发动机与变矩器的匹配
液力变矩器与发动机匹配的计算机分析软件
Ｃｏ ｐ ｔｒ ａ ｄ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｔ ｅ ｍａ ｃ ｉ ｇ ｂ ｔ ｅ ｎ ｉ ｅ ａ ｄ ｔ ｒ ｅｃ ｎｖ ｒ ｅ ｍ ｕ ｅ ｉ ｅ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｈ ｔ ｈ ｎ ｅ ｗｅ ｎ ｅ ｇ ｎ ｎ ｏ ｑｕ ｏ ｅ ｔｒ
Ｆ ＮＧ ａ—ｉ，Ｂ ＡＮ ｈ － ｎ Ｅ Ｍ ｏｌ ｎ Ｉ Ｓ ｕｊ ｕ
［ 收稿 日期］２ ０ —１ ８ ０ ６ ０—０ ［ 通讯地址］边淑君 ，北京科技大学土木 与环境 工程学院土
３ １ 箱 ７信
序 ，具有绘 图和图形输出功能 。软件 的使用和安装
建筑耘拭 ２０ ．３（ ０ ７０ 上半月刊）
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设计计算
ＤＥ Ｉ Ｓ ＧＮ ＆ ＣＡ Ｕ Ｇ Ａ１ ０ － ｌ
所 示 。变 速 箱 采 用 Ｄ ＡＮＡ Ｒ ８０ ２０ ０动 力 换 挡 变 速
箱 ，前进 、后退各 ４ 。变速箱各挡传动 比分别为 挡
４． ３、 ２． ８ ２８、 ］ ３２、 ０． ３ ． ７
１ ４ 程序 流程 ．
根据 上述 各 种 功 能 要 求 以及 各 模 块 之 问 的联
系 ，得 出系统 的数据处理 流程 图如 ２所 示 。 １５ 软件 特点 ．
表 ｌ Ｆ Ｌ １Ｗ 柴油机特性参数 ６ ９２ 转速 ｎ ｒｍｉ） １０ ／（／ ｎ ２０ 转矩 ＭｅＮｍ ／ 功率 Ｎｅｋ ／ ｗ １０ ３０ １０ ４０ １０ ５０ ２０ ８ １０ ６０ ２ｌ ８ １０ ７０ １０ ８０ １０ ９０ ２ ０ ００ ２０ １０ ２ ０ ２０ ２０ ３０ ２２ ６
维普资讯
液 力变 矩 器 与发 动机 匹配 的计 算 机分 析 软 件
冯 茂林 ，边淑 君
（ 北京科 技大 学 土 木与 环境工 程学 院 ，北 京 １０ ８ ） ００３
发动机与液力变矩器的合理匹配研究
区域治理综合信息发动机与液力变矩器的合理匹配研究杨小龙 任丽杰西安双特智能传动有限公司，陕西西安 710119摘要：液力传动具有自动适应性、操作便利等优势，现已得到了十分广泛的应用。
而液力变矩器与发动机的合理匹配是液力传动中的重要内容。
相关人员在研究液力变矩器与发动机匹配的过程中，不仅要注重两者之间的共同点，变矩器与发动机的合理匹配，还应该重视合理匹配的途径。
基于此，文章介绍了液力变矩器的选型要求，分析了发动机与液力变矩器匹配方式，并对发动机与液力变矩器的合理匹配进行了研究。
关键词：发动机；液力变矩器；合理匹配通常情况下，工程机械的传动是液力传动，能够有效地提高生产率，且具有一定的自适应性，在外载荷突然增大的情况下，会自动增大牵引力，以有效地克服增大的外载荷，自动降低行驶速度，避免外载荷的自动增加，甚至突然增加而使发动机熄火。
除此之外，液力传动的介质是液体能吸收并消除发动机和外载荷的振动和冲击，从而提高发动机和机体的使用寿命。
因此，相关人员应该重视液力变矩器的选型及与发动机的合理匹配。
一、液力变矩器的选型要求通常情况下，工程机械的负荷比较大，工作环境相对恶劣，行驶速度比较低，且散热条件差，这就导致发动机热负荷较大，发动机的使用功率需要降低10％-20％使用。
工程机械的性能和发动机功率的要求主要体现在以下方面：第一，液力变矩器和发动机共同作用的情况下，在全负荷下发动机需要较大的功率输出，以满足较大的牵引特性要求；第二，根据爬坡性能的要求，液力变矩器失速变矩应该大些，一般是3到3.6，以减少变速箱的排挡数；第三，液力变矩器高效范围宽，在工程机械作业情况下，要求变矩器在低速和高速工况下运转，有利于提高发动机的经济性，一般变矩器允许的最低效率是75％；第四，为了充分利用发动机的功率，液力变矩器应具有一定的透穿度，这样在启动和低速行驶时能获得较大的牵引力，高速行驶时能充分利用发动机的功率，提高平均速度，有效地改善加速性和牵引性。
工程机械底盘理论课件--液力变矩器及其与发动机共同工作的性能
M e M 1 ne n1
Me,ne—发动机的有效扭矩与转速； 图4-4发动机与变矩器的串联连接
M1,n1—变矩器泵轮轴上的输入扭矩与转速。
a)-直接连接；
第二节 液力变矩器与发动机共同工作的输入输出特性
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)］，那么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
A1C1C2A7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
发动机转速的增大而增大［见图4-5b］。
功率输出轴所消耗的转矩取决于所驱动的工作装置的类型，
情况很复杂。在近似的计算中，
通常可按一定的百分比在发动机的
总功率中将其扣除。
按照前面所述的方法，利用关
系式(4-5)、(4-6)和(4-7)，不难
作出转换至泵轮轴上的发动机调
速特性。据此，即可绘制出变矩
器与发动机共同工作的输入特性。
第二节 液力变矩器与发动机共同工作的输入输出特性
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。
