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
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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
确
变矩器泵轮负荷特性抛物线方程可表示为 M B = C in 2 B 式中 C i = g D
5 B
定发动机与液力变矩器共同工作区域就是求出这
为常量
对可透穿性液力变矩器而言 , 当工况 i 不同 时, C i 不同 ; 一个液力变矩器可得一族泵轮负荷 抛物线 其中应包括几个特殊工况 : 启动工况 i = 0, 高效区速比 iP 1 和 iP 2 , 最高效率工况和最大 速比 ( 空载工况 ) 等 如为综合式变矩器 , 还应增 加转入耦合器工况 发动机与 液力变矩器共同 工作时, 由 式 ( 4) 所得的液力变矩器泵轮负荷抛物线族必与式 ( 1) 所代表的发动机使用外特性有一系列的交点 这 些交点即为发动机使用外特性上发动机与液力变 矩器的共同工作稳定点 , 如图 1 所示 共同工作区域的确定方法 依此讨论
发动机与液力变矩器共同工作特性的分析
商高高, 何 仁
( 江苏理工大学汽车与交通工程学院 , 江苏 镇江 212013)
[ 摘 要] 正确确定发动机与液力变矩器共同工作输入、 输出特性是进行液力传动车辆动力传 动系最优匹配的重要基础 笔者提出了确定共同工作输入特性、 共同工作区域和共同工作输 出特性的计算方法, 并用 MAT LAB 语言编制相应的程序, 进行实例计算 [ 关键词] 发动机; 液力变矩器 ; 共同工作图 ; 计算方法 [ 中图分类号] U463. 22 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号] 1007- 1741( 2000) 06- 0065- 04 ne Ai 发动机转速 , r/ min 多项式中的系数
共同工作输出特性是指共同工作时涡轮输出
根据上述分析 , 作者以某一型号的发动机及 某型号的液力变矩器的数据为例, 采用 MAT LAB 语言编写了相应的计算程序, 并将其作为一个独 立的模块, 从而为快速完成液力传动车辆的动力 性燃料经济性模拟计算提供了基础 有关的原始 数据和共同工作点计算结果见表 1 由所编程序 模块直接生成的共同工作输出特性见图 2 从中 不难看出 , 共同工作区域转速区间为[ 2 208. 72, 2 289. 47]
B,
式( 3 ) 中的系数只取决于 变矩器的工况 ,
B
也即是决定于液力
越大, 液力变矩器的负荷抛物
线越陡 , 它与发动机净扭矩特性交点越向左移 所以 , 相对而言 , 泵轮转矩系数大的负荷特性抛物 线与发动机净扭矩特性曲线的交点的转速小, 泵 轮转矩系数小的负荷特性抛物线与发动机净扭矩 特性曲线的交点的转速大, 前者更靠向图 1 的左 端; 因而, 在确定发动机与液力变矩器共同工作输 入特性最左端共同工作点时, 只需计算泵轮转矩 系数最大的共同工作点 同样, 确定最右端共同 工作点时, 只需计算泵轮转矩系数最小的共同工 作点 这样, 在对所求的两端点进行判别确认后,
第 21 卷第 6 期 2000 年 11 月
江 苏 理 工 大 学 学 报( 自 然 科 学 版) Journal of Jiangsu U niversity of Science and T echnology( Natural Science)
Vol. 21 No. 6 Nov . 2000
B
MT = KMB nT = i nB PB = K i M B nB 9 549 ge ge = = Ki
( 6) ( 7) ( 8) ( 9)
GT gT = P T
对于闭锁式液力变矩器与发动机共同工作时 的输出特性, 在闭锁工况点以后, 直至发动机最大 转速 , 泵轮和涡轮闭锁, 按下式计算 : MT = PT =
k
S 模型的阶数 对于已知试验数据的液力变矩器 , 其原始特 性的数学模型可以用最小二乘法拟合获得 液力变矩器施加于发动机的负荷性能完全由 泵轮的转矩变化特性决定 , 即 5 M B = g Bn 2 BD 式中 MB g D 泵轮的转矩, N ! m 液力变矩器工作油的密度, kg / m 3 重力加速度, m / s2
*
始
据
B∀
共 同工 作点 10
4
K 4. 000 3. 360 2. 900 2. 494 2. 274 2. 030 1. 822 1. 617 1. 400 1. 135 1. 064 0. 989 0. 916 0. 868 0. 774 0. 694
nB 2 212. 25 2 216. 69 2 213. 88 2 211. 42 2 212. 00 2 213. 58 2 213. 33 2 212. 22 2 210. 67 2 208. 72 2 214. 77 2 221. 90 2 230. 98 2 235. 66 2 257. 32 2 289. 47
B
( 3)
表示为 ( i = 0, 1, , k) ( 1)
Me =
i= 0
A in e
i
液力变矩器有效工作直径, m 液力变矩器泵轮转矩系数, min2 / ( m ! r 2 )
式中
Me
发机转矩, N ! m
