液力变矩器评价指标及与发动机共同工作特性

液力变矩器评价指标反映液力变矩器主要特征的性能有如下一些：变矩性能，自动适应性能，经济性能（效率特性），负荷特性，透穿特性和容能特性。

一、变矩性能变矩性能是指液力变矩器在一定范围内，按一定规律无级地改变由泵轮轴传至涡轮轴的转矩值的能力。

变矩性能主要用无因次的变矩比特性曲线)(i f K =来表示。

作为评价液力变矩器变矩性能好坏的指标是如下两种工况的K 值：一是i =0时的变矩比值0K ，通常称之为起动变矩比（或失速变矩比）；二是变矩比K =1时的转速比i 值，以M i 表示，通常称作偶合器工况点的转速比，它表示液力变矩器增矩的工况范围。

一般认为0K 值和M i 值大者，液力变矩器的变矩性能好。

但实际上不可能两个参数同时都高，一般0K 值高的液力变矩器，M i 值小。

因此，在比较两个液力变矩器的变矩性能时，应该在0K 值大致相同的情况下，来比较M i 值；或者在M i 近似相等的情况下，来比较0K 值。

二、自动适应性自动适应性是指液力变矩器在发动机工况不变或变化很小情况下，随着外部阻力的变化，在一定范围内自动地改变涡轮轴上的输出力矩T M -和转速T n ，并处于稳定工作状态的能力。

液力变矩器由于变矩性能均可获得单值下降的)(T T n f M =-的曲线，而具有自动适应性。

自动适应性是液力变矩器最重要的性能之一，因为利用液力变矩器的这一性能，就可以制造自动的液力机械变速箱。

三、经济性能（或效率特性）经济性能是指液力变矩器在传递能量过程中的效率。

它可以用无因次效率特性()f i η=来表示。

一般评价液力变矩器经济性能有两个指标：最高效率值max η和高效率区范围的宽度。

后者一般用液力变矩器效率不低于某一数值（如对对工程机械取75%η=，对汽车取80%η=）时所对应的转速比i 的比值21i d i η=来表示。

1i 、2i 分别为η不小于某一值的最低和最高转速比。

通常认为，高效率范围d η越宽，最高效率值max η的值越高，则液力变矩器的经济性能越好。

但实际上，对各种液力变矩器来说，这两个要求往往是矛盾的。

四、负荷特性液力变矩器的负荷特性是指它以一定的规律对发动机施加负荷的性能。

由于发动机与液力变矩器的泵轮相连，并驱动泵轮旋转，因此，液力变矩器施加于发动机的负荷性能完全可由泵轮的转矩变化特性决定。

52B B B M gD n λρ=在工作油一定，有效直径D 一定时，液力变矩器在任一工况i 时5B gD c λρ=为常数，因此，泵轮的转矩B M 与其转速B n 的平方成正比。

