作者：薛庆文
出版社：机械工业出版社
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汽车自动变速器原理与检修教程试读：
前言
随着科技的发展和社会的进步，汽车已经成为人们在生活工作中不可缺少的交通代步工具，在国内的普及率已经迅速逼近发达国家的水平，我国汽车销量已经全球第一。然而从整个后市场来看，国内汽车检测诊断与维修技术专业的人才数量远远不能满足现实需要，已经成为国内紧缺型人才之一。
汽车自动变速器维修技术是汽车院校师生们以及维修人员公认的重点中的难点技术。自动变速器是汽车中最为复杂的系统之一，是集机、电、液、网络于一体的总成部件自成系统，因此，我们根据多年的市场维修经验并结合近年的培训教学经验，通过理论与实践的反复结合，力争编写一本适应当前职业教育特点和需求、内容真正实用的教材。
本书主要内容包括自动变速器组成，液力变矩器的特点、常见故障分析、维修工艺流程，自动变速器液压系统的原理与检修，电控系统的原理与检查，换档执行元件和行星齿轮机构的故障检修，01N型自动变速器故障诊断与维修；特别编写了冷却系统带来的自动变速器故障，自动变速器车间规范维修工艺流程，道路试验、匹配和自适应等非常实用的新内容。
本书突出专业岗位高技能人才的培养，关键问题分析透彻，新增实用内容多，适于作为中高职职业教育和技师培训教材。
在本书编写过程中，得到众多行业专家、汽修专业老师以及同行们的热情支持，特别得到了行业专家朱军老师的最终审阅，同时还得到了北京陆兵汽车技术服务有限公司技术培训中心、上汽集团自动变速器产品再制造项目组、新世纪汽车技术服务网及王正旭老师的大力支持，在此一并致谢！
本书由薛庆文、闫冬梅任主编，孙成俭任副主编，参编人员有白晶、徐殿梅、陈文娟、张艳伟、綦昕、任慧巧、刘凤良、刘长青、申延子、闫东伟、周佩秋、周立香、赵炜等。
由于水平有限，书中难免存在不妥或疏漏之处，恳请广大读者批评指正并提出宝贵意见和建议，以便我们在再版时修订改正，谢谢。编者
第一章 自动变速器的系统组成和工作原理
学习任务及学习目标：
1.了解自动变速器的类型。
2.初步认识汽车自动变速器的作用，并简单了解自动变速器每个系统的功能。
3.通过平常对汽车的了解来激发学习兴趣，了解汽车电控变速器的换档过程（前进档的速度变化过程），从而理解自动变速器前进档位数的形成过程。
4.了解在使用自动变速器车型时如何进行正确的操作及注意事项，以便对自动档车型驾驶人进行使用指导。
随着近几年全球汽车工业的飞速发展，越来越多的汽车将逐步走进普通家庭。同时，由于方便驾驶的原因，大部分装有自动变速器的车型受更多普通消费者及新驾驶人的青睐。面对日益拥堵的城市交通，特别是在一些大中城市，开开停停、停停开开，驾驶手动变速器汽车的确很费事。虽然各个国家手动、自动变速器汽车所占的比例各不相同，但手动变速器汽车的比例逐渐减少，这肯定是今后发展的一个趋势。
今后有消费者可能会因为油价变化（如出现石油危机）而选择手动变速器汽车。但从全球范围内来看，随着汽车保有量的不断增多，政府相关政策法规的出现，手动变速器汽车的比例还是会逐渐减少，对自动变速器大量的使用或将成为一个标准配置。
现在汽车市场上的变速器可分为6类（图1-1）：手动变速器（MT）、自动/手动变速器（AMT）、无级变速器（CVT）、双离合器变速器（DCT）、自动变速器（AT）和混合动力变速器。它们各自都有不同的优势，例如，自动变速器的传动效率虽然只有85%，但舒适性好；手动变速器的传动效率高；无级变速器的换档舒适性能好。
目前在市场竞争力比较大的是双离合器变速器（DCT）、电子液压式多档位自动变速器（AT）和电子控制式无级变速器（CVT）等三种形式。这三种变速器都有一个共同的特征，就是速比变换时所需的最重要的参考信息依然离不开发动机负荷信息和车速信息，同时这三种变速器的速比变换过程都是自动完成的。图1-1 汽车变速器类型
DCT、AT和CVT的区别主要在于其结构和速比变化控制上。双离合器变速器（DCT）仍然像手动变速器一样是由众多齿轮、同步器、液压控制单元、电子控制单元和各轴等部件组成的，速比变化靠计算机控制来实现，而且各档速比是固定不变的。自动变速器则是由复杂的行星齿轮组和诸多的换档执行元件组成，自动变速器虽然速比变化是自动实现的，但各档速比也是固定不变的。无级变速器只需两组变速滑轮就能实现无数个前进档位的速比变化，允许其在最大速比点到最小速比点之间做无级调节，它的速比变换是连续性的，不是固定不变的，只有倒档的传动比是固定不变的。
