「WIX维克斯」AT变速箱的液力变矩器是如何造成能量损耗的？

【WIX维克斯】AT变速箱的液力变矩器是如何造成能量损耗的？

液力变矩器是 AT 变速箱实现自动变速的核心部件，但其能量损耗特性与其工作原理密切相关。以下从结构、工作机制和损耗形式三个维度解析其能量损耗的具体成因：

一、液力变矩器的核心结构与传动原理

液力变矩器主要由三部分组成：

泵轮（Impeller）

与发动机曲轴刚性连接，随发动机转动，相当于 “动力输入端”。

涡轮（Turbine）

通过花键与变速箱输入轴连接，相当于 “动力输出端”。

导轮（Stator）

位于泵轮和涡轮之间，通过单向离合器固定在变速箱壳体上，用于改变液压油流向，实现扭矩放大。

三者共同形成一个封闭腔体，内部充满液压油（ATF）。发动机驱动泵轮旋转时，泵轮叶片推动液压油冲击涡轮叶片，带动涡轮转动，从而将动力传递给变速箱 ——这种通过流体（液压油）传递动力的方式，本质上是 “动能→液压能→动能” 的能量转换过程，而非刚性机械连接，这是能量损耗的根源。

二、能量损耗的三种主要形式

1. 低速打滑损耗（核心原因）

打滑现象的本质：液力变矩器的动力传递依赖泵轮与涡轮之间的转速差。当发动机转速（泵轮转速，记为Np）与涡轮转速（Nt）不一致时，就会发生 “打滑”，打滑率公式为：

起步阶段（完全打滑）

车辆静止时，涡轮转Nt=0，打滑率达 100%。此时泵轮高速转动，液压油被高速甩出，但涡轮因车辆惯性无法同步转动，大量动能被液压油的 “空转” 消耗，转化为热量（类似用风扇吹静止的涡轮，大部分能量变成气流动能而非涡轮转动动能）。

低速行驶（部分打滑）

如城市拥堵路况下，车速低导致涡轮转速远低于泵轮（如 转分，转分，打滑率 25%），液压油在泵轮与涡轮间形成 “环流”，持续产生流体摩擦损耗。

损耗数据：传统液力变矩器在低速非锁止状态下，传动效率通常仅70%-85%（即 15%-30% 的能量因打滑转化为热能），而刚性机械传动（如双离合离合器）效率可达 95% 以上。

2. 液压油的粘性摩擦损耗

液压油本身具有粘性，在泵轮、涡轮、导轮的叶片间流动时，会与金属壁面及油液分子间产生摩擦，形成内摩擦力损耗。具体表现为：

油液冲击损耗

高速流动的液压油冲击叶片边缘或导轮时，产生湍流和漩涡，消耗动能（类似水流冲击岩石产生浪花）。

油液搅动损耗

变速箱低速运转时，泵轮转速较低，液压油流动速度慢，可能因 “搅拌” 作用产生额外摩擦（类似用勺子在蜂蜜中慢速搅动需要更多力）。

3. 锁止离合器的局限性损耗

现代液力变矩器通过锁止离合器（Lock-Up Clutch）改善效率：高速时锁止离合器结合，泵轮与涡轮刚性连接，消除打滑，传动效率接近 100%。但锁止离合器存在以下限制：

锁止范围有限

为保证换挡平顺性，锁止离合器通常仅在中高速巡航工况（如车速＞60km/h、油门稳定）时启用，低速、加速、爬坡等工况需断开锁止，依赖液力传动（此时打滑损耗重新出现）。

半联动损耗

部分 AT 为兼顾平顺性，在锁止过程中采用 “半联动” 模式（离合器不完全结合），此时仍存在轻微打滑（打滑率约 3%-5%），导致能量损耗。

三、不同工况下的损耗差异

四、现代技术如何减少液力变矩器损耗？

宽域锁止技术：

如采埃孚 8AT、爱信 8AT 等新型变速箱，通过优化液压控制逻辑，实现低速锁止（如车速 20km/h 即可锁止），甚至 “全域锁止”（仅起步瞬间非锁止），大幅缩短打滑时间。

案例：某搭载全域锁止 8AT 的车型，城市工况油耗比传统 AT 降低 12%。

低粘度液压油与轻量化设计：

采用粘度更低的 ATF（如 100℃运动粘度＜5mm²/s），减少油液内部摩擦；轻量化铝合金壳体降低惯性损耗。

双流道液力变矩器：

部分高端 AT（如奔驰 9G-TRONIC）采用双泵轮设计，通过分离驱动油泵的动力路径，减少油泵对发动机的能量消耗（油泵仅由副泵轮驱动，主泵轮专注动力传递）。

电子液压分离控制：

独立的电子油泵（如电驱动辅助油泵）在低速时辅助建立油压，减少发动机驱动机械油泵的能量消耗（传统机械油泵消耗约 1%-3% 发动机功率）。

总结：液力变矩器损耗的 “不可避免” 与 “可优化”

液力变矩器的能量损耗源于其 “以流体传递动力” 的本质特性，低速打滑和油液摩擦是固有缺陷。但通过锁止技术革新和液压系统优化，现代 AT 已能在80% 以上的工况中实现接近机械传动的效率（如高速锁止、低速半锁止），仅在极端低速或频繁启停场景下保留明显损耗。这也是为何 AT 变速箱在豪华车、越野车等需要高可靠性和扭矩承载能力的车型中仍不可替代 —— 其损耗特性通过技术平衡，已与平顺性、耐用性形成了最优解。