发动机与液力变矩器动力匹配实例

右图为变矩器 特性试验装置。
试验时，保持 发动机 泵轮转速恒定，改 或 变M2，测得M1、n2， 测功器 再根据上述力矩方 程，即可求得
变矩器
测功器
泵轮力矩系数和涡轮力矩系数。
用以上测得的M1、M2、n2即可绘制变矩器的外特性曲线。
在上图（a）中任取一点n2=1n2，可得1M1及2M2，根据力矩方 程可得：
M1=Cn12 M1是随n1变化，通过坐标原点的抛物线。 当i变化时，λ1变化，形成一组泵轮负载抛物线，即变矩器 的输入特性曲线，如下图示。
得到变矩器的输入特性， 就可求得变矩器和发动机共 同工作时发动机的工作点。
装载机发动机飞轮和变 矩器泵轮直接连接，则发动 机发出力矩Me=M1，发动机的 飞轮转速ne=n1，故M1=f（i） 就是发动机的负荷特性曲线。
1λ1=1M1/（γn12D5） 1λ2=1M2/（γn12D5） 而，i=1n2/n1，这样即得λ=f（i）曲线上两个点（1i、1λ1） 及（1i、1λ2），同样得方法类推，即可得变矩器原始特性曲线 λ1、λ2=f（i），如图（b）所示。 变矩器的原始特性曲线除了给出λ1、λ2=f1、2（i）外，还 要绘出K、η=f3、4（i）曲线，如下图。
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。
1.发动机性能参数定义：
发动机的主要性能指标有动力性指标（有效转矩、有效功 率、转速等），经济性指标（燃油消耗率），运转性能指标 （排气品质、噪声和启动性能等）。
（1）有效转矩
发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，以Te表示， 单位N.m，有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。
（2）有效功率
一、动力匹配的用途
1.研究变矩器与柴油机共同工作的目的在于检查变矩器的型 式与有效直径的选择是否合适，如何配合才能使整机获得良好 的性能。
一台装有变矩器的运输车辆或工程机械，其性能的好坏并 不单纯决定于液力变矩器的性能。它既与车辆的柴油机、机械 传动和行驶装置等本身的性能有关，又与和它们之间匹配的是 否合理有关。
矩器时，一般使通过调整有效直径来达到；在为给定的变矩器选 择发动机时，一般是先画出变矩器的输入特性曲线，按工作需要 和机器所需功率选择一个与上述输入特性配合得较好的的发动机 特性曲线。 结论：对于安装液力变矩器的机器，选择性能比较好的发动机和 变矩器固然重要，但更重要的是二者的相互配合。
下面就FL958G配东风康明斯发动机、杭齿ZL40/50双变、徐州 美驰驱动桥的匹配过程作以简单说明。
具体求法是：有了原 始特性λ1、λ2=f1、2（i） 即可按如下求得变矩器系 数K和变矩器效率η：
K=M2/M1=λ2/λ1=f3（i） η=N2/N1=M2n2/M1n1=Ki
=f4（i）
7.变矩器的输入特性 变矩器的输入特性是研究M1=f（n1）的变化关系。 输入特性可根据原始特性用力矩计算方程求得。对于给定的 液力变矩器，一定的工作液体，给定传动比下，λ1γD5=常数C， 故
第一步，输 入已知参数
第二步，输入发 动机外特性参数
第三步，计算各种扭矩消耗 泵所消耗扭矩的计算按下式： M=0.159*排量*压力/（变速比*效率）
第四步，输入变矩器原始特性参数
c.提高车辆的通过性能。 液力变矩器可以使车辆以任意小的速度行驶，牵而提高了车辆的通过性能。
d.提高了车辆的舒适性。
采用液力传动的车辆，起步平稳，并在较大的速度范围内实 现无级变速，可以吸收和消除变速行驶时的振动与冲击，从而提 高了车辆的舒适性。
e.简化了车辆的操纵。
参看下页图中， 在变矩器原始特性图 （a）上假定某一传 动比1i，然后找到对 应的1λ1、1K、1η， 作出发动机负荷抛物 线，即变矩器输入特 性，图（b）， M1=1λ1γn12D5和柴油 机的速度特性的交点
1Me、1ne，故 1M1=1Me，1n1=1ne
而，1M2=1K·1M1=1K·1Me，1n2=1i·1n1=1i·1ne 这时，变矩器的传动效率1η 。
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
变矩器的传动效率η：即涡轮轴上输出功率与泵轮轴上输入 功率之比。
从上图看，当发动机转速为1500时，发动机曲轴输出扭矩最 大，当发动机转速低于1500时，燃油燃烧不良，转速降低，每个 工作循环的时间增长，燃烧气体与气缸壁接触时间也增长，因而， 转矩变小。
