发动机输入特性优化的分析

液力传动车辆的性能，不仅与所应用发动机、液力变矩器、变速箱和行动装置等的性能有关，而且与它们之间的配合是否恰当有关。特别是车辆的牵引性能和燃油经济性，在很大程度上取决于发动机与液力变矩器的共同工作性能是否良好，一台性能良好的发动机，与一台性能良好的液力变矩器共同工作，未必能够得到较为理想的匹配。因此，共同工作与匹配，是两个并不相同的概念。

研究发动机与液力变矩器的共同工作，就是研究它们共同工作的输入特性、共同工作的范围、稳定性以及共同工作的输出特性；研究发动机与液力变矩器匹配，重点则是匹配原则及获得最佳共同工作性能的方法。

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速比i时，液力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。

1.与发动机共同工作的输入特性计算方法

下面以普通单级液力变矩器与全程调速柴油发动机直接相连时共同工作的输入特性为例，简述获得共同工作输入特性的过程和方法。

（1）获取共同工作输入特性，首先需要有液力变矩器的原始特性、发动机净外特性以及变矩器传动介质的密度ρ和有效直径D。

（2）在液力变矩器的原始特性曲线图上（图13.5.1）给定若干液力变矩器的工况（即速比i）。对于普通的单级液力变矩器，可选择起动工况i0；高效区的转速比（η=75％～80％）i1和i2；最高效率工况i*和最大转速比工况（空载工况）imax等。对两相液力变矩器应增加液力变矩器转入耦合器工作时的转速比iM。

（3）根据给定的速比i，由液力变矩器原始特性曲线的转矩系数λB=f（i）曲线分别定出对应的转矩系数值λB0、λB1、λB*、λB2、λBM和λBmax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λB的数值。

（4）根据所确定的不同转速比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MB=ρgλBn2BD5，计算并绘制液力变矩器泵轮的负荷抛物线。

（5）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。图13.5.2为发动机与正透穿性液力变矩器共同工作的输入特性曲线。

图13.5.1　液力变矩器原始特性曲线

图13.5.2　发动机和正透穿性液力变矩器共同工作输入特性曲线

2.与发动机共同工作的输入特性匹配分析

负荷抛物线与发动机转矩净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。(www.xing528.com)

由变矩器最小泵轮转矩系数和最大泵轮转矩系数所确定的两条负荷抛物线，它们所截取的发动机转矩净外特性的曲线部分，即为处于发动机外特性下工作，两者共同工作的范围；这两条负荷抛物线与发动机转矩净外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，见图13.5.3阴影部分。

共同工作的全部范围，为发动机转矩净外特性与两条负荷抛物线所确定的扇形面积，这个扇形面积的大小及所处位置，影响并决定着共同工作的基本性能。

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曲线形状分别见图13.5.3（a）～图

13.5.3（d）。

图13.5.3　不同透穿性的液力变矩器与发动机共同工作的输入特性曲线

（a）不透穿；（b）正透穿；（c）负透穿；（d）混合透穿

3.理想匹配的基本原则

由液力变矩器与发动机共同工作的输入特性来评价两者匹配是否合理时，单从共同工作范围的面积大小来看是不够的，还必须了解共同工作范围在发动机全部工作范围中的位置，也就是在发动机净外特性和部分特性的全部区域。

理想匹配，就是希望共同工作所利用的发动机工作区段，能够良好地满足车辆和工程机械的工作需求，同时还能兼顾到以下几个原则：

（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，就能保证运输车辆和工程机械有较高的平均速度和较高的作业生产率。为此，就要求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；希望高效区所对应的共同工作点在发动机最大功率点附近，充分利用发动机的最大净功率。

（2）为使运输车辆和工程机械在起步工况、爬最大坡度工况或最大载荷的作用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i=0时的负荷抛物线）能通过发动机的最大转矩点。

（3）为使运输车辆和工程机械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gemin的工况附近。这样就可以使车辆的燃料消耗量较小。