变矩器特性

变矩器的透穿性变矩器的透穿性（transmittancy of torque converter）变矩器的泵轮力矩系数（λB）随涡轮、泵轮转速比变化的特性。

就基本质而言，透穿性是变矩器隔离发动机与工作机，使发动机的工况不受工作机影响的能力，换句话说，如果变矩器不具有透穿性，则工作机的工况变化不能透过变矩器影响发动机的工况，这对发动机是有利的。

定性描述变矩器透穿性的指标是透穿度，即工作机的工况变化能透过变矩器影响发动机工况的程度。

由无因次特性可知，对于两个循环圆几何相似但有效直径不等的变矩器（称为同一系列的变矩器），具有相同的无因次特性。

相同类型不同系列的变矩器其无因次特性是不同的，但其变矩比和效率随转速比的变化趋势是相同的，而泵轮力矩系数随转速比的变化趋势却是不同的，就是说，他们的透穿性是不一样的，见下图。

变矩器的透穿性一般有下述几种。

(c) (d)变矩器的透穿性非透穿泵轮力矩系数λB为常数，不随转速比变化，这样的变矩器与发动机共同工作时，发动机的力矩和转速不随变矩器的转速比而变化，因此，输出端（涡轮轴）的工况变化将不会透过变矩器影响发动机的工况，这样的特性称为非透穿，这类变矩器称为非透穿变矩器。

见图（a）。

正透穿泵轮矩系数随转速比的增大而减小，这样的变矩器与发动机共同工作时，发动机的力矩和转速将随输出端（涡轮轴）工况的变化而变化，由于这样的特性对发动机有利，故称为正透穿，这类变矩器称为正透穿变矩器。

见图（b）。

负透穿泵轮力矩系数随转速比的增大而增大，由于这样的特性往往会使发动机过载，故称为负透穿，这类变矩器称为负透穿变矩器。

见图（c）。

内燃机车上离心涡轮变矩器一般具有复合透穿性，见图（d ）。

内燃机车上的离心涡轮变矩器的透穿度T 表示为：式中，λB ，λB *为某一工况和计算工况下的泵轮力矩系数。

根据变矩器的透穿性和透穿度，可以比较和评价变矩器的性能，并依确定变矩器和柴油机的共同工作点。

液力变矩器及其与发动机共同工作的性能液力传动是以液体为工作介质的涡轮式传动机械。

它的基本工作原理是通过和输入轴相连接的泵轮，把输入的机械能转变为工作液体的动能，使工作液体动量矩增加。

和输出轴相连接的涡轮，把工作液体的动能转变为机械能输出，并使工作液体的动量矩减小。

液力传动的主要特点是：1自动适应性、2防振隔振作用、3良好的起动性、4限矩保护性、5变矩器效率。

第一节 液力变矩器的特性液力变矩器的特性是表示变矩器各输出和输入参数之间函数关系的曲线。

这些函数之间的相互关系，虽可用理论分析和计算来获得，但由于大量引入假设，使计算结果与实际情况有一定的差距。

因此，变矩器实际的特性曲线是通过台架试验来取得的。

液力变矩器的特性曲线主要有以下三种：输出特性、无因次特性和输入特性。

一、液力变矩器的输出特性液力变矩器的输出特性是表示输出参数之间关系的曲线。

通常是使泵轮轴的转速保持不变，在此工况下求取以涡轮轴转速2n 为自变量的各输出特性曲线(参看图4-1)。

图4-1具有不同透穿性的液力变矩器的输出特性)(),(),(2211222n n M M n M M ηη===泵轮扭矩1M 随涡轮轴转速的增大而减少，称为正透性(见图4-1a)。