一、自动变速器的系统组成
自动变速器主要由动力传递系统（液力变矩器）、齿轮变速系统（行星齿轮机构）、液压控制系统、电子控制系统、冷却控制系统等五个系统组成（图1-2）。动力传递系统起到连接发动机与自动变速器的作用；齿轮变速系统主要用来改变汽车的行驶速度和行驶方向；液压控制系统则是把油泵输出的压力油调节出不同的压力并输送至不同的部位以达到不同的液压控制目的；电子控制系统通过监控汽车的整体运行工况实现自动变速器不同功能的控制；冷却控制系统是为了使自动变速器始终保持在一个合理的工作温度。图1-2 自动变速器的组成
二、自动变速器的控制类型
自动变速器按控制方式不同，可分为全液压控制自动变速器和电子控制自动变速器两种。全液压控制自动变速器已很少应用，在这里不作介绍。电子控制自动变速器是通过各种传感器、开关，将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器油温度等参数转变为电信号并传递给控制单元；控制单元根据这些电信号，按照设定好的换档规律、锁止规律及其他控制规律等，向换档电磁阀、TCC电磁阀、油压电磁阀等发出电子指令信号。换档电磁阀、TCC电磁阀、油压电磁阀再将控制单元的电子控制指令信号转变为液压控制信号，液压控制阀体中的各个控制阀根据这些液压控制信号，控制换档执行机构、闭锁离合器执行机构的动作，从而实现自动换档、自动闭锁和自动油压调节控制。
三、自动变速器的正确使用方法及注意事项
1）牵引要求。对于装有自动变速器的车辆，当其发生故障需要牵引时有特殊要求。近几年因牵引车辆导致严重损坏自动变速器的故障时有发生，给车主及维修厂之间带来纠纷。因此要求：对于大多数车辆而言，当发动机停止工作需要牵引时，变速杆必须置于N位，牵引车速不得大于50km/h；同时总的牵引距离不得超过50km。如果牵引距离比较远，建议将驱动车轮架起或直接由一辆车运输到维修指定点（图1-3）。图1-3 牵引要求
2）汽车在行驶时，一定要注意千万勿将变速杆置于P位。这是因为，目前大部分车辆的P位驻车功能仍然是以机械方式通过驻车棘轮将输出轴锁住来实现的。当汽车在行驶时车速比较快，一旦误将变速杆置于P位容易损坏变速器驻车机构和变速器壳体。
3）汽车在行驶时，千万不要以N位滑行。有些车主在操作自动变速器时以N位滑行目的是为了节省燃油，其实电控轿车N位滑行是不会节省燃油的，同时变速器在N位滑行时危害比较大。这是因为汽车在高速行驶时如果以N位滑行发动机一定是在怠速工况，由于发动机在怠速工况油泵的转速也比较低，因此产生的油压也较低，这样润滑油压相对就比较低，输出轴以高转速带动行星排一起旋转时得不到充分的润滑而烧损旋转部件，因此坚决不允许自动变速器以N位滑行。
4）车辆在向前行驶时千万不要误将变速杆挂入R位。对于有R位保护功能的车影响不大，但如无此功能则可能由于倒档执行元件参与工作后，导致正在顺时针运转的输出部件突然形成逆时针运转而损坏某些元件。
5）在寒冷的冬天刚起动发动机后，切勿立即急加速进行自动变速器的操作。因为此时ATF的流动性还较差，包括一些密封元件的密封性能也减弱，经常这样操作会对变速器的机械部件造成伤害，因此应在暖机后方可使用。
6）当仪表板上的变速器故障指示灯点亮或闪烁时，应立即检查维修，不能带着故障使用，否则会加剧变速器的损坏程度。对于没有故障指示灯的车辆，当在使用中明显感觉到变速器工作不正常时，要停止使用，及时到专业维修厂进行诊断维修。同时，当其他控制系统出现故障时也有可能会影响到自动变速器的正常工作，因此也应立即解决该系统的故障后再进行使用。
7）在日常使用中要严格按照使用要求，在规定的时间或规定的里程到专业维修厂或4S店进行自动变速器的养护。
四、本章实操项目
实操项目：通过自动变速器实物（解剖图）来认识除冷却系统外的4个系统。
本章重点内容总结：
1.自动变速器有电液控自动变速器、电控无级变速器、电控机械式变速器及混合动力变速器等类型，我们重点学习的是电液控自动变速器，要知道该变速器的5大系统组成。
2.在使用自动变速器的车辆过程中，一定要知道为什么不允许以空档（N位）滑行。因为空档滑行速度较高而发动机转速较低，润滑系统压力也低，故因润滑不良而损坏各转动部件。
3.当车辆出现故障需要牵引时，必须要严格按照操作要求去执行。否则，长时间、长距离、高速度牵引会导致因润滑问题而损坏变速器机械部件。