图4-5液力变矩器与发动机共同工作 的输入特性 b)发动机通用特性；
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n2 为自变量的各输出特性曲线(参看图4-1)。
液力变矩器匹配分析方法
液力变矩器匹配分析方法摘要：发动机与自动液力变矩器配合后，可以看做是一个新的动力源，其配合程度，直接影响车辆动力经济性能。
本文针对平原和高原两个环境下，发动机不同表现情况下，发动机特性对液力变矩器进行匹配分析作出了总结。
本文适合用于以内燃机（汽油或柴油）为动力装置的 M1 类和 N1 类车辆。
关键词：平原工况；高原工况；输入特性曲线；输出特性曲线1术语和定义下列术语和定义适用于本文。
转速比 i speed ratio：液力变矩器涡轮转速 nW 与泵轮转速 nB 之比。
变矩比 K torque ratio：液力变矩器涡轮转矩TW 与泵轮转矩TB 之比。
转矩系数 torque factor：液力变矩器转矩T 与其几何参数（有效直径 D）、油液密度及转速 n 的关系。
传动效率transmissionefficiency：液力变矩器输出功率 PW 与输入功率 PB 之比。
原始特性 primary characteristic：液力变矩器的变矩比 K 、传动效率及转矩系数随转速比 i 变化的特性。
2液力变矩器匹配分析2.1发动机与液力变矩器匹配要求1）液力变矩器平原工况符合匹配原则；a)为使车辆在起步时获得最大扭矩，液力变矩器起步工况的负荷抛物线应在发动机最大净扭矩点附近；b)为使车辆具有良好的动力性，要求液力变矩器在整个工作范围内能充分利用发动机的功率，液力变矩器最高效率工况处于发动机额定功率点附近；c)为使车辆具有良好的燃油经济性，这就要求液力变矩器与发动机共同作用范围处于发动机最低燃油消耗率附近。
2）高原工况下，车辆能够正常行驶： a)车辆满载时，在高原干砂路面25%坡度道路上能正常行驶。
b)车辆在原地打转向起步工况，能正常起步。
c)发动机失速点必须大于涡轮增压器开始工作点（一般不小于2000rpm）。
2.2发动机与液力变矩器共同工作特性2.2.1资料输入——发动机参数输入表a)发动机万有特性数据；b)发动机高原工况外特性数据；——液力变矩器特性数据表；——整车参数输入表——液力助力转向泵功率消耗图2.2.2绘制输入特性曲线1)将发动机平原转矩外特性和高原转矩外特性分别乘以85%，然后画出发动机特性图；2)在液力变矩器的原始特性曲线上，选取特征工况（起步工况转速i0=0；效率大于75%的高效区宽度端转速比i1=0.58、i2=0.9；偶合工况转速比iM=0.85；最大转矩工况imax=0.6。
发动机动力匹配方法
这样即得到输出特性M1、M2、n1、η =f（n2）曲线上与1i 相对应得一个点（1M1，1n2）、（1M2，1n2）、（1n1，1n2）、
（1η ，1η 2），多取几个i值，即可求得输出特性M1、M2、n1、
η =f（n2）曲线。 8.千转扭矩MBg 现在，我国目前多用千转扭矩MBg表示变矩器能容。 MBg=Mb/(Nb/1000)2 与软件中λ γ （104）=MBg*104/（10002*D5） 即变矩器特性参数给出的是：MBg、K、i、η
飞轮转速ne=n1，故M1=f（i）
就是发动机的负荷特性曲线。
7.变矩器的输出特性 变矩器的输出特性是研究M2、M1、n1、η =f（n2）的变化关
系。
当发动机油门全开时，则发动机的工作点就是发动机曲轴
输出扭矩特性曲线和M1=f（n1）曲线的交点A1、A2、A3、A4、A5、
A6、A7各点，如下图。 根据变矩器的原始特性和输入特性，即可求得变矩器和发 动机共同工作的输入特性。
匹配中用到的几个参数： 1.循环圆直径D： 由泵轮、涡轮和导轮组成封闭的环形空间，通常叫做循环圆， 它的直径就是循环圆直径。 2.变矩系数K： 涡轮轴输出力矩与泵轮轴输入力矩之比。即 K=M2/M1 式中，M1—泵轮轴上的输入力矩； M2—涡轮轴上的输出力矩。 （1）当制动工况时，涡轮停止转动，此时，变矩系数最大， 用K0表示 ，表示液力变矩器启动能力，克服超载能力。 3.变矩器的传动效率η
（3）燃油消耗率 发动机每发出1kW有效功率，在1h内所消耗的燃油质量（以g 为单位），称为燃油消耗率，用be表示，燃油消耗率越低，经济 性越好。发动机的性能是随着许多因素而变化的，其变化规律称 为发动机特性。 （4）怠速 柴油机的不带负载最低稳定转速，一般称为怠速。 （5）最高转速 柴油机在最大油门下不带负载转速，一般称为最高转速，一 般为额定转速的1.07~1.1倍。 （6）调速率 柴油机调速区段的转速范围，调速率计算公式为： 调速率=（最高转速-额定转速）/额定转速*100%
液力叉车发动机与液力变矩器的匹配及传动系统参数的优化_百度文讲解
维普资讯 ・４４・２ｒＯ一机械科学与技术Ｍ．—ｓ。
第ｌ卷６｛Ｍ一）一一）（／（Ｉ１～≥Ｍ≥Ｍ．≥ ＾（５４）ｆｏ．一Ｈ≤｛Ｈ一＂）（一ｎ）（一／Ｈ…Ｌ【１ｒＯ≤ｎ．…≤，Ｈ≤… Ｍ（６４）；一（一Ｍ１１）（．Ｍ一／０６）Ｍ０６．Ｍ．０６．ＭＭ（７４）４３多目标模糊优化问题求解．该多目标模糊优化问题常转化为求解如下的单目标模糊优化问题。
ＦｉｄｎｍａｘＸ一（，，，ｌ２ａｓｆ．．（）焉０ＸＮｊＸ）（（一１２，，５，３４・）（；ｌ２３，．）０≤ １式中，为辅助变量；。