当涡轮呈轴向布置时图(4-1b)1M ≈常数。

对于图(4-1c)所示的离心式变矩器，涡轮与泵轮布置在同一侧，且涡轮在泵轮的前方，此时液流在涡轮中产生的附加离心力将增大液体的流量。

因此，泵轮转矩1M 将随涡轮轴转速的增大而增大，这种性能称为负透性。

变矩器的效率η为涡轮轴上的输出功率与泵轮轴上的输入功率1P 之比，即：i K n M n M P P ===112212η (4-1)K —变矩系数，亦即动力学传动比12M M K =；i —传动比，亦即运动学传动比12/n n i =。

变矩器的效率可以由式(4-1)计算而得。

显然，当2n =0时η=0；当2n 增大时，η随之增大。

当涡轮轴转速增至一定值时，η可达到最大值；然后当2n 继续增大时，由于2M 的急剧下降而使η值随2n 之增大而减小。

变矩器的效率曲线见图4-1。

二、液力变矩器的无因次特性无因次特性，是表示在循环圆内液体具有完全相似稳定流动现象的若干变矩器之间共同特性的函数曲线。

所谓完全相似流动现象指两个变矩器中液体稳定流动的几何相似、运动相似和动力相似(雷诺数eR 相等)。

根据相似理论，可以建立以变矩器传动比i 为自变量，泵轮扭矩系数1λ、变矩系数K 和变矩器效率η随i而变化的关系，即：)(11i λλ=)(i K K =)(i ηη=以上三式就是变矩器的无因次特性，它代表了一组相似的变矩器群在任何转速下的输出特性。

实际的变矩器无因次特性和它的输出特性一样，通常是用台架试验测得的。

在变矩器的无因次特性上，可以列出以下一些表征一组相似变矩器工作性能的特性参数(见图4-2)。

图4-2液力变矩器的无因次特性1变矩器的起动变矩系数K —传动比i=0时的变矩系数；2变矩器泵轮的起动扭矩系数10λ—传动比i=0时的泵轮扭矩系数；3变矩器的工作效率P η—机器正常工作时所允许的最低效率，对工程车辆来说，一般取P η =0.754变矩器的工作变矩系数P K —与P η相对应的变矩系数；5变矩器的工作传动比P i —与P η相对应的传动比；6变矩器的最大效率m ax η；7变矩器的最大效率变矩系数maxηK —与m ax η相对应的变矩系数；8变矩器的最大效率传动比m axηi —当K=1时的传动比；9变矩器的偶合器工况传动比M i —当K=1时的传动比；10变矩器在偶合器工况下的泵轮扭矩系数M 1λ—当K=1时的泵轮扭矩系数；11变矩器透穿性系数Π—泵轮起动扭矩系数10λ或最大扭矩系数max 1λ与偶合器工况扭矩系数M1λ之比，即：M110λλ=∏或M 1m ax 1λλ=∏三、液力变矩器输入特性液力变矩器的输入特性是以泵轮扭矩系数1λ作为参数而绘制的泵轮轴扭矩1M 与转速1n 间函数关系的曲线。

随着透穿性系数的下降，输入特性上的抛物线将相互靠近。

对于绝对不透的变矩器，由于1λ =常数，输入特性上只有一条抛物线［见图4-3b)］。

100 80 60 40200206040801000.91.00.80.60.40.2i =01008040602020 40 60 80100图4-3液力变矩器输入特性 a)可透性变矩器；b)不透性变矩器第二节 液力变矩器与发动机共同工作的输入输出特性一、液力变矩器与发动机共同工作的输入特性在上节中讨论了液力变矩器本身的输入和输出特性。