复习题
（一）单项选择题1.自动变速器的功能是（ ）。
a.优化换档操作和换档控制 b.改变传动比及改变传递方向
c.控制发动机输出动力及动力传输方式 d.减轻驾驶操作及控制污染
2.当变速器损坏不能行驶，需要牵引车辆时（ ）。
a.变速杆置于P位以外的任何档位都可以
b.必须将发动机熄火并把变速杆置于前进位置
c.变速杆必须置于N位，同时注意总的牵引距离及牵引速度即可
d.只要发动机能够起动，变速杆在N位就不必考虑牵引速度和牵引距离
3.当发动机出现故障不能起动，需要牵引车辆时（ ）。
a.只要将传动轴或驱动半轴拆下随意牵引
b.必须要遵循该车辆的牵引要求
c.变速杆必须置于N位只要注意牵引速度就足够了
d.变速杆必须置于N位只要注意总的牵引距离就可以了（二）思考题
1.你知道当前国内前进档位数最多的轿车吗？是什么车型？变速器是几个前进档？
2.简单总结自动变速器在汽车各系统中的作用。
3.自动变速器为什么不可以空档滑行？牵引故障车辆时，如果不按照要求操作会损坏变速器哪些部件？
第二章 液力变矩器的工作原理
学习任务及学习目标：
1.掌握液力变矩器在自动变速器中所承担的角色。
2.了解当今轿车类液力变矩器的部件组成及各部件的作用。
3.重点学习液力变矩器中泵轮与涡轮、导轮之间的关系，由此来了解变矩器自动离合器的功能；了解液力变矩器的增矩功能及锁止离合器的控制功能等。
4.当液力变矩器出现故障时，知道形成的故障原因及常见故障的解决方案。
一、液力变矩器的作用
要了解自动变速器的动力传递系统，首先要知道液力变矩器在整个自动变速器系统中起到哪些作用。
液力变矩器位于自动变速器的最前端，介于发动机与变速器之间，被安装在发动机的曲轴上，其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。它利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递到自动变速器的输入轴，并能根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动地、无级地改变传动比和转矩比，具有一定的“减速增矩”功能。
液力变矩器是自动变速器部件组成中最重要的装置之一。液力变矩器具有自动适应性、无级变速、稳定的低速性能、减振吸振等优良特性，是其他传动元件无可替代的。采用液力变矩器作为自动变速器动力传递装置具有以下作用：
1）能够使发动机产生的转矩放大并传递至自动变速器行星齿轮机构中。
2）起到自动离合器的作用，车辆在原地静止状态下制动入动力档发动机不会熄火。
3）缓冲和吸收因发动机传输载荷及传动系在承载载荷时引起的扭转振动，保护发动机及传动系统的某些部件。
4）起到飞轮的作用，使发动机运转平稳（因为自动变速器的车辆没有大飞轮只有接合盘）。
5）驱动液压控制的油泵为自动变速器提供压力源。
二、液力变矩器的结构组成
目前绝大多数轿车用自动变速器基本都是采用结构简单的单级四元件综合式液力变矩器（图2-1）。即变矩器是由4部分组成，它们分别是与发动机直接连接的主动轮——泵轮、与自动变速器输入轴相连接的从动轮——涡轮、介于泵轮和涡轮之间与自动变速器壳体相连接改变发动机输出转矩的导轮（导轮上有单向离合器），以及通过机械方式来连接泵轮和涡轮的锁止离合器（TCC）。图2-1 四元件综合式液力变矩器1.泵轮
泵轮与变矩器壳体焊接在一起，被安装在发动机曲轴上，随发动机曲轴的转动而转动，是液力变矩器的主动部分，其转速信息由发动机转速传感器实施监控。在其内部工作面上均匀布满了驱动自动变速器油（ATF）的有角度的叶片，同时，为了使其能够尽量减少油液的流动损耗，在叶片的中间部位还安装了促进环流的导环（图2-2）。泵轮的作用是将发动机输出的动力利用液体传输至与其对置的涡轮上。图2-2 泵轮2.涡轮
涡轮与泵轮对置安装（图2-3），其工作面上也均匀布满了由ATF驱动的有角度的叶片和安装了促进环流的导环。涡轮通过花键与自动变速器的输入轴相连接。发动机带动泵轮旋转时，变矩器内部的ATF在泵轮叶片的带动下产生离心压力，当泵轮外缘具有一定离心力的ATF甩向涡轮叶片的外缘时，涡轮便随之带动自动变速器输入轴一起旋转。动力是通过ATF来传递的，涡轮还是从动元件，其上面的叶片数量少于主动轮泵轮上叶片的数量。涡轮的作用是把发动机的输出动力（泵轮的输出动力）传递至变速器。图2-3 涡轮3.导轮及单向离合器
