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1、1第三章第三章 发动机与液力变矩器发动机与液力变矩器 共同工作的特性共同工作的特性3-1 发动机和变矩器共同工作的输入特性发动机和变矩器共同工作的输入特性3-2 发动机和变矩器共同工作的输出特性发动机和变矩器共同工作的输出特性3-3 液力变矩器与发动机的匹配液力变矩器与发动机的匹配一、基本概念一、基本概念变矩器处于液力工况变矩器处于液力工况1. 1. 发动机和液力变矩器共同工作发动机和液力变矩器共同工作3-1 发动机与变矩器共同工作的输入特性发动机与变矩器共同工作的输入特性发动机发动机 工作机工作机变矩器变矩器32、发动机的三类典型工况、发动机的三类典型工况（1）恒速工况：发电工况或农田耕作工
2、况。）恒速工况：发电工况或农田耕作工况。（2）螺旋桨工况：船用发动机工况。）螺旋桨工况：船用发动机工况。（3）车用工况：发动机有效功率和转速都独立）车用工况：发动机有效功率和转速都独立地在很大范围内变化，它们之间不存在特定的关地在很大范围内变化，它们之间不存在特定的关系。系。43、发动机负荷特性与速度特性、发动机负荷特性与速度特性（1）负荷特性：发动机转速不变，其性能指标与负荷变化的）负荷特性：发动机转速不变，其性能指标与负荷变化的关系。横坐标可用有效功率、有效转矩或平均有效压力来表示，关系。横坐标可用有效功率、有效转矩或平均有效压力来表示，纵坐标为有效燃油消耗率、每小时燃油消耗量、排气温度等
3、。纵坐标为有效燃油消耗率、每小时燃油消耗量、排气温度等。主要用于评价发动机工作的经济性。主要用于评价发动机工作的经济性。（2）速度特性：发动机的节气门开度或油门保持不变时，其）速度特性：发动机的节气门开度或油门保持不变时，其性能指标随转速而变化的关系。横坐标为发动机转速，纵坐标性能指标随转速而变化的关系。横坐标为发动机转速，纵坐标为有效功率、有效转矩等。主要用于评价发动机的动力性。发为有效功率、有效转矩等。主要用于评价发动机的动力性。发动机的节气门开度或油门最大时的速度特性叫发动机的外特性，动机的节气门开度或油门最大时的速度特性叫发动机的外特性，又称全负荷特性。一般可作又称全负荷特性。一般可作
4、90%、75%、50%、25%的部的部分负荷特性。分负荷特性。（3）万有特性：发动机转速不变，其性能指标与负荷变化的）万有特性：发动机转速不变，其性能指标与负荷变化的关系。横坐标为发动机转速，纵坐标为平均有效压力或转矩，关系。横坐标为发动机转速，纵坐标为平均有效压力或转矩，绘制等燃油消耗率、等功率等等值线。绘制等燃油消耗率、等功率等等值线。54、全程调速和两极调速发动机、全程调速和两极调速发动机全程调速：油门置于某一位置全程调速：油门置于某一位置时，在调速特性曲线上，负荷时，在调速特性曲线上，负荷变化，而转速基本不变；当负变化，而转速基本不变；当负荷超过最大转矩时，发动机将荷超过最大转矩时，发
5、动机将沿外特性工作。沿外特性工作。两极调速：油门置于某一位置两极调速：油门置于某一位置时，发动机的供油量将固定不时，发动机的供油量将固定不变。当负荷过大，发动机转速变。当负荷过大，发动机转速有低于最低稳定转速的趋势时，有低于最低稳定转速的趋势时，调速器自动增大油门。当负荷调速器自动增大油门。当负荷过小，发动机转速有高于额定过小，发动机转速有高于额定转速的趋势时，调速器自动减转速的趋势时，调速器自动减小油门。小油门。 指在不同的液力变矩器速比时，液力变矩器与发动机共同工作的转矩转矩 和转速转速 的变化特性。5. 5. 发动机与液力变矩器共同工作的输入特性发动机与液力变矩器共同工作的输入特性nBM
6、i16. 6. 发动机和液力变矩器共同工作输入特性的用途发动机和液力变矩器共同工作输入特性的用途1)1)它是研究发动机与变矩器匹配的基础。它是研究发动机与变矩器匹配的基础。2)2)它是研究发动机与变矩器共同工作输出特性的基础。它是研究发动机与变矩器共同工作输出特性的基础。二、共同工作的输入特性曲线的绘制二、共同工作的输入特性曲线的绘制1. 1. 所需已知条件所需已知条件 循环圆有效直径D 发动机到变矩器传动比iq 原始特性 发动机净转矩特性 工作油密度r在液力变矩器原始特性曲线上选取典型工况点在液力变矩器原始特性曲线上选取典型工况点2.2.共同工作的输入特性曲线确定步骤共同工作的输入特性曲线确
