液力变矩器输出扭矩增大的部分即为固定不动的导轮对循环流动的液压油的作用力矩,其数值不但取决于由涡轮冲向导轮的液流速度,也取决于液流方向与导轮叶片之间的夹角。当液流速度不变时,叶片与液流的夹角愈大,反作用力矩亦愈大,液力变矩器的增扭作用也就愈大。一般液力变矩器的最大输出扭矩可达输入扭矩的2.6 倍左右。
当汽车在液力变矩器输出扭矩的作用下起步后,与驱动轮相连接的涡轮也开始转动,其转速随着汽车的加速不断增加。这时由泵轮冲向涡轮的液压油除了沿着涡轮叶片流动之外,还要随着涡轮一同转动,使得由涡轮下缘出口处冲向导轮的液压油的方向发生变化,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偏斜了一个角度,使冲向导轮的液流方向与导轮叶片之间的夹角变小,导轮上所受到的冲击力矩也减小,液力变矩器的增扭作用亦随之减小。车速愈高,涡轮转速愈大,冲向导轮的液压油方向与导轮叶片的夹角就愈小,液力变矩器的增扭作用亦愈小;反之,车速愈低,液力变矩器的增扭作用就愈大。
因此,与液力耦合器相比,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。
当涡轮转速随车速的提高而增大到某一数值时,冲向导轮的液压油的方向与导轮叶片之间的夹角减小为 0,这时导轮将不受液压油的冲击作用,液力变矩器失去增扭作用,其输出扭矩等于输入扭矩。
若涡轮转速进一步增大,冲向导轮的液压油方向继续向前斜,使液压油冲击在导轮叶片的背面,如图 4b)所示,这时导轮对液压油的反作用扭矩 Ms 的方向与泵轮对液压油扭矩Mp 的方向相反,故此涡轮上的输出扭矩为二者之差,即 Mt=Mp-Ms,液力变矩器的输出扭矩反而比输入扭矩小,其传动效率也随之减小。当涡轮转速较低时,液力变矩器的传动效率高于液力耦合器的传动效率;当涡轮的转速增加到某一数值时,液力变矩器的传动效率等于液力耦合器的传动效率;当涡轮转速继续增大后,液力变矩器的传动效率将小于液力耦合器的传动效率,其输出扭矩也随之下降。因此,上述这种液力变矩器是不适合实际使用的。
目前在装用自动变速器的汽车上使用的变矩器大多是综合式液力变矩器,他和一般型式液力变矩器的不同之处在于他的导轮不是完全固定不动的,而是通过单向超越离合器支撑在固定于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(从发动机前面看),但不能朝逆时针方向旋转。
当涡轮转速较低时,从涡轮流出的液压油从正面冲击导轮叶片,对导轮施加一个朝逆时针方向旋转的力矩,但由于单向超越离合器在逆时针方向具有锁止作用,将导轮锁止在导轮固定套上固定不动,因此这时该变矩器的工作特性和液力变矩器相同,涡轮上的输出扭矩大于泵轮上的输入扭矩即具有一定的增扭作用。当涡轮转速增大到某一数值时,液压油对导轮的冲击方向与导轮叶片之间的夹角为0,此时涡轮上的输出扭矩等于泵轮上的输入扭矩。若涡轮转速继续增大,液压油将从反面冲击导轮,对导轮产生一个顺时针方向的扭矩。由于单向超越离合器在顺时针方向没有锁止作用,可以像轴承一样滑转,所以导轮在液压油的冲击作用下开始朝顺时针方向旋转。由于自由转动的导轮对液压油没有反作用力矩,液压油只受到泵轮和涡轮的反作用力矩的作用。因此这时该变矩器不能起增扭作用,其工作特性和液力耦合器相同,这时涡轮转速较高,该变矩器亦处于高效率的工作范围。
导轮开始空转的工作点称为耦合点。由上述分析可知,综合式液力变矩器在涡轮转速由 0 至耦合点的工作范围内按液力变矩器的特性工作,在涡轮转速超过耦合点转速之后按液力耦合器的特性工作。因此,这种变矩器既利用了液力变矩器在涡轮转速较低时所具有的增扭特性,又利用了液力耦合器涡轮转速较高时所具有的高传动效率的特性。
三、液力变矩器的工作特性
液力变矩器的特性是表示变矩器各输出与输入参数之间的函数关系的曲线。这些函数之间的相互关系,虽可用理论分析和计算来获得,但由于大量引入假设,使计算结果与实际情况有一定的差距。因此,变矩器的实际特性曲线是通过台架试验得到的。
如定义液力变矩器输出转矩与输入转矩之比为变矩系数K,则 K=MW/MB。和耦合器一样,定义涡轮转速与泵轮转速之比为i,涡轮输出功率与泵轮输入功率之比为变矩器效率,则综合式液力变矩器随泵涡轮转速比i 变化的特性如图 5 所示。由图 5所知,当变矩器在低、中转速比范围内工作时,变矩系数K 均大于 1,即输出转矩大于输入转矩。当转速比 i达到某一值时,变矩系数 K=1,即输出转矩与输入转矩相等。在此点之后,普通液力变矩器的 K 值将小于 1(虚线所示)。也就是输出转矩小于输入转矩,因而将 K=1 这点称为偶合器工况点。综合式液力变矩器在 K=1或 i=ik=1 点后进入偶合器工况工作,变矩系数不再下降,数值恒为 1,即输出转矩等于输入转矩。由图 5 还知,在转速比 i<ik=1 范围内,变矩器的效率(实线)高于偶合器的效率(虚线),当 i>ik=1 后,变矩器效率(虚线)迅速下降,而偶合器效率(实线)继续增高。综合式液力变矩器在低速时按变矩器特性工作,当转速比达ik=1 后,转为按偶合器特性工作,从而扩大了高效率工作范围。