导轮及单向离合器被安装在泵轮和涡轮之间，单向离合器内花键与变速器壳体相连接，因此导轮在滑转时只能沿一个方向旋转。由于涡轮为从动元件，如果泵轮通过油液传递发动机动力到涡轮，涡轮的转速肯定总是低于泵轮转速。这样涡轮传递的转矩总是低于发动机产生的输出转矩。为了满足汽车低速区域实现良好的加速性能的要求，使用导轮即可改变发动机的输出转矩从而改善汽车起步加速和低速范围内加速性能（图2-4），因此导轮的作用就是实现发动机输出转矩的放大功能。图2-4 导轮及单向离合器4.锁止离合器
液力变矩器是利用油液来传递汽车动力的，而油液的内部摩擦会造成一定的能量损失，因此传动效率较低。为提高汽车的传动效率，减少燃油消耗，现代轿车的自动变速器均采用一种带锁止离合器的综合式液力变矩器。这种液力变矩器内有一个由液压油操纵的锁止离合器（图2-5）。锁止离合器的主动盘即为液力变矩器壳体（相当于泵轮），从动盘是一个可做轴向移动的压盘（锁止离合器活塞），它通过花键套与涡轮连接。压盘背面的液压油与变矩器泵轮、涡轮中的液压油相通，保持一定的油压（该压力称为变矩器压力）；压盘左侧（压盘与变矩器壳体之间）的液压油通过变矩器输出轴（即变速器输入轴）中间的控制油道与阀体总成上的锁止控制阀相通。锁止控制阀由自动变速器控制单元通过驱动锁止电磁阀来控制，实际上就是控制单元通过控制电磁阀驱动锁止控制阀改变锁止离合器活塞两端的压差来实现机械和液压传动控制。
锁止离合器结构类型常见的有单片式锁止离合器、多片离合器鼓式锁止离合器以及泵轮轴式锁止离合器等。（1）单片式锁止离合器 目前在绝大部分轿车自动变速器中采用单片式锁止离合器。这种结构的优点是占用空间小，控制结构简单。离合器的摩擦片可以粘接在锁止离合器活塞上，也可粘接在变矩器壳体上，工作效果是一样的（图2-6）。大众、奥迪车系的01M/01N、01V，通用别克的4T65E等自动变速器都是这种结构类型。由于新式车型的变矩器锁止离合器控制的升级（提前控制+占空比控制），导致变矩器的使用寿命急剧下降，通常会使锁止离合器片过早烧损，此时需要修理或更换液力变矩器。图2-5 锁止离合器图2-6 单片式锁止离合器（2）多片离合器鼓式锁止离合器 在一些大排量轿车中，液力变矩器的锁止离合器系统采用的是多片离合器鼓式锁止离合器，比如早期的凌志400轿车、奔驰722.6型5速自动变速器等均采用这种结构（图2-7）。这种结构的优点是锁止离合器工作压力较高，不容易烧损离合器。摩擦片数量较多，为增大其摩擦力矩因此就需要较高的压力，所以一般情况下其锁止离合器都不易烧损。由于结构上的特点，所以需要一条单独的闭锁油路，这与单片式锁止离合器油路控制结构不同。图2-7 奔驰722.6多片离合器鼓式变矩器锁止离合器（3）泵轮轴式锁止离合器 在新款车型当中很难发现这种结构，在变矩器中没有单独的锁止离合器装置。将变矩器从变速器前端移开时发现，从变速器出来3根轴，最粗的是导轮轴，一端与变速器壳体相连，一端与变矩器导轮单向离合器内座圈相连；中间轴则是变速器输入轴，一端通过花键与变矩器涡轮相连，另一端与变速器内离合器相连；最细的轴就是泵轮轴，一端直接通过花键与变矩器壳体（泵轮）相连，另一端则与变速器内高档离合器相连。当变速器进入高档时，高档离合器参与工作，这样发动机动力直接经高档离合器传递至变速器行星排中，也就实现了机械连接控制（图2-8）。为了改善换档舒适度，当发动机输出功率完全传递至变速器时，在变矩器壳体上安装了扭转减振器以减缓振动带来的不舒服感觉。这种结构的优点是，由于变矩器内部没有采用摩擦元件，因此变矩器使用寿命会延长，在维修中很少发现这种变速器损坏；但缺点是当高档离合器工作时，直接由发动机驱动变速器时会降低很多发动机的输出转矩，同时还会带来明显的冲击感，例如过去的奥迪轿车所用的097型自动变速器就有这种感觉。目前这种结构的变矩器用得越来越少，仅是早期的一些全液压自动变速器在使用，如1992年前通用的AOD型4速全液压自动变速器，电子控制自动变速器中的096/097、4HP-18等在使用这种泵轮轴式变矩器。现在的国产奇瑞轿车、菲亚特轿车、大宇轿车等使用的ZF公司早期生产的4HP-14型4速自动变速器仍然采用这种结构，相信在很短的时间内泵轮轴式的变矩器会逐渐消失。图2-84 HP-14泵轮轴式锁止离合器
三、液力变矩器的动力传递原理