转速高于1500转增加时，由于工作循环时间缩短，进气时间变短， 气流速度增高，阻力加大，充气量减小，而且摩擦损失也增大， 故输出扭矩也减小。
发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率，用Pe表示， 它等于有效转矩与曲轴角速度乘积。发动机产品铭牌上标明的 功率及相应转速，称为额定功率和额定转速。
（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%
2.车辆的牵引性能和经济性，在很大程度上取决于柴油机 与变矩器的配合。
3.确定液力机械传动系统中变速箱的排挡数目。
车辆上安装的液力变矩器其工作条件是复杂的，对它的力 矩要求和转速要求也是多样的。液力变矩器特性曲线工作范围 的宽度，将影响液力机械传动系统中变速箱的排挡数目。
二、动力匹配研究的对象和已知条件
为兼顾装载机的整个工作过程，则所选变矩器在最高效工况 i*的负荷抛物线与全功率匹配交点A扭矩M接近于额定扭矩点，与 部分功率匹配扭矩M’的交点B则接近于额定扭矩点的外特性区段。
为全面评价变矩器的性能，一般根据变矩器几种典型工况下 有关上述性能的指标来评价。
几种典型的工况是：启动工况、最高效率工况、高效工作区
即变矩器特性参数给出的是：MBg、K、i、η
三、变矩器与发动机匹配的简单分析 研究变矩器和发动机共同工作的目的在于检查变矩器结构 型式和有效直径的选择是否合适，如何配合才能使整机获得良 好的性能。 发动机实际使用时，除带动发动机的辅助装置（风扇、水 泵、发电机、空气滤清器、消音器等）外，还须带动整车辅助 装置（包括工作装置用油泵、变速泵、转向泵、制动泵、气泵、 冷却泵等），故发动机的力矩曲线必须根据装载机的具体使用 情况，扣除带动这些装置的力矩确定。 对于装载机，由于变矩器和工作装置油泵经常同时工作，
当转速达到1900时，有效功率达到最大值。功率是转矩与转 速的乘积。
在怠速和最大转矩转速范围内，Te和n都是逐渐增加，其乘积 也增加，故在此范围内，Pe也随n增加而增加；
在最大转矩和最大功率转速范围内，转速n增加，功率Pe虽 然增大，但Te却逐渐降低，不过降低较缓慢，Pe增加也缓慢。
超过最大功率转速时，n增加，Te下降较快，Pe也逐渐下降。
而工作装置油 泵所消耗的功 率约占发动机 功率的4060%，故确定 变矩器的有效 直径D时，就 不能采用发动 机的全功率匹 配，否则在牵
引工况时，势必引起发动机转速降低，铲斗动作缓慢，发动机功 率利用程度降低，作业效率降低。
实际上装载机的整个工作过程中，各泵不是处于满负荷工作， 因而装载机工作是处于下图阴影线面积区域之中。
3.变矩器 液力变矩器的作用： a.使车辆能够自动适应外界载荷的变化。 当外界载荷突然增大时，车辆自动地减速，同时自动增大牵 引力，以克服增大的外载荷；反之，当外界载荷变小时，自动提 高车辆车速，同时，自动减小牵引力。 b.提高车辆的使用寿命。 变矩器利用液体作为工作介质，故能吸收并消除来自发动机和外 载荷的震动与冲击，因而提高了车辆的使用寿命。
因为液力变矩器本身就是一个无级自动变速器，相当于扩大了发 动机的动力范围，故变速器的档数可以显著减少。
进行动力匹配即变矩器与发动机的匹配计算，必须先了解液 力变矩器的特性，液力变矩器的特性包括原始特性、输入特性和 输出特性。
（1）原始特性
变矩器的原始特性是研究λ1、λ2=f（i）的变化关系。
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，
η =N2/N1=M2*n2/M1/n1=K*i 式中，
N1—泵轮轴上的输入功率； N2—涡轮轴上的输出功率； 4.变矩器的传动比i 涡轮轴输出转速与泵轮轴转速之比，即 i=n2/n1 式中， n1—泵轮轴输入转速； n2—涡轮轴输出转速。
5.能容
表示变矩器传递能量的能力，我国用泵轮力矩系数λ1表示 变矩器传递能量的能力大小。
2.发动机性能参数及性能曲线
发动机的性能参数即发动机的速度特性，指发动机的功 率、转矩和燃油消耗率三者随曲轴转速变化的规律。这个特 性是通过发动机在试验台架上进行试验求得，试验时，先保 持一定的发动机节气门开度，同时用测功器对发动机曲轴施 加一定的阻力矩，当发动机运转稳定后，即阻力矩与发动机 发出的有效转矩相等时，用转速表测出此时的稳定转速n，同 时在测功器上测出该转速下发动机有效转矩Te，根据下式计 算出有效功率Pe：