El principio de par variable del convertidor de par hidráulico del automóvil
Puntos clave de este capítulo
2.1 Índice de rendimiento dinámico del automóvil
2.2 Conceptos básicos de la mecánica de conducción de automóviles
2.3 Análisis de la dinámica del vehículo
2.4 Condiciones de adherencia a la conducción del vehículo
2.5 Rendimiento dinámico de los vehículos equipados con convertidores de par
2.6 Prueba dinámica del vehículo
La mayoría de los automóviles modernos están equipados con motores de combustión interna de pistón general y sus curvas características externas se muestran en la Figura 2-33a. Dado que el motor de combustión interna de pistón tiene muy poca reserva de potencia a bajas velocidades, sólo puede superar pequeñas pendientes si no está equipado con una transmisión. Para adaptarse a la gran reserva de potencia del automóvil a baja velocidad, las características externas del motor deben ser una curva de potencia constante, como se muestra en la Figura 2-33b.
Si ninguno de los motores tiene transmisión, la misma masa del vehículo y la misma velocidad máxima, el diagrama de equilibrio de potencia del vehículo y el diagrama de equilibrio de fuerza motriz-resistencia motriz se muestran en la Figura 2-34.
Como se puede observar en la figura, aunque la potencia máxima del motor de combustión interna es la misma que la de un motor de la misma potencia. Cuando la velocidad del vehículo es baja, la potencia de reserva de la locomotora de combustión interna es muy pequeña y la fuerza motriz que puede proporcionar también es muy pequeña. Un coche con la misma potencia del motor puede superar grandes pendientes a bajas velocidades sin la limitación de la adherencia de las ruedas motrices. Por lo tanto, la curva característica de un motor de potencia constante se denomina característica ideal del motor de automóvil. Para superar las deficiencias de las características del motor de combustión interna, la mayoría de los automóviles están equipados con una transmisión escalonada, de modo que el automóvil tenga una fuerza motriz y una fuerza motriz cercanas a la misma potencia del motor, mejorando así la potencia del automóvil, como se muestra en Figura 2-35. Cuando el número de marchas de la transmisión aumenta infinitamente, es decir, se adopta una transmisión continua, y la eficiencia mecánica de la transmisión continua es igual a la de una transmisión escalonada, el motor de combustión interna siempre puede funcionar en la condición de máxima potencia, y el La potencia motriz del automóvil es siempre la misma, es decir, la potencia motriz del automóvil es siempre la misma que la del vehículo equipado con la misma potencia. Los motores de los automóviles tienen la misma potencia.
Para permitir que el motor produzca la máxima potencia a cualquier velocidad del vehículo, la relación de transmisión de la CVT cambia con la velocidad del vehículo de la siguiente manera
¿Dónde está la velocidad de rotación cuando el motor produce? potencia máxima (r/min).
El análisis anterior supone que la eficiencia de transmisión de la transmisión continuamente variable es la misma que la de la transmisión de engranajes ordinaria. De hecho, la eficiencia del sistema de transmisión del primero es menor que la del segundo, por lo que el rendimiento energético de los vehículos CVT es inferior al ideal.
La transmisión continuamente variable más utilizada en los automóviles es el convertidor de par hidráulico. Debido al pequeño rango de variación de par, generalmente se utiliza un convertidor de par en serie con una transmisión mecánica automática de tres o cuatro velocidades. De hecho, el propósito de utilizar un convertidor de par hidráulico no es mejorar el rendimiento dinámico del automóvil en buenas carreteras, sino facilitar la operación, un arranque y cambios suaves y hacer que sea menos probable que el motor se cale.
Las características adimensionales del convertidor de par se utilizan generalmente para caracterizar las características del convertidor de par (Figura 2-36). Las características adimensionales dan la ley de la relación de par variable, la eficiencia y el coeficiente de par de la rueda de la bomba que cambian con la relación de velocidad. Entre ellos, la relación de par es la relación entre el par de salida de la turbina y el par de entrada de la bomba.
(2-92)
La relación de velocidad del convertidor de par es la relación entre la velocidad de la turbina y la velocidad de la rueda de la bomba.
(2-93)
La eficiencia de la transmisión es la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada.
