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        淺談液力變矩器工作原理及效率問題

        2018-12-05 03:21:10趙慧婷
        汽車與駕駛維修(維修版) 2018年5期
        關(guān)鍵詞:導(dǎo)輪變矩器液力

        趙慧婷

        (陜西省西安市長(zhǎng)安大學(xué)渭水校區(qū) 710018)

        1 液力變矩器的結(jié)構(gòu)

        液力變矩器基本零部件主要有泵輪、導(dǎo)輪與渦輪。泵輪安裝在液力變矩器殼體上,由于其與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸呈剛性連接的形式,所以泵輪的工作狀態(tài)由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸控制;渦輪與變速器輸入軸直接相連,把源源不盡的動(dòng)力提供給變速器;導(dǎo)輪位于渦輪和泵輪之間,由一個(gè)固定軸支撐和一個(gè)單向自由輪組成,單向自由輪允許導(dǎo)輪和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸同向轉(zhuǎn)動(dòng)[1]。

        2 普通液力變矩器工作原理

        液力變矩器主要是利用油液在泵輪——渦輪——導(dǎo)輪——泵輪這樣的循環(huán)流動(dòng)下傳遞功率和轉(zhuǎn)矩的。當(dāng)汽車處于怠速狀態(tài)時(shí),只有泵輪在轉(zhuǎn)動(dòng)做功,而渦輪相對(duì)靜止。當(dāng)渦輪開始發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),觀察其是否為變速器提供動(dòng)力。如果有,那么液壓油在做離心運(yùn)動(dòng),并不斷對(duì)渦輪葉片形成沖擊,但由于渦輪葉片的形狀,從渦輪中沖出的油液沖擊導(dǎo)輪的方向和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反,此時(shí)導(dǎo)輪固定不動(dòng)。同時(shí)因?yàn)閷?dǎo)輪的特殊葉片形狀,從導(dǎo)輪流回到泵輪的油液沖擊泵輪葉片的方向和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。這樣就提供了汽車在起步時(shí)所需要的扭矩。汽車在高速行駛時(shí),從渦輪沖出的油液沖擊導(dǎo)輪的方向和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向逐漸趨于一致,使得導(dǎo)輪開始慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)逐漸失去增扭作用。

        3 液力變矩器的效率問題

        由于泵輪和渦輪之間動(dòng)力的傳輸是依靠油液的循環(huán)流動(dòng),二者之間非剛性連接,所以泵輪和渦輪之間有轉(zhuǎn)速差的存在。這個(gè)轉(zhuǎn)速差在高速時(shí)很明顯,因此汽車在高速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率損失非常大,降低了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。部分生產(chǎn)廠家通過對(duì)此問題進(jìn)行分析得出結(jié)論,如果將鎖止離合器安裝在變矩器內(nèi),通過對(duì)渦輪轉(zhuǎn)速設(shè)定相應(yīng)的參數(shù),在達(dá)到參數(shù)值時(shí),鎖止離合器自主接合,直接把渦輪和變矩器殼體相連在一塊,渦輪和泵輪同時(shí)被發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng),使得發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器成為剛性連接,轉(zhuǎn)速差消除,那么將直接減少汽車高速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的損失,也提高了液力變矩器的傳動(dòng)效率。

        發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力經(jīng)由液力變矩器傳遞至變速器,測(cè)算并提高液力變矩器的傳動(dòng)效率,對(duì)提高整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的效率就顯得尤為重要。有人曾采用一種利用液力變矩器速比間接測(cè)算液力變矩器傳動(dòng)效率的方法,對(duì)某國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)作業(yè)循環(huán)中液力變矩器的傳動(dòng)效率進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,液力變矩器的傳動(dòng)效率,僅有不到50%的時(shí)間工作在高效區(qū)(傳動(dòng)效率為75%~83.5%)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,目前加裝液力變矩器來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的機(jī)動(dòng)車并不能達(dá)到明顯降低油耗的目標(biāo)。因此更加合理的設(shè)計(jì)液力變矩器的結(jié)構(gòu),比如泵輪、渦輪及導(dǎo)輪葉片的形狀等,已成為提高液力變矩器傳動(dòng)效率不可避免的問題。

        針對(duì)液力變矩器結(jié)構(gòu)的研究,傳統(tǒng)研究方法是基于一維束流理論,進(jìn)行一系列的假設(shè),對(duì)液體在液力變矩器中的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)化。這種研究方法的優(yōu)點(diǎn)是模型簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)化,但是因?yàn)槭窃诩僭O(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)行的研究,與實(shí)際情況存在偏差,這種偏差在復(fù)雜工況下尤其明顯。所以目前主要是應(yīng)用三維內(nèi)流場(chǎng)分析理論來優(yōu)化液力變矩器的性能[2]。

        液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的匹配也是影響其傳動(dòng)效率的一大因素,可以說車輛整體的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性,在很大程度上取決于二者之間的匹配程度。目前二者之間常用的匹配方式有全功率匹配、部分功率匹配、折中匹配和優(yōu)化匹配。由于車輛本身就是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),運(yùn)行工況更是時(shí)刻變化,無論哪種匹配方式都難以滿足汽車在運(yùn)行過程中的瞬時(shí)變化要求。因此還需要在原有理論基礎(chǔ)上提出更加優(yōu)化的方案。

        4 結(jié)束語

        液力變矩器發(fā)展至今總體結(jié)構(gòu)組成和工作原理基本沒有發(fā)生大的變動(dòng)。根據(jù)目前汽車擋位數(shù)不斷增加的趨勢(shì)來看,并受限于汽車軸向空間的布置,液力變矩器的外形結(jié)構(gòu)不可避免的會(huì)趨近扁平化。在這方面美、韓、日、德等國(guó)家的許多家汽車企業(yè)在不斷進(jìn)行深入研究。許多商用軟件如CFD、Matlab等也在不斷完善,使得原本需要花費(fèi)巨額資金的汽車試驗(yàn)可以通過建模和仿真在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。加上由于近些年來計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展,其運(yùn)行速度大大提高,因此這些實(shí)用性的軟件平臺(tái)在完善液力變矩器的研究設(shè)計(jì)中作用不容忽視。這也意味著在液力變矩器的未來發(fā)展中,開發(fā)類似的商用軟件也會(huì)成為主流方向之一。

        [1]黃海波,鄒乃威.裝載機(jī)液力變矩器傳動(dòng)效率實(shí)驗(yàn)研究[J].工程機(jī)械.2015.

        [2]王振寶,秦四成.基于典型工況液力變矩器匹配性能的優(yōu)化[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào).2017.

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