CN1693738A - 肺型高效无级变速器 - Google Patents

Abstract

一种燃油能耗低，能力性能好且能延长发动机寿命的带超速档的肺型高效无级变速器，它由肺型高效变矩器、涡轮从动轴、直接传动轴、行星齿轮系，执行元件组成，变速器壳体和变速器输出轴组成，肺型高效变矩器有变矩器外壳、肺型泵轮、肺型涡轮和导轮组成，是单级二相三元件结构，轴面呈肺型，其动力传递由轴心线重合且套于一起的涡轮从动轴和直接传动轴按不同的传动比组成三种动力传递组合，本发明利用肺型高效变矩器大的变扭系数，高的效率和良好的透过性以及三种动力传递组合来实现，使变速器能在任何路况下即有好的动力性能又处于高效率工况下工作，本发明可用于排量小于4.0升，带超速档的汽车。

Description

肺型高效无级变速器

技术领域：本发明涉及一种家用轿车液力自动变速器，尤其是能同时具有高效率，大的变扭系数和好的正透过性三位一体的肺型高效无级变速器。

背景技术：目前，公知的家用轿车无级变速器是由变矩器、中间轴、行星齿轮系、执行元件组、变速器壳体和变速器输出轴组成。而变矩器多采用单级二相三元件或单级三相四元件的结构，变矩器主要有变矩器外壳、泵轮、涡轮和1-2个导轮组成，轴面投影形状是圆型、扁圆型、椭圆型、心型或桃型。该结构的液体循环路经是由泵轮到涡轮到导轮到泵轮，涡轮是向心涡轮，此结构在变速器工作时具有较好的正透过性。其动力传递是：发动机曲轴将动力传给与它相连的变矩器外壳上，变矩器外壳与泵轮相连并带动其共同旋转，泵轮将曲轴传递过来的机械能变为工作液体的机械能，具有机械能的液体射入涡轮中，涡轮将液体的机械能转化为涡轮的机械能旋转并由与它相连的中间轴传到行星齿轮系中，在执行元件组的控制和执行下，按不同的传动比由变速器输出轴传输出去。

但是，目前世界上采用上述技术存在着一个根本问题是轿车燃油能耗大，其主要原因有三点，其一：家用轿车为了使乘座的动力性能和舒适性能好，并且使发动机的寿命更长，限制了变矩器的效率提高，因为轿车的动力性能是由变矩器的变扭系数所决定，发动机的使用寿命受到变矩器透过性的影响，而轿车的燃油能耗是由变矩器的效率所决定，该三个参数即紧密联系又相互矛盾，采用有正透过性的变矩器，就限制了其变扭系数，必然导致效率下降；要有好的效率，变扭系数必定要小，轿车的动力性能较差；目前的无级变速产品达不到三者兼故。其二：目前的无级变速技术其动力传递基本上都是通过变矩器传递，动力传递单一，变矩器要想在各种路况下都达到好的效率，几乎是不可能的。目前技术为了在低传动比下获得好的效率，采用了偶合和闭锁工作状态，即使采取这两种工作状态，其工作的高效区的效率仍然较低，燃油能耗还是过大。其三：目前无级变速技术中变矩器的液力损失较大，液力效率较低。

