高清图解不同自动变速器的构造与工作原理

自动变速器(AT)

手动变速器对驾驶员的熟练操作技能要求很高,而自动变速器却不需要太高的操作技能。如今,很多自动挡汽车安装的自动变速器都是通过液压控制的,这种变速器主要由液力变矩器和行星齿轮变速器组成,通过电子控制系统(ECU)和液压来控制变速器,使其自动完成变速。

液力变矩器起到手动变速器中离合器的功能,同时还有变矩的功能,它能将发动机的动力传递至行星齿轮变速器。

▲ 自动变速器的结构

液力变矩器

液力变矩器由输入泵轮、输出涡轮、导轮组成,它通过液压油将发动机的动力传递给行星齿轮变速器。当泵轮转动时,液压油被送入涡轮,使涡轮转动。此时即使踩下制动踏板,泵轮和涡轮之间的液压油仍然继续流动,并产生摩擦,因此发动机会继续运转;而松开制动踏板,即使没有踩下油门踏板,车辆也能缓慢前行(蠕变现象)。

另外由于输入和输出两端存在转速差,会出现扭矩增大的现象,这就是汽车在启动时得到的扭矩大于发动机输出扭矩的原因。

▲ 液力变矩器的工作原理

液压油在泵轮和涡轮之间循环,从而使扭矩增大。输入和输出之间存在可随意流动的液压油,因此液力变矩器可以形成自动离合的状态。有些自动变速器的设置是,当转速增加到与涡轮和泵轮的转速相同时,两者会自动连接,对发动机的转矩进行自动传递。

行星齿轮变速器

细微的变速无法在液力变矩器中实现,但可以在行星齿轮变速器中实现。行星齿轮变速器中的一个单元由中央太阳轮、外侧齿圈、太阳轮与齿圈间的行星齿轮及行星架组成。

行星齿轮变速器通过固定不同的部件,改变输入力和输出力,从而完成变速或倒车操作。行星齿轮变速器利用油压来控制,因此自动变速器中还安装有油压控制机构。

▲ 行星齿轮变速器的结构

行星齿轮变速器的特征:

●改变传动比,满足不同行驶条件对牵引力的需要

●传递较大的扭矩

●将输入轴和输出轴配置在同一轴上

●将载荷分布到各行星齿轮上,减少磨损和轮齿破裂等现象

●缺点是结构复杂,齿轮比计算复杂

▲ 行星齿轮变速器的工作原理

无级变速器(CVT)

手动变速器和自动变速器通过齿轮进行逐级变速,而无级变速器通过带轮和传动带可进行无级变速。无级变速器采用传动带和槽宽可变的带轮来传递动力。当改变带轮的槽宽时,驱动轮和从动轮上传动带的回转半径随之改变,即可完成变速。无级变速器的传递效率高,能充分利用发动机的动力,因此既能使汽车行驶保持较大的动力,又能节油降耗;另外它还可以无级控制发动机的运转和转速比,使汽车行驶平滑顺畅。

近年,汽车通常采用逐级式和无级式两种变速器配合使用,能够补偿传递至传动带及链条过程中损失的扭矩,同时还能补偿汽车起步时的扭矩。过去,人们在设计汽车时着重考虑的是价格和重量;而如今,人们更关注汽车的节能和驾驶的舒适性。

▲ 金属带式无级变速器的结构

金属带式CVT的结构:通过改变两个带轮之间的槽宽,改变了驱动轮与从动轮上传动带的回转半径,达到无级变速的目的。

▲ 金属带式无级变速器的工作原理

双离合器自动变速器(DCT)

双离合器自动变速器的结构与手动变速器的一样,都有离合器和齿轮。不同之处在于,双离合器自动变速器中有2个自动离合器,主轴分为奇数挡输入轴和偶数挡输入轴两个系统,通过提前自动转换离合器设置下一个挡位,能够更快地完成变速。双离合器自动变速器中的齿轮通过机械方式完成啮合,提高了变速器的传动效率,同时也降低了油耗。双离合器自动变速器不仅拥有与手动变速器一样的直接加速感,还能节油降耗,因此近年来装载双离合器自动变速器的汽车越来越多。

半自动变速器也能使离合器操控自动化,但是这种变速器只有1个离合器,因此在变速过程中会有一瞬间失去扭矩的情况出现。

▲ 双离合器自动变速器的结构

双离合器自动变速器有2个离合器和2个主轴,相当于是把2个手动变速器组合在一起。

▲ 双离合器自动变速器的工作原理

图中黑色线条表示输入轴和输出轴,蓝色线条表示奇数挡对应的离合器、挡位及轴,粉色线条表示偶数挡对应的离合器、挡位及轴。例如,当挂入3挡行驶时,离合器中的蓝色线条与输入侧的黑色线条接合,粉色线条与黑色线条分开,此时4挡已做好即将与离合器相连的准备;随后黑色线条与蓝色线条分开,与粉色线条接合,挂入4挡完成。

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