发动机与变矩器的匹配

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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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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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评价液力变矩器的透穿性能，常 用透穿性系数Π。即 Π＝λB0 / λBM 式中 λB0 — 在起动工况i＝0时的泵 轮扭矩系数； λBM — 在偶合器工况K＝1时的 泵轮扭矩系数。 当Π＞1时，液力变矩器具有正 透穿性；当Π＝1时，液力变矩器具 有不透穿性；当Π ＜1时，液力变矩 器具有负透穿性。 泵轮涡轮对称布置、运输车辆常 用的向心涡轮液力变矩器，往往具有 正透穿性或混合透穿性。
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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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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。
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。
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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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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Baidu Nhomakorabea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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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
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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。
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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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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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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。