杭州地铁能刷银联卡吗:汽车变矩器的变矩原理

装有液力变矩器汽车的动力性

本章要点

2.1 汽车动力性指标

2.2 汽车行驶力学基础

2.3 汽车动力性分析

2.4 汽车的驱动附着条件

2.5 装有液力变矩器汽车的动力性

2.6汽车动力性试验

现代汽车绝大多数装用一般活塞式内燃机，其外特性曲线如图2－33a所示。由于活塞式内燃机在低速工况下的后备功率很小，若不配备变速器，只能通过很小的坡度。为了能适应汽车在低速时具有较大的后备功率，发动机应外特性应为等功率曲线，见图2－33b。

若这两种发动机均无变速器、汽车质量相同及最高车速相同，则汽车的功率平衡图与驱动力—行驶阻力平衡图如图2—34所示。

由图可见，虽然内燃机的最大功率与等功率发动机的功率相同。但内燃机汽车在车速低时后备功率甚小，能提供的驱动力也很小。而等功率发动机汽车，在低车速下，若无驱动轮对附着力的限制，则可克服很大的坡度。因此，等功率发动机的特性曲线被称为理想的汽车发动机特性。为了克服内燃机特性的缺陷，一般汽车都装有有级变速器，使汽车具有接近于装有等功率发动机时的驱动功率与驱动力，从而改善汽车动力性，如图2－35所示。当变速器挡数无限增多，即采用无级变速器，且设无级变速器的机械效率等于分级式变速器时，内燃机就可能总是在最大功率工况下工作，汽车的驱动功率总等于，即具有与装备等功率发动机汽车同样的动力性。

为了使发动机在任何车速下都能发出最大功率，无级变速器的传动比随车速的变化规律为

式中，为发动机发出最大功率时的转速(r/min)。

上述分析的假设条件是无级变速器的传动效率与普通齿轮变速器的相同。实际上，前者的传动系效率低于后者的，因此无级变速器汽车的动力性比理想的下降一些。

汽车上用得最多的无级传动是液力变矩器。由于变矩器的转矩变化范围较小，一般都同三挡或四挡自动机械变速器串联使用。实际上，采用液力变矩器并不在于改善汽车在良好路面上的动力性，而是操作简便，起步、换挡平顺，且发动机不易熄火。

通常用液力变矩器的无因次特性来表征液力变矩器的特性(图2－36)。无因次特性给出了变矩比、效率及泵轮转矩系数随速比变化的规律。其中，变矩比为涡轮输出转矩与泵轮输入转矩之比

(2-92)

变矩器速比为涡轮转速与泵轮转速之比

(2-93)

传动效率为输出功率与输入功率之比

(2-94)

变矩器负载特性为

(2-95)

式中，为工作油的密度；为变矩器有效直径；为泵轮转速。泵轮转矩系数为比例常数。

在变矩器的试验中，测得、、和，即可找出变矩比、速比、效率及泵轮转矩系数。

泵轮转矩系数与速比的关系表明了变矩器的“透过性”，即泵轮载荷变化情况与涡轮载荷的关系。液力变矩器的透过性是由其结构决定的。

在任何速比下，泵轮转矩系数维持不变的液力变矩器称为“非透过性”的变矩器。由式（2－95）可知，非透过性液力变矩器的泵轮转矩与泵轮转速的关系只是一条抛物线(见图2－37)。

曲线与发动机节气门全开或部分开启时转矩曲线的交点就决定了发动机工况，即其转速。只要发动机节气门不变，不论外界阻力和汽车运动状况有什么变化，发动机的转速保持不变。即汽车行驶条件的改变，只影响涡轮轴转速的改变，而负载对泵轮转速无任何影响。

对于“透过性”液力变矩器而言，汽车行驶阻力的变化或行驶速度的变化，在发动机节气门不变的条件下不是常数值。随着变矩器的结构不同，有时随着速比的增加单调减少；有时值起先增加，然后再减小。

透过性液力变矩器的泵轮转矩曲线是一组曲线(图2—38)。一定速比之下有一值，确定了一根泵轮转矩曲线。不同速比时值不同，确定了一组泵轮转矩曲线。这些曲线与发动机节气门全开或部分开启时转矩曲线的交点，就是发动机的工作转速。例如，汽车起步时，涡轮转速＝0，即速比＝0，相应的泵轮转矩系数为，若节气门全开，发动机以转速运转；在加速过程中，汽车速度增加，涡轮转速增加，速比也加大，此时减小到，则发动机转速为；汽车速度再增加，与继续增加，减至，相应的发动机转速为。所以，透过性液力变矩器扩展了发动机运转的转速范围和相应的转矩范围。

液力变矩器的透过性以透过度表示，其定义为

（2－96）

式中:与为涡轮不转动时，泵轮的转矩与转矩系数；与为耦合器工况，即变矩比时，泵轮的转矩与转矩系数。

若，则为非透过性的液力变矩器；若，则为透过性的液力变矩器。一般轿车，其它车辆。

在节气门全开时，液力变矩器的输出转矩与输出转速的关系曲线称为液力变矩器的输出特性。显然，根据此输出特性可以确定汽车的动力性。利用图2-37和图2-38中的发动机外特性与不同速比时变矩器转矩曲线的交点，也就是节气门全开时发动机与液力变矩器的共同工作点，并运用变矩器无因次特性以及式（2－92）、式（2－93）即可求出变矩器的输出特性。图2-39是非透过性液力变矩器的输出特性。图2－40是透过性液力变矩器的输出特性。图上还画了、、曲线。

