第六節(jié)裝有液力變矩器汽車的動力性 一 無級變速器與汽車動力性的關系 活塞式蒸汽機除在很低轉速外 具有近似等功率的特性 1 三種發(fā)動機特性曲線的對比分析 具有同一最大功率 活塞式內(nèi)燃機的后備功率較小 2 三種發(fā)動機的功率平衡圖 根據(jù)上圖作出裝有不同發(fā)動機但均無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)動力 行駛阻力平衡圖 3 三種發(fā)動機的驅(qū)動力 行駛阻力平衡圖 如果不匹配變速器 所能產(chǎn)生的驅(qū)動力也很小 只能通過百分之幾的坡度 近似于等功率的蒸汽機汽車可以克服30 以上的坡度 固定功率發(fā)動機的汽車 在低速下 若無驅(qū)動輪上附著力的限制 可以克服任何坡度 4 活塞式內(nèi)燃機匹配3擋變速器與等功率發(fā)動機汽車的動力性 當變速器的擋數(shù)無限增多 即采用無級變速器 且無級變速器的機械效率等于分級式變速器時 活塞式內(nèi)燃機就可能總在最大功率下工作 即具有與等功率發(fā)動機汽車同樣的動力性 只有當無級變速器的傳動效率高到與一般齒輪變速器接近 且按照要求的傳動比變化規(guī)律變換傳動比時 才能達到克服發(fā)動機外特性曲線缺陷 使汽車具有與固定功率發(fā)動機一樣的驅(qū)動功率 充分發(fā)揮活塞式內(nèi)燃機的功率 改善汽車的動力性的目的 否則 安裝無級變速器可能反而會降低汽車的動力性 液力變矩器的泵輪由發(fā)動機直接帶動 故泵輪轉矩Mp即為發(fā)動機的負荷 液力變矩器的渦輪軸經(jīng)傳動系和驅(qū)動輪相連 MT即為渦輪軸傳給傳動系的轉矩 由于驅(qū)動輪的轉矩與轉速決定了汽車的動力性 因此 液力變矩器渦輪軸上的轉矩隨其轉速的變化關系至關重要 二 液力變矩器的性能 1 液力變矩器的外特性 當泵輪轉速 即發(fā)動機轉速為一定值時 渦輪軸轉矩MT 泵輪軸轉矩Mp 變矩器效率 隨渦輪轉速nT變化的關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在整個工作范圍內(nèi)變化不大 MT隨nt的增加而減小 當渦輪軸完全停止不轉時 MT最大 變矩器效率 隨nT變化的關系呈拋物線狀 液力變矩器工作時 渦輪轉速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)動機的負荷變化不大 渦輪軸上的轉矩能自動地適應行駛情況的需要 即能在一定范圍內(nèi)自動地 無級地改變輸出軸上的轉矩 變矩器就成為一個在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)自動無級變速的裝置 液力變矩器的定速外特性曲線 用液力變矩器的無因次特性來表征液力變矩順的特征 變矩比k 變矩器效率 及泵輪轉矩系數(shù) p隨速比i變化的規(guī)律 無因次特性由變矩器的臺架試驗測得 2 液力變矩器的無因次特性 變矩比K 渦輪輸出轉矩MT與泵輪輸入轉矩Mp之比 即 轉速比i 渦輪轉速nT與泵輪轉速np之比 即 效率 輸出功率與輸入功率之比 即 泵輪轉矩系數(shù) p 泵輪轉矩Mp計算式中的比例常數(shù) 式中 工作油的密度 D 液力變矩器的有效直徑 np 泵輪轉速 無因次特性曲線液力變矩器的無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 值很低 只有在中間一個小范圍內(nèi) 值較高 在任何速比下 泵輪轉矩系數(shù) p維持不變的液力變矩器稱為 非透過性 液力變矩器 其泵輪的轉矩與泵輪的轉速之間的關系可表示為 3 液力變矩器和發(fā)動機聯(lián)合工作時的輸入特性 只要節(jié)氣門位置不變 外界阻力的變化只引起汽車運動狀況的變化 發(fā)動機的轉速 也是泵輪的轉速 始終保持不變 Mp為一條拋物線 