7、定步骤第第1i0i0.1i*iMimaxi0.3i0.5i0.9根据所选定的工况点，在原始特性曲线上找出对应的根据所选定的工况点，在原始特性曲线上找出对应的 值值2.2.共同工作的输入特性曲线确定步骤共同工作的输入特性曲线确定步骤第第2步步序号12345678i0i0.1i0.3i0.5i*iMi0.9imax作泵轮的负荷抛物线作泵轮的负荷抛物线2.2.共同工作的输入特性曲线确定步骤共同工作的输入特性曲线确定步骤第第3步步D负荷抛物线序号12345678不同转速比的泵轮负荷抛物线不同转速比的泵轮负荷抛物线nBMi1作发动机净转矩特性曲线作发动机净转矩特性曲线2.2.共同工作的输入特性曲线确定步
8、骤共同工作的输入特性曲线确定步骤第第4步步nBMi1三、三、共同工作的输入特性曲线分析共同工作的输入特性曲线分析1.1.负荷抛物线与发动机转矩净特性的交点是最大油门负荷抛物线与发动机转矩净特性的交点是最大油门开度时，发动机与液力变矩器共同工作的稳定点。开度时，发动机与液力变矩器共同工作的稳定点。nBMi1nBMi1三、三、共同工作的输入特性曲线分析共同工作的输入特性曲线分析 2. 2. 和和 对应的两条负荷抛物线和发动机外特性对应的两条负荷抛物线和发动机外特性曲线包围的扇形区域是发动机与液力变矩器共同工曲线包围的扇形区域是发动机与液力变矩器共同工作的全部范围。作的全部范围。3-2 发动机与变矩
9、器共同工作的输出特性发动机与变矩器共同工作的输出特性一、概一、概念念 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，输出转矩-MT输出功率-PT每小时燃料消耗量GT比燃料消耗量geT泵轮转速nB与涡轮转速nT的关系二、共同工作的输出特性曲线的绘制二、共同工作的输出特性曲线的绘制1. 1. 所需已知条件所需已知条件 液力变矩器的原始特性液力变矩器的原始特性 发动机与液力变矩器的共同工作的输入特性发动机与液力变矩器的共同工作的输入特性nBMi1nBMi1确定不同传动比时，负荷抛物线与发功机转矩特性交点坐标（nB, MB）第第1步步inBMBi0nB0MB0i1nB1MB1i*nB*MB*iM
10、nBMMBMimaxnBmaxMBmax求取不同转速比求取不同转速比i i对应的变矩比对应的变矩比K 及及 。第第2步步iKi0K00i1K11i*K*i2K22iMKMMimaxKmaxmax第第3步步根据共同工作输入特性的交点的转速、转矩值，根据共同工作输入特性的交点的转速、转矩值，计算涡轮上的转速、转矩值计算涡轮上的转速、转矩值. .(nB，MB)(nT，-MT)(nT，PT)第第4步步 以涡轮转速为横坐标，绘制共同工作的输出特性曲线以涡轮转速为横坐标，绘制共同工作的输出特性曲线inTMTPTi0nT0MT0PT0i1nT1MT1PT1i*nT*MT*PT*iMnTMMTMPTMimax
11、nTmaxMTmaxPTmax三、发动机串联液力变矩器后特点三、发动机串联液力变矩器后特点发动机发动机液力变矩器液力变矩器自动无级变矩变速特性自动无级变矩变速特性1.扩大了发动机工作的范围。同时，大大提高了扩大了发动机工作的范围。同时，大大提高了 2. 发动机可以稳定工作的转速范围。发动机可以稳定工作的转速范围。 三、发动机串联液力变矩器后特点三、发动机串联液力变矩器后特点2. 共同工作后的适应性远比发动机的适应性强。共同工作后的适应性远比发动机的适应性强。3. 比燃料消耗量上升。比燃料消耗量上升。3-3 液力变矩器与发动机的匹配液力变矩器与发动机的匹配一、共同工作性能的评价参数一、共同工作性
12、能的评价参数1. 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和经济性。2. 评价参数l 功率输出参数jP：表示涡轮轴平均输出功率PTP与发动机额定功率Pe的比值l 单位燃料消耗量参数jge：表示平均单位燃料消耗量geP与额定工况下单位燃料消耗量geN的比值 l 起动转矩MT0：表示车辆起动、加速和克服重负荷的能力l 液力变矩器高效范围内涡轮转速工作范围l 液力变矩器高效工作范围，涡轮输出转矩变化范围1. 液力变矩器高效区共同工作点在发动机最大净功率点附近二、理想的共同工作输入特性二、理想的共同工作输入特性nBMi1提高功率利用率，保证较高平均车速2. 低速比工况的负荷抛物线,通过发
13、动机最大转矩点附近nBMi1零速或低速获得最大输出转矩 二、理想的共同工作输入特性二、理想的共同工作输入特性3. 共同工作范围处于发动机比燃料消耗量的最低处 nBMi1ge燃油经济性好二、理想的共同工作输入特性二、理想的共同工作输入特性三、理想的共同工作输出特性三、理想的共同工作输出特性1.在发动机外特性时，共同工作输出特性在高效区工作范围或整个工作范围内，应保证获得最高的平均输出功率。4. 在共同工作的高效区范围或整个工作范围，应有 较低的平均油耗量。2. 高效区工作范围应较宽。3. 在起动工况下的起动转矩越大越好。四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素 D