装有液力变矩器汽车的动力性与液力变矩器的有效直径D的大小有密切关系。当D值减小时，泵轮的(抛物线)转矩曲线将变得更平缓一些。因此，由泵轮转矩曲线与发动机转矩曲线的交点所决定的发动机变矩器的共同工作点，必处于较高的转速与较低的转矩。换言之，汽车在高速时获得较大的驱动力，而在低速时驱动力较小。

对于非透过性液力变矩器而言，改变有效直径D，能使发动机在节气门全开时处于转速下发出的功率。此时，若液力变矩器的传动效率为常数，则在不同车速下，驱动轮总是能获得最大驱动力。但实际上，液力变矩器的传动效率随着速比的不同而有很大变化。只有当涡轮转速处于很小的区域中时，变矩器才有高的效率。起步加速或克服大的坡道阻力时，涡轮转速和相应的速比都很小，变矩器处于低效率工况，所以尽管发动机发出最大功率，而驱动轮上的驱动功率还不如在较低发动机转速下，相当于较大速比和较高传动效率时的驱动功率。因此，考虑到液力变矩器传动效率的变化，要尽可能提高各种车速下的驱动力，包括起步加速在内，发动机最好能处于不同转速下工作。也就是说，变矩器应是透过性的。

为了获得最佳动力性，选择有效直径与变矩器的透过度时，应令发动机转速由开始逐渐升高到最大功率转速。相应于原地起步速比=0时，发动机转速为，其转矩为，驱动力最大。相应于高的车速时，发动机功率为。为了减少噪声，舒适的轿车常选用低于的发动机转速。

在选择有效直径与透过度时，还要考虑到燃油经济性与发动机磨耗。不仅是透过性变矩器，连非透过性变矩器都要使发动机转速向较低转速方向移动。选有非透过性变矩器的货车，发动机节气门全开时，常以90%转速工作。

在加速过程中，随着涡轮转速的提高，涡轮转矩逐渐减小，当时，涡轮转矩等于泵轮转矩(见图2-41、图2-42)；再进一步增加速比，且效率急剧下降，液力变矩器处于不利的工况。所以，现代的液力变矩器当后，即令液力变矩器转入液力耦合器工况，或装有锁止离合器将泵轮与涡轮锁住，功率直接输送到传动轴。

液力耦合器的，即，因而其传动效率为故随着车速的增加，液力耦合器的传动效率随速比变大而提高。

图2-42给出了液力耦合器的无因次特性。

图2-43是速比后转入液力耦合器工况的综合式液力变矩器的无因次特性。当汽车由原地起步时，涡轮转速，即速比，此时变矩比最大为，随着的增加，也增加，液力变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。但当＞1时，它的效率总比液力耦合器高。当=1时，液力变矩器的效率等于液力耦合器的效率，此刻液力变矩器转入液力耦合器工作。当再增加时，液力耦合器的效率继续增加，而液力变矩器的效率则迅速下降。综合式液力变矩器的输出特性如图2－43所示。

为了进一步提高燃油经济性，有的液力变矩器当=l时，直接将泵轮与祸轮锁住。此后，功率将直接传到后面，液力变矩器的效率接近100%。所以当之后，汽车的动力性和燃油经济性都得到了改善。图2－44给出了带有锁止装置的液力变矩器的输出特性。

因此，综合式液力变矩器或带有锁止离合器的液力变矩器，防止了高速区传动效率的降低，从而提高了汽车动力性与燃油经济性。

利用液力变矩器的输出特性,并将液力变矩器后面传动装置的传动比＝；转速和传动效率代入式（2－2）、式（2－22），可以求出汽车的驱动力图。

应当指出，液力传动过程消耗了发动机的一部分功率，计算传动系效率时常不包括这部分功率。根据驱动力图，就可确定汽车的爬坡度、加速度与最高车速。

对于装有非透过性液力变矩器的汽车，汽车加速时发动机的转速始终维持不变，旋转质量换算系数；一般轿车均采用透过性液力变矩器，>1，但比手动变速器的值要小得多，粗略计算时仍可取。

图2—45中实现是一辆装有综合式液力变矩器与两挡机械变速器汽车的驱动力图。当挂上低速挡时，由于变速器传动比增加和液力变矩器速比i增加带来的变矩器效率提高，使驱动力较高速挡为大。图中的虚线是这辆汽车装有三挡分级式变速器时的驱动力曲线。这两组曲线的对比可看出，由于液力变矩器的效率低，装有综合式液力变矩器传动的汽车在高速时动力性并无改善，只有在很低车速的行驶区域，它的驱动力才比一般有级式变速器大。但由于汽车从速度为零开始就能连续不断地发出驱动力(有级式变速器只有从一定速度后才能提供驱动力，车速为零时必须依靠离合器滑转才能传递驱动功率)，所以起步平顺柔和无冲击。就装有锁止离合器的液力变矩器而言，高速行驶时，驱动力与一般齿轮变速器的相等，所以动力性仍能有所改善。

装有液力变矩器的汽车，在低速下能发出很大的驱动力并稳定行驶。这对于在松软地面或雪地行驶的通过性具有重大意义。

由液力变矩器和行星机械变速器组成的液力自动变速器，由于其优异的驾驶方便性而受到驾驶者的喜爱。