液力变矩器匹配分析方法

液力变矩器匹配分析方法

张妍李甫

长城汽车股份有限公司河北省保定市071000

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ispeedratio：液力变矩器涡轮转速nW与泵轮转速nB之比。

变矩比Ktorqueratio：液力变矩器涡轮转矩TW与泵轮转矩TB之比。

转矩系数torquefactor：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primarycharacteristic：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。），画出特征工况时液力变矩器泵轮的负荷抛物线；

3)将发动机的转矩外特性与液力变矩器的负荷抛物线，以相同的坐标比例绘制在一起，即得到发动机与液力变矩器共同工作的输入特性，见图1发动机与液力变矩器共同工作输入特性图。

2.2.3绘制输出特性曲线

由发动机与液力变矩器共同输入特性图，可以读取发动机与液力变矩器共同工作点，这些共同工作点也是泵轮的工作情况，根据液力变矩器特性可以推算出涡轮的工作情况，得到液力变矩器的输出特性曲线，如图2发动机与液力变矩器的共同输出特性图。

2.3发动机与液力变矩器匹配平原工况分析

由图1发动机与液力变矩器的共同输入特性图可以分析出，平原工况时：

a)液力变矩器起步工况的负荷抛物线在发动机最大净扭矩点附近，车辆在起步时获得最大扭矩；

b)液力变矩器在整个工作范围内，能充分利用发动机的功率；

c)有图1可看出发动机与液力变矩器共同工作区间在发动机最佳效率区间，车辆有较好的燃油经济性。

车辆起步时获得最大扭矩，即2.3a）分析过程如下：

车辆起步时，发动机转速n=3400rpm，扭矩T=478Nm，此时液力变矩器i=0,变矩系数K0=1.7，故发动机与液力变矩器匹配后，起动扭矩T0=812.6Nm；

2.4发动机与液力变矩器匹配高原工况分析

由图1发动机与液力变矩器的共同输入特性图可以分析出，高原工况时：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)发动机失速点为3000rpm，大于涡轮增压器开始工作点（一般为2000rpm）。

起动扭矩不低于所需扭矩，即2.4a）计算过程如下：

满载汽车在干砂路面，25%坡度以最低稳定车速匀速行驶时，行驶方程为：

r—车轮滚动半径，轮胎规格为255/50R19计算滚动半径为358mm；

—传动效率，轿车传动效率为0.9～0.92，此处取0.9；

ig—主减速比，3.39；

i0—一挡速比，4.71；

n—涡轮转速。

计算得

由ua计算得n=1774.55rpm，可以根据图2读取此时涡轮可以输出的最大扭矩T=450Nm，大于爬坡所需扭矩TW，即：车辆在高原干砂路面无风天气，满载工况下，能够在25%坡度道路上行驶。

起动扭矩不低胜负未车辆起步时，发动机转速n=3000rpm，扭矩T=392Nm，此时液力变矩器i=0,变矩系数K0=1.7，故发动机与液力变矩器匹配后，起动扭矩T0T*K0=666.4Nm；

起动时滚动阻力FfGf=4217.43N；

克服滚组涡轮所需扭矩

助力转向泵所需扭矩Ts=2.23Nm；

车辆在原地打转向起步工况，T0＞Tf+Ts，故，能正常起步。

车辆在原地打转向起步工况，能正常起步。

2.5液力变矩器与发动机匹配分析结论

综合上文,此发动机和液力变矩器匹配情况如下:

1）平原工况液力变矩器起步工况的负荷抛物线在发动机最大净扭矩点附近,使车辆在起步时获得最大扭矩;液力变矩器最高效率工况处于发动机额定功率点附近,使车辆应具有良好的动力性，液力变矩器在整个工作范围内能充分利用发动机功率;液力变矩器与发动机共同作用范围应处于发动机最低燃油消耗率附近使车辆应具有良好的燃油经济性.

2）高原工况车辆满载时，在高原干砂路面25%坡度道路上能正常行驶；车辆在原地打转向起步工况，能正常起步；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）。

结语

发动机与液力变矩器匹配过程，需要考虑车辆使用环境，车辆销售区域气候环境变化不大时，可以只考虑当地环境，但是我国地域广阔，车辆销售区域跨度大，气候变化多样，匹配过程需考虑气候对发动机及变速器影响，验证极端气候下发动机与液力变矩器匹配是否达到性能平衡。

参考文献：

[1]胡仕成工程车辆发动机与液力变矩器匹配优化设计[J].广西大学学报(自然科学版)2013年05期

[2]周红全,殷琳,丁平芳,刘更新.柴油机与液力变矩器合理匹配的新研究[J].工程机械.2005(12)