自動變速箱如何工作：液力變矩器、齒輪和換檔解析

從未踩過離合器踏板的駕駛員仍然依賴於在汽車每次起動或變速時發揮作用的一系列機械和液壓零件。任何自動變速箱的核心有兩項任務：使發動機能夠空轉而不熄火，以及在駕駛員不選擇檔位的情況下改變發動機轉速與車輪轉速的比率。

液力變矩器執行離合器的功能

在最常見的自動變速箱中，機械離合器被一個稱為液力變矩器的密封充油殼體所替代。根據汽車機械參考網站How a Car Works，它包含三個主要部分：與發動機飛輪螺栓連接的葉輪、與變速箱輸入軸相連的渦輪，以及配有單向離合器的中心反應器。

當葉輪隨著發動機旋轉時，它將傳動液拋向外面進入渦輪，渦輪轉動變速箱輸入軸。在低發動機轉速時，反應器保持靜止並將液體重新導向回葉輪，這增強了扭矩並幫助汽車從靜止狀態拉動。一旦發動機轉速升高，反應器自由轉動，液力變矩器只是充當流體飛輪的角色，根據How a Car Works的解釋。

澳大利亞媒體CarsGuide報告稱，這種流體聯接正是液力變矩器自動變速箱感覺光滑並在低轉速時提供強大拉力的原因。從歷史上看，這種方式的缺點是效率低於直接機械聯接，這就是為什麼大多數現代液力變矩器裝置在汽車達到速度時增加了'鎖定'功能，根據CarsGuide的信息，這在機械上將葉輪和渦輪連接起來以減少功率損失。

行星齒輪在不改變檔位的情況下改變比率

一旦動力到達變速箱，它會通過一個或多個行星（圓周）齒輪組。How a Car Works將這些描述為中心太陽齒輪、外部環齒輪（帶有內部齒）和與兩者嚙合的一組較小行星齒輪。這三個部分始終相互接觸，因此變速箱永遠不必像手動變速箱那樣物理上嚙合或分離一對齒輪。

相反，液壓操作的制動帶和多片離合器將齒輪組的不同部分固定住或讓它們自由旋轉。How a Car Works列出了基本組合：鎖定太陽齒輪而使行星架驅動行星齒輪會產生速度增加；鎖定環齒輪並驅動太陽齒輪會產生速度減少；向太陽齒輪發送動力同時制動行星架會產生反向；鎖定太陽齒輪和環齒輪會產生直接驅動，即一比一的比率。

以這種方式使用的單個行星組已經可以提供多個比率。將兩個圓周齒輪組配對，這是最簡單的經典佈局，可以產生三個前進速度，根據How a Car Works的說法；製造商將多個組和離合器串聯在一起，以達到當今汽車中常見的五、六、八、九和十檔變速器。

液壓和電子設備決定何時換檔

變速箱內的鎖定序列由作用在制動帶和離合器上的液壓觸發，通過How a Car Works所稱的複雜液壓閥布置進行調節。在較舊的設計中，這些閥門根據發動機負荷、路面速度和節氣門位置機械地響應；當加速踏板踩到底時，'降檔'機制會強制降檔以獲得額外加速。在現代汽車中，電子傳感器和控制計算機執行相同的工作，通過打開和關閉電磁閥來控制每次換檔的時序。

構建自動變速箱的三種不同方式

並非每個自動變速箱的工作方式都相同。CarsGuide將現代自動變速箱分為三個主要類型，加上一個較舊且已基本停用的第四類型。

• 液力變矩器自動變速箱——使用上面描述的流體聯接；強大的低速扭矩和光滑的換檔，根據CarsGuide，在馬自達和雷克薩斯等品牌中找到。
• 雙離合變速箱（DCT）——實際上是兩個共享一個殼體的手動變速箱，各有其自己的離合器；一個檔位被預先選擇，而另一個被嚙合，因此系統在毫秒內交換離合器以改變檔位，扭矩損失最小。CarsGuide以大眾DSG、日產GT-R、法拉利488 GTB和邁凱倫650S為例。
• 無級變速器（CVT）——根本沒有固定檔位；皮帶或鏈條在兩個有效直徑變化的滑輪之間運行，根據CarsGuide的說法，作用像'交通圓錐上的橡皮筋'，並且具有理論上無限的比率數量以實現最大燃油效率。
• 單離合自動手動變速箱——一種較舊的設計，計算機在傳統手動變速箱上操作一個離合器；CarsGuide將其換檔描述為不平順和延遲，並表示該類型現在已基本過時。

為了比較，CarsGuide指出傳統手動變速箱通常有六個前進速度，一些跑車（如保時捷911）提供七個。

為什麼這對日常駕駛很重要

底部自動變速箱的類型影響汽車的感覺方式，而不僅僅是它是否有離合器踏板。液力變矩器自動變速箱的流體聯接是讓汽車在空轉時向前緩慢移動而不使發動機熄火的原因，根據How a Car Works，這一特性直接歸因於液力變矩器的設計。雙離合變速箱的兩個離合器使性能車能夠改變檔位而不感到舊自動變速箱中那樣的瞬間功率間隙，根據CarsGuide的說法。無級變速器缺乏固定比率使發動機能夠保持在其最有效的轉速附近，無論道路速度如何，根據CarsGuide，這是其主要優勢，但被一些駕駛員注意到的持續非傳統發動機噪音所抵消。