ｘ）（ｇ（＝１２３４５．，．，）为式（３４）～（７给出的模糊约束条件。
４）为解上式，采用最优水平裁集将其转化为非模糊优化问题。
可限于篇幅・解模型在此求略去。
问题变为普通优化问题，采用相应方法求解。
该可传动系统参数的多目标模糊优化的处理同上。
Ｉ０１Ｄｌ０ｌ０Ｈ２００锄？０。
３９１０４００ｅ００ｌＤ２０｝００６２０ｆⅧ …【１『＝捌５算倒某集装箱叉车，一１ｔＧ一２ｔＩ］＝３ｋｈＥｇ］＝０２．Ｑ２．２…ｖ０ｍ／，ｒｏ．０ｆ＝００．ｎｔ．２［一＝０Ｏ，．２［］＝００５ｒ＝０６ｍ。
．２，．５６３ＱＫ，１０ⅣＨ一１８Ｗ１ｋ＝２０ｒｍｉ，一＝００／ｎ７０・ｍ０Ｎ按本文模型，目标函数取相同重要程度，到：且得发动机：液力变矩器：３５３Ｋ＝２８ＹＪ７ｏ，ｎ．，一０９．１维普资讯 第３期邓斌：渡力叉车发动机与液力变矩器的匹配及传动系缱参数的优化・４５・２发动机与液力变矩器的共同工作输入特性和输出特性分别如图１图２示。
、所传动系统参数为：Ｓ一３ｑ＝１７．１：９１／ｎ．ｔ，．６Ｉ２ｍｉｒｚ＝１５ｒｍｉｉ＝５．．．１．４ｒｉ６２／ｎ４８＝７６。
ｌＺ３４Ｓ６７８９参ＧｉｎＬｕａＺｒｔ．ｄｏｙａｃＴａｒａｏｔＨｙｒｄｎｍｉ考文献ＰｒｍｅｅｓＯｐｉｚｔｎＳａａｔｒｔｍｉａｉ．ＡＥｐｐｒ７０５ｏａｅ７５７王彩毕，宋连天．模榴论方法学．北京；中国建筑工业出版杜，９８１８黄宗益．薛瑞祺，阎以诵．工程矾槭Ｃ．ＡＤ上海：同济大学出版杜．９１１９陆植．叉车设计．北京机槭工业出艇杜，９１１９凌忠社．车用液力变矩器的选择与匹配．叉起重运输机槭．９８１）２１８（２；～９胡修章．车用柴油机的废气捧放及其与液力变矩器匹配的关系．工程机械．９１】）２￣３１８（０：４０孙大刚，请文农，杜涛，李刚．液力机饿传动式重型汽车传动比的优选．建筑机械．９５５：０１９（）】～Ｉ４王彩华，朱煜东．多目标优化模蝴解法中目标权重的处理方法．重庆大学学报．９（）９～９１２ｌ６：２７９５于光远．程软设计理论．京：工北科学出敝社＋９２１９ＯｐｉｚｔｎｏｏｈＭａｃｉｇａｄＰａａｅｅｓｏｒｎｍｉｓｏｔｍｉａｉｆＢｔｔｈｎｎｒｍｔｒｆＴａｓｓｉｎｏＳｓｅｏｙｒｕｉｃｖｔｒＦｏｋｉｔｙｔｍｆｒＨｄａｌｃＥｘａａｏｒｌｆＤｅｇＢｉｎｎ（ｏｔｗｅｔＪａｔｎｉｅｓｔ—ｅｇｕ６０３）ＳｕｈｓｉｏｏｇＵｎｖｒｉｙＣｈｎｄ１０１Ａｌｔａ￣Ｔｈｌｏｊｃｕｚｐｉｍｄｌｆｂｔｔｈｎｅｗｅｎｅｇｎｎｙｒｕｉｏｑｅｃｎ￣ｒ￣ｓｅｍｕｔｂｅｔｆｚｙｏｔｍｕｍｏｅｏｈｍａｃｉｇｂｔｅｎｉｅａｄｈｄａｌｔｒｕｏ．ｌｏｃｖｒｅｎａａｔｒｆｔａｓｓｉｎｓｓｅｆｒｈｄａｅｅｃｖｔｒｆｒｌｔｉｐｅｅｔｄＩｈｓｍｏｅ。
液力变矩器评价指标和和发动机共同工作特性
液力变矩器评价指标反映液力变矩器主要特征的性能有如下一些：变矩性能，自动适应性能，经济性能（效率特性），负荷特性，透穿特性和容能特性。
一、变矩性能变矩性能是指液力变矩器在一定范围内，按一定规律无级地改变由泵轮轴传至涡轮轴的转矩值的能力。
变矩性能主要用无因次的变矩比特性曲线)(i f K =来表示。
作为评价液力变矩器变矩性能好坏的指标是如下两种工况的K 值：一是i =0时的变矩比值0K ，通常称之为起动变矩比（或失速变矩比）；二是变矩比K =1时的转速比i 值，以M i 表示，通常称作偶合器工况点的转速比，它表示液力变矩器增矩的工况范围。
一般认为0K 值和M i 值大者，液力变矩器的变矩性能好。
但实际上不可能两个参数同时都高，一般0K 值高的液力变矩器，M i 值小。
因此，在比较两个液力变矩器的变矩性能时，应该在0K 值大致相同的情况下，来比较M i 值；或者在M i 近似相等的情况下，来比较0K 值。
二、自动适应性自动适应性是指液力变矩器在发动机工况不变或变化很小情况下，随着外部阻力的变化，在一定范围内自动地改变涡轮轴上的输出力矩T M -和转速T n ，并处于稳定工作状态的能力。
液力变矩器由于变矩性能均可获得单值下降的)(T T n f M =-的曲线，而具有自动适应性。
自动适应性是液力变矩器最重要的性能之一，因为利用液力变矩器的这一性能，就可以制造自动的液力机械变速箱。
三、经济性能（或效率特性）经济性能是指液力变矩器在传递能量过程中的效率。
它可以用无因次效率特性()f i η=来表示。
一般评价液力变矩器经济性能有两个指标：最高效率值max η和高效率区范围的宽度。
后者一般用液力变矩器效率不低于某一数值（如对对工程机械取75%η=，对汽车取80%η=）时所对应的转速比i 的比值21i d i η=来表示。
1i 、2i 分别为η不小于某一值的最低和最高转速比。
通常认为，高效率范围d η越宽，最高效率值max η的值越高，则液力变矩器的经济性能越好。
发动机与液力变矩器共同工作点算法研究
＋ ， Ｂ（ ｎ ｅ 式 中： ， 一一 多 项式系数 ：
Ｍ ｅ Ａｎ ＝ ｅ
ａ ｘ ）
（） ２
’
ｎ 一一 发动机 额定 转速 ； ｅ ｌ
，一 一一 发动机 最大 转速 。 ｚ
由于空调 、风 扇等装 载机 附件 消耗 一部 分 发 动 机转 矩 ，因此 发动机 与液 力变 矩器 共 同工作 点 的确定 应 以发 动机 的净扭 矩特性 为基 准 ，图 ｌ中
出了一种简便、快速 的计算方法 ，并用 ＭＡ Ｌ Ｂ编制相应程序，同时对实例进行了计算和分析 。 ＴＡ
