工程机械柴油机与液力变矩器合理匹配的新研究
摘要：本文通过对柴油机三个发展阶段外特性的对比，在分析用目前匹配理论对新型柴油机与变矩器进行匹配非合理性的基础上，提出了基于新型柴油机与液力变矩器传动组合新的匹配观点及新的变矩器有效直径确定公式，并举例阐明。
关键词：新型柴油机 变矩器 特性 匹配 有效直径
近年来，为了适应各国日益苛刻的排放法规和油耗法规，柴油机得到了快速发展，如采用可调涡轮增压器，优化进气、喷油系统，改善燃烧等；在降低排放的同时，也极大地改善了柴油机扭矩特性，导致出现了一种所谓“等功率”柴油机，即这种柴油机在一定转速范围内可保持功率为一常数（以下简称新型柴油机），如目前被普遍关注的符合ＥＰＡＴｉｅｒＩＩ／ＥＵ Ｓｔａｇｅ ＩＩ排放标准的电喷柴油机。由于新型柴油机在调速外特性上有十分显著地改变，在与液力变矩器（以下简称变矩器）进行匹配时如何应对这一变化，充分发掘其在动力性、经济性上的改善，既提高整机牵引性能，也使经济性能得以体现，在当今注重整机性能、提倡节能的形势下，进行该项研究具有重要的现实意义。
一、工程机械柴油机不同发展阶段调速外特性对比及当前柴油机与变矩器匹配理论回顾
１．柴油机不同发展阶段调速外特性对比
在近几十年中工程机械柴油机主要经历了三次大的变化：自然吸气式柴油机、废气涡轮增压式柴油机（以下简称增压柴油机）及现在能满足ＥＰＡ ＴｉｅｒＩＩ／ＥＵ ＳｔａｇｅⅡ排放标准的新型柴油机，每次变化表现在其调速外特性上都有较大改变。
１．１．自然吸气式柴油机
自然吸气式柴油机曾在工程机械上被普遍选用，其输出力矩特性曲线通常比较平坦，扭矩适应性系数Ｋ值一般不超过１～１．０５，但功率随转速变化较大。图１ａ为一自然吸气式柴油机６１３５Ｋ４的外特性曲线图。
１２．增压柴油机
近十几年间，增压柴油机在工程机械上得到了广泛应用，其扭矩适应性系数Ｋ值可达１．２５１．３０，在额定转速时功率最大，随转速下降，其功率呈下降趋势。图１ｂ为一增压柴油机ＷＤ６１５ ６７Ｇ３柴油机外特性曲线图。
１．３．新型柴油机
动力性、经济性及排放上的独到优势使得新型柴油机已成为未来工程机械的首选。新型柴油机可在很宽的转速范围内保持功率为一常数，大大改善了整机的牵引和动力性能，扭矩适应性系数Ｋ高达１．５０以上。图１－Ｃ为新型柴油机Ｃｕｍｍｉｎｓ Ｃ８．３柴油机外特性曲线图。
２目前工程机械柴油机与变矩器匹配理论回顾
现公认的匹配理论主要是基于增压柴油机或自然吸气式柴油机与变矩器传动组合而提出的：
２．１保证涡轮轴具有最大输出功率，解决这一问题最简单的方法是使变矩器的最高效率工况和柴油机最大功率工况重合，亦即使代表变矩器最高效率工况的负载抛物线通过柴油机的额定功率点，见图２，由于受变矩器透穿性限制（透穿数Ｔ一般为１．０～２．３），通常情况下的匹配为图２中斜线所示区域。并以此来确定变矩器的有效直径Ｄ：
Ｄ＝
式中：Ｍ—柴油机台架试验确定的额定扭矩；
ｎ—柴油机台架试验确定的额定转速；
λ—与最高效率对应的泵轮扭矩系数；
γ—变矩器内工作液体的重度。
２２为使整机在载荷最大时获得最大输出力矩，应使变矩器零速工况的输入特性曲线通过柴油机的最大实用力矩点。
２３适当地兼顾燃料要求，亦即应尽量使变矩器的输入特性（负荷抛物线束）能通过低油耗区。
二、基于新型柴油机与变矩器匹配观点的提出
１对于新型柴油机如采用上述匹配理论与变矩器进行匹配，则其匹配后的共同工作特性必然如图３中所示。其不足之处有以下几点：
１）柴油机的工作区间位于额定转速附近，当ｉ＞ｉ即当ｎ＞ｎ时，柴油机处于高速低功率的调速区，功率将快速下降，对于此种传动组合而言，其涡轮轴上的平均输出功率并不能达到最大值。
２）新型柴油机高达５０％的扭矩储备未得到利用。设计时为了避免柴油机熄火通常预留１０％的扭矩储备，但ｉ抛物线与外特性曲线交点的Ｍ值仍和０９Ｍ有较大差距，使得整机的牵引性能未得以提高。
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