自动变速器_三_液力变矩器的闭锁与滑差控制_葛安林
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"5 变扭器 动器 制动器 #5 扭转减振器 6/5 # 挡强制制动器 ."5 前进离合器 .#5 倒挡制 ./5 锁止离合器 6"5 # 挡制动器 6#5 低挡及倒挡
("5 " 挡单向超越离合器
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%&’ 闭锁 对 .7, 无级自动变速器， 现在多用液力变矩器
作为起步装置， 故亦有闭锁问题。如图 "#8 所示， 它 增加了阴 比在上述 +, 中的闭锁范围要扩大很多， 线面积， 这是由于 .7, 也具有自动变速功能， 它所 需要液力变矩器帮助的， 主要仅在于起步工况； 为了 提高燃油经济性， 故扩大了闭锁范围。此外， 它为了 适应驾驶员的要求， 增加了快速踏下加速踏板时可 解除闭锁状态功能， 即 9 $ : 9 ! 值越大， 越提前解除 闭锁， 恢复以液力无级变速 * ,. - 与机械无级变速 * .7, - 串联工作， 以实现最佳的加速性能。
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图& 雅阁自动变速器闭锁离合器的控制流程图 — %—
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!""# 年 第$期
・特约专题・ 式中，! 为动力粘度， 是油温 ! 与剪切速度 ! " 的函 数； # 为片间间隙；"" 、"# 为传动片的内径与外径； 因为变矩器中 "" 与 "# 不为常数， 可取 #$ 为内片数， "" 、"# 近似的尺寸分成 #$ 组，$ $ "% # ……。 从上式可见滑差 ! " 就能自动调节所传递的转 矩大小。
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图#
液力变矩器特性与闭锁
2) 性。
闭锁后功率利用好， 也提高了汽车的动力
由于效率的提高， 液力变矩器转为热散失 3) 的无效功下降， 也减少了发动机风扇的功率消耗。 由于 1 与 3 的原因，闭锁就可减少燃油消耗 & ! 4 5 ! 6 实际上早在 #78( 年就有此项专利，只因 当时油价便宜而忽视了它，但 #7’$ 年能源危机以 来，对其才日趋重视。可是过去人们认为闭锁降低 了乘坐舒适性， 只适用于公共汽车、 载货汽车的观念 直到十多年后才被打破。 #7$5 年克莱斯勒公司在轿
!""# 年 第$期
・特约专题・ 加速、爬坡或坏路行驶等需要，以及为了提高换挡 品质，还要在其需要时能迅速解锁。为了避免频繁 闭锁、 解锁， 必须设定解锁的转速 !" 小于 !"# ， 这称 为闭锁—解锁转速差 " !!" $ !"# % !" # 。该型式多用 皮托管控制，结构简单实用，但它因无油门参与控 制 " 图 $% # ， 致使合理的 &’ 只能按某一油门开度来获 取 !( ， 从而不能保证其它油门开度均有好的动力性 与燃油经济性。
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特殊应用
功率分流 奥迪 &’( 与 &’) 自动变速器 * +, - 其闭锁离合
器 ./ 不在变矩器内， 而是在变速器中 * 见图 "" - ， 且 其工作由换挡阀控制。当在第 " 、 离 # 挡和倒档时， 合器分离， 液力变矩器工作； 第 / 挡时 ." 与闭锁离 但这时是实现功率分流 * 01 ! 的动力 合器 ./ 接合， 经 ./ 以机械传动方式经过变速器， !1 ! 动力仍由 又保留液力变矩器的 液力变矩器传递 - 以提高效率， 优点； 第 ! 挡时 ./ 仍保持接合， 这时发动机动力才 全部经 . / 的机械传动工作， 即实现上述闭锁功能 。福特 +&2 液力自动变速器 * +, - 也是采用此方 式工作， 以实现在较大的工作范围内减少变矩器的 液力损失又提高了传动效率， 改善了燃油经济性。
