不同扁平率无内环液力变矩器设计与性能分析

　　引言

　　目前轿车多为前置发动机前轮驱动，传动系布置空间狭小，因此要求减小液力变矩器的轴向和径向尺寸，液力变矩器结构扁平化成为轿车发展的一个主要方向^{[1 ～2]}。扁平率为循环圆轴向宽度和有效直径之比，研究表明，当循环圆扁平率低于0. 21 时，有内环扁平液力变矩器的整体性能会显著变差^[3]。

　　对于前驱的液力自动变速中高档轿车而言，扁平率大于等于0. 21 的情况下，依然不能满足整车对发动机空间的需要。为进一步拓展空间，在力求不降低变矩器整体性能的前提下，继续缩小变矩器轴向和径向尺寸，本文提出扁平化无内环液力变矩器。为深入了解在无内环情况下扁平率对变矩器内部性能和外部性能的影响规律，在椭圆基础上设计无内环扁平循环圆，并设计3 种不同扁平率无内环变矩器，采用CFD 软件对无内环变矩器内部流场进行数值模拟。

　　1 扁平无内环变矩器设计

　　基于椭圆的扁平循环圆设计方法，从中间流线开始设计，而后确定内、外环，一开始就保证沿中间流线过流面积保持恒等，然后再根据截面的宽度确定内、外环轮廓的形状^{[4 ～5]}。

　　如图1 所示，在ROZ坐标系中，定义循环圆中间流线为椭圆，椭圆的短轴a 与长轴b 之比为变矩器的扁平率，即e = a/b，改变椭圆长、短轴大小就可得到不同扁平率的变矩器，因而采用此方法设计扁平无内环循环圆，表1 列出不同扁平率循环圆结构参数。设计结果如图2 所示。图3 为不同扁率无内环变矩器叶片三维图。

　　2 无内环变矩器内部流场分析

　　2. 1 数值模拟

　　建立完整的无内环不同扁平率的变矩器三维模型和工作流道计算模型，利用滑动网格方法的数值模拟方法对不同转速的叶轮进行统一全流道计算，初步得到无内环变矩器的原始特性^{[6 ～7]}。

　　在变矩器中流体的流动近似为不可压缩的流动，所以采用分离求解器求解控制方程。空间离散格式采用二阶上风格式，湍流模型为标准k-ε 模型，判断收敛的条件是残差值减小到三阶数量级以下，即小于10^-3。边界条件设置中，叶轮交互面设置为网格分界面，其他面都设置为壁面条件。为便于不同方案对比，泵轮转速设定为n_B= 2 000 r / min。

　　2. 2 典型工况整体流场分析

　　本文就失速工况( 速比i = 0) 下整体流场压力和速度分布作分析。

　　叶片角度一致，不同扁平率会影响到叶片的空间形状，如图4 所示，不同扁平率泵轮叶片的外环骨线相似，只是随扁平率变化叶片宽度发生变化，因此直接对不同扁平率变矩器的流动结构进行对比分析是有意义的。