液力变矩器的效率模型研究

　　1 工作原理

　　液力变矩器的基本结构见图1,它主要由3个具有弯曲(空间曲面)叶片的工作轮组成:可旋转的泵轮4、涡轮3、固定不动的导轮5^[1]。泵轮4一般与变矩器壳体2连成一体,用螺栓固定在发动机曲轴1的连接盘上。涡轮3经从动轴7传出动力。导轮5固定在不动的套筒6上。所有的工作轮在变矩器装配完成后,共同形成环行内腔。工作时,储存于环形内腔的工作液体除随变矩器做圆周运动之外,还在循环圆内沿箭头所示方向做循环流动。液体离开泵轮时,以一定的绝对速度进入涡轮,封闭的循环圆迫使液体冲击涡轮叶片^[2],使涡轮获得力矩。

　　2 能量流动及能量损失

　　见图2,在液力变矩器中,流体沿泵轮B、涡轮T、导轮D组成的循环圆流道流动,通过叶片表面的压力分布进行能量传递。当导轮不动的时候,流体经过导轮时没有能量交换。当流体和叶轮接触时,流体对叶轮接触面产生作用力,同时也受到叶轮接触面的反作用力。因此,当流体运动时,不是叶片对流体做功,就是流体对叶片做功,其能量是按照如下方式流动的:泵轮y流体y涡轮。符号设定:泵轮入口为断面1—1,涡轮入口为断面2)2,导轮入口为断面3—3。

　　如果将液力变矩器作为一个系统,则包含流动损失、机械损失、泄漏损失。

　　流动损失:因为工作液体具有粘性,在循环圆内流动的过程中,各流层间和液体与流道壁间有一定的相对速度,不同流层之间就会出现摩擦阻力,形成流动损失。

　　机械损失:指轴承、滑动表面、轴封部分等由于机械摩擦而产生的损失^[3]。包括泵轮轴的轴承和密封的损失,泵轮圆盘摩擦损失,涡轮圆盘摩擦损失,以及泵轮外表面与液体的摩擦损失,涡轮外表面与液体的摩擦损失。前一部分的摩擦热向外界散发,而后一部分的摩擦热则通过泄漏流和机械部件而对流体加热。

　　泄漏损失:一部分是通过机械部件之间的间隙向外部泄漏的液体;另一部分是由于泵轮进口与导轮出口、涡轮出口和导轮进口的内环间有比较小的环形间隙,其内侧压力高,外侧压力低,部分液体就通过间隙由高腔流向低腔,产生泄漏;还有一部分是因为泵轮出口的压力高于进口的压力,故液流由泵轮出口经环形密封再逆流回泵轮进口。

　　3 数学模型的推导过程

　　假定质量为的流体,在单位时间内,外部对其所做的功为W_t,流入的热量为Q_t。流体机械对外部做功时W_t为负,被冷却时Q_t为负。单位质量流量流体具有的内能为e,流速为v,距基准位置的高度为z,重力加速度为g。