1.转矩放大功能当涡轮转速较低时，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，因此这一部分来自涡轮的回流工作液便经过导轮的折射（由于导轮停转）直接冲击在泵轮叶片的背面（非工作面），此时泵轮不但受到发动机的带转，同时又受到这部分液流的推动作用，形成两个力，导轮的液流推动力就是增加转矩（俗称“增扭”）的力，如图2-9所示。图2-9 液力变矩器转矩放大原理
当涡轮转速增大到某一数值时，自动变速器油（ATF）对导轮的冲击方向与导轮叶片之间的夹角为0°，此时涡轮上的输出转矩等于泵轮上的输入转矩。若涡轮转速继续增大，ATF将从反面冲击导轮，对导轮产生一个顺时针方向的转矩，由于单向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ATF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ATF没有反作用力矩，ATF只受到泵轮和涡轮的反作用力矩的作用。因此这时液力变矩器不能起“增矩”作用，其工作特性和液力偶合器相同。这时涡轮转速较高，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偶合点。
由上述分析可知，综合式液力变矩器在涡轮转速由0至偶合点的工作范围内，按液力变矩器的特性工作；在涡轮转速超过偶合点转速之后，按液力偶合器的特性工作。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矩特性，又利用了液力偶合器涡轮转速较高时所具有的高传动效率的特性。2.液力传动功能
液力变矩器无论是在增矩阶段，还是在偶合阶段，都是通过以ATF作为介质来传递发动机动力至变速器的，这就是变矩器的软连接功能，如图2-10所示。3.机械传动功能
如果发动机输出至变速器的动力总是通过液体传递的，会造成很多的能量损失，同时又由于涡轮为从动元件，它永远都会与泵轮之间存在着转速差，因此总是存在功率损失并且损失的功率会使自动变速器油的工作温度不断升高。在变矩器控制系统里采用变矩器锁止离合器（TCC）可以实现变矩器的刚性连接（硬连接），如图2-11所示。图2-10 液力变矩器液力传递（软连接）图2-11 液力变矩器机械传递（硬连接）
自动变速器控制单元根据车速、节气门开度、发动机转速、变速器液压油温度、操纵手柄位置、控制模式等因素，按照设定的锁止控制程序向锁止电磁阀发出控制信号，操纵锁止控制阀，以改变锁止离合器压盘两侧的油压，从而控制锁止离合器的工作。
1）当车速较低时，锁止控制阀让液压油从变矩器锁止离合器活塞前端经输入轴进入变矩器，使锁止离合器压盘两侧保持相同的油压，锁止离合器处于分离状态，这时输入变矩器的动力完全通过液压油传至涡轮。
2）当汽车在良好道路上高速行驶，且车速、节气门开度、变速器液压油温度等因素符合一定要求时，控制单元即操纵锁止控制阀，让液压油从变矩器锁止离合器活塞的后端进入变矩器，使锁止离合器压盘前端的油压下降。由于压盘（锁止离合器活塞）后端的液压油压力仍为变矩器压力，从而使压盘在前后两面压力差的作用下压紧在主动盘（变矩器壳体）上，这时输入变矩器的动力通过锁止离合器的机械连接，由压盘直接传至涡轮输出，传动效率为100%。另外，锁止离合器在接合时还能减少变矩器中的液压油因液体摩擦而产生的热量，有利于降低液压油的温度。
有些车型的液力变矩器的锁止离合器盘上还装有减振弹簧，以减小锁止离合器在结合时瞬间产生的冲击力。4.半液压半机械传动功能
当前绝大部分自动变速器的锁止离合器控制均实现了半液压半机械连接控制，这主要是当变矩器由液力传递到机械传递时，为避免出现过大的振动影响换档品质。因为新型自动变速器的锁止离合器工作点提前了，部分车型已经允许在前进一档就可以工作，所以在换档点上变矩器锁止离合器尽可能应处于脱开状态，但如果是开关油路势必会带来冲击感，同时从控制上很难保证锁止离合器活塞在规定的时间能够迅速地完全脱开，所以半液压半机械传递就出现了（图2-12）。图2-12 变矩器锁止离合器半锁状态5.液力变矩器的工作液流
液力变矩器主要是利用ATF的离心力来完成动力传递过程的，这样就出现了其内部的油液流动工作过程。液力变矩器的传递能力主要取决于变矩器的工作直径及其转速，同时还取决于泵轮与涡轮上面的叶片的数量及其角度。（1）涡流和环流 变矩器内部的ATF液流其实是有两种工作状态，两种液流的大小会根据泵轮与涡轮之间的转速差形成镜像变化，也就是说，当变矩器以涡流工作为主时，一定以环流为次；反之，当变矩器以环流工作为主时，则以涡流为次。图2-13为涡流和环流示意图。