关键字 ：发动机；液力变矩器；共 同工作 点；程序；算法 中图分类号：Ｕ４ ４１ 文献标识码： 文章编号 ：１７ ．８ １ ２ １）２０ ８０ ６． ２ Ａ ６ ２４ ０ （０ ２０ －３ －４
第 ２期
叶金飘 等 ：发动机与液力变矩器共 同工作 点算法研究
３ ９
所 能吸 收传 递 的转 矩 ，是 指泵 轮转 矩
随泵 轮 （） ３
转速
的变化 关 系 ：
＾ ＝； ｐ Ｄ ２ Ｌ ｇ ． 一一 泵轮 传递 的转矩 ，Ｎ・ ｍ；
一 一
式 中：
泵轮转 速 ，ｒ ｎ ／ ； ｍｉ
图 １ 发动机外特性与调速特性 曲线
２ 液 力变矩器泵轮 负荷特性
（ １ ）
液力 变矩 器输 入特 性表 示泵 轮在 不 同转速 下
Ｍｅ ２ ａ ＋ ｏ （ Ｉ ｎ ｔ ） ＝ａｎ ＋ａ ａ ｎ Ｉ ＇ ｅ ｎ ｉ ｌ ｌ ｅ Ｈ
作者 简介 ：叶 金飘 （９２ ，男 ，助 工 ，研究 方 向：机 电一体 化 。 １８ 一）
机净 扭矩 特性 曲线 和液 力变 矩器 泵轮 负载 抛物 线
发动机与液力变矩器的共同工作
在研究发动机与液力变矩器的共同工作时，首先要知 道有关发动机的特性和液力变矩器的特性。
二、发动机的速度特性及净输出特性
在研究发动机与液力变矩 器的共同工作时，最常用的是发 动机的速度特性。
发动机的速度特性是指发 动机的功率Nf 、扭矩Mf、每小 时燃料消耗量GT和比燃料消耗量 ge随发动机转速nf变化的关系。
间的配合恰当与否有关。特别是车辆的牵引性能和燃料经济 性，在很大程度上取决于发动机与液力变矩器的共同工作性
能是否良好。一台性能良好的发动机和一台性能良好的液力
变矩器，如果匹配不当，就不能使车辆获得良好的牵引性能
和燃料经济性。因此，研究发动机和液力变矩器的共同工作
是十分必要的。
研究发动机与液力变矩器的共同工作，就是研究共同 工作的输入特性、共同工作的范围和稳定性以及共同工作的输
λB=ｆ(ｉ)、Ｋ=f(ｉ)、η=f(ｉ)分别表示变矩器的负载特性、变矩特性和经济特性。 λB=ｆ(ｉ)、Ｋ=f(ｉ)、η=f(ｉ)分别表示变矩器的负载特性、变矩特性和经济特性。
匹配问题的最基本的 式中 λB0 — 在起动工况i＝0时的泵轮扭矩系数；
Nfj＝Nf－Nfs－NBs＝f（nf） 液力变矩器的负荷特性，是指液力变矩器传递动力装置负荷及液力变矩器反加于动力装置负荷的性能。
原始数据。 为了在输出特性上表示出燃料消耗的经济性，需要根据不同i时所得到的交点的nB值，由发动机的外特性上，确定对应的每小时燃料消
耗量GT或比燃料消耗量ge。 起动工况变矩比K0，即在i＝0时的K值，K0为牵引工况时K＝f（i）的最大值；
发动机传至液力变矩器的
净功率和净扭矩特性
三、液力变矩器的特性
在研究发动机与液力变矩器的共同工作时，需要知道输至液力变矩器
ISG型混合动力汽车中液力变矩器与发动机的匹配优化
循环圆直径为设计变量 ， Ｘ ＝ ［ ］ 即 Ｄ ． 根据 上 文所述 ＩＧ混 合 动 力 汽 车 中液 力 变矩 Ｓ 器 与发 动机 的 匹配 原 则 ， 以两者 匹配 的动力性 和 经 济 ｌ为 目标函数 ， 生 分别用失速时共同工作点对应扭 矩 ｒ（ ｏ ）与最 大扭矩 的 比值 、 比 ｉ：０７时 速 ． 共 同工作点对应 比燃油 消耗 率 ６ （ ， ）与最小 比 燃 油率 ｂ 的 比值 、 比 ｉ＝０ ９时共 同工作 点 对 速 ． 应 功率 Ⅳ．（ ０ ）与 最大 功 率 Ⅳ一 的 比值 乘 以相 应 ，
要根据车辆的用途不 同进行改变． 对于混合动力汽 车， 合理的匹配应满足以下几点 ： （） １ 液力 变矩器 与发动机 的共 同工作 区域应 处于发动机燃油消耗较低的区域 ， 使车辆具有 良好
的燃 油经 济性 ； （ ） 力 变矩器 在 失速 工况 （ ２液 ｉ＝０） 的负载 下
图 ３ 优化前后液力 变矩器与发动机输 人特性 曲线
褂 耀 涎 墓
ｎ 为 发 动 机 转 速 （ｐ ； 为 ＩＧ 电机 转 速 目＿一 。 ｒｍ）ｒ ｔ Ｓ 一 褂 嚣 一 Ｎ ≥
（ｐ ； 为泵轮 转速 （ｐ ｒｍ） ｎ ｒｍ）
５ Ｏ Ｏ ４ ０ ５ ４ ０ ０ ３ Ｏ ５ ｇ３ ０ Ｏ Ｚ ５ ２ ０ ２ ０ ０
生 改变 ． 了获得 良好 的动 力 性 与 经 济性 ， 对 变 为 需
（） １ 矩器 进行 优化 ， 以满 足混合 动力 汽 车的工作 要求 ．
厂ｎ （ ）
口
＝ Ａ ｇｎ Ｄ ２
２
式 中 ： 为发 动机 输 出扭 矩 （ 。 ； 为 电 动机 Ｎ ｍ）
由
输 出扭矩 （ ｍ） 为 泵轮 转矩 （ ｍ）ｇ 重力 Ｎ・ ； Ｎ・ ；为 加 速度 （ ｓ）Ａ ｍ／ ； 为泵 轮转 矩 系数 （ ｉ２ｒ ・ ； ｍ ｎ／２ ｍ）
WC5 E运输车发动机与变矩器匹配方法的研究
最低处 ， 使车辆拥有 良好的经济性。
４ ）变矩 器启 动工 况 （ ｉ ＝ ０ ） 对 应转 矩 比 ｉ 。的负荷
抛 物线 与发 动机 最大扭 矩 点 … 重合 或接 近 。
５ ）转换 工 况 对 应 转 矩 比 的 负 荷 抛 物 线 应 处
于最 大扭 矩 点和 最大 功 率对 应 扭 矩 点 的 区 间 ［ … ，
第 焦 煤 科 技
Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｃｏ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ａ ｌ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｔ ｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｎｏ ．１
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０１ ４
试验研究 ・
ＷＣ ５ Ｅ运输车发动机与变矩器匹配方法的研究
相关 附件 和各 种液 压泵 等消 耗 的扭 矩 ， 则 数据 点 ｉ 处
的净 扭矩 为 ：
Ｍ ＝Ｍ 一∑ ＾一∑
箱、 传 动轴 、 中间过桥 、 驱动 桥 和轮胎 等组 成 ¨ Ｊ 。
１ ． ２ 发 动机 的 固有特 性 分析 ＷＣ ５ Ｅ车用 防爆 发 动 机 油 门 全开 时 的速 度 特 性 曲线见 图 １ ， 该 曲线 由外 特性 曲线 和 调 速 特性 曲线 组 成 。依 据发 动机 扭矩 非调 速 区段变 化较 缓 、 调 速 区段
并 对其进 行 了匹配计 算 ， 在 对运 输 车的 牵引特性 进行 分析 的基 础上 ， 对 运输 车传 动 系统的特 性进 行 了
优化 分 析 。 旨在 为今后 运输 车发 动机 与 变矩 器的 匹配提供 一 定 的技 术依 据 。
关键 词
发 动机 ； 变矩 器 ； 匹配计 算 ； 优 化 分析
１ 防爆车 发动 机与 变矩器 的 固有特 性分 析
发动机与液力变矩器匹配计算方法
发动机特性
速度特性 时希望同时具有最佳动力性和经济性。 柴油发动机的最大输出功率与最小耗油率对应着发动机的不同转速点。 应视不同工况对动力性与经济性有所侧重。
液力变矩器特性
共同工作输入特性
共同工作点求解
T1——液力变矩器泵轮负载抛物线 T2——发动机调速直线 T3——发动机外特性曲
共同工作输出特性
动力传动系力学方程
车速： 平衡方程：
驱动力： 滚动阻力： 空气阻力： 坡度阻力： 惯性阻力：
整车牵引特性
谢谢大家！
发动机与液力变矩器共同工作特性的分析
C1/ C 2 =
n B2 / n B1 n B2 / n B1
2
2
由 C 1 > C 2 知: ( 5)
> 1, 即 n B2 / n B1 > 1
式( 5 ) 表明在工况 C 1 下的转速比工况 C 2 的低 从上面的特例分析中可以受到启发, 能否依 此推理 众所周知 , 抛物线方程系数的大小决定 了函数变化的快慢, 系数越大, 函数变化越快, 曲 线越陡 对一定的液力变矩器而言 , 抛物线方程
表 1 原始数据和共同工作 点计算结果 Original data and equilibrium running points
数 i 0. 000 0. 100 0. 200 0. 300 0. 349 0. 405 0. 453 0. 500 0. 550 0. 614* 0. 705 0. 800 0. 900 0. 954 1. 057 1. 123*
第6期
商高高等
发动机与液力变矩器共同工作 特性的分析
67
对于不同的工况 , 即 n 不同 , 每一种工况 , 都必须 从区间 [ n em in , n emax ] 开始重新计算 如果能够依 PT = 据上一工况的计算 , 缩小下一个要计算的工况的 计算区间 , 就能够实现加速计算 就泵轮转矩系数不同的两条负荷特性抛物线 与发动机净转矩特性曲线的两个交点而言, 无论 是正透穿性还是负透穿性或混合透穿性的液力变 矩器, 由于都是泵轮转矩系数大的负荷特性抛物 线与发动机净转矩特 性曲线的交点 对应的转速 小, 更靠向图 1 的左端 所以 , 笔者在进行计算时 , 根据泵轮转矩系数 的大小, 对液力变矩器的原始数据进行排序, 然后 进行计算 计算时 , 先计算出泵轮转矩系数大的 式中
发动机与液力变矩器的匹配分析
４。
９６０
１ ７
１ ８
０９ １ ．２
１
０８ １ ．８
０． ８１
０ ８ ．１
Ｏ． ８１
１ ００ ２ ．７
９９．６ ９
１ ９ ２ ０ ２ ｌ
ｎ ｙ ｒ ｕ ｉ ｏ ｑ ｏ ｅｔｒ ｔ ｓ． ａ ｄｈ ｄ ａ ｌｃｔ ｒ ｕｅｃ ｎｖ ｒｅｓａ ａ ｔ ｌ Ｋｅ ｒ ｓ ｎｇｎｅ ｈ ｒ ｎｌ ｏ ｑ ｏ ｅ ｔ ｒ ； ｙ ｍｉ ｔ ｈ ｙ ｗｏ ｄ ：ｅ ｉ ； ｙｄ ａ ｌ ｔ ｒ ｕｅｃ ｎｖ ｒ ｅ ｓ ｄ ｎａ ｃｍａ ｃ ｃ Ｃ Ｃ Ｎ ．： Ｕ４ ４： Ｄｏ ｕ ｅ ｏ ： Ａ Ｌ ｏ ６ ｃ ｍ ｎｔｃ ｄｅ
理 匹配 则 是液 力传 动研 究 的主 要课 题 ，在 研 究液 力
作者 简介 ： 龙林 ，初级＿程师 ，就职于陕西重型汽车有 祝 Ｔ
限公 司研究方 向 ：整 车动力 系统 。
因而得 到 了广泛 的应用 。而液 力变 矩 器 与发动 机 合 装 载机 一般 一 个工 作循 环 按 以下步 骤 进行 ：前 进 一
１１ １ ．０ １１ １ ．２ １２ ．１
０６ ６ ．９ ０６ ９ ．６ ０３ １ －８
０７ ５ ．６ ０７ ２ ．５ ０４ １ ．５
４ ．８ ６６ ３ ．１ ８７ １ ．５ ９７
Ｅ
弓 ８０ ５
表 ４ 原型机传动 比
袋 ７０ ６
囊
变速箱传动 比
０．２ ５
３２ ２ ． １ ２７ ７ ．８ ２６ ８ ．３ ２０ ４ ．８ ２０ ６ ．８
发动机和液力变矩器的匹配
B
M
B
gB D nB
5
2
2.
