发动机与液力变矩器的匹配计算

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发动机与液力变矩器的匹配计算

上海理工大学机械学院

华柯伟

孙跃东

李玉成

［摘要］发动机与液力变矩器匹配的好坏直接影响车辆的性能。本文讨论了发动机与液力变矩器匹配计算的过程，并提出了共同

以具体算例，给出了ＭＡＴＬＡＢ匹配程序的计算结果。工作时系统应满足的要求，确定了量化的评价指标。最后，

［关键词］发动机液力变矩器匹配计算ＭＡＴＬＡＢ

引言

由于液力变矩器具有良好的自适应性，能改善车辆的起步性能、操

高级轿车和船舶上应用广泛。发动机与液力纵性能等，故在工程机械、

变矩器合理匹配是液力传动车辆传动系中主要问题之一，当发动机与液力变矩器组合后，可视为一种新的动力装置，具有新的性能特性，其输出特性的好坏对整机的动力性和经济性有很大的影响。

１．匹配计算过程（１）发动机的净外特性目前，在运输车辆和工程机械中，广泛采用各种柴油机与汽油机作为动力装置，这些发动机的性能，通常用速度特性来表示。

发动机的速度特性是指发动机的功率Ｎｆ、扭矩Ｍｆ、每小时燃料消耗量ＧＴ或比燃料消耗量ｇｅ随发动机转速ｎｆ变化的关系。

发动机的净外特性是指发动机实际输至泵轮轴的功率和扭矩。所以应扣除各辅助设备消耗的功率和扭矩，得净特性。

（２）液力变矩器的原始特性

原始特性能够确切表示液力变矩器性能，最常用的就是原始特性。

的表示一系列不同转速、不同尺寸而几何相似的液力变矩器的基本性能。原始特性是指扭矩系数λＢ、变矩比Ｋ、效率η随转速比ｉ变化的关系。

（３）共同工作的输入特性

发动机与液力变矩器结合时，只有在转速和扭矩相等时，才能稳定的共同工作。

即：ＭＢ＝Ｍｆｊ×ｉｑｎｆ＝ｉｑ×ｎＢ式中，Ｍｆｊ、ｎｆ分别为发动机的扭矩和转速；ＭＢ、ｎＢ分别为液力变矩器泵轮的扭矩和转速。

发动机与液力变矩器共同工作的输入计算，其本质就是求解发动机净扭矩特性与泵轮负载抛物线的一系列交点。

（４）共同工作的输出特性

发动机与液力变矩器共同工作的输出特性，是指液力变矩器输出

功率ＮＴ，发动机耗油量ＧＴ和比耗油量ｇｅ，以及发动机转轴上的扭矩ＭＴ，

速ｎｆ随输出轴（涡轮轴）转速变化的曲线。

在得到共同工作点后，按下式求解共同工作的输出特性：ｎＴ＝ｉ×ｎＢＭＴ＝Ｋ×ＭＢＮＴ＝ＭＴ×ｎＴ

ｇｅＴ＝ｇｅ／η式中：ｎＴ、ＭＴ、ＮＴ、ｇｅＴ为涡轮轴的转速、扭矩、功率和比油耗量；ｎＢ、ＭＢ

为泵轮的转速和扭矩；ｉ、Ｋ、η为液力变矩器的转速比、扭矩系数和效率。

将得到的共同工作的输出特性的离散数据，拟合曲线，绘制出发动机与液力变矩器共同工作的输出特性。

发动机与液力变矩器共同工作的输出特性是车辆牵引计算的基础。

２．液力传动匹配分析

发动机与液力变矩器共同工作的性能，直接影响车辆的动力性能和经济性能，因而应对其作量化评价。常用的评价指标有如下几个：

（１）起动扭矩ＭＴ０

起动扭矩由发动机与液力变矩器共同工作的输出特性求得，即转速为０时，涡轮轴上的输出扭矩。起动扭矩表示车辆起动、加速和克服负载的能力。

（２）变矩器的运动学工作范围ｄｎ

变矩器的运动学工作范围是指液力变矩器在高效范围内，即效率

不低于７５％的范围内，涡轮轴转速的变化范围，它反映了高效工作范围的宽广程度。运动学工作范围ｄｎ＝ｎＴ２／ｎＴ１。

（３）变矩器的动力学工作范围ｄＭ

变矩器的运动学工作范围是指液力变矩器在高效范围内，涡轮轴扭矩的变化范围，它反映了变矩器适应外负荷变化的能力。动力学工作范围ｄＭ＝ＭＴ１／ＭＴ２。

（４）高效范围内平均输出功率ＮＴＰｊ通过共同工作的输出特性，求取高效范围内，涡轮轴上功率ＮＴ与

应用离散数组来表示。通过公式：转速ｎＴ之间的关系，