(2-94)
Las características de carga del convertidor de par son las siguientes
(2-95)
Donde: la densidad del aceite de trabajo; es el diámetro efectivo del convertidor de par; es la velocidad del impulsor de la bomba. El coeficiente de par del impulsor de la bomba de agua es una constante proporcional.
En la prueba del convertidor de par hidráulico, midiendo y , se puede obtener la relación de par variable, la relación de velocidad, la eficiencia y el coeficiente de par del impulsor de la bomba.
La relación entre el coeficiente de par del impulsor de la bomba y la relación de velocidad muestra la "permeabilidad" del convertidor de par hidráulico, es decir, la relación entre el cambio de carga del impulsor de la bomba y la carga de la turbina. La permeabilidad de un convertidor de par está determinada por su estructura.
Un convertidor de par hidráulico con un coeficiente de par del impulsor constante en cualquier relación de velocidad se denomina convertidor de par "impermeable". Según la fórmula (2-95), la relación entre el par del impulsor del convertidor de par hidráulico estanco y la velocidad del impulsor es simplemente una parábola (consulte la Figura 2-37).
Cuando el acelerador del motor está total o parcialmente abierto, el punto de intersección de esta curva y la curva de par determina el estado de funcionamiento del motor, es decir, su velocidad. Mientras el acelerador del motor permanezca constante, la velocidad del motor permanecerá constante independientemente de los cambios en la resistencia externa y el movimiento del automóvil.
En otras palabras, los cambios en las condiciones de conducción del vehículo sólo afectan los cambios en la velocidad del eje de la turbina, mientras que la carga no tiene ningún efecto en la velocidad de la rueda de la bomba.
Para el convertidor de par de "penetración", cuando el acelerador del motor permanece sin cambios, el cambio en la resistencia de conducción o la velocidad de conducción del vehículo no es un valor fijo. Con las diferentes estructuras del convertidor de par hidráulico, a veces disminuye monótonamente a medida que aumenta la relación de velocidad, a veces el valor aumenta primero y luego disminuye;
La curva de par del impulsor de la bomba del convertidor de par osmótico es un conjunto de curvas (Figura 2-38). Hay un valor en una determinada relación de velocidad que determina la curva de par del impulsor de la bomba. Diferentes relaciones de velocidad tienen diferentes valores y se determina un conjunto de curvas de par del impulsor de la bomba de agua. La intersección de estas curvas con la curva de par cuando el acelerador del motor está total o parcialmente abierto es la velocidad de funcionamiento del motor. Por ejemplo, en el arranque automático, la velocidad de la turbina = 0, es decir, la relación de velocidad = 0, el coeficiente de par de la rueda de la bomba correspondiente es: Si el acelerador está completamente abierto, el motor funciona a esta velocidad durante la aceleración, la velocidad del vehículo; aumenta, la velocidad de la turbina aumenta y la velocidad La relación también aumentó. En este momento, si disminuye a , la velocidad del motor es; si la velocidad del automóvil aumenta nuevamente y continúa aumentando y disminuyendo, la velocidad del motor correspondiente es. El convertidor de par permeable amplía así el rango de revoluciones en el que funciona el motor y el correspondiente rango de par.
La permeabilidad del convertidor de par hidráulico se expresa mediante permeabilidad, la cual se define como
(2-96)
Donde: y significa que la turbina no no girar El par y el coeficiente de par del impulsor de la bomba; el par de la bomba y el coeficiente de par del impulsor son ambos el estado de funcionamiento del acoplamiento, es decir, la relación de par.
Si es así, es un convertidor de par impermeable; si es así, es un convertidor de par permeable. Coches ordinarios, otros vehículos.
Cuando el acelerador está completamente abierto, la curva de relación entre el par de salida del convertidor de par y la velocidad de salida se denomina característica de salida del convertidor de par. Obviamente, basándose en esta característica de salida, se puede determinar el rendimiento energético del automóvil. Usando los puntos de intersección de las características externas del motor y las curvas de par del convertidor de par hidráulico a diferentes relaciones de velocidad en las Figuras 2-37 y 2-38, es decir, el * * del motor y el convertidor de par hidráulico son los Lo mismo cuando el acelerador está completamente abierto. En el punto de operación, las características de salida del convertidor de par se pueden obtener utilizando las características adimensionales del convertidor de par y las ecuaciones (2-92) y (2-93). La Figura 2-39 muestra las características de salida de un convertidor de par hidráulico estanco. La Figura 2-40 muestra las características de salida de un convertidor de par de permeación. También hay curvas dibujadas en el gráfico.