D
3.
iq
M
eB
f (nB )
四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素
1. 液力变矩器的透穿性 ① 正透穿 ② 负透穿 ③ 混合透穿 ④ 不透穿
四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素
① 正透穿
M
i0
i*
i m ax
nB
四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素
• 循环圆有效直径D • 工作油密度 • 发动机到变矩器传动比iq
M
M
eB
f (nB )
gB D nB
5 2
B
2.共同工作的输入特性曲线确定步骤
第1
在液力变矩器原始特性曲线上选取典型工况点
×10 6 K
10 2.4
h K B
h
1.0
8
2.0
0.8
1.6 6 1.2 4 0.8 2 0.2 0.4 0.6
（1）恒速工况：发电工况或农田耕作工况。
（2）螺旋桨工况：船用发动机工况。
（3）车用工况：发动机有效功率和转速都独立 地在很大范围内变化，它们之间不存在特定的关 系。
3
3、发动机负荷特性与速度特性
（1）负荷特性：发动机转速不变，其性能指标与负荷变化的
关系。横坐标可用有效功率、有效转矩或平均有效压力来表示， 纵坐标为有效燃油消耗率、每小时燃油消耗量、排气温度等。 主要用于评价发动机工作的经济性。
关系。横坐标为发动机转速，纵坐标为平均有效压力或转矩， 绘制等燃油消耗率、等功率等等值线。
4
4、全程调速和两极调速发动机 全程调速：油门置于某一位置 时，在调速特性曲线上，负荷 变化，而转速基本不变；当负 荷超过最大转矩时，发动机将 沿外特性工作。
内燃机发动机功率说明及匹配
内燃机发动机功率说明及匹配2021-12扭矩最大扭矩额定输出功率燃油消耗率发动机转速⚫额定功率(标定功率）和额定转速：一般由生产厂家出厂设定，与所匹配设备规格匹配。
/同一款发动机，额定转速和额定功率可以在一定范围内进行调整/额定功率：发动机输出最大功率点额定转速：发动机输出最大功率时的转速最低燃油消耗率：在该点燃油做了最多的功，也就是经济性最佳点/但实际工作中，很难保证一直在最低燃油消耗点运转//此处教科书上内容，比较容易理解。
一般国产品牌直接采用但外资品牌一般不采用//对非专业人士买车,最大扭矩和最大功率那个更重要呢?汽车和大型机械有什么区别呢? /功率：单位时间做的功，也就是单位时间产生能力的多少/所以就动力性而言，功率越大越好，汽车速度更快，大型设备可以更有力/扭矩：发动机曲轴末端输出的扭矩，跟燃烧室爆炸能量、活塞直径、连杆长度等有关系/也就是推动曲轴旋转的能力/最大扭矩点：随着发动机转速的不同，输出扭矩一直是变化的；在某一转速范围中，输出的最大扭矩点/主要衡量发动机的加速性能。
发动机与液力变矩器或液压泵匹配时，主要在最大扭矩范围内进行匹配，净可能降低动力传递损失/功率=n（常数）×T（扭矩）×N转速最大功率点：随着发动机转速的上升，发动机功率上升，但是到达一定转速后，功率开始下降。
输出功率的最高点/功率越高，发动机动力上限也就越大。
/⚫发动机总功率ISO14396-2002/ISO15550-2002/GB21405-2008/21404-2008/SAE J1995: 设定条件下曲轴末端输出功率；/不配散热器、风扇，配装：水泵、发电机(最低功率运行)、涡轮增压器河机油泵。
/⚫发动机净功率GB16936/ISO9249/SAE J1349：设定条件下，曲轴末端输出功率/如果配可分离式风扇，需要将可分离式风扇断开测量，即如采用电驱动或液压驱动风扇，可不计入功率消耗；如果配渐进式风扇，需要保证风扇处于最大滑移下测量，即如采用电子离合或硅油离合风扇，只计入最小转速时功率消耗/上述总功率=上述净功率+风扇消耗功率/以上结果参考标准得出。
液力变矩器及其与发动机共同工作的性能
可分为油液式和水液式两 种。
按工作液体分类
可分为单级式、双级式和 多级式三种。
按结构形式分类
可分为变矩式、定矩式和 综合式三种。
按工作特性分类
02
液力变矩器与发动机的匹配
液力变矩器与发动机的连接方式
直接连接
液力变矩器与发动机通过轴或齿轮直接连接，实现动力传递 。
间接连接
液力变矩器通过液力传递与发动机连接，通过液体动力传递 扭矩。
为了适应紧凑型机械和车辆的需求，液力 变矩器正朝着小型化、轻量化的方向发展 。
多功能化
智能化
பைடு நூலகம்
为了满足复杂工况和多种应用需求，液力 变矩器正逐步实现多功能化，如具备自动 锁止、减震等功能。
随着智能化技术的普及，液力变矩器的控 制和监测系统正逐步实现智能化，以提高 系统的响应速度和稳定性。
液力变矩器的未来展望
液力变矩器的效率分析
液力变矩器的效率主要取决于其内部 流体的流动和能量转换效率，同时也 受到其设计、制造和装配精度的影响。
发动机的效率分析
发动机的效率主要取决于其燃烧效率、 机械效率和热效率等，同时也受到其 设计、制造和运行状态的影响。
04
液力变矩器的优化与改进建议
提高液力变矩器的传动效率
优化叶轮设计
03
液力变矩器与发动机共同工作的性能
分析
液力变矩器对发动机性能的影响
提高发动机的转矩输出
改善发动机的燃油经济性
液力变矩器能够通过变矩作用，将发 动机的转矩放大，从而提高车辆的牵 引和加速能力。
液力变矩器能够根据车辆的行驶状态 和需求，自动调节发动机的转速和转 矩，从而降低燃油消耗。
