我們大都喜歡駕駛自動擋車的那份悠然自得。不用操心換擋，也不用費勁去踩離合。在自動擋車上，離合踏闆的工作通過一個隐藏機構自動完成，這是當之無愧的工程奇迹——液力變矩器。它甚至可以放大引擎的扭矩。讓我們來看看這個純機械裝置是如何勝任自己的工作的。

液力變矩器的作用

當你開着車，突然需要急停。踩下刹車踏闆後，汽車的驅動輪就停止了轉動。此時，傳動軸和變速箱也停止了旋轉。但問題來了：車是停下來了，可引擎并沒有停。所以刹車的那一刻，如果引擎和變速箱是機械連接，輕者熄火，重者報廢。為此你需要一個傳動隔離器。這個隔離器就是液力變矩器。它能在刹車的一瞬間隔離引擎和變速箱之間的轉動，并切斷它們之間的動力輸送。讓我們來看看它是如何做到的。下圖是一個簡化版變矩器，基本上就是一個泵輪加上一個渦輪，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動。由于有離心力，泵輪會将周圍的油液推開，産生高壓流體。泵輪的旋轉使得離開泵輪的油液形成一股渦流。

渦輪緊挨着泵輪，泵輪送出的高壓油會帶動蝸輪旋轉，渦輪又與變速箱剛性連接。如此，引擎動力就通過變速箱油傳遞到變速箱，這一特殊結構被稱為流體飛輪。

當我們在渦輪和泵輪之間引入一個叫做導輪的組件，這個機構就成為了液力變矩器。導輪的主要功能之一，是将渦輪送出的渦流送回泵輪。它還有其他功能，後面再細說。

由于是通過流體連接，泵輪和渦輪之間是允許滑動的。有了這樣的機構，即便變速箱突然停止轉動，也不會影響到引擎的工作。一般工況下，泵輪會把引擎的動力傳遞給渦輪。需要注意的是，因為流體流動會有能量損失，渦輪的轉速會比泵輪略慢。

液力變矩器的真實結構

以上是簡化版變矩器，現實中是見不到的。真正的液力變矩器如下圖所示。其中泵輪緊挨着變速箱，渦輪緊挨着引擎，為了便于理解，我們給相應的組件塗上色。引擎的轉動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力。為什麼要把結構做得這麼複雜？問題的答案來自于機械力學而不是流體力學。

液力變矩器要想高效運轉，泵輪和渦輪都必須沿着曲軸中心線轉動。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立的，也就是說，渦輪和曲軸之間需要一個軸承來完成連接。如圖所示，為了确保渦輪也以曲軸為中心，這樣的結構更便于建立剛性連接。在簡化版變矩器中，由于渦輪距離曲軸太遠，是很難做到這一點的。

為什麼需要導輪？

現在，你可能會想為什麼這個隔離運動的裝置，被命名為液力變矩器。這是因為它最重要的功能之一，是在車輛起步階段放大引擎扭矩。讓我們來看看它是如何做到的。導輪通過一個單向離合器，固定在中心軸上。也就是說導輪可做定向旋轉，但無法反轉。

為了方便理解，讓我們把機構放大。現在，假設車輛正在起步，泵輪與引擎同步轉動，但渦輪轉速較低，同時緩慢增速。這意味着離開渦輪的渦流都沿着曲軸中心線運動。當渦流沖擊導輪葉片，會帶動導輪旋轉，但這種旋轉運動被單向離合器阻止了。由于導輪處于靜止狀态，渦流的移動方向會和泵輪旋轉方向一緻。簡單講，泵輪制造渦流，同時也接收渦流。這使得泵輪轉速越來越快，産生的油壓也越來越高。這些高壓油液沖擊渦輪，産生了扭矩放大的效果，由此在車輛起步時，車輪接收到更高的扭矩。

不過，随着渦輪轉速增大，離開渦輪的渦流的傾斜角也會更大，當傾斜到一定的角度之後，渦流會沖擊導輪葉片的另一側，導輪在這個方向上是可以自由旋轉的。于是導輪會随着渦輪和泵輪朝同一個方向轉動。你會發現，泵輪産生的渦流比之前小了，扭矩放大功能也停止了。此時渦輪的轉速差不多是泵輪的90%。

這真是天才的設計。當車輛起步需要最大化扭矩時，液力變矩器就放大引擎扭矩。當渦輪轉速達到臨界點，會自動終止扭矩的放大。

一般工況下的導輪

因此，導輪在車輛起步階段起了關鍵作用，但沒有導輪，液力變矩器在一般工況下也無法很好地運轉。讓我們來看這是為什麼。

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。由于這個原因，即便渦輪高速轉動，渦輪送出的渦流速度也是最小的。

如果沒有導輪，反向的渦流會降低泵輪的轉速，整個變矩器的運轉都會很低效。引入導輪之後，渦流将再次轉向，泵輪将接收到同向的渦流。

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，離合器将渦輪與泵輪機械鎖止，兩者作為一個固體元件同步轉動。這樣可以消除流體摩擦造成的能量損失。

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