１ＮＴＰｊ＝Σ［ＮＴ（Ｉ＋１）＋ＮＴ（Ｉ）］［ｎＴ（Ｉ＋１）－ｎＴ（Ｉ）］

Ｔ２Ｔ１ｎ

计算出高效范围内平均输出功率ＮＴＰｊ。（５）高效范围内平均单位油耗量ｇｅＰｊ通过共同工作的输出特性，求取高效范围内，平均单位油耗量ｇｅＰｊ

与转速ｎＴ之间的关系，应用离散数组来表示。通过公式：

Ｔ１

ｎＴ２

１ｇｅＰｊ＝Σ［ｇｅ（Ｉ＋１）＋ｇｅ（Ｉ）］［ｎＴ（Ｉ＋１）－ｎＴ（Ｉ）］

Ｔ２Ｔ１ｎ

计算出高效范围内平均单位油耗量ｇｅＰｊ。动力经济性的综合指标：Ｅ＝ＮＴＰｊ／ｇｅＰｊ。３．算例

某发动机净外特性与液力变矩器的原始特性的曲线如表１和表２所示。

已知变矩器传动油密度为８６０ｋｇ·ｍ－３，变矩器有效直径０．３１５ｍ，发动机与液力变矩器直接联接，即前传动比ｉｑ＝１。

表１发动机外特性数据

Ｔ１

ｎＴ２

扭矩／油耗率／转速／扭矩／油耗率／转速／－１－１－１

·ｍｉｎ）（Ｎ·ｍ）（ｇ·ｋＷｈ）（ｒ·ｍｉｎ）（Ｎ·ｍ）（ｇ·ｋＷｈ－１）（ｒ１０００１１００１２００１３００１４００１５００１６００

４１０４５５４８５５００５１０５０５５００

２２８２２４２２１２１７２１３２１２２０９

表２液力变矩器原始特性数据

转速比变矩系／ｉ数／Ｋ００．１０．２０．３０．４０．５

４．３１４．４３２．９７２．４９２．０５１．６１

效率

／η００．３４３０．５９４０．７４４０．８１８０．８０５

泵轮扭转速比变矩系矩／Ｎ·ｍ／ｉ数／Ｋ１０８．７１１０．７１１４．４１１０．６１０８．１１１２．６

０．６０．７０．８０．９１

１．２２１．０９１．０１０．９１０．８４

效率

／η０．７３２０．７６１０．８０１０．８２５０．８３６

泵轮扭矩／Ｎ·ｍ１１９．２１１１．５１００．３８９．４１８２．９１

１７００１８００１９００２０００２１００２２００

４９０４７５４５５４３７４２０４００

２０８２０９２１０２１３２１７２２２

由于得不到辅助元件消耗的功率，故按经验将发动机外特性数据，

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发动机净扭矩特性曲线与液力变矩器各工况负载抛物线的交点，即为液力变矩器在对应工况的稳定工作点，其对应的转速和扭矩，即为共同工作时发动机与泵轮轴的转速和传递的扭矩。

将输出特性的参数列表，并以涡轮转速为横坐标，涡轮的扭矩、功率和油耗量为纵坐标，即的发动机与液力变矩器共同工作的输出特性，如图２所示。

共同工作输出特性的评价指标如表３所示：

表３匹配结果评价指标

ＭＴ０１６７４．１

ｄｎ３．４

ｄＭ３．１

ＮＴＰｊ６１．４

ｇｅＰｊ２６６．８

扣除１５％得到发动机的净外特性，拟合数据绘制曲线。根据表２的数据，并利用插值计算得到效率为０．７５时即高效工况的负载抛物线，将液力变矩器的输入特性即负载抛物线和发动机的净扭矩特性，以相同的坐标比例绘制在同一张图上，即得发动机与液力变矩器共同工作的输入特性，如图１所示：

４．结束语

发动机与液力变矩器的匹配具有实际意义，其匹配的好坏直接影

传统的匹配方法，通常采用手工计算和响车辆的动力性能与经济性能。

作图法相结合的方法进行，费时费力，且计算精度较差。本文利用ＭＡＴＬＡＢ强大的矩阵计算能力来进行匹配计算，不仅速度快，且计算精度高。

图１发动机与液力变矩器共同工作的输入特性

参考文献［１］朱经昌．液力变矩器的设计与计算［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９９１．

［２］龚纯，王正林．精通ＭＡＴＬＡＢ最优化算法［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００９．４．

