一致。簡(jiǎn)單講，泵輪制造渦流，同時(shí)也接收渦流。這使得泵輪轉(zhuǎn)速越來越快，產(chǎn)生的油壓也越來越高。這些高壓油液沖擊渦輪，產(chǎn)生了扭矩放大的效果，由此在車輛起步時(shí)，車輪接收到更高的扭矩。

不過，隨著渦輪轉(zhuǎn)速增大，離開渦輪的渦流的傾斜角也會(huì)更大，當(dāng)傾斜到一定的角度之后，渦流會(huì)沖擊導(dǎo)輪葉片的另一側(cè)，導(dǎo)輪在這個(gè)方向上是可以自由旋轉(zhuǎn)的。于是導(dǎo)輪會(huì)隨著渦輪和泵輪朝同一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，泵輪產(chǎn)生的渦流比之前小了，扭矩放大功能也停止了。此時(shí)渦輪的轉(zhuǎn)速差不多是泵輪的90%。

這真是天才的設(shè)計(jì)。當(dāng)車輛起步需要最大化扭矩時(shí)，液力變矩器就放大引擎扭矩。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界點(diǎn)，會(huì)自動(dòng)終止扭矩的放大。

一般工況下的導(dǎo)輪

因此，導(dǎo)輪在車輛起步階段起了關(guān)鍵作用，但沒有導(dǎo)輪，液力變矩器在一般工況下也無法很好地運(yùn)轉(zhuǎn)。讓我們來看這是為什么。

你可能注意到渦輪的葉片是彎曲的。差不多彎曲了90°，以盡可能吸收渦流的動(dòng)能。也就是說渦輪葉片總是迫使渦流的走向與泵輪相反。由于這個(gè)原因，即便渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪送出的渦流速度也是最小的。

如果沒有導(dǎo)輪，反向的渦流會(huì)降低泵輪的轉(zhuǎn)速，整個(gè)變矩器的運(yùn)轉(zhuǎn)都會(huì)很低效。引入導(dǎo)輪之后，渦流將再次轉(zhuǎn)向，泵輪將接收到同向的渦流。

鎖止離合器的作用

即便是在一般工況下，渦輪轉(zhuǎn)速也比泵輪要慢，這是由于流體耦合過程中有能量損失。如今的液力變矩器采用鎖止離合器來消除這些能量損失。在一般工況下，離合器將渦輪與泵輪機(jī)械鎖止，兩者作為一個(gè)固體元件同步轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣可以消除流體摩擦造成的能量損失。