目前世界上无级变速技术的典型技术可以归为三类：其一：美国克莱斯勒公司的专利技术POWER FLLTE和中国的红旗CA770技术，在中高传动比时，动力传递由变矩器的泵轮到涡轮到中间轴到行星齿轮系到输出轴；在低传动比时，变矩器外于偶合器工作状态，泵轮和涡轮偶合运行将动力传给中间轴，再由中间轴到行星轮系到输出轴。其优点是在低传动比时变矩器处于偶合器工作状态，使其处于高效区，但缺点是涡轮与泵轮之间存在着一定的滑差，使变矩器的效率下降，该结构即使是在高效率区运行时的效率仍然较低。该技术的变矩器采用单级三相四元件结构，变矩器轴面投影图型是圆型、泵轮叶片是经向平直叶片，涡轮叶片是弯曲叶片，导轮单向双导轮形式，其特点是(1)液体循环路线是由泵轮到涡轮到第一导轮到第二导轮到泵轮，该结构具有较好的正透性，使发动机的适应性广；(2)泵轮由于采用径向平直叶片，叶片出口安放角是90°，其所产生的能头中动能头占有50％，但其出口速度较高，出口动量矩大，因此该结构变矩器变矩系数大，汽车的动力性能好，但其能头的利用率较低，因此效率较低，非常耗油；(3)该结构轴面投影是圆型、叶片是平直形状，液体在流道中的液力损失较大、液力效率较低；(4)采用双导轮结构、液体在循环流道中的元件间的结合部位增多，液体在结合部位的冲击损失和局部损失加大。从以上方面分析，该技术具有变扭系数较大，动力性能较好的同时具有较好的正透性，但是其缺点是液力损失太大，效率低，燃油耗太高。其二是日本技术如丰田A43DE无级变速器，该技术的变矩器是单级二相三元件结构，其动力传递在中高传动比时，与第一类相似，在低传动时采用闭锁运行，提高了低传动比时的效率，但其在向闭锁状态过渡时，变矩器冲击损失较大，降低了效率，增加了燃油能耗；该技术变矩器的特点是：其轴面投影图型呈桃型，泵轮和涡轮的叶片呈翼型，泵轮出口安放角大于90°，进口安放角大于或等于90°，导轮是单向导轮，其特点是(1)流道形状更接近于实际流线形状，其液力损失较小，液力效率较高；(2)泵轮出口安放角大于90°，其泵轮所产生的能头大，而且动能头所占的比例大，出口速度高，变矩系数大，变速器的动力性能好。缺点是：(1)泵轮虽然产生的能头大，但是相对速度大，过流部件损失大，泵轮的效率低；(2)泵轮进口安放角大于或等于90°时，进口速度环量增大，使得泵轮效率降低；(3)各个元件的接合部位的冲击损失大，能耗加大。综合上述，第二类技术的综合特性优于第一类技术，其变扭系数较大，而且效率也有所提高，但是其效率仍然较低，燃油能耗仍然较高。第三类技术如美国福特公司的专利技术产品AUTO-OVERDRIVE，该技术的特点是在高传动比工况下，变矩器没有滑差，效率较高，在中低传动比工况下，采用动力分流，三档时动力的40％由变矩器传递，60％由机械传递，四档时，动力100％由机械直接传递，使动力在各个传动比情况下得到比较充分的应用，其突出的优点是效率高，节省燃油，但是缺点是泵轮采用出口安放角小于90°的设计，其能头小但效率高，而且在所产生的能头中动能头所占的比例小，因此其出口动量矩小，变扭系数小，动力性能较差，因此该技术与前两类相比：效率更好，节省燃油，但变扭系数小，动力性能较差。

从目前已知的汽车无级变速技术看，变速器燃油能耗大的主要原因是其效率低，而变速器效率低的主要原因是变矩器的效率低和动力传递单一，即使采取使用闭锁和偶合工作状态来提高效率，但由于偶合时存在着滑差和闭锁时大的液力冲击损失，均影响效率的提高。

发明的目的，本发明的目的是提供一种肺型高效无级变速器，它不仅有大的变扭系数，好的动力性能；而且有高的效率，节省燃油；同时又具有好的正透性。

技术方案：本发明的目的是这样实现的：它由肺型高效变矩器和建立在其性能基础上的多种动力传递组合来实现的。肺裂高效变矩器在高传动比局部范围内，使其具有高的效率前题下保持有大的变扭系数和好的正透过性，在中低传动比范围内，利用多种动力传递组合来实现高效率，充分利用变矩器和发动机额定工况下的高效率，实现动力传递分流，使得变速器无论在何种路况下，都保持在一种高效率工况下工作，并且能够满足动力性能和透过性能。