1）涡流。变矩器泵轮带动ATF产生的离心压力冲击涡轮叶片外部边缘时，涡轮旋转的同时有一部分ATF工作液从涡轮叶片内部边缘的中心部位回流并冲击在导轮叶片的正面；当导轮单向离合器锁止时，这部分回流工作液经导轮折射后又冲击到泵轮叶片的背面，这一循环流动的液流称为涡轮。不难看出，以涡流为主时变矩器增矩效果好。图2-13 液力变矩器内部的环流和涡流
2）环流。沿变矩器泵轮和涡轮一同作圆周运动的液流就是环流，因此当变矩器以环流为主时输出功率好。
根据变矩器工作原理得知：当泵轮与涡轮转速差较大时，变矩器是以涡流为主；转速差较小时，是以环流为主。变矩器以涡流为主时增矩效果佳，输出功率差；而以环流为主时，输出功率好，但无增矩。因此，变矩器的工作特性是符合我们的需要的：低速时需要增矩效果，高速时需较好的输出功率。（2）导环 为了促进环流，确保发动机输出功率损失尽可能减少，在变矩器泵轮和涡轮上还增加了导环，如图2-14所示。增加导环的目的就是促进环流。图2-14 导环6.液力变矩器转矩变化原理（1）汽车起步前 变速杆置于P位或N位起动发动机时，涡轮是以低于泵轮转速（发动机转速）旋转的。在汽车起步之前（制动挂动力档）涡轮停转，转速变为0，此时导轮被单向离合器锁死（图2-15），发动机通过液力变矩器壳体带动泵轮转动，并对ATF产生一个转矩，该转矩即为液力变矩器的输入转矩。ATF在泵轮叶片的推动下，以一定的速度和离心压力冲向与之对置的涡轮叶片的外部边缘上，并对涡轮产生冲击转矩，该转矩即液力变矩器的输出转矩。此时由于涡轮静止不动，冲向涡轮的ATF沿涡轮叶片角度流向涡轮叶片的内部边缘，这样ATF在涡轮内部边缘也会以一定的速度，沿着与涡轮叶片内部边缘的出口处以相同的方向冲向中间的导轮叶片，此时对导轮也产生一个冲击力矩，由于此时导轮在单向离合器的作用下被锁死因此又被导轮叶片折射流回泵轮叶片上，因此泵轮不但受发动机的带转，同时还受到涡轮回流工作液的推动，形成作用在泵轮上的两个力，第二个力就是变矩器增矩的力（此时变矩器的内部液体流动是以涡流为主），发动机便会输出较大的转矩。当作自动变速器失速试验时（涡轮停转，泵轮转速达到最高转速），转矩可以放大2.7倍。图2-15 汽车起步前的液力变矩器工作状况踩制动挂档时涡轮停止旋转（2）汽车起步后低速行驶 当汽车在液力变矩器输出转矩的作用下起步后（图2-16），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ATF除了沿着涡轮叶片流动（涡流）之外，还要随着涡轮一同转动（环流），使得由涡轮叶片内部边缘出口处冲向导轮的ATF的方向发生变化的同时回流工作液的流量也发生了变化，不再与涡轮出口处叶片的方向相同（涡轮不转时），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。虽说这时导轮仍没有旋转（单向离合器锁死），但导轮上所受到的冲击力矩也随之减小，液力变矩器的增矩作用亦随之减小。车速越高，涡轮转速越大，冲向导轮的液压油方向与导轮叶片的夹角就越小，液力变矩器的增矩作用也越小；反之，车速越低，液力变矩器的增矩作用就越大。因此与液力偶合器相比，液力变矩器在汽车低速行驶时有较大的输出转矩，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转矩。图2-16 汽车起步后涡轮开始转动时的工作状态（3）中高速行驶 当涡轮转速随车速的提高而增大到某一数值时（泵轮与涡轮转速差较小时），冲向导轮的ATF的方向与导轮叶片之间的夹角减小为0，这时导轮将不受ATF的冲击作用，从涡轮回流的少部分ATF流直接经导轮叶片的空隙流出（图2-17），液力变矩器失去增矩作用，其输出转矩等于输入转矩。
如果涡轮转速进一步提高（涡轮转速与泵轮转速接近时变矩器内部ATF流以环流为主），越来越少的冲向导轮的ATF方向继续向前斜（图2-18），使ATF工作液冲击在导轮叶片的背面，此时导轮单向离合器打滑，失去锁止意义，并以泵轮旋转方向相同的方向开始转动，导轮对ATF的反作用转矩的方向与泵轮对ATF转矩的方向相反，液力变矩器的输出转矩反而比输入转矩小，在一定程度上其传动效率也随之减小，这也是液力变矩器的工作特性决定的。图2-17 少量的涡轮回流ATF通过导轮叶片空隙流出7.带锁止离合器的液力变矩器的特性曲线