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闭锁原理与控制
闭锁原理
以广州雅阁为例 , 图 !1 - ， 闭锁压力油从油道 & 进入离合器 ! 的右边， 而其左边的油经油道 8 回流， 两边的压力差使装于涡轮轴花键上活塞左移，直至 变矩器壳与锁止离合器之间的油被排出，使涡轮与 泵轮稳定地锁在一起；为了弥补液力变矩器的阻尼 作用，吸收发动机扭转振动的减振器都装有减振弹 簧 (；离合器分离时，油道 8 进压力油，油道 & 泄 油。上海 9:; <=>3? 的闭锁结构见图 !2。最近双面 型的大容量闭锁离合器也已问世 , 图 ( - ，不仅大大 提高了传递转矩，其滑差性能与响应性能也优于单 面闭锁离合器。富康液力变矩器的闭锁离合器也是 双面型， 但结构较复杂。 它实质上是液力挡与机械挡之间的转换，故有 在何点闭锁为佳的问题，从理论上讲，闭锁点 !" 定 在转入偶合器工况点 !# 好， 该点变矩器系数 $ @ #， 既保证充分利用变矩器的自适应长处，又减少了因 闭锁而造成的转矩与转速的突变；但也有为了扩大 高效率范围在变矩器最高效率 !! 对应的速比 !! 闭 锁； 还有将闭锁点设在 !! 与 !# 之间的； 另外也有少 数将闭锁点定在大于 !# 的， 以缩小闭锁时的转速差 , "% @ %& ’ %( @ %& , # + !" - - 。对于以提高效率为主 要目的的城市大客车、 载货汽车、 军用汽车等， 可将 闭锁点定在 !! 附近；而轿车还需兼顾舒适性，则以 !# 附近为宜。 $% $ !A !A # 控制规律 单参数控制 涡轮转速 %( 控制 1) 根据闭锁点 !"，再由液力变矩器与发动机共同 计算出 %() * !"%& 。为了保证车辆 工作时的转速 %& ，
图$
闭锁离合器的控制规律
’( 这是属于高挡闭锁方案，可避免低挡范围内频 繁闭锁， 减少由此引起的冲击与磨损， 它在城市客车 上有采用 " 图 $’ # 。 挡位控制 )( 高挡闭锁， 其作用与车速控制相似。 如图 ! 所示 雅阁液力变矩器，当换挡杆在 )$ 而变速器处于第 可以闭锁； 而换挡杆在 )& 而变 !、 & 或 $ 挡工作时， 速器处于第 & 挡工作时， 才可闭锁。 !* !* !
压力差控制能力高，甚至次级调节压力 )+,- 有变化 时，也不影响转矩容量。故它可以实现全闭锁控制 或各种程度滑差控制。它在半闭位置时， )+,- 进入离 合器的分离侧， 接合侧立即泄油， 离合器分离。其电 控系统见图 $。
主油路来油压力 )，经次级调节阀调制为 )+,用以控制离合器的闭锁、滑差与分离等状态。开关 电磁阀控制闭锁继电器阀处于两种状态：它在打开
图, 丰田 ’1+#8 液压控制油路
位置时，)+,- 至闭锁离合器接合一侧， 而离合器分离 侧的油压由闭锁阀控制； 线性电磁阀压力、 离合器的 接合压力与分离压力都作为闭锁控制阀的先导压 力。据此， 接合压力与分离压力之间的压力差， 就代 表了液力变矩器离合器的转矩容量。该调节系统的
图1 闭锁离合器的滑差控制
#
概述
液力变矩器 , ./ - 的性能优越， 但最大的缺陷是
效率低， 为了降低装用液力变矩器汽车的油耗， 而采 用了闭锁 , 0% - ， 它是指在液力变矩器的泵轮与涡轮 之间， 安装一个可控制的离合器， 当汽车的行驶工况 达到设定目标时，控制离合器将泵轮与涡轮锁成一 体， 液力变矩器随之变为刚性机械传动， 其目的是： 提高传动效率。 闭锁后消除了液力变矩器 1) 高速比工况时效率的下降，理论上闭锁工况效率为 #，从而使高速比工况效率大大提高 , 见图 # 阴线 区-。
・特约专题・
自动变速器 !三 "
—— — 液力变矩器的闭锁与滑差控制
