发动机动力匹配方法

这样即得到输出特性M1、M2、n1、η =f（n2）曲线上与1i 相对应得一个点（1M1，1n2）、（1M2，1n2）、（1n1，1n2）、
（1η ，1η 2），多取几个i值，即可求得输出特性M1、M2、n1、
η =f（n2）曲线。 8.千转扭矩MBg 现在，我国目前多用千转扭矩MBg表示变矩器能容。 MBg=Mb/(Nb/1000)2 与软件中λ γ （104）=MBg*104/（10002*D5） 即变矩器特性参数给出的是：MBg、K、i、η
飞轮转速ne=n1，故M1=f（i）
就是发动机的负荷特性曲线。
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。
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， 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
（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%
1λ 1λ 1= 2= 1M 1M 1 /（γ 2 /（γ
n1 2 D5 ）
n1 2 D5 ）
而，i=1n2/n1，这样即得λ =f（i）曲线上两个点（1i、1λ 1） 及（1i、1λ 2），同样得方法类推，即可得变矩器原始特性曲线 λ 1、λ 2=f（i），如图（b）所示。 变矩器的原始特性曲线除了给出λ 1、λ 2=f1、2（i）外，还 要绘出K、η =f3、4（i）曲线，如下图。
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。 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。
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。 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。
η =η
max的工况称为最高效率工况，此时传动比iη η
、变矩系
数Kη 、力矩系数λ
，都作为评价指标。
3.高效工作区域 效率值η 不低于给定值（一般是75-80%）的区域称为高效工
作区域，作为评价指标的参数是高效区的最大变矩系数Kp以及高 效区域传动比的范围dp。
通常认为高效工作区域范围越宽（dp值越大），最高效率
5.能容 表示变矩器传递能量的能力，我国用泵轮力矩系数λ 1表示 变矩器传递能量的能力大小。 6.变矩器的原始特性 变矩器的原始特性是研究λ 1、λ 2=f（i）的变化关系。 泵轮传递力矩的比例常数为λ 1 ，涡轮传递力矩的比例常数 为λ 2，它们也被分别叫做泵轮力矩系数和涡轮力矩系数。 泵轮力矩和涡轮力矩方程为： M1= λ 1γ n12D5 M2= λ 2γ n12D5 泵轮力矩系数λ 1和涡轮力矩系数λ 2是在试验台测得数据求 得的。
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1λ 1、1K、1η ， 作出发动机负荷抛物 线，即变矩器输入特
Hale Waihona Puke 性，图（b），M1=1λ 1γ n12D5和柴油 机的速度特性的交点
1M
e、
1n
e，故 1= 1M e， 1n 1= 1n e
1M
而，1M2=1K·1M1=1K·1Me，1n2=1i·1n1=1i·1ne 这时，变矩器的传动效率1η 。
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。
液力变矩器，一定的工作液体，给定传动比下，λ 1γ D5=常数C， 故 M1=Cn12 M1是随n1变化，通过坐标原点的抛物线。 当i变化时，λ 1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
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。 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，牵引力可在附 着条件容许限度内得到很好地利用，从而提高了车辆的通过性能。
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。 第一步，输 入已知参数
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： Pe=Te.n/9550
η
max值越大，变矩器的性能越好。
按右图示，简单分析一下 如何配合为好：
1）发动机全功率匹配扭
矩曲线2，此时不与负荷抛物线
相交，发动机只能使用在部分
特性和调速特性上，即配合的不好。 2）发动机全功率匹配扭矩曲线3，发动机仅能在低转速下工
作，此时发动机不能发挥最大功率。
为了使两者联合工作的性能良好，在为给定的发动机选择变
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。 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。
式中， Te—有效转矩（N.m）； n—曲轴转速（r/min）。 燃油消耗率：在上述试验 台上测出消耗一定量燃料 所经历的时间，用以换算 发动机每小时消耗油量B， 按下式计算燃油消耗率be。 be=B/Pe*103 发动机最小燃油消耗 率的相应转速一般是介于 最大转矩时转速和最大功 率时转速之间。
二、动力匹配研究的对象和已知条件
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 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。
右图为变矩器 特性试验装置。 发动机 试验时，保持 或 泵轮转速恒定，改 变M2，测得M1、n2， 测功器 再根据上述力矩方 程，即可求得