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安徽变矩器-刚柔相济的太极宗师-液力变矩器(二)

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安徽变矩器-刚柔相济的太极宗师-液力变矩器(二)

发布日期:2017-08-21 作者: 点击:

yzy:吉林工业大学汽车运用专业毕业,从事汽车行业16年。从毕业启开始在汽车动力系统从事设计及应用工作,目前在某大型外资企业负责动力系统研发项目。专注于汽车发动机、传动系统的开发,应用和试验等领域。

点击标题查看 刚柔相济的太极宗师-液力变矩器(一)

二)四两拨千斤

2.3扭矩放大和偶合及单向离合器

知道了涡流和环流就了解液力变矩器为什么能传递扭矩, 但是我们选择性遗忘导轮了, 为什么需要导轮这位仁兄啊。

为了更好的解释这个问题,让我们回到涡流和环流的解释,之前都是用立体三维来解释它们俩,现在把它们铺开用二维平面来理解看看。虽然仍然只有一个泵轮和一个涡轮,但是我们把泵轮和涡轮的不同叶片组合都平铺开,任意一个涡轮和泵轮的叶片之间的液流就是一个涡流环,然后环流就是这些涡流的首尾相接(分不出谁是头,谁是尾)。当ATF油从泵轮叶片甩出来的时候,液流会冲击涡轮,也就是给涡轮叶片一个力,牛顿告诉我们,作用力等于反作用力。这个力产生的扭矩就是涡轮传给自动变速箱的扭矩,只是由于当泵轮和涡轮两者速度不一致的时候,泵轮叶片会将液流按照不同入射角度甩向涡轮,这个时候,涡轮的扭矩分力是不同的,因此,不同的速差,涡轮扭矩也就和泵轮不同。

喂!导轮,醒醒了, 该你上场了!如果我们把导轮请过来,装在泵轮和涡轮之间,并且导轮的叶片只和和泵轮/涡轮的叶片的下半部分互通液流。通常时候,导轮都是无法转动的。

ATF油从泵轮叶片甩出来的时候,液流会从泵轮外径冲击涡轮外径(注意外径液流不经过导轮),也就是给涡轮叶片一个力Fp 然后再从涡轮的内径被甩出来,冲向导轮的叶片,而此时导轮的叶片是无法转动的,其导轮叶片形状又刚好让此液流反向,这样,导轮叶片也会给涡轮叶片一个力Fs,看,加了导轮之后,涡轮上的力就增加了,不但有泵轮的反作用力,还有导轮的反作用力。因此,导轮可以放大输入的泵轮扭矩。 看上图的右边部分,红色的力是来自泵轮的力,蓝色的力是来自导轮的力。两者合力共同驱动涡轮。此时,涡流是在泵轮,涡轮和导轮三者之间流动。

涡轮扭矩Tt= 泵轮扭矩Tp + 导轮扭矩Ts

我们还可以换个思路来接着看这个问题,经过导轮变向之后的液流会重新流向泵轮叶片的内径部分。但是,其液流方向和单纯的液力偶合器的返回液流相比,其会流向泵轮的叶片的背面,从而帮助泵轮旋转,再进一步增大了涡轮扭矩输出。看上图的左边部分。

当然,液力变矩器的液流流动是一个非常复杂的过程,不是一个稳态流动形式。有紊流、湍流、尾流等等现象;在流动中受到复杂的离心力、黏性力、科氏(Coriolis)力等等,当然也有来着叶片等摩擦力的影响,有时候,还可观察到液流和叶片发生分离流动(detached)以及气穴等等。 这一切都导致液力变矩器的实际液流非常复杂,只能求助于CFD计算和试验测试来帮助我们认识,不像上文描述的那么简单。

 

前文提到,安徽变矩器为了更好的提供反作用力给涡轮,我们通常将导轮固定,不让它旋转,否则如果导轮像涡轮一样,一推就动了,它的自身运动就减弱了其反射液流的能力,扭矩放大作用就没有了。但是,泵轮和涡轮的转速是不一样的,而泵轮的速度也就是发动机速度,涡轮速度就是变速箱输入轴速度,两者速度比值就是speed ratio速比,在失速点速比为零i=-0 车辆通常在起步,需要更大的变扭能力,也就需要导轮叶片能完全反向涡轮液流,从而给到最大的反作用力; 而在泵轮和涡轮速度十分接近的速比,通常业界都定义在0.85左右,此时,泵轮对涡轮的驱动作用很弱,液流冲击方向也很趋同,导轮此时无法继续反向推到涡轮,通常称此速比点为偶合点 coupling point。如果速比进一步增大,导轮将非但不能增力,而且还会减力,通常这个时候,工程师就会让导轮自由旋转,这样,就不会减力了。具体解释请见下图图示。

什么鬼?一会固定住导轮,一会儿导轮自由旋转?老板, 给我上单向离合器!单向离合器顾名思义,就是只能向一个方向旋转的离合器,常用于液力变矩器和自动变速箱。常见的分类有滚柱斜槽式和楔块式两种,总的设计原则就是往一个方向转的时候,越转越紧,卡住了,另一个方向越转越松,包你爽,自由旋转。

滚柱斜槽式

至此,有了带单向离合器的导轮,我们就可以得到能够改变涡轮输出扭矩的液力变矩器了。 之所以叫变矩器,也就是因为扭矩改变了啊。看看下面液力变矩器的性能曲线,可参见本人的另一篇文章《液力变矩器的K系数K-factor是什么?》(点击标题查看)

另外,简单介绍一下液力变矩器的常见概念,安装两个工作轮之间的涡轮数被称之为液力变矩器的“级”。采用单向离合器或其他机构使三工作轮中的任一轮的工况发生变化,这种改变形成的工况数被称为液力变矩器的“相”。比如在导轮结构中增加单向离合器使变矩器在变矩工况和偶合器工况之间转换。这种变矩器为“两相”。上文提到的液力变矩器是单级双相变矩器,

液力变矩器的性能曲线更能明显地说明了这一点。从下图可以看出,各条性能曲线在耦合点处都存在着非连续的变化, 左侧的曲线为变矩工况下所得到的, 右侧为偶合工况下所得到的。该图所展示的液力变矩器的结构形式是单级双相式。这也是汽车行业最常见的形式了。

欲知液力变矩器如何引入锁止离合器,以及锁止离合器的作用

 

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