当液力变矩器和发动机共同工作时，在变矩器和发动机的特性之间存在一定的相互制约关系。

这种关系可以用变矩器和发动机共同工作的输入特性来表示。

显然，液力变矩器与发动机共同工作的性能与传动联接方式有关。

此种联接方式，从原则上可分为两种型式：串联联接和并联联接。

当发动机与变矩器作串联接时，发动机传递给驱动轮的功率全部通过液力变矩器，因而也称串联功率流式。

从传动系的型式来看，则属于液力-机械的串联复合传动。

当发动机和并联传动机构联接时，即发动机传给驱动轮的功率分别由几条并联的功率流传递。

其中经过液力变矩器的仅为一部分功率，所以也称并联功率流式。

按传动系型式来分类，则称为液力-机械的并联复合传动。

下文分别讨论这两种型式的变矩器与发动机共同工作的输入特性。

(一)串联功率流式在串联功率流的型式中，又可分为以下3种情况来讨论。

1发动机与变矩器直接相连，且发动机全部功率通过液力变矩器［见图4-4a)］231421图4-4发动机与变矩器的串联连接a)-直接连接；b)-减速(增速)连接；c)-部分功率直接连接；d)-部分 功率减速(增速)连接1-发动机；2-变矩器；3-分动箱；4-减速(增速)装置在这种情况下，转换至变矩器泵轮轴上发动机调速特性即为发动机本身的调速特性。

很显然，发动机与变矩器共同工作的必要条件是：1M M e =,1n n e =式中：e M ,en —发动机的有效扭矩与转速；1M , 1n —变矩器泵轮轴上的输入扭矩与转速。

如果在变矩器输入特性上同时绘出发动机的调速特性［图4-5a)］，那末满足上述条件的发动机与变矩器共同工作的全部可能工况就可清楚地表现出来。

实际上这些工况是由发动机调速特性和变矩器输入特性共同包含的区域来确定的，即［图4-5a)中A 1C 1C 2A 7所包围的区域。

由此可见，如将变矩器的输入特性与转换至泵轮轴上的发动机调速特性用同一比例尺绘制在同一坐标图上，则可以充分阐明两者共同工作的相互关系。

此种曲线图即称为液力变矩器与发动机共同工作的输入特性。

1.0.90.840 60 801000 200 2040 6080100图4-5液力变矩器与发动机共同工作的输入特性a)发动机调速外特性；b)发动机通用特性当发动机的调速手柄置于最大供油位置时，变矩器与发动机可能的共同工作的区域是发动机调速特性的扭矩曲线上自A1至A7这一区段(亦即变矩器输入特性的抛物线束与发动机扭矩曲线的交点A 1、A 2、A 3…A 7)所代表的工况。

图4-5a)给出了发动机的外特性，所以为变矩器与发动机在上述工况下共同工作的动力性和经济性，提供了一个全面的概念。

但是图4-5a)只能表明共同工作的工况范围，其不足之处是缺少发动机在部分供油状态下与变矩器共同工作时，发动机经济性的概念。

由于上述原因，所以在共同工作的输入特性上也常常用发动机的通用特性代表替调速特性。

图4-5b)上可以清楚地表示出在变矩器与发动机共同工作的全部工况下，发动机的燃料经济性，并阐明发动机最经济的燃料消耗区是否被充分利用。

最后必须强调指出，在绘制变矩器与发动机共同工作的输入特性时，发动机的调速特性应按国家标准的规定，试验时应带有发动机正常工作所必须的全部附件(包括冷却风扇、水泵、发电机、空气滤清器、消音器等)，通过台架试验进行测定。

2.发动机直接与变矩器相连，但在变矩器之前，发动机分出一部分功率来驱动机器的辅助装置和功率输出轴图［4-4c ］。

从原则上来说应尽可能避免在液力变矩器前接入任何消耗发动机功率的装置。

但在大多数工程车辆上仍有许多辅助装置必须由发动机直接驱动，这些装置包括操纵系和制动系用的油泵、气泵、冷却润滑系统用的油泵等等。

此外在某些场合下，例如对于装载机，驱动工作装置用的功率输出轴也往往需要直接由发动机来驱动。

在这种情况下，将发动机的调速特性转换至泵轮轴上时，必须从发动机的扭矩和功率中扣除辅助装置和功率输出轴的消耗。

调速特性的换算应遵守下列条件：e e n n =',ec e M M =',ece P P ''=eec ee P P G G =',ee g g =' (4-5)ecM —发动机的自由扭矩，即扣除辅助装置和功率输出轴的消耗后余下的发动机扭矩。