它由肺型高效变矩器，涡轮从动轴，直接传动轴，行星齿轮系，执行元件组，变速器输出轴和变速器壳体组成，而肺型高效变矩器由变矩器外壳、肺型泵轮、肺型涡轮和导轮组成，变矩器是单级二相三元件结构，轴面投影形状是肺型形状，变矩器外壳与肺型泵轮相连，肺型泵轮垂直装于涡轮从动轴上并可以绕其轴线自由转动，肺型涡轮与泵轮平行安装并与涡轮从动轴刚性连接，涡轮从动轴套于直接传动轴上并可以在其上自由转动，两者轴线重合，涡轮从动轴和直接传动轴都接到行星齿轮系中，齿轮系与执行元件组一起组成变速器的控制和执行部分，通过执行元件组的控制由变速器输出轴将动力传输出去。其中涡轮从动轴和直接传动轴组成多种传递途径，代替了目前公知技术中的中间轴传递功能。下面逐个阐明实现高效率、大的变扭系数和好的正透性的技术方案。

一、其高的效率是这样实现的：肺型高效无级变速器的高效率是由肺型高效变矩器和建立在它性能之上的动力传递组合来实现的。变矩器的性能是由它的轴面投影图型形状和它的工作轮进出口参数，叶片数以及各工作轮之间的配合关系所决定，轴面投影形状对工作轮的效率和能头有影响，工作轮的进口参数：叶片进口安放角、叶轮进口直径、叶片进口边宽度三个几何参数对工作轮的效率和汽蚀有重要影响，而出口几何参数：叶片出口安放角，叶轮出口直径，叶片出口边宽度三个几何参数和叶片数一起对效率和能头有重要影响；而工作轮之间的配合关系对液力损失的大小有决定的影响，因此，肺型高效变矩器是对上述各个参数的优化组合，从而满足设计要求。

1、肺型泵轮：其轴面投影形状是半肺型；叶片数21片，叶片呈翼型；出口几何参数：出口安放角100°，出口有效直径181mm，中间流线出口直径170mm，叶片出口边宽度10mm；进口几何参数：叶片进口安放角80°，中间流线进口直径95mm，叶片进口边宽度21mm；此结构和参数组合，是考虑到泵轮生产工艺的前提下对泵轮所能产生的能头、效率、和流量以及汽蚀等方面的优化组合，根据无穷叶片数泵轮的理论中欧拉公式和能量公式计算，此泵轮所产生的能头高，效率高，而且汽蚀性能的可能性降低。

2、肺型高效涡轮：其轴面投影形状呈半肺型，叶片为翼型，进口安放角42.6°，进口宽度10mm，进口边有效直径181mm，中间流线直径171mm，出口安放角29.1°，出口宽度21mm，叶片进口安放角是泵轮出口射流角的两倍，进口相对速度和绝对速度相等，进口速度三角形是等腰三角形，在考虑生产工艺前提下，此结构泵轮所产生的能头能全部被转化为涡轮的机械能，并且出口速度环量小，效率高，而且涡轮从动轴的传动比小。

3、导轮：导轮叶片呈翼型，叶片数13片，进口安放角50°，进口采用正冲角4.3°，进口宽度21mm，进口边中间流线的直径95mm，出口安放角41°，出口宽度21mm，出口边中间流线直径95mm，该结构进口采用正冲角4.3°，在进口叶片背面产生相对稳定的旋涡，其旋涡不易扩散，不易产生液力脉动和汽蚀，出口采用41°出口角，该出流与肺型泵轮进口边的绝对速度一致，在导轮出口和泵轮进口接合部不产生冲击损失，因此其液力损失小，肺型流道中液流流畅，液力效率高。