吉林大学
中图分类号： %&’() !#! 文献标识码： *
葛安林
文章编号： #""" + ($"( , !""# - "$ + """# + "& 车上首次成功开发闭锁离合器， 可节油 & ! 4 ’ ! ， 现在各种轿车上的液力变矩器均已推广应用，不仅 闭锁范围扩大， 有滑差控制的离合器也在兴起。
图! 变矩器离合器的闭锁与解锁
车速控制
双参数控制
按速比 &’ 控制 %( 实质是由泵轮转速 !( 与涡轮转速 !" 两个参数 同时控制， 它可克服单参数 !"# 的缺陷， 使各油门开 度下都在合理要求闭锁点闭锁 " 图 $) # 。 涡轮转速 !" 与油门开度 " 控制 ’( 不同油门开度下闭锁点的 !" 不同， 这不仅使闭 锁点合理 " 图 $+ # ， 而且结构上也易于实现。 车速 * 与油门开度 " 控制 )( 它与 ’ 的区别仅在于油门开度一定时，只有当 车速到达某值才闭锁；可以实现高挡闭锁而低挡不
图3
4+! 模式滑差控制的实测结果
图 "#
.7, 闭锁与解锁控制规律 参 考 文 献
" # / 图 "1 粘性减振器
葛安林 5 车辆自动变速理论与设计 5 北京 ; 机械工业出 版社 % "33/5 )8<=>?@ )ABA C< 8D5 ,AEF>C .ABGCE<CE .D><HI JD@K .AB<EAD JL=<C?5 J+M K8KCE 3N10O# ,+,.& 5 ,E8B=<CHIBADAPL QCG@CR ， #11" * # * 待续 * 责任编辑 原稿收到日期为 #11" 年 N 月 0 日。 郝旭辉 -
图& — !—
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
液力变矩器新型双面闭锁离合器
闭锁 " 图 $, # ， 是目前轿车常用的控制。
汽 车 技 术
・特约专题・
!
滑差控制
完全闭锁对提高燃油经济性直接有效，故其闭
锁范围在不断扩大； 但它妨碍吸收振动和冲击， 特别 是低速时，即使二段式的减振器也很难将其衰减。 而且过低速比闭锁， 当车辆快速制动时， 还可能导致 发动机熄火，故在变矩器工况与全闭锁工况间增加 过渡的滑差控制 3 见图 1 4 。现以丰田 ’1+#8 自动变 速器的液压控制油路为例 3 见图 , 4 说明其原理。
图 "" — !—
&’( 和 &’) 自动变速器 汽 车 技 术
图$
电控系统图
图 ! 所示的雅阁液力变矩器的离合器， 通过图 根据两个独立的闭锁控制阀 & 所示的控制流程图， ’ 与 ( 和节气门开度也能实现离合器的完全分离、 部分滑差、 一半闭锁、 完全闭锁和周期闭锁等各种闭 锁程度的控制。 图 ) 所示为按美国 *’+ 模式进行试验， 从滑差 控制的测试结果可以看出绝大多数工况均为滑差， 闭锁仅在 ," -. / 0 以上车速才可产生。滑差使燃 油经济性提高 1 ! ， 如按日本的 #" 2 #1 工况模式则 可提高 $ ! ， 减少振动与噪声的效果也很显著。 也有汽车公司用粘性联轴节作为减振器来实现 滑差控制 3 见图 #" 4 的， 当其产生转速差时， 所传递 转矩 !" 可用下式计算： !" 5
("5 " 挡单向超越离合器
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作为起步装置， 故亦有闭锁问题。如图 "#8 所示， 它 增加了阴 比在上述 +, 中的闭锁范围要扩大很多， 线面积， 这是由于 .7, 也具有自动变速功能， 它所 需要液力变矩器帮助的， 主要仅在于起步工况； 为了 提高燃油经济性， 故扩大了闭锁范围。此外， 它为了 适应驾驶员的要求， 增加了快速踏下加速踏板时可 解除闭锁状态功能， 即 9 $ : 9 ! 值越大， 越提前解除 闭锁， 恢复以液力无级变速 * ,. - 与机械无级变速 * .7, - 串联工作， 以实现最佳的加速性能。