Mp與發(fā)動機節(jié)氣門全開或部分開啟時轉矩曲線的交點決定了發(fā)動機的工況 即轉速 泵輪轉矩系數(shù) P隨速比的變化而變化的液力變矩器 稱為透過性的變矩器 P不是常數(shù) 隨液力變矩器結構不同 P隨速比變化的規(guī)律也不一樣 透過性液力變矩器的泵輪轉矩曲線是一組曲線 這些曲線與發(fā)動機節(jié)氣門全開或部分開啟時轉矩曲線的交點 就是發(fā)動機的工作轉速 轉矩系數(shù)隨速比而變化 發(fā)動機的轉速 也是泵輪的轉速 也隨之變化 此時即便節(jié)氣門不變 發(fā)動機的工作轉速和轉矩也會發(fā)生變化 MP0與 P0為渦輪不轉動時 泵輪的轉矩與轉矩系數(shù) MPc與 Pc為耦合器工況 即變矩比K 1時 泵輪的轉矩與轉矩系數(shù) 若P 1 1 2 則為 非透過性 液力變矩器 若P 1 2 則為 透過性 液力變矩器 一般轎車P 2 其他車輛P 1 3 1 8 液力變矩器透過性以透過度P表示 節(jié)氣門全開時 液力變矩器的輸出轉矩MT與輸出轉速nT的關系曲線 輸出特性曲線的確定 1 利用發(fā)動機的外特性曲線與不同速比時變矩器轉矩曲線的交點 確定發(fā)動機及變矩器的工作點MP和np 2 利用變矩器的無因次特性確定K和 P 3 利用公式計算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 很小 2 在加速過程中 隨著渦輪轉速的提高 渦輪轉矩逐減小 當nT n T時 K 1 渦輪軸轉矩等于泵輪軸轉矩 3 進一步增加速比 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K 1后 即令液力變矩器轉入液力耦合器工況 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軸 液力耦合器的MT MP即K 1 因而其傳動效率為 5 液力耦合器的特點 隨著車速的增加 液力耦合器的傳動效率也增加 5 綜合式液力變矩器的無因次特性 速比i 1后轉入液力耦合器工況的綜合液力變矩器的無因次特性 當汽車原地起步時 渦輪轉速nT 0 即速比i 0 此時變矩比最大 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K 1時 它的效率總比液力耦合器高 當K 1時 液力變矩器的效率等于液力耦合器的效率 此刻液力變矩器轉入液力耦合器工況工作 當i再增加時 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 為進一步提高燃油經(jīng)濟性 有的液力變矩器當K 1時 直接將泵輪鎖住 此后 功率直接傳到后面 此時液力變矩器的效率為100 所以當nT n T之后 汽車的動力性與燃油經(jīng)濟性都得到了改善 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)傳動效率的降低 提高了汽車的動力性與燃油經(jīng)濟性 三 裝有液力變矩器汽車的動力性驅(qū)動力圖 i1 液力變矩器之后傳動裝置的傳動比 1m 液力變矩器之后傳動裝置的傳動效率 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)動曲線 當掛上低速擋時 由于變速器傳動比增加和液力變矩器速比增加帶來的變矩器效率提高 使驅(qū)動力較高速擋大 粉色線是這輛車裝上三擋分級式變速器時的驅(qū)動力曲線 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動力性并無改善 只有在很低車速的行駛區(qū)域 它的驅(qū)動力才比一般分級式變速器大 由于汽車從速度為零開始就能連續(xù)不斷地發(fā)出驅(qū)動力 所以起步平順 柔和 無沖擊 裝有鎖止離合器的液力變矩器 高速行駛時驅(qū)動力與一般齒輪變速器相等 所以動力性有所改善