4、肺型轴面投影形状：轴面投影形状和叶片翼型决定着流道的形状，该变矩器的泵轮和涡轮均呈半肺型，并且左右对称，加上导轮流道，组合成一个完整的肺型形状流道，该形状与工作轮的几何参数相配一起形成一个与实际液体流动最相似的流动，其流线形状更接近变矩器工作时流体的实际流线形状。在流体动力技术中，目前其液力损失还不能用解析式准确的描述，世界各国在流体动力设计中都是通过定性描述和试验来确定。而本发明中的肺型流道是用于变矩器中的比较理想的流道。其原因是(1)稳定流动损失小：肺型流道中液体的形状更接近于实际流线形状，其相等速度变化稳定，变化很小，因此其稳定流动损失小。(2)肺型流道的边界条件的轴对称性，保证叶片的附着旋涡的相对稳定，使非稳定相对流动的液力损失减小；(3)肺型流道中泵轮和涡轮的流量变化相对小，流道中产生液力制动损失的可能性减小；(4)肺型流道的液体过流断面变化均匀，而且进、出口断面的比值小，其整个流道的局部损失的扩散损失很小。因此根据上述原因，该流道的液力损失较小，其液力效率较高。

5、泵轮、涡轮、导轮三者的配合关系：三个工作轮的配合关系对液体在流道中循环时的冲击损失和局部损失有重要的影响，因此也对液力效率起着决定的影响，涡轮进口角42.6°是泵轮出口射流角的2倍，该结构能使涡轮在相同条件下效率最大，进口冲击损失最小；导轮进口角50°，该结构与涡轮出口射流基本一致，使液流流动顺畅，冲击损失减小，进口冲击损失最小；导轮具有4.3°的正冲角，该正冲角使得液流在通过导轮后进入泵轮进口边的汽蚀可能性大大降低，并且旋涡是稳定性旋涡，不易扩散，同时可以获得较大的力矩，并且过流流畅，泵轮的进口安放角80°，该角度使得导轮的出口射流与泵轮的进口的绝对流速一致，液体在接合部位过流通畅，冲击损失小，不易产生旋涡和脱流。因此流体在流道中流动过程中，液力损失小，液力效率高，也使得变矩器的效率高，汽车传动部份的能耗小。

6、动力传递组合：实现该发明的高效率的另一手段是建立在肺型高效变矩器性能之上的动力传递组合：该发明的动力传递特点是，充分利用变矩器的额定工况即设计工况和发动机的额定工况下的高效率进行动力传递，使无级变速器始终处于高效率工况下运行。其动力传递分为三种方式传递，第一种在高传动比时，如变速器第一档，第二档和倒档，其动力传递由发动机曲轴到肺型高效变矩器外壳到肺型泵轮到肺型涡轮到涡轮从动轴到行星齿轮系和执行元件组再到肺型高效变速器输出轴，该动力传递过程中，在变矩器的设计工况下，涡轮和泵轮之间没有滑差，变矩器处于高效传动过程；第二种传动方式是变速器处于中传动比时，如第三档，其动力传递为：发动机曲轴到变矩器外壳到肺型泵轮到肺型涡轮到涡轮从动轴到执行元件到变速器输出轴。该动力传递过程中，变速器利用肺型高效变矩器的设计工况下的高效率和传动比由涡轮从动轴与变速器输出轴相连而直接输出。第三种传动方式是变速器处于低传动比时，如第四档即超速档时，其动力传递为：发动机曲轴到直接传动轴到行星齿轮和执行元件到变速器输出轴，该动力传递过程中，变速器利用发动机的额定工况下的高效率由直接传动轴直接输出。

综合上述6点：本发明的高效率是由型肺型高效变矩器的性能和建立在该基础上的动力传递组合实现的。肺型变矩器能使液力损失最小而能头产生大、能量转化完全，使变速器在第一档、第二档和倒档时，变矩器无滑差，效率高，而在第三档和第四档即超速档时，利用变矩器和发动机的额定工况的高效率直接输出，因此该发明的变速器始终处于高效率的运行工况下。