降低发动机的振动和噪音
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3. 根据选定的i值，由液力变矩器 原始特性曲线上，分别求取对应的K值 和效率η值。 4. 根据选定的转速比i以及此转速 比时负荷抛物线与发动机外特性交点的 转速nB值，计算出涡轮转速nT。 nT＝i*nB 然后根据下列公式，分别计算在上 述涡轮转速下的有关参数：MT、NT、 GT和geT等。 MT＝K*MB NT＝η*NB＝η*MBnB/9550 GT根据对应的转速自发动机外特性 上确定 geT＝GT / NT 5. 将上述计算所得数据列表，并以 nT为横坐标，其它参数为纵坐标，进行 绘图，即得发动机与液力变矩器共同工 作的输出特性，见右图所示。
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陕西航天动力高科技股份有限公司 在研究发动机与液力变矩器的共同工作时，需要知道输至液力变矩器泵 轮的功率外特性和扭矩外特性，由于发动机在驱动液力变矩器之前，尚需驱动 一系列辅助设备。因此，需要得到扣除辅助设备消耗的功率后的净功率和净扭 矩特性。 辅助设备消耗的功率一般包括：驱动发动机的风扇、发电机、空气压缩 机消耗的功率，以及损失于发动机进气的空气滤清器和排气消音器中的功率。 如果不能得到各辅助件的实际功率消耗值，则可以按照各类车辆实际统计值或 经验值，由发动机功率和扭矩扣除一定比例值，一般为10～15﹪。 此外，在工程机械上发动机还需驱动另一些附件，如液力变矩器供油系 统的油泵、液压转向用的油泵以及工作机构的液压驱动油泵。 因此，实际输至液力变矩器泵轮的净功率Nfj和净扭矩Mfj应为 Nfj＝Nf－Nfs－NBs＝f（nf） Mfj＝Mf－Mfs－MBs＝f（nf） 式中 Nfs和Mfs—发动机本身附件消耗的功率和扭矩； NBs和MBs—驱动工程机械各种辅助油泵损失的功率和扭矩。
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经过以上换算后 获得的发动机传至液 力变矩器的净扭矩输 出特性见右图。它是 研究发动机和液力变 矩器共同工作及匹配 问题的最基本的原始 数据。
发动机传至液力变矩器的 净功率和净扭矩特性
液力变矩器原始特性曲线
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液力变矩器的性能与评价指标
1. 变矩性能 变矩性能是指液力变矩器在牵引工况范围内，按一定规律无级地改变由泵 轮传至涡轮的扭矩值的能力。变矩性能一般用下列两个指标来评价： 起动工况变矩比K0，即在i＝0时的K值，K0为牵引工况时K＝f（i）的最大 值； 偶合器工况点的转速比iM，即K＝1时的转速比。 液力变矩器的变矩性能，是使装有液力变矩器的车辆，获得自动适应性能 的基础。变矩性能好，自动适应性也好，即外部阻力矩变化大时，转速变化小。 2. 经济性能（或效率性能） 经济性能是指液力变矩器传递能量过程中的效率。评价液力变矩器经济性 能的两个指标是：最高效率ηmax和高效范围dη。 高效范围是指液力变矩器效率高于某值（对于工程机械，取η＝0.75；对 于汽车，取η＝0.8）所对应的转速比变化范围，用最大转速比i2与最小转速比 i1的比值dη＝i2 / i1 来表示。
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一、引
言
液力传动车辆的性能不仅与所应用的发动机、液力变矩器、 机械变速箱以及行驶装置等的性能有关，而且与它们之 间的配合恰当与否有关。特别是车辆的牵引性能和燃料经济 性，在很大程度上取决于发动机与液力变矩器的共同工作性 能是否良好。一台性能良好的发动机和一台性能良好的液力 变矩器，如果匹配不当，就不能使车辆获得良好的牵引性能 和燃料经济性。因此，研究发动机和液力变矩器的共同工作 是十分必要的。 研究发动机与液力变矩器的共同工作，就是研究共同工 作的输入特性、共同工作的范围和稳定性以及共同工作的输 出特性。 在研究发动机与液力变矩器的共同工作时，首先要知道 有关发动机的特性和液力变矩器的特性。
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三、液力变矩器的特性
液力变矩器的特性包括能头特性、 液力特性与外特性、通用特性、原始 特性和全外特性。在研究发动机与液 力变矩器的共同工作时，采用的是液 力变矩器的原始特性。 所谓原始特性，是指泵轮力矩系 数λB、变矩比Ｋ、效率η与转速比ｉ 间的关系。λB=ｆ(ｉ)、Ｋ=f(ｉ)、 η=f(ｉ)分别表示变矩器的负载特性、 变矩特性和经济特性。某一系列几何 相似、运动相似、动力相似而尺寸不 同的变矩器，它们的原始特性曲线是 一样的，如右图所示。
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发动机与液力变矩器的共同工作
一、引言 二、发动机的速度特性及净输出特性 三、液力变矩器的特性 四、发动机与液力变矩器共同工作的输入特性 五、发动机与液力变矩器共同工作的输出特性 六、发动机与液力变矩器的匹配和评价指标 七、计算机辅助匹配计算实例
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二、发动机的速度特性及净输出特性