即2B B M cn =这是一条通过原点的抛物线，通常称之为液力变矩器泵轮的负荷抛物线。

负荷抛物线比较清楚地表明随着泵轮B n 的不同所能施加于发动机的负荷。

五、透穿性能液力变矩器的透穿性能是指液力变矩器涡轮轴上的转矩和转速变化时，泵轮轴上的扭转和转速相应变化的能力。

当涡轮轴上转矩变化时，泵轮负荷抛物线不变，泵轮的转矩和转速均不变，称这种变矩器具有不透穿的性能。

当发动机与这种变矩器共同工作时，不管外界负荷如何变化，当油门一定时，发动机将始终在同一工况下工作。

当涡轮轴上的转矩变化时，泵轮负荷抛物线也变化，引起泵轮的转矩和转速变化，称这种变矩器具有透穿性。

发动机与这种变矩器共同工作时，油门不变，而外界负荷变化时，发动机工况也变化。

透穿的液力变矩器根据透穿的情况不同，可分为具有正透穿性的、负透穿性（或反透穿性）的和混合透穿性的。

液力变矩器是否透穿，什么性质的透穿，可以由)(B i f =λ的曲线形状来判断。

当)(B i f =λ曲线随i 增大而B λ单值下，负荷抛物线由0i =到1i =，按顺时针作扇形散布。

当涡轮负荷增大，i 减小时，泵轮上的负荷也增大，液力变矩器具有正透穿性。

当)(B i f =λ曲线随i 增大，而B λ单值增大时，负荷抛物线由0i =到1i =，按反时针作扇形散布。

当涡轮负荷增大，i 减小时，泵轮上的负荷减小，液力变矩器具有负（反）透穿性。

当)(B i f =λ曲线随i 增大，i 先增大后减小时，负荷抛物线由0i =到1i =，先逆时针后顺时针展开。

这种液力变矩器具有混合透穿性。

当)(B i f =λ曲线随i 增大是一条平直线时，负荷抛物线在不同工况时均为一条线。

在实际上，可能是一发布很窄的一组抛物线。

这种变矩器为不透穿的。

车辆上所应用的液力变矩器具有正透穿、不透穿和混合透穿的特性。

由于负（反）透穿特性的液力变矩器，使车辆的经济性和动力性变坏，因此在车辆上不用。

可透穿液力变矩器的透穿程度，以透穿性系数来评价。

常用的透穿性系数的计算公式如下：BMBO λλT = 式中BO λ——起动工况(0)i =下泵轮轴上的转矩系数；BM λ——偶合器工况(,1)M i i K ==点泵轮轴上的转矩系数。

当1>T 液力变矩器具有正透穿特性。

当1=T 液力变矩器具有不透穿特性。

当1<T 液力变矩器具有负（反）透穿特性。

当1=T 时，液力变矩器是完全不可透穿的。

但实际上这种液力变矩器是不存在的。

一般2.1~9.0=T 就可认为是不透穿的液力变矩器。

当6.1>T 时，液力变矩器可认为是具有正透穿性的。

在液力变矩器的设计时，为了方便，有时透穿系数应用如下公式：*B BO λλT =式中 *B λ最大效率工况时泵轮的转矩系数。

六、液力变矩器的容能性能液力变矩器的容能性能是指在不同工况下，液力变矩器由泵轮轴所能吸收功率的能力。

对于两个尺寸D 相同的液力变矩器，容能量大的液力变矩器传递的功率大。

液力变矩器的容能性能可以用功率系数)(i f PB =λ来评价。

由于功率系数 35B BPB n gD P ρλ= 而9549B B B n M P =，所以 9549954935B BBB PB n ρgD n M λλ==功率系数PB λ与转矩系数B λ具有一定的比例关系。

因此，液力变矩器的容能量也可以用转矩系数)(i f B ＝λ的数值来评价。

转矩系数B λ越大，则液力变矩器的容能量也越大，在相同的尺寸，工作液体和泵轮转速下，能够传递更大的功率。

几种典型工况是：起动工况，最高效率工况，高效区工况和偶合器的工况。

在这些工况下获得的具体评价参数是：1．起动工况：0i =；0η=。

在此工况下能够作为评价的参数是起动变矩比0K 和转矩系数0B λ。

2．最高效率工况：max ηη=，可作为评价指标的参数。

此外，尚包括转速比*i 值，以及此工况下的转矩系数*B λ。

3．高效区工况：限定在此区域内工作的效率值η高于％％～8075，相应此效率时，可以得到两个最大和最小的变矩比K 值和两个对应的转速比i 值。

取作评价指标的参数是高效区的最大变矩比1K ，以及高效区最大和最小转速比2i 和1i 的比值12i i d =η。

4．偶合器工况：1K =，Ki i η==一般取此时的转速比M i i =作为评价参数。

另外，转矩系数值B λ也是一个评价参数。

因此，全面评价一个液力变矩器的参数共有十个，即0K 、1K 、max η、*i 、d η、M i 、0B λ、*B λ、BM λ和T 。

这些参数虽然都可作为独立评价液力变矩器一种性能的指标，但有些参数是彼此相互有关的。

例如：BM B T λλ=0；Ki η=等。

液力变矩器与发动机共同工作的传动特性共同工作的输入特性一、发动机与液力变矩器共同工作的输入特性定义发动机与液力变矩器共同工作的输入特性是指液力变矩器不同传动比时，变矩器与发动机共同工作的转矩和转速的变化特性。