二：本发明大的变扭系数是这样实现的，它由肺型泵轮和导轮上各自的结构以及两者之间的配合关系所决定。

1.肺型泵轮：本设计泵轮采用100°的叶片出口角；80°的叶片进口角，叶片数21片，出口边有效直径181mm，该结构在加工工艺简单的前提下，是流量和动量矩的优化配合，其出口速度三角形呈纯角形，出口速度矩增大，其进口速度三角形呈锐角形，进口速度环量减少，导致进口速度矩减小，因此在最优流量下其动量矩的变化最大，根据欧拉公式，泵轮上的力矩：M_B＝γQ·ΔVu₁r₁/g，是泵轮出口和进口的动量矩的变化量，因此，理论上泵轮将获得较大的力矩。

2、导轮：导轮叶片进口安放角50°，采用4.3°正冲角，出口安放角41°，叶片数13片，其绝对速度方向相反，该结构在失速工况时，涡轮的牵连速度是0，涡轮出口的绝对速度与相对速度相等，那么导轮的进口速度即是涡轮出口的相对速度，也是出口的绝对速度，此时，在进口安放角50°的情况下，导轮的进口处圆周方向的动量矩是一个较大的理想值，而导轮出口液体方向沿41°流出并流进泵轮，其动量矩与泵轮进口动量矩大小相等且方向相反，而且是理论无冲击的进入泵轮，其在圆周方向上的动量矩的值是一个较大的理想值并且方向与进口相反，根据欧拉公式，导轮上的力矩M_D＝γQ·ΔV_u3r₃/g。

综合上述第1和第2两项，变矩器的力矩失速工况下的最大力矩应是泵轮和导轮力矩之和，M_B+M_D＝γQ(ΔVu₁r₁+ΔV_u3r₃)/g其中，公式中第一项是泵轮出口动量矩的理想值，第二项是导轮进口动量矩的理想值，因两者方向相反，中间的“一”应变为“十”。所以，上述泵轮和导轮各自的结构和两者之间的相互配合关系，使该变矩器具有较大的失速扭矩比，同时也具有大的变扭系数。

三、本发明的正透性是这样实现的：本发明变矩器采用单级二相三元件，肺型涡轮是向心式涡轮，向心式涡轮在涡轮转速增加时，流量减小，从而引起泵轮的力矩减小，也使加在发动机上的力矩减小，使发动机能得到充分的发挥。

有益效果：由于采用上述方案，可以使无级变速器，即有大的变矩系数又有高的效率，同时又有好的正透过性，使得家用轿车动力性能好，节省燃油，而且延长发动机的工作寿命，采用上述方案，可以使其在同功率下的变速器体积小，重量轻。

图面说明：下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是肺型高效无级变速器的结构示意图

图2是肺型高效变矩器的轴面投影图

图3是肺型高效变矩器沿中间流线展开翼型图

图4是肺型高效变矩器中泵轮，涡轮和导轮的出口速度三角形图。

图中，1、变矩器外壳；2、肺型泵轮；3、肺型涡轮；4、导轮；5、涡轮从动轴；6、直接传动轴；7、执行元件组；8、行星齿轮系；9、变速器输出轴；10、变速器壳体。

实现发明最好方式：本实施例为四前进档的无级变速器，第四档即为超速档；所配发动型号和参数：直列或V型6缸；排气量：3.0升，最大功率和转速：126(KW)/5200(rpm)；最大扭矩和转速：250(N.M)/4000(rpm)，工作液体以30#机油为介值，其重度900千克/米³或8820牛顿/米³。

根据发动机参数，以发动机最大功率工况为肺型高效无级变速器的设计工况，变速器的输入功率和扭矩也是变矩器泵轮上的输入功率和扭矩，其值大小为发动机的最大功率工况下的功率减去发动机附件的机械损失，如风扇等的机械损失，其值一般为0.1倍的额定功率即发动机最大功率，因此肺型高效变矩器上泵轮的输入功率和扭短分别是：N＝(1-0.1)Ne＝113.4(千瓦)；M＝9.55×10³N/n＝208(牛顿·米)