［３］孙跃东，周萍，邹敏，麦小波．发动机与液力变矩器匹配的计算机软件开发［Ｊ］．汽车工程，２００４，２６（６）：７０２－７０４．

［４］高久好，陈国兵，姚立波，曾锐．基于Ｍａｔｌａｂ图形界面的发动机与液力变矩器匹配计算［Ｊ］．中国工程机械学报，２００８，６（２）：２０６－２０９．

［５］孙跃东，周萍，尹冰声．液力变矩器与发动机匹配的计算方法研究［Ｊ］．机械制造，２００３，４１（４７１）：３５－３７．

［６］张国芬，张文明，刘晋霞，高全峰．矿用汽车液力变矩器与发动机匹配的研究［Ｊ］．矿山机械，２００６，３４（１２）：４６－４８．

图２发动机与液力变矩器共同工作的输出特性

大学无机化学实验期末考试的改革

上海电力学院能源与环境工程学院

赵宏阳

［摘要］实验室在对２００７年以前无机化学实验课及期末考试进行反思的基础上，对期末考试的内容进行了更新，提高了对实验技

能的要求，并对考试的方式进行了改革。这些措施促进了日常教学，收到了较好的效果。［关键词］实验鉴定考试改革上海电力学院基础化学实验室担负着上海电力学院能源与环境工程学院的化学实验教学任务。实验室在对２００７年以前无机化学实验课及期末考试进行反思的基础上，对期末考试的内容进行了更新，提高了

环节进行了改革。这些措施促进对实验技能的要求，并对考试的方式、

了日常教学，收到了较好的效果。

教学工作虽然涉及方方面面，但两个最重要的方面却是日常教学和期末考核。教师在做好平时教学的同时，一定要注重期末考核。因为

科学、合理地评价学生，而且它也引导着平时教期末考核不仅要全面、

学，它们二者相辅相成。

一、２００７年以前的无机化学实验课及期末考试２００７年以前，由于受经费等因素的制约，我们为大一学生提供的期末考试内容仅限于单一的验证性实验，主要是简单的离子鉴定，使用的

考核的实验技能单一，因此出主要仪器就是试管。由于考试内容单一，

现了以下弊端：

１、日常教学内容受到限制，实验技能训练上主要是简单的试管操

这样做的后果是使作，没有涵盖无机化学实验的其它主要仪器的使用。

学生不能比较全面地掌握无机化学实验的基本内涵，不能加深学生对基础知识的理解，不能增强基本技能的锻炼。同时又挫伤了部分学生实验的积极性，不利于培养学生的科学素养和创新能力。不利于高素质人才的培养。

２、在期末对学生的评价上，由于实验主要是照单抓药，不能客观反映学生的实际水平。也就不能全面、科学、合理地评价学生。

因此，我们在２００８年对无机化学实验的期末考试进行了改革。二、无机化学实验期末考试改革的措施１、实验考试内容（１）保留了物质的鉴定这种考试形式，但将原来的简单离子检验改

为教师模拟生产实际问题，学生自行设计实验方案来测定出未知物中

多种成分的存在，并在此基础上完成鉴定。这要求学生在设计实验方案时，必须考虑周到，并能运用各种物质性质的特殊性解决问题，强化的是定性知识考核。

（２）增加了以常见物质的分离、提纯，物质的制备为内容的实验项目。这不仅需要学生对物质进行定性检验而且引入了成品的制成、产量、产率的计算的定量考核。

题目的改进初步满足了大学无机化学实验对大一学生的要求，大大加强了综合性、设计性实验的训练比重。同时题面上尽可能与生产生活实际相结合，使学生觉得所学知识不仅可用于卷面答题得高分，而且可以切实解决实际问题。

例如，物质的鉴别题：某工厂排放的工业废水中可能含有下列离子：Ｆｅ２＋，Ｆｅ３＋，Ｍｇ２＋，Ａｌ３＋，ＮＨ４＋，Ｃｕ２＋，Ｃｌ－，ＳＯ４２－，ＮＯ３－，ＰＯ４３－中的两种至三

（１）写出设计方案。（２）写出实验步骤，正确种，请鉴别它们。实验要求：

的现象，反应的离子方程式。（３）写出最后结论。

物质的制备题：现实生活中常常在食盐中加入微量的碘酸钾以补充人体对碘的缺乏。请你用２３ｇ粗食盐，一定量的ＫＩＯ３为主要原料制备加碘盐。实验要求：（１）写出实验设计的原理、步骤及所需药品、仪器。（２）计算理论产量及实际产率。

物质的分离提纯题：实验室中的一包白色固体，已知一定量的ＮａＣｌ中含有少量ＭｇＳＯ４杂质，请用化学方法除去杂质，得到纯净的ＮａＣｌ固体。实验要求：（１）写出设计方案。（２）写出实验步骤，正确的现象，反应的离子方程式。（３）检验并计算实际产率。

２、实验技能

前面我们已经谈过，以往的简单离子鉴定训练学生的主要是试管

减压过滤、常压及其操作，改进以后要想完成实验需掌握过滤（热过滤、

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