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图& 雅阁自动变速器闭锁离合器的控制流程图 — %—
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图#
液力变矩器特性与闭锁
2) 性。
闭锁后功率利用好， 也提高了汽车的动力
由于效率的提高， 液力变矩器转为热散失 3) 的无效功下降， 也减少了发动机风扇的功率消耗。 由于 1 与 3 的原因，闭锁就可减少燃油消耗 & ! 4 5 ! 6 实际上早在 #78( 年就有此项专利，只因 当时油价便宜而忽视了它，但 #7’$ 年能源危机以 来，对其才日趋重视。可是过去人们认为闭锁降低 了乘坐舒适性， 只适用于公共汽车、 载货汽车的观念 直到十多年后才被打破。 #7$5 年克莱斯勒公司在轿
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・特约专题・ 加速、爬坡或坏路行驶等需要，以及为了提高换挡 品质，还要在其需要时能迅速解锁。为了避免频繁 闭锁、 解锁， 必须设定解锁的转速 !" 小于 !"# ， 这称 为闭锁—解锁转速差 " !!" $ !"# % !" # 。该型式多用 皮托管控制，结构简单实用，但它因无油门参与控 制 " 图 $% # ， 致使合理的 &’ 只能按某一油门开度来获 取 !( ， 从而不能保证其它油门开度均有好的动力性 与燃油经济性。
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闭锁原理与控制
闭锁原理
以广州雅阁为例 , 图 !1 - ， 闭锁压力油从油道 & 进入离合器 ! 的右边， 而其左边的油经油道 8 回流， 两边的压力差使装于涡轮轴花键上活塞左移，直至 变矩器壳与锁止离合器之间的油被排出，使涡轮与 泵轮稳定地锁在一起；为了弥补液力变矩器的阻尼 作用，吸收发动机扭转振动的减振器都装有减振弹 簧 (；离合器分离时，油道 8 进压力油，油道 & 泄 油。上海 9:; <=>3? 的闭锁结构见图 !2。最近双面 型的大容量闭锁离合器也已问世 , 图 ( - ，不仅大大 提高了传递转矩，其滑差性能与响应性能也优于单 面闭锁离合器。富康液力变矩器的闭锁离合器也是 双面型， 但结构较复杂。 它实质上是液力挡与机械挡之间的转换，故有 在何点闭锁为佳的问题，从理论上讲，闭锁点 !" 定 在转入偶合器工况点 !# 好， 该点变矩器系数 $ @ #， 既保证充分利用变矩器的自适应长处，又减少了因 闭锁而造成的转矩与转速的突变；但也有为了扩大 高效率范围在变矩器最高效率 !! 对应的速比 !! 闭 锁； 还有将闭锁点设在 !! 与 !# 之间的； 另外也有少 数将闭锁点定在大于 !# 的， 以缩小闭锁时的转速差 , "% @ %& ’ %( @ %& , # + !" - - 。对于以提高效率为主 要目的的城市大客车、 载货汽车、 军用汽车等， 可将 闭锁点定在 !! 附近；而轿车还需兼顾舒适性，则以 !# 附近为宜。 $% $ !A !A # 控制规律 单参数控制 涡轮转速 %( 控制 1) 根据闭锁点 !"，再由液力变矩器与发动机共同 计算出 %() * !"%& 。为了保证车辆 工作时的转速 %& ，
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闭锁离合器的控制规律
’( 这是属于高挡闭锁方案，可避免低挡范围内频 繁闭锁， 减少由此引起的冲击与磨损， 它在城市客车 上有采用 " 图 $’ # 。 挡位控制 )( 高挡闭锁， 其作用与车速控制相似。 如图 ! 所示 雅阁液力变矩器，当换挡杆在 )$ 而变速器处于第 可以闭锁； 而换挡杆在 )& 而变 !、 & 或 $ 挡工作时， 速器处于第 & 挡工作时， 才可闭锁。 !* !* !
