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第六節(jié)裝有液力變矩器汽車的動(dòng)力性 一 無(wú)級(jí)變速器與汽車動(dòng)力性的關(guān)系 活塞式蒸汽機(jī)除在很低轉(zhuǎn)速外 具有近似等功率的特性 1 三種發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線的對(duì)比分析 具有同一最大功率 活塞式內(nèi)燃機(jī)的后備功率較小 2 三種發(fā)動(dòng)機(jī)的功率平衡圖 根據(jù)上圖作出裝有不同發(fā)動(dòng)機(jī)但均無(wú)變速器而具有同一車重與同一最高車速的功率平衡圖與驅(qū)動(dòng)力 行駛阻力平衡圖 3 三種發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力 行駛阻力平衡圖 如果不匹配變速器 所能產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力也很小 只能通過(guò)百分之幾的坡度 近似于等功率的蒸汽機(jī)汽車可以克服30 以上的坡度 固定功率發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車 在低速下 若無(wú)驅(qū)動(dòng)輪上附著力的限制 可以克服任何坡度 4 活塞式內(nèi)燃機(jī)匹配3擋變速器與等功率發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的動(dòng)力性 當(dāng)變速器的擋數(shù)無(wú)限增多 即采用無(wú)級(jí)變速器 且無(wú)級(jí)變速器的機(jī)械效率等于分級(jí)式變速器時(shí) 活塞式內(nèi)燃機(jī)就可能總在最大功率下工作 即具有與等功率發(fā)動(dòng)機(jī)汽車同樣的動(dòng)力性 只有當(dāng)無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)效率高到與一般齒輪變速器接近 且按照要求的傳動(dòng)比變化規(guī)律變換傳動(dòng)比時(shí) 才能達(dá)到克服發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線缺陷 使汽車具有與固定功率發(fā)動(dòng)機(jī)一樣的驅(qū)動(dòng)功率 充分發(fā)揮活塞式內(nèi)燃機(jī)的功率 改善汽車的動(dòng)力性的目的 否則 安裝無(wú)級(jí)變速器可能反而會(huì)降低汽車的動(dòng)力性 液力變矩器的泵輪由發(fā)動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng) 故泵輪轉(zhuǎn)矩Mp即為發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷 液力變矩器的渦輪軸經(jīng)傳動(dòng)系和驅(qū)動(dòng)輪相連 MT即為渦輪軸傳給傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)矩 由于驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了汽車的動(dòng)力性 因此 液力變矩器渦輪軸上的轉(zhuǎn)矩隨其轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系至關(guān)重要 二 液力變矩器的性能 1 液力變矩器的外特性 當(dāng)泵輪轉(zhuǎn)速 即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為一定值時(shí) 渦輪軸轉(zhuǎn)矩MT 泵輪軸轉(zhuǎn)矩Mp 變矩器效率 隨渦輪轉(zhuǎn)速nT變化的關(guān)系稱為液力變矩器的外特性曲線 液力變矩器的定速外特性曲線 Mp在整個(gè)工作范圍內(nèi)變化不大 MT隨nt的增加而減小 當(dāng)渦輪軸完全停止不轉(zhuǎn)時(shí) MT最大 變矩器效率 隨nT變化的關(guān)系呈拋物線狀 液力變矩器工作時(shí) 渦輪轉(zhuǎn)速nT隨渦輪軸上阻力矩的大小而變化 阻力矩增大則nT減小 MT隨之增大 阻力矩減小 nT增大 MT隨之減小 Mp值變化不大 即發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷變化不大 渦輪軸上的轉(zhuǎn)矩能自動(dòng)地適應(yīng)行駛情況的需要 即能在一定范圍內(nèi)自動(dòng)地 無(wú)級(jí)地改變輸出軸上的轉(zhuǎn)矩 變矩器就成為一個(gè)在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無(wú)級(jí)變速的裝置 液力變矩器的定速外特性曲線 用液力變矩器的無(wú)因次特性來(lái)表征液力變矩順的特征 變矩比k 變矩器效率 及泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù) p隨速比i變化的規(guī)律 無(wú)因次特性由變矩器的臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)得 2 液力變矩器的無(wú)因次特性 變矩比K 渦輪輸出轉(zhuǎn)矩MT與泵輪輸入轉(zhuǎn)矩Mp之比 即 轉(zhuǎn)速比i 渦輪轉(zhuǎn)速nT與泵輪轉(zhuǎn)速np之比 即 效率 輸出功率與輸入功率之比 即 泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù) p 泵輪轉(zhuǎn)矩Mp計(jì)算式中的比例常數(shù) 式中 工作油的密度 D 液力變矩器的有效直徑 np 泵輪轉(zhuǎn)速 無(wú)因次特性曲線液力變矩器的無(wú)因次特性曲線能夠確切地表示一系列不同尺寸而幾何相似的液力變矩器的基本性能 液力變矩器在i較小或較大時(shí) 值很低 只有在中間一個(gè)小范圍內(nèi) 值較高 在任何速比下 泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù) p維持不變的液力變矩器稱為 非透過(guò)性 液力變矩器 其泵輪的轉(zhuǎn)矩與泵輪的轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系可表示為 3 液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合工作時(shí)的輸入特性 