发动机与液力变矩器匹配优化

　　1 引言

　　发动机与液力变矩器配合后，可以看作是一种新的动力装置[1]，其性能的好坏很大程度上取决于二者之间的匹配是否合理。好的匹配方案能充分发挥发动机与变矩器各自的优点，使它们有机地结合起来达到良好的整机动力性能和经济性能。本文将在发动机和液力变矩器相关特性运用最小二乘法进行拟合的基础上，以装载机的动力性能为目标建立发动机与液力变矩器的优化模型。

　　2 特性曲线曲线拟合

　　发动机的净扭矩特性曲线 Me-ne可用分段最小二乘法拟合，其模型为：

　　式中：ai，A，B—多项式拟合的系数;Me—发动机净扭矩;ne—发动机转速。

　　发动机的功率和比油耗以及液力变矩器的原始特性同样运用最小二乘法进行拟合。发动机外特性曲线，如图 1 所示。

　　3 液力变矩器与发动机的匹配原则

　　(1)为使装载机具有最大的起步扭矩，液力变矩器零工况的输入特性曲线应通过发动机最大净扭矩。

　　(2)为使液力变矩器在整机工作范围内能充分能利用发动机功率，液力变矩器最高效率工况输入特性曲线应该过发动机额定功率点。

　　(3)装载机应具有良好的燃料经济性，液力变矩器与发动机共同作用范围应处于发动机燃料消耗率最低附近[3]。

　　4 发动机与液力变矩器的优化匹配

　　传统匹配方法主要是满足匹配原则的第二点，即让液力变矩器得最高效率工况过发动机的额定工作点，如图 2 所示。

　　式中：Md—额定转速下的净扭矩。由图可以看出：

　　(1)i=0 时，共同工作点离最大转矩点较远，车辆的启动性能较差。

　　(2)发动机工作区域位于额定转速附近，当 n叟nH时，发动机处于调速区域，功率将快速下降，导致涡轮平均输出功率不高。

　　(3)由图 1 可知额定转速附近燃油消耗率较高，此种匹配，发动机在额定转速附近工作时，经济性能较差。本文基于液力变矩器与发动机匹配原则中的前两条，以装载机动力性能为主要目标提出了优化匹配方案。

　　4.1 设计变量

　　取设计变量为液力变矩器的有效直径 D。

　　4.2 目标函数

　　以装载机动力性能为主要目标，以匹配原则前两个标准为依据，建立目标函数：

　　式中：Memax—发动机最大净扭矩;Mi0—液力变矩器零工况输入特性曲线与发动机净扭矩特性曲线交点处扭矩;Mi*—液力变矩器最高效率工况输入特性曲线与发动机净扭矩特性曲线交点处扭矩;MH—发动机额定转速处的净扭矩;λ1，λ2—系数，λ1取 0.4，λ2取 0.6。4.3 约束条件与 i*对应的输入特性曲线与发动机净扭矩特性曲线交点处转速 n*应满足对应的输入特性曲线与发动机净扭矩特性交点处转速 n0应满足：