压力差控制能力高，甚至次级调节压力 )+,- 有变化 时，也不影响转矩容量。故它可以实现全闭锁控制 或各种程度滑差控制。它在半闭位置时， )+,- 进入离 合器的分离侧， 接合侧立即泄油， 离合器分离。其电 控系统见图 $。
主油路来油压力 )，经次级调节阀调制为 )+,用以控制离合器的闭锁、滑差与分离等状态。开关 电磁阀控制闭锁继电器阀处于两种状态：它在打开
图, 丰田 ’1+#8 液压控制油路
位置时，)+,- 至闭锁离合器接合一侧， 而离合器分离 侧的油压由闭锁阀控制； 线性电磁阀压力、 离合器的 接合压力与分离压力都作为闭锁控制阀的先导压 力。据此， 接合压力与分离压力之间的压力差， 就代 表了液力变矩器离合器的转矩容量。该调节系统的
图1 闭锁离合器的滑差控制
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概述
液力变矩器 , ./ - 的性能优越， 但最大的缺陷是
效率低， 为了降低装用液力变矩器汽车的油耗， 而采 用了闭锁 , 0% - ， 它是指在液力变矩器的泵轮与涡轮 之间， 安装一个可控制的离合器， 当汽车的行驶工况 达到设定目标时，控制离合器将泵轮与涡轮锁成一 体， 液力变矩器随之变为刚性机械传动， 其目的是： 提高传动效率。 闭锁后消除了液力变矩器 1) 高速比工况时效率的下降，理论上闭锁工况效率为 #，从而使高速比工况效率大大提高 , 见图 # 阴线 区-。
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自动变速器 !三 "
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图! 变矩器离合器的闭锁与解锁
车速控制
双参数控制
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4+! 模式滑差控制的实测结果
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液力变矩器新型双面闭锁离合器
闭锁 " 图 $, # ， 是目前轿车常用的控制。
汽 车 技 术
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滑差控制
完全闭锁对提高燃油经济性直接有效，故其闭
锁范围在不断扩大； 但它妨碍吸收振动和冲击， 特别 是低速时，即使二段式的减振器也很难将其衰减。 而且过低速比闭锁， 当车辆快速制动时， 还可能导致 发动机熄火，故在变矩器工况与全闭锁工况间增加 过渡的滑差控制 3 见图 1 4 。现以丰田 ’1+#8 自动变 速器的液压控制油路为例 3 见图 , 4 说明其原理。
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电控系统图
图 ! 所示的雅阁液力变矩器的离合器， 通过图 根据两个独立的闭锁控制阀 & 所示的控制流程图， ’ 与 ( 和节气门开度也能实现离合器的完全分离、 部分滑差、 一半闭锁、 完全闭锁和周期闭锁等各种闭 锁程度的控制。 图 ) 所示为按美国 *’+ 模式进行试验， 从滑差 控制的测试结果可以看出绝大多数工况均为滑差， 闭锁仅在 ," -. / 0 以上车速才可产生。滑差使燃 油经济性提高 1 ! ， 如按日本的 #" 2 #1 工况模式则 可提高 $ ! ， 减少振动与噪声的效果也很显著。 也有汽车公司用粘性联轴节作为减振器来实现 滑差控制 3 见图 #" 4 的， 当其产生转速差时， 所传递 转矩 !" 可用下式计算： !" 5