只要節(jié)氣門位置不變 外界阻力的變化只引起汽車運(yùn)動(dòng)狀況的變化 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 也是泵輪的轉(zhuǎn)速 始終保持不變 Mp為一條拋物線 Mp與發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門全開或部分開啟時(shí)轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn)決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的工況 即轉(zhuǎn)速 泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù) P隨速比的變化而變化的液力變矩器 稱為透過(guò)性的變矩器 P不是常數(shù) 隨液力變矩器結(jié)構(gòu)不同 P隨速比變化的規(guī)律也不一樣 透過(guò)性液力變矩器的泵輪轉(zhuǎn)矩曲線是一組曲線 這些曲線與發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門全開或部分開啟時(shí)轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn) 就是發(fā)動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩系數(shù)隨速比而變化 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 也是泵輪的轉(zhuǎn)速 也隨之變化 此時(shí)即便節(jié)氣門不變 發(fā)動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩也會(huì)發(fā)生變化 MP0與 P0為渦輪不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 泵輪的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩系數(shù) MPc與 Pc為耦合器工況 即變矩比K 1時(shí) 泵輪的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩系數(shù) 若P 1 1 2 則為 非透過(guò)性 液力變矩器 若P 1 2 則為 透過(guò)性 液力變矩器 一般轎車P 2 其他車輛P 1 3 1 8 液力變矩器透過(guò)性以透過(guò)度P表示 節(jié)氣門全開時(shí) 液力變矩器的輸出轉(zhuǎn)矩MT與輸出轉(zhuǎn)速nT的關(guān)系曲線 輸出特性曲線的確定 1 利用發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線與不同速比時(shí)變矩器轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn) 確定發(fā)動(dòng)機(jī)及變矩器的工作點(diǎn)MP和np 2 利用變矩器的無(wú)因次特性確定K和 P 3 利用公式計(jì)算MT和nT 4 液力變矩器的輸出特性 1 由兩圖可知在nT較小或較大時(shí) 很小 2 在加速過(guò)程中 隨著渦輪轉(zhuǎn)速的提高 渦輪轉(zhuǎn)矩逐減小 當(dāng)nT n T時(shí) K 1 渦輪軸轉(zhuǎn)矩等于泵輪軸轉(zhuǎn)矩 3 進(jìn)一步增加速比 MT Mp 且效率急劇下降 液力變矩器處于不利工況 現(xiàn)代的液力變矩器當(dāng)K 1后 即令液力變矩器轉(zhuǎn)入液力耦合器工況 或裝有鎖上離合器將泵輪與渦輪鎖住 將功率直接輸送到傳動(dòng)軸 液力耦合器的MT MP即K 1 因而其傳動(dòng)效率為 5 液力耦合器的特點(diǎn) 隨著車速的增加 液力耦合器的傳動(dòng)效率也增加 5 綜合式液力變矩器的無(wú)因次特性 速比i 1后轉(zhuǎn)入液力耦合器工況的綜合液力變矩器的無(wú)因次特性 當(dāng)汽車原地起步時(shí) 渦輪轉(zhuǎn)速nT 0 即速比i 0 此時(shí)變矩比最大 隨著nT的增加 i也增加 液力變矩器的效率先以比液力耦合器快得多的速率增加 到最大值后重新下降 當(dāng)K 1時(shí) 它的效率總比液力耦合器高 當(dāng)K 1時(shí) 液力變矩器的效率等于液力耦合器的效率 此刻液力變矩器轉(zhuǎn)入液力耦合器工況工作 當(dāng)i再增加時(shí) 液力耦合器的效率繼續(xù)增加 而液力變矩器的效率則迅速下降 6 綜合式透過(guò)性液力變矩器的輸出特性 7 帶有鎖止裝置的液力變矩器的輸出特性 為進(jìn)一步提高燃油經(jīng)濟(jì)性 有的液力變矩器當(dāng)K 1時(shí) 直接將泵輪鎖住 此后 功率直接傳到后面 此時(shí)液力變矩器的效率為100 所以當(dāng)nT n T之后 汽車的動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性都得到了改善 綜合式液力變矩器或帶有鎖上裝置的液力變矩器 防止了高速區(qū)傳動(dòng)效率的降低 提高了汽車的動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性 三 裝有液力變矩器汽車的動(dòng)力性驅(qū)動(dòng)力圖 i1 液力變矩器之后傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比 1m 液力變矩器之后傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率 r 車輪半徑 m 利用液力變矩器的輸出特性及下面兩公式 可以求出汽車的驅(qū)動(dòng)力圖 一輛裝有綜合液力變矩器與兩擋變速器的汽車的驅(qū)動(dòng)曲線 當(dāng)掛上低速擋時(shí) 由于變速器傳動(dòng)比增加和液力變矩器速比增加帶來(lái)的變矩器效率提高 使驅(qū)動(dòng)力較高速擋大 粉色線是這輛車裝上三擋分級(jí)式變速器時(shí)的驅(qū)動(dòng)力曲線 由于液力變矩器的效率低 裝有綜合式液力變矩器的汽車在高速時(shí)動(dòng)力性并無(wú)改善 只有在很低車速的行駛區(qū)域 它的驅(qū)動(dòng)力才比一般分級(jí)式變速器大 由于汽車從速度為零開始就能連續(xù)不斷地發(fā)出驅(qū)動(dòng)力 所以起步平順 柔和 無(wú)沖擊 裝有鎖止離合器的液力變矩器 高速行駛時(shí)驅(qū)動(dòng)力與一般齒輪變速器相等 所以動(dòng)力性有所改善