根据液力变矩器的工作特性（图2-19）可以得知液力变矩器具有不可协调的矛盾。当涡轮转速较低、泵轮与涡轮转速差较大时，变矩器内部工作液流以涡流为主时增矩效果好，但输出功率差，特别是在涡轮不转、泵轮转速达到最高时，液力变矩器的增矩效果达到最佳，但无输出功率（原因是驱动车轮停转）；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，此时变矩器无增矩功能，但可以说输出功率较高（由于是液力传递仍有功率损失）；但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偶合器的传动效率，其输出转矩也随之下降（图2-19）。因此为保证发动机输出功率不受损失势必在综合式变矩器中增加锁止离合器闭锁装置。图2-18 液力变矩器的耦合状态图2-19 液力变矩器工作特性曲线（1）锁止离合器分离状态 液力变矩器锁止离合器的分离状态其实就是发动机至自动变速器之间的动力连接是以液压方式连接为主的。在过去传统型电控自动变速器中，只有最高档位才能实现发动机与自动变速器之间刚性连接，其他档位均为液力传动。而在当今的新款车型上变矩器锁止离合器的控制明显提前了（低速档也可实现刚性连接），同时为了保证液力传动与机械传动交替转换过程中的平稳过渡性能，锁止离合器的控制形式也改变了，由原来的开关油路变为可调节油路（图2-20），这样更进一步增加了自动变速器车辆使用的舒适性。图2-20 变矩器锁止离合器分离状态
根据图2-20不难看出，当变矩器锁止离合器处于分离状态时，变矩器工作油路的走向是：来自液压系统中液力变矩器压力调节阀调节过后的变矩器工作油液经变矩器锁止离合器控制阀左侧进油道流入，经自动变速器输入轴前端又经锁止离合器活塞的前端进入（相当于将锁止离合器活塞向后推开），经变矩器做功后从变矩器锁止离合器活塞后端流出去往散热器进行散热。此时的工作过程便是液力变矩器的液压传递过程。图2-21 变矩器锁止离合器接合状态（2）锁止离合器接合状态（图2-21） 为了满足发动机输出功率尽可能不受损失同时为使自动变速器温度不再进一步升高，控制单元在满足锁止离合器接合条件时便向锁止离合器电磁阀发出工作指令，电磁阀工作后逐渐将来自减压阀的恒压接通到锁止离合器控制阀没有弹簧侧（右侧），当阀门右侧的减压压力大于左侧弹簧压力时阀门便克服弹簧压力向左侧移动，此时变矩器的进油油道发生改变同时锁止离合器活塞两端的压差也发生改变，来自液力变矩器压力调节阀的ATF压力不再从输入轴前端进入而是通过输入轴和导轮轴中间的油道进入，也就相当于从变矩器锁止离合器活塞的后端进入，从锁止离合器活塞前端流回。这样锁止离合器活塞便紧紧地压在变矩器壳体上，锁止离合器活塞上的摩擦片便与变矩器壳体之间形成一个足以使泵轮与涡轮达到同步转速的摩擦力矩。此时变矩器泵轮与涡轮转速相等（无转速差），发动机输出功率100%地传递到自动变速器中，同时变速器工作温度也随之降低。
四、液力变矩器常见故障分析
液力变矩器是连接发动机和自动变速器行星齿轮变速机构的重要元件之一，在工作过程当中主要是以液压传递、机械传递以及半液压半机械三种方式来完成发动机动力的传输功能，特别是在半液压半机械状态时出现的故障较多。因此，当其发生故障时，发动机和变速机构的性能都会受到严重的影响，所以理解和分析液力变矩器所引起的各种故障是学习和掌握自动变速器常见故障中的一项重要内容。
通过前文的讲解，液力变矩器的作用及工作原理大家都已经有所了解，但是在维修中对它的使用寿命似乎却是不太注意，同时在判断其故障时往往都是靠无根据的怀疑，因为我们一般往往无法从直观的角度观察到里面的好与坏。在早期的传统变速器中，由于其控制方式（开关油路）及控制过程（只有一个最高档位具有锁止控制功能）的因素，导致在某些变速器的故障中液力变矩器的原因造成的故障还是远远要小于其他故障原因的，所以在早期的维修过程中大家对液力变矩器的检查或维修不是很重视，只要满足其内部清洁问题就足够了，一般不会形成因液力变矩器问题导致的返修。