El rendimiento de potencia de un automóvil equipado con un convertidor de par está estrechamente relacionado con el diámetro efectivo d del convertidor de par. A medida que el valor de d disminuye, la curva de par (parabólica) del impulsor de la bomba se vuelve más plana. Por lo tanto, el mismo punto de funcionamiento del convertidor de par del motor, determinado por la intersección de la curva de par del impulsor y la curva de par del motor, debe ser a mayor velocidad y menor par. En otras palabras, el automóvil recibe mucha fuerza motriz a altas velocidades y muy poca fuerza motriz a bajas velocidades.
Para un convertidor de par hidráulico estanco, cambiar el diámetro efectivo d puede mantener el motor a la velocidad cuando el acelerador está completamente abierto. En este momento, si la eficiencia de transmisión del convertidor de par permanece sin cambios, las ruedas motrices siempre pueden obtener la fuerza motriz máxima a diferentes velocidades del vehículo. Pero, de hecho, la eficiencia de transmisión del convertidor de par hidráulico varía mucho en diferentes relaciones de velocidad. El convertidor de par sólo puede tener una alta eficiencia cuando la velocidad de la turbina está dentro de una región pequeña. Al comenzar a acelerar o superar una gran resistencia a pendientes, la velocidad de la turbina y la relación de velocidad correspondiente son muy pequeñas y el convertidor de par se encuentra en un estado de baja eficiencia. Por lo tanto, aunque el motor emite la potencia máxima, la potencia motriz de las ruedas motrices no lo es. tan bueno como la velocidad del motor cuando es baja, es equivalente a cuando la velocidad es relativamente alta y la eficiencia de la transmisión es alta. Por lo tanto, teniendo en cuenta los cambios en la eficiencia de transmisión del convertidor de par hidráulico, es mejor mejorar la fuerza motriz a varias velocidades, incluida la aceleración inicial, para que el motor pueda funcionar a diferentes velocidades. En otras palabras, el convertidor de par debe ser permeable.
Para obtener el mejor rendimiento de potencia, al seleccionar el diámetro efectivo y la transparencia del convertidor de par, la velocidad del motor debe aumentar gradualmente desde el inicio hasta la velocidad de potencia máxima. Cuando la relación de velocidad correspondiente al arranque original es 0, la velocidad del motor es 0, su par es 0 y la fuerza motriz es máxima. La potencia del motor corresponde a la alta velocidad del vehículo. Para reducir el ruido, los coches confort suelen optar por regímenes de motor más bajos.
La economía de combustible y el desgaste del motor también deben tenerse en cuenta al seleccionar el diámetro y la permeabilidad efectivos. No sólo el convertidor de par permeable, sino también el convertidor de par impermeable deben mover la velocidad del motor a una velocidad baja. Los camiones equipados con convertidores de par impermeables suelen funcionar al 90% de velocidad con el acelerador del motor completamente abierto.
Durante la aceleración, a medida que aumenta la velocidad de la turbina, el par de la turbina disminuye gradualmente. En este momento, el par de la turbina es igual al par de la rueda de la bomba (consulte la Figura 2-41 y la Figura 2-42). La relación de velocidad aumenta aún más, la eficiencia cae drásticamente y el convertidor de par hidráulico se encuentra en condiciones de funcionamiento desfavorables. Por lo tanto, cuando se utiliza un convertidor de par hidráulico moderno, el convertidor de par hidráulico se convierte al estado de funcionamiento del acoplamiento hidráulico, o la rueda de la bomba y la turbina se bloquean con un embrague de bloqueo y la potencia se transmite directamente a la transmisión. eje.
La eficiencia de transmisión del acoplamiento hidráulico, es decir, la eficiencia de transmisión del acoplamiento hidráulico aumenta con el aumento de la velocidad del vehículo y la relación de velocidad.
La Figura 2-42 muestra las características adimensionales de un acoplamiento hidráulico.