[ 收稿日期 ] 2000 - 05- 10 [ 基金项目 ] 江苏省青年科学基金资助项目 ( BQ 96014) [ 作者简介 ] 商高高 ( 1962 - ) , 男 , 湖北黄梅人 , 江苏理工大学工程师
k 多项式阶数 同样 , 节流阀开度一定时 , 部分速度特性的数 学模型也可用最小二乘法拟合获得 发动机万有特性可以看作为发动机转速和发动 机转矩的二元函数, 用曲面拟合法获得 表示为
S i
ge=
i = 0 j= 0
A
1 + j 2 ( i+ 1) ( i+ 2)- i- 1
j M je n ie
( 2) ge ne Me Ai 发动机的燃油消耗率 , g/ ( kW ! h) 发动机转速 , r/ min 发动机转矩 , N ! m 模型中的系数
转矩 M T 、 输出功率 P T 、 小时燃料消耗量 G T 、 比 油耗 g T 和发动机转速 n e 与涡轮转速 n T 之间的 关系 , 由输入特性和原始特性决定 在得到共同 工作输入特性后 , 根据下列公式和原始特性, 即可 计算出输出特性
Tab. 1
原 ne 1 200 1 300 1 400 1 500 1 600 1 700 1 800 1 900 2 000 2 100 2 200 2 300 Me 733. 36 731. 86 727. 45 720. 16 709. 96 696. 87 680. 89 662. 01 640. 23 615. 56 592. 53 91. 997
[ 3] [ 2]
从图 1 中不难看出 , 其共同工作区域是由发 动机的净扭矩特性曲线及不同工况下的液力变矩 器负荷抛物线所包围的扇形区域决定 工作的基本性能 这一扇形 区域面积的大小及所处的位置影响并决定着共同 对于一个特定的发动机而言, 当净扭矩特性曲线一定时, 发动机与液力变矩器 共同工作区域仅由液力变矩器的负荷特性曲线决 定 因此 , 只要能够计算出图 1 中左右两边最边 因此, 确定发动机与液力变 缘的负荷抛物线与发动机外特性曲线的交点即可 得出共同工作区域
1
共同工作输入特性
发动机与液力变矩器共同工作输入特性是指
不同的液力变矩器转速比 i 时, 发动机与液力变 矩器共同工作的转矩和转速的变化特性 , 是研究 共同工作输出特性的基础 它是由发动机特性和 液力变矩器的特性共同作用决定的 在确定发动 机和液力变矩器的共同工作区域和共同工作点后 就可以得到共同工作时的输入特性 1 1 共同工作区域的确定 对于已知试验数据的发动机 , 其使用外特性 的数学模型 [ 1] 可以看作发动机转速的一元函数, 用最小二乘法拟合获得
图 1 发动机与液力变矩器共同工作时输入特性曲线 F ig. 1 T he input equilibr ium running lines of engine and hydraulic torque conv er ter
就确定了整个区域 1 2 共同工作点的确定 确定共同工作点 , 就是在一定工况下, 求解发 动机净转矩特性曲线与液力变矩器泵轮负荷抛物 线的交点 目前 , 采用的方法有几何近似算法
发动机与液力变矩器共同工作性能是指发动 机与液力变矩器共同工作输入、 输出特性的变化 规律 当发动机与液力变矩器组合后 , 可视为一 种新的动力装置 , 具有新的性能特性 发动机与 液力变矩器共同工作输入、 输出特性的确定是进 行液力传动车辆性能计算的基础, 是液力传动车 辆动力传动系匹配及其优化设计的前提 确定发 动机与液力变矩器共同工作性能就是根据发动机 的特性和液力变矩器的原始特性, 确定共同工作 输入特性、 共同工作区域及其输出特性 式中
、
解析算法和优化算法
事实上, 求解发动机与液力变矩器共同工作 点可归结为求一个一元多次方程在 [ n em in , n em ax ] 区间上的根的问题 发动机与液力变矩器共同工作点的算法选择 决定了液力传动车辆基本性能模拟计算和动力传 动系统优化匹配计算的的精度和速度 考虑到共 同工作点的计算是在 [ n emin , n emax ] 区间上求解,
BP B BM B
nT = nB =
B M B n B/
9 549
gT = G T / P T 为液力变矩器闭锁时的效率
工况的共同工作点, 然后以此点为区间的左端点, 每计算一个工况 , 区间的左端点就向右移动一些, 这样就缩小了下一个要计算工况的计算区间, 从 而实现了加速计算的目的
3
实例计算
2
共同工作输出特性的确定
2 当 M B1 = M B2 时, 则 C 1 n 2 B1 = C 2 n B2 ; 即
根据液力变矩器的原始特性 液力变矩器的负荷特性可表示为 MB= 在工况一定的条件下 , gf ( i )
5 n2 BD
= f ( i ), 则
对于特定的液力变矩器 , 、 g、 D 均为常数;
B
= f ( i ) 为常数, 故液力
66
江 苏 理 工 大 学 学 报( 自 然 科 学 版 )
2000 年 11 月
nB
液力变矩器泵轮转速 , r/ m in
B
矩器共同工作区域的问题, 可归结为确定发动机 与液力变矩器共同工作点最小转速和最大转速所 组成的区间的问题 ( 4) 设发动机净扭矩特性曲线为 f 1 ( x ) , 液力变 矩器泵轮负荷抛物线为 f 2 ( x ) , 则其交点即为共 同工作点 , 它们是方程 f 1 ( x ) = f 2 ( x ) 的根 些根的最大值和最小值所组成的区间 假定 : 表示两个工况的 C 分别为 C 1 和 C 2 , 且 C 1 > C 2 , 对应的负荷扭矩分别为 M B1 和 M B2