发动机与液力变矩器的匹配计算

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发动机与液力变矩器的匹配计算

上海理工大学机械学院

华柯伟

孙跃东

李玉成

［摘要］发动机与液力变矩器匹配的好坏直接影响车辆的性能。本文讨论了发动机与液力变矩器匹配计算的过程，并提出了共同

以具体算例，给出了ＭＡＴＬＡＢ匹配程序的计算结果。工作时系统应满足的要求，确定了量化的评价指标。最后，

［关键词］发动机液力变矩器匹配计算ＭＡＴＬＡＢ

引言

由于液力变矩器具有良好的自适应性，能改善车辆的起步性能、操

高级轿车和船舶上应用广泛。发动机与液力纵性能等，故在工程机械、

变矩器合理匹配是液力传动车辆传动系中主要问题之一，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，其输出特性的好坏对整机的动力性和经济性有很大的影响。

１．匹配计算过程（１）发动机的净外特性目前，在运输车辆和工程机械中，广泛采用各种柴油机与汽油机作为动力装置，这些发动机的性能，通常用速度特性来表示。

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或比燃料消耗量ｇｅ随发动机转速ｎｆ变化的关系。

发动机的净外特性是指发动机实际输至泵轮轴的功率和扭矩。所以应扣除各辅助设备消耗的功率和扭矩，得净特性。

（２）液力变矩器的原始特性

原始特性能够确切表示液力变矩器性能，最常用的就是原始特性。

的表示一系列不同转速、不同尺寸而几何相似的液力变矩器的基本性能。原始特性是指扭矩系数λＢ、变矩比Ｋ、效率η随转速比ｉ变化的关系。

（３）共同工作的输入特性

发动机与液力变矩器结合时，只有在转速和扭矩相等时，才能稳定的共同工作。

即：ＭＢ＝Ｍｆｊ×ｉｑｎｆ＝ｉｑ×ｎＢ式中，Ｍｆｊ、ｎｆ分别为发动机的扭矩和转速；ＭＢ、ｎＢ分别为液力变矩器泵轮的扭矩和转速。

发动机与液力变矩器共同工作的输入计算，其本质就是求解发动机净扭矩特性与泵轮负载抛物线的一系列交点。

（４）共同工作的输出特性

发动机与液力变矩器共同工作的输出特性，是指液力变矩器输出

功率ＮＴ，发动机耗油量ＧＴ和比耗油量ｇｅ，以及发动机转轴上的扭矩ＭＴ，

速ｎｆ随输出轴（涡轮轴）转速变化的曲线。

在得到共同工作点后，按下式求解共同工作的输出特性：ｎＴ＝ｉ×ｎＢＭＴ＝Ｋ×ＭＢＮＴ＝ＭＴ×ｎＴ

ｇｅＴ＝ｇｅ／η式中：ｎＴ、ＭＴ、ＮＴ、ｇｅＴ为涡轮轴的转速、扭矩、功率和比油耗量；ｎＢ、ＭＢ

为泵轮的转速和扭矩；ｉ、Ｋ、η为液力变矩器的转速比、扭矩系数和效率。

将得到的共同工作的输出特性的离散数据，拟合曲线，绘制出发动机与液力变矩器共同工作的输出特性。

发动机与液力变矩器共同工作的输出特性是车辆牵引计算的基础。

２．液力传动匹配分析

发动机与液力变矩器共同工作的性能，直接影响车辆的动力性能和经济性能，因而应对其作量化评价。常用的评价指标有如下几个：

（１）起动扭矩ＭＴ０

起动扭矩由发动机与液力变矩器共同工作的输出特性求得，即转速为０时，涡轮轴上的输出扭矩。起动扭矩表示车辆起动、加速和克服负载的能力。

（２）变矩器的运动学工作范围ｄｎ

变矩器的运动学工作范围是指液力变矩器在高效范围内，即效率

不低于７５％的范围内，涡轮轴转速的变化范围，它反映了高效工作范围的宽广程度。运动学工作范围ｄｎ＝ｎＴ２／ｎＴ１。

（３）变矩器的动力学工作范围ｄＭ

变矩器的运动学工作范围是指液力变矩器在高效范围内，涡轮轴扭矩的变化范围，它反映了变矩器适应外负荷变化的能力。动力学工作范围ｄＭ＝ＭＴ１／ＭＴ２。

（４）高效范围内平均输出功率ＮＴＰｊ通过共同工作的输出特性，求取高效范围内，涡轮轴上功率ＮＴ与

应用离散数组来表示。通过公式：转速ｎＴ之间的关系，

１ＮＴＰｊ＝Σ［ＮＴ（Ｉ＋１）＋ＮＴ（Ｉ）］［ｎＴ（Ｉ＋１）－ｎＴ（Ｉ）］

Ｔ２Ｔ１ｎ

计算出高效范围内平均输出功率ＮＴＰｊ。（５）高效范围内平均单位油耗量ｇｅＰｊ通过共同工作的输出特性，求取高效范围内，平均单位油耗量ｇｅＰｊ

与转速ｎＴ之间的关系，应用离散数组来表示。通过公式：

Ｔ１

ｎＴ２

１ｇｅＰｊ＝Σ［ｇｅ（Ｉ＋１）＋ｇｅ（Ｉ）］［ｎＴ（Ｉ＋１）－ｎＴ（Ｉ）］

Ｔ２Ｔ１ｎ

计算出高效范围内平均单位油耗量ｇｅＰｊ。动力经济性的综合指标：Ｅ＝ＮＴＰｊ／ｇｅＰｊ。３．算例

某发动机净外特性与液力变矩器的原始特性的曲线如表１和表２所示。

已知变矩器传动油密度为８６０ｋｇ·ｍ－３，变矩器有效直径０．３１５ｍ，发动机与液力变矩器直接联接，即前传动比ｉｑ＝１。

表１发动机外特性数据

Ｔ１

ｎＴ２

扭矩／油耗率／转速／扭矩／油耗率／转速／－１－１－１

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