但当今绝大部分液力变矩器的控制过程及控制类型改变了，低速档即可以实现锁止控制，而且还是靠占空比形式来控制的，这样在半锁止（半液压半机械）过程中就有了一定程度的微量打滑时间，这样对液力变矩器的使用要求就更高了，在原材料耐磨程度和散热形式以及摩擦因数上有了较高的技术要求。这主要是现代新款轿车对液力变矩器在锁止控制方面越来越讲求闭锁时的舒适性，因此就增加闭锁控制的频率，这些舒适性能的改善却只能以牺牲其寿命为代价。德国ZF公司早在1998年的一次技术通报中就建议车辆行驶10万km可以更换01V的液力变矩器。当然在我们实际的维修中并没有这么早的提前更换或修理，但大众奥迪的01V型自动变速器的变矩器确确实实一般在15万km以后会出现不同程度的问题，有些车型因使用原因故障还会提前出现。加之我们国内对自动变速器的维护及材料选用上没有形成规范化标准，也因此导致一些变矩器的使用寿命持续下降，故障则提前出现。
从维修统计数据上看，欧洲车型的变矩器故障率相对要比美国和日本车型要高，比如大众、奥迪的01M、01N及01V等变速器。这主要跟车辆的自身重量和发动机排量以及发动机与变速器的匹配等因素有关。所以自动变速器大修时一定要检查或修理液力变矩器，无修理条件的，则需委托有能力维修液力变矩器的厂家进行修理，以保障维修质量。
液力变矩器常见故障通常表现为以下几种（图2-22）。1.漏油问题
自动变速器变矩器的漏油问题是比较常见的，虽然此类问题看似简单，但往往有些时候操作起来还是有一定难度的。在检查变速器漏油部位时发现ATF是从发动机和变速器连接部位处漏出的，很多人在这种情况下就会直接更换变矩器油封。有些时候更换油封是能够解决问题的，但有些时候反复更换多个油封也不能解决漏油问题。这就要首先检查变矩器轴外套（脖颈）是否拉伤、油封的回油道是否堵塞，其次检查变矩器轴外套与油泵接合处的定位铜套或铝套有无严重磨损、铜套或铝套是否松旷；最重要的还要检查变矩器与发动机曲轴相连接的接合盘的摆动偏差是否过大（正常数据值的摆动偏差量不应大于0.03mm）。比较常见的有大众奥迪01V型变速器，在严重漏油时发现油泵上的铜套居然粘在变矩器脖颈上了，如图2-23所示。图2-22 液力变矩器的各种故障图2-23 油泵铜套粘在变矩器脖颈后导致严重漏油2.汽车在行驶中突然没有任何动力档
一些1993～1997年的三菱太空车系和韩国现代车系，使用的自动变速器型号分别是F4A232或KM175系列等。使用这些型号变速器的车辆通常会出现在行驶过程中停车后再次起步时发现没有任何动力档（D、R）的故障。当车辆牵引至修理厂进行检修时发现：油面高度、油质正常、油压也正常，而且分解变速器后所有机械元件良好。故障是液力变矩器涡轮轴花键磨损所致（图2-24），更换变矩器或重新修复即可解决问题。3.挂档熄火或急制动熄火
变矩器具有自动离合器的功能也就是软连接功能，因此在挂档或急制动时发动机是不应出现熄火现象的。这种故障现象在大众01M/01N变速器上表现尤为明显（其实是液压锁止阀门导致的）。当然这种故障不能排除发动机问题，所以在正常情况下（除发动机问题外），如果发动机与自动变速器之间实现的是液体软连接，发动机就不会熄火，因此只有变矩器锁止离合器在接合时（机械连接）才会有此结果。一旦出现这种问题，首先要检查变矩器锁止离合器控制系统，它包括控制单元指令、线路、TCC锁止控制电磁阀、液压控制阀体、液压锁止控制油路，最后再考虑变矩器锁止离合器是否不能分离。图2-24 磨损的变矩器涡轮花键4.变速器经常高温、ATF容易变质
这种情况大多都是因为变矩器锁止离合器不能正常工作造成的，而且当目视检查变矩器时，会发现变矩器外部已经经过高温变成青蓝色。对于电子控制自动变速器，首先要检查变矩器锁止离合器控制系统，包括正确的输入信息、控制单元指令、线路、TCC锁止控制电磁阀、液压控制阀体，最后再考虑变矩器锁止离合器摩擦片是否损坏，同时注意选择ATF使用标准要求（假ATF会带来高温问题）。5.变矩器异响
异响一定来源于发动机与变速器的连接部位，同时要分清响声是液体声音还是金属声音。如果响声是液体声音，大多都是由于变矩器供油压力偏低造成的，比如美国道奇捷龙41TE自动变速器这种问题就比较多，一般情况下通过改变变矩器供油控制滑阀弹簧硬度或更换液压控制阀体即可排除。如果是金属声音，它有两种可能：一是内部元件相互干涉引起只能更换变矩器来解决此问题；另外就是在变矩器锁止离合器在实现刚性连接时发出的摩擦声音，这主要是因为锁止离合器摩擦片磨损所致，严重时摩擦片完全磨光而直接是金属与金属之间的摩擦（图2-25）。如果磨损不是很严重，可以到专业自动变速器维修厂作变矩器的翻新即可。严重时，只能更换变矩器总成，但同时一定要找到损坏变矩器的真正原因。
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