14、1.3.2.透穿性透穿性四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素 1. 1. 液力变矩器的透穿性液力变矩器的透穿性正透穿正透穿负透穿负透穿混合透穿混合透穿不透穿不透穿 正透穿正透穿四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素 负透穿负透穿四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素 i0imaxi* 混合透穿混合透穿四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素 不透穿不透穿四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素 负透穿负透穿正透穿正透穿不透穿不透
15、穿四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素 2.2.循环圆有效直径循环圆有效直径 nBMinBMi* nBMnBMnBMimax3.3.发动机到变矩器的传动比发动机到变矩器的传动比 i0四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素四、影响发动机和液力变矩器匹配的因素 五、确定液力变矩器有效直径的基本原则五、确定液力变矩器有效直径的基本原则以液力变矩器的最高效率工况来传递发动机的最以液力变矩器的最高效率工况来传递发动机的最大净功率。大净功率。若发动机和变矩器之间有传动箱若发动机和变矩器之间有传动箱 六、匹配实例六、匹配实例1.1.变矩器原始特性变矩器原始特性iKl l10
16、6h h02.54 3.05 0.00 0.3871.77 2.77 0.69 0.4351.69 2.71 0.73 0.5101.55 2.62 0.79 0.5951.382.520.820.6411.302.450.830.7001.202.340.840.7571.092.220.830.7841.042.130.810.8051.002.040.810.8531.001.620.850.9011.011.120.910.9461.030.620.972.2.发动机净外特性发动机净外特性( (最大净功率最大净功率580kW)3. D=400mm3. D=400mm变矩器和发动机匹配变
17、矩器和发动机匹配前传动比对共同工作输入特性的影响前传动比对共同工作输入特性的影响原匹配原匹配前传动前传动i iq q=0.6684=0.6684无前传动无前传动前传动比对共同工作输出特性的影响前传动比对共同工作输出特性的影响有效直径有效直径D D对共同工作输入特性的影响对共同工作输入特性的影响D=400mmD=450mmD=450mmD=500mmD=500mm原匹配原匹配有效直径有效直径D D对共同工作输出特性的影响对共同工作输出特性的影响1已知发动机净转矩特性（见表1）和液力变矩器原始特性（见表2），发动机至液力变矩器泵轮为两级齿轮传动，传动比为0.67，效率为0.95。液力变矩器有效圆直
18、径，工作液体密度为1。试求发动机和变矩器共同工作输入特性和输出特性。表1 发动机净转矩特性ne(r/min)Te(Nm)8002513.39002657.91000278011002879.612002956.813003011.414003043.615003053.316003040.517003005.218002947.419002867.220002764.421002639.222002491.525000iK02.543.050.000.3871.772.770.690.4351.692.710.730.5101.552.620.790.5951.382.520.820.6411.302.450.830.7001.202.340.840.7571.092.220.830.7841.042.130.810.8051.002.040.810.8531.001.620.850.9011.011.120.910.9461.030.620.97B106发动机至液力机至液力变矩器矩器泵轮轴传动比比为0.67，效率，效率为0.95。液力。液力变矩器有效矩器有效圆直径直径工作液体密度工作液体密度为 。求。求发动机和机和变矩器共同工作矩器共同工作输入特性和入特性和输出特性。出特性。