La Figura 2-43 muestra las características adimensionales del convertidor de par hidráulico integrado después de que la relación de velocidad cambia al estado de funcionamiento del acoplamiento hidráulico. Cuando el automóvil arranca desde el mismo lugar, la velocidad de la turbina, es decir, la relación de velocidad, es máxima. A medida que aumenta, la eficiencia del convertidor de par aumenta mucho más rápido que el acoplamiento hidráulico y luego disminuye nuevamente después de alcanzar el valor máximo. Pero cuando > 1, su eficiencia siempre es mayor que la del acoplador hidráulico. Cuando =1, la eficiencia del convertidor de par es igual a la eficiencia del acoplamiento hidráulico. En este punto, el convertidor de par cambia al acoplamiento hidráulico. Cuando vuelve a aumentar, la eficiencia del acoplamiento hidráulico continúa aumentando, mientras que la eficiencia del convertidor de par disminuye rápidamente. Las características de salida del convertidor de par integrado se muestran en la Figura 2-43.
Para mejorar aún más la economía de combustible, algunos convertidores de par bloquean directamente el impulsor de la bomba y la rueda dañada cuando = L, y luego la potencia se transmitirá directamente a la parte trasera y la eficiencia del convertidor de par está cerca del 100%. Después de eso, se mejoró la potencia y la economía de combustible del automóvil. La Figura 2-44 muestra las características de salida de un convertidor de par con un dispositivo de bloqueo.
Por lo tanto, el convertidor de par integrado o el convertidor de par con embrague de bloqueo evita la reducción de la eficiencia de la transmisión en el área de alta velocidad, mejorando así el rendimiento de potencia y la economía de combustible del vehículo.
Usando las características de salida del convertidor de par hidráulico, la relación de transmisión del dispositivo de transmisión después del convertidor de par hidráulico es =; sustituya la velocidad de rotación y la eficiencia de transmisión en las ecuaciones (2-2) y (2-). 22), puede obtener el mapa de conducción del automóvil.
Cabe señalar que el proceso de transmisión hidráulica consume una parte de la potencia del motor, y esta parte de la potencia a menudo no se incluye en el cálculo de la eficiencia de la transmisión. La pendiente, la aceleración y la velocidad máxima del automóvil se pueden determinar basándose en el mapa de conducción.
Para los automóviles equipados con un convertidor de par hidráulico impermeable, la velocidad del motor permanece sin cambios cuando el automóvil acelera y el coeficiente de conversión de masa rotacional permanece sin cambios. Los automóviles comunes usan un convertidor de par hidráulico permeable,> 1, pero es mucho menor que el valor de la transmisión manual, y sigue siendo aconsejable un cálculo aproximado.
La Figura 2-45 muestra un diagrama esquemático de un automóvil equipado con un convertidor de par hidráulico integrado y una transmisión mecánica de dos velocidades. Al engranar una marcha baja, dado que la relación de transmisión y la relación de velocidad I del convertidor de par hidráulico aumentan, la eficiencia del convertidor de par aumenta, haciendo que la fuerza motriz sea mayor que la marcha alta. La línea de puntos en la imagen es la curva de fuerza motriz de la transmisión escalonada de tres velocidades de este automóvil. De la comparación de estos dos conjuntos de curvas, se puede ver que debido a la baja eficiencia del convertidor de par hidráulico, el rendimiento de potencia de un automóvil equipado con una transmisión de convertidor de par integrada no ha mejorado a altas velocidades, sólo a muy bajas velocidades. A bajas velocidades, en la zona de conducción, su fuerza motriz es mayor que la de una transmisión escalonada general. Pero dado que el automóvil arranca desde velocidad cero (la transmisión escalonada solo puede proporcionar fuerza motriz después de cierta velocidad y debe depender del deslizamiento del embrague para transmitir fuerza motriz a velocidad cero), el arranque es suave y suave, sin ningún impacto. En cuanto al convertidor de par hidráulico con embrague de bloqueo, la fuerza motriz a alta velocidad es equivalente a la de una transmisión de engranajes general, por lo que el rendimiento de potencia aún se puede mejorar.
Un coche equipado con un convertidor de par hidráulico puede generar una gran fuerza motriz y conducir suavemente a bajas velocidades. Esto tiene implicaciones importantes para la transitabilidad al conducir sobre terreno blando o nieve.
La transmisión automática hidráulica, que se compone de un convertidor de par hidráulico y una transmisión mecánica planetaria, es amada por los conductores debido a su excelente comodidad de conducción.