它是研究发动机与液力变矩器匹配的基础，也是研究发动机与液力变矩器共同工作输出特性的基础。

二、共同工作输入特性的确定1.需要下列已知条件：（1）液力变矩器的原始特性及发动机的净转矩外特性。

（2）工作液体的密度ρ和液力变矩器的有效直径D 。

2.确定步骤：（1） 在液力变矩器的原始特性曲线图上，给定若干液力变矩器的工况(即转速比i )。

对于普通的单级液力变矩器，可选择起动工况0=i ；高效区的转速比(η等于75—80％) 1i 和2i ；最高效率工况*i 和最大转速比工况(空载工况) max i 等。

对综合式液力变矩器应增加液力变矩器转入偶合器工作时的转速比M i 。

（2） 根据给定的转速比i ，由液力变矩器原始特性曲线的转矩系数)(B i f =λ曲线分别定出转矩系数值B0λ、B1λ、*B λ、2B λ、BM λ和Bmax λ等。

为了作图精确，可以根据需要增加转速比i 的数目，并确定相应的B λ的数值。

（3） 根据所确定的不同i 时的转矩系数值及液力变矩器的有效直径D ，应用液力变矩器泵轮的转矩计算公式52B B B D n g T λρ=，计算并绘制液力变矩器泵轮的负荷抛物线。

当工作液体选定后，ρ为已知的数值。

因此，在某个i 时，ρ、B λ、D 均为常数，于是B M 可写为2B B cn M =式中，B 5λρgD c =，是一个随i 不同而变化的系数。

当B λ随i 的变化规律不同时，即液力变矩器的透穿性不同时，将得到一条或一组负荷抛物线。

（4） 将发动机的净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，即得发动机与液力变矩器共同工作的输入特性。

三、发动机与变矩器共同工作输入特性匹配分析1．共同工作的稳定点负荷抛物线与发动机转矩外特性的一系列交点就是最大油门开度时，发动机与液力变矩器共同工作的稳定点。

其对应的转速和转矩为共同工作时发动机与泵轮轴的转速和传递的转矩。

2．共同工作的范围由最小转矩系数和最大转矩系数所确定的两条负荷抛物线所截取的转矩外特性的曲线部分，即为处于发动机外特性下工作，两者共同工作的范围。

由最小转矩系数和最大转矩系数所确定的两条负荷抛物线与转矩部分特性的交点所确定的曲线范围，为在发动机部分供油时，发动机与液力变矩器共同工作的范围。

3．理想匹配1) 在液力变矩器的整个工作范围内，应能充分利用发动机的最大有效功率，因为功率利用率高，就能保证车辆有较高的平均速度。

最高效率点工况对应的负荷抛物线，最好通过发动机的最大功率点。

高效区所对应的速比在最大功率点附近，充分利用发动机的最大净功率。

2) 为使车辆在起步工况或爬最大坡度的工况下能够获得最大的输出转矩，希望液力变矩器在低转速比时的负荷抛物线(特别是0=i 时的负荷抛物线)能通过发动机的最大转矩点。

3) 为使车辆具有良好的燃料经济性，希望共同工作的整个范围能够在发动机的比燃料消耗量最低值emin g 的工况附近。

这样就可以使车辆的燃料消耗量较小。

4．不同透穿性的变矩器与发动机匹配特性影响共同工作范围宽度的主要因素是液力变矩器的透穿性。

具有不透穿、正透穿、负透穿、混合透穿性的液力变矩器与发动机共同工作的特性形状见幻灯片。