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手动档的汽车,发动机通过离合器连接到变速箱,如果没有离合器,汽车将无法在不关闭发动机的情况下完全停下来。但是自动档的汽车没有离合器可以将变速器与发动机断开,而是使用了一种叫做液力变矩器的神奇设备。它可能看起来不起眼,但里面有一些非常有趣的事情。
就像手动档汽车一样,自动档的汽车需要一种方法让发动机转动,同时变速器中的齿轮和车轮停止。手动档汽车使用离合器,其完全断开发动机与变速器的连接。自动档汽车使用液力变矩器。液力变矩器是一种流体联轴器,其允许发动机在某种程度上独立于变速箱旋转。如果发动机怠速运转而车辆停住,比如等红灯怠速时,通过液力变矩器传递给变速箱的扭矩是非常小的,所以短时间停车我们可以在D档踩住刹车而不必挂N档。
液力变矩器坚固的壳体内有四个部件:涡轮、导轮、泵轮和变速箱油。
变矩器的泵轮用螺栓固定在发动机的飞轮上,因此它以发动机运转的速度转动,当我们踩下油门时,发动机加速带动液力变矩器泵轮将更多的变速箱油泵入液力变矩器,从而推动涡轮将更多的扭矩传递给车轮。
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变矩器内的泵是一种离心泵。当它旋转时,变速箱油被抛到外面,就像洗衣机的旋转周期将水和衣服甩到洗涤桶的外面一样。当流体被抛向外部时,产生真空,从而在中心吸入更多的流体。然后流体进入涡轮的叶片,涡轮叶片连接到变速箱。涡轮机使变速箱轴旋转,通过齿轮将扭矩传递到车轮。涡轮叶片是弯曲的。这意味着从外部进入涡轮机的流体必须在离开涡轮机中心之前改变方向,正是这种方向变化推动涡轮旋转。
变速箱油在中心通过涡轮,以与进入时不同的方向移动,变速箱油通过涡轮的时候,流向与泵轮(和发动机)转动的方向相反,如果允许流体撞击泵轮,则会使发动机减速,从而浪费动力,所以在涡轮和泵轮之间安装了一个直径较小的导轮。
导轮位于变矩器的正中心,其作用是在通过涡轮的变速箱油再次撞击泵轮之前改变变速箱油的流向,从而提高了变矩器的效率。导轮具有非常强劲的叶片设计,可以完全反转变速箱油的流向。单向离合器(导轮内部)使定子不能与通过涡轮的变速箱油一起旋转-它只能沿相反方向旋转,迫使变速箱油在撞击泵轮叶片之前改变方向。
除了让汽车可以停车怠速运转之外,变矩器在汽车加速时可以提供更大的扭矩,当泵轮的转速显著高于涡轮的时候,变速箱油的流速增加,可以将发动机的扭矩乘以两到三倍。当汽车以较高的速度(大约时速60公里以上)稳定行驶时,泵轮和涡轮几乎以相同的速度旋转,这时从涡轮回流的变速箱油比泵轮向涡轮输送的变速箱油流速更快,这时候从涡轮回流的变速箱油撞击导轮叶片的后侧,导致导轮在单项离合器上空转,不会阻碍变速箱油流过它。在更高的速度下,涡轮的转速与泵轮接近,最终以几乎相同的速度运动,但仍会有一定的转速差,这种速度差异会浪费功率,这就是为什么带自动变速器的汽车比使用手动变速箱的汽车的汽油里程更差的部分原因。为了减少这种浪费,一些汽车配备了带锁止离合器的变矩器。当车辆以较高的速度匀速稳定行驶时,该离合器将泵轮和涡轮锁定在一起,消除了滑动并提高了效率。
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