在研究发动机与液力变矩器 的共同工作时，最常用的是发动 机的速度特性。 发动机的速度特性是指发动 机的功率Nf 、扭矩Mf、每小时燃 料消耗量GT和比燃料消耗量ge随 发动机转速nf变化的关系。 为改善柴油机的超速和怠速 不稳定问题，通常工程机械中应 用较多的是带全程式调速器的柴 油机。其速度特性如右图所示。 最大供油时，所得到的速度特性 称为发动机的外特性，如曲线ａ ｂｃ段；在调速器起作用时的速 度特性称为调速特性，如曲线ｃ ｄ段。
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在发动机特性曲线上，一般表示出下列一些典型工况和这些工况的参数： 1.发动机标定功率工况：Ｎe—标定功率值（kw）、ｎN—标定功率下的转速 （rpm）、ＭN—标定功率下的扭矩（N·m）。 2.发动机最大扭矩工况：Ｍm—发动机的最大扭矩（N·m）、ｎm—最大扭矩 下发动机的转速（rpm）、Ｎm－最大扭矩下发动机的功率值（kw）。 3.空载最高转速工况：在此工况下，发动机输出的功率和扭矩均接近于零， 发动机发出的功率全部用于克服内部损失。由于调速器的作用，发动机的 供油量也降低至最小。此时的转速用ｎmax表示。一般ｎmax=(1.1-1.2)ｎe。 4.空载最低转速工况(怠速工况)：此时发动机的输出功率和扭矩都接近于 零，发动机的供油在调速器的作用下也减至最小，以维持发动机的运转。 此时的转速以ｎmin表示。
具有各种透穿性能的液力变矩器
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四、发动机与液力变矩器共同工作的输入特性
获得发动机与液力变矩器共同工作输入特性的方法与过程如下： 1. 获得发动机传至液力变矩器的净扭矩特性的数据或特性曲线。 2. 获得液力变矩器的原始特性，循环圆直径，以及工作油牌号及其工作油 温时的密度ρ值。 3. 在液力变矩器原始特性上，选择典型工况点（转速比i）。对单级液力 变矩器来说，可选择：起动工况i＝0；高效区（η＝0.75）的转速比i1和i2； 最高效率工况点（i*），偶合器工况点（im）和最大速比（空载工况）imax。 4. 根据选定的工况点，在液力变矩器原始特性曲线的λB＝f（i）曲线 上，找出对应的扭矩系数值λB0、λB1、λB2、λB*、λBM 和λBmax等。 5. 作泵轮的负荷抛物线。前面讲过，泵轮传递的扭矩为 ＭB=ρgλBｎB2Ｄ5 在确定的工况，泵轮传递的扭矩与其转速二次方成正比，是一条抛物线形 状，此抛物线称为负荷抛物线。不同工况时，负荷抛物线位置不同；对于一个 液力变矩器，可得到一组泵轮负荷抛物线。 6. 将发动机的净扭矩与液力变矩器的泵轮负荷抛物线，以相同的坐标比 例绘制在同一个图上，即可得到发动机与液力变矩器共同工作的输入特性，见 下图所示。
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陕西航天动力高科技股份有限公司 通常认为，高效范围越大，最高效率越高，则液力变矩器的经济性越好。 但是，往往ηmax和dη两个指标是相互矛盾的。评价经济性，必须兼顾ηmax和 dη两个方面。单纯地认为ηmax高，液力变矩器的经济性就好的观点是片面的， 大的高效范围，对液力变矩器实际工作时的经济性，具有重要意义。 3. 负荷性能 液力变矩器的负荷特性，是指液力变矩器传递动力装置负荷及液力变矩器 反加于动力装置负荷的性能。如果液力变矩器与发动机直接相联，则液力变矩 器可能传递的扭矩，或液力变矩器施加于发动机的阻力矩为 ＭB=ρgλBｎB2Ｄ5 评价液力变矩器负荷特性，常从泵轮扭矩系数λB的大小（能容性能）和 λB的变化大小（透穿性）两方面来进行。 （1）能容性能：表示液力变矩器吸收动力装置能量（功率）的能力。 NB＝MBnB / 9550＝ρgλBｎB3Ｄ5 / 9550 能容性能一般用最大效率工况的泵轮扭矩系数λB*来评价。 （2）透穿性能：它表示液力变矩器涡轮轴上的扭矩和转速变化时，泵轮 上的扭矩和转速变化的程度。
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发动机与液力变矩器共同工作时的输入特性曲线
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五、发动机与液力变矩器共同工作的输出特性
共同工作的输出特性，是指发动机与液力变矩器共同工作时，输出扭矩 MT、输出功率NT、每小时燃料消耗量GT和比燃料消耗量ge，以及发动机（泵 轮）转速nB与涡轮轴转速nT之间的关系。发动机与液力变矩器共同工作的输 出特性，是根据发动机与液力变矩器共同工作的输入特性计算而得到的。发 动机与液力变矩器共同工作的输出特性，是评价发动机与液力变矩器匹配的 重要特性。其计算和绘制过程如下： 1. 获得液力变矩器的原始特性以及发动机与液力变矩器共同工作的输入 特性。 2. 根据共同工作的输入特性，确定在不同转速比i时，液力变矩器负荷 抛物线与发动机扭矩外特性相交点的扭矩MB和转速nB。 作输出特性时，一般和作输入特性时相同，选择i0、i1、i2、i*、iM和 imax等有代表性的工况，但为了作图准确，也可以多选一些与作输入特性相 应的i值。 为了在输出特性上表示出燃料消耗的经济性，需要根据不同i时所得到 的交点的nB值，由发动机的外特性上，确定对应的每小时燃料消耗量GT或比 燃料消耗量ge。