在图1中，变矩器外壳(1)和肺型泵轮(2)连成一体，肺型泵轮(2)垂直装于涡轮从动轴(5)和直接传动轴(6)的共公轴线上，并在该轴线上自由转动，涡轮从动轴(5)套于直接传动轴(6)上，两者轴心线重合并且配合为松配合，肺型涡轮(3)在进口面与肺型泵轮(2)出口面平行安装，两平行平面间间隙为2.6mm，肺型涡轮(3)与涡轮从动轴(5)钢性连接，并可以一起绕其轴线自由旋转，导轮(4)装在肺型泵轮(2)和肺型涡轮之间，其内圈装在涡轮从动轴(5)上并可绕其轴线单向旋转，涡轮从动轴(5)和行星齿轮(8)连接，执行元件组(7)与行星齿轮系(8)组成变速器的控制和执行部份，执行元件组(7)中的制动部份固定在变速器壳体(10)上，涡轮从动轴(5)上的动力在执行元件组(7)的控制下通过行星齿轮系(8)由变速器输出轴(9)传输出去。另一条传动路线是：直接传动轴(6)与发动机曲轴联接，又一端与行星齿轮系(8)连接，在执行元件组(7)的控制下，动力由变速器输出轴输出出去。

在图(2)和图(3)中，两者合起来组成肺型泵轮、肺型涡轮和导轮的结构图。其中肺型泵轮(2)的结构参数：流量0.10(m³/s)；叶片数21片，有效直性181mm，叶片出口安放角100°，出口宽度10mm，中间流线出口直线171mm，叶片进口安放角80°，进口宽度21mm，中间流线进口直径95mm，轴面投影呈半肺型。肺型涡轮(3)的结构参数：流量0.10(m³/s)，叶片数＝17片，有效直径＝181mm，叶片进口安放角42.6°，进口宽度10mm，中间流线进口直径171mm，叶片出口安放29.1°，出口宽度21mm，中间流线出口直径95mm，轴面呈半肺型。导轮(4)的结构参数：叶片数13片，叶片进口安放角50°，进口角度21mm，中间流线进口直95mm。叶片出口安放角41°，出口宽度21mm，中间流线出口直径95mm。

本实施例所能产生的能头、效率、失速扭矩比由图4的速度三角形图形计算如下：

1、肺型泵轮：出口速度三角形：牵连速度46.6m/s，相对速度19.8m/s，绝对速度53.7m/s，进口速度三角形：牵连速度25.9m/s，相对速度19.8m/s，绝对速度29.8m/s，根据能量方程：肺型泵轮所产生的能头：H_B＝ΔUV_u/g＝178，其中：U是牵连速度，V_u是绝对速度在圆周方向上的分速度。

2、肺型涡轮：牵连速度：u＝28.8m/s，相对速度：28.8m/s，绝对速度53.7m/s，出口牵连速度16m/s，相对速度40.1m/s，绝对速度27.2m/s。肺型涡轮所能发出的扭矩和能头：根据欧拉公式：M_T＝＝468(N.m)；根据能量公式：H_T＝ΔUV_u/g＝-178，其中：M_T是力矩、Q是流量、γ是重度；计算得出涡轮从动轴的输出转速是3218(rpm)；由此可以看出，该肺型涡轮所转化的能头是-178米，在忽略机械损失、容积损失、液力损失的前题下，理论上该结构的肺型涡轮可以将导轮所产生的液体的机械能头全部转化为涡轮的机械能，并由涡轮从动轴输入行星齿轮系中，而且涡轮从动轴3218转/分钟较高的转速，保证了其在第三档时可以直接传输，并且能满足家用轿车的使用要求。因此理论上，肺型涡轮的能量转化是100％，也即效率达到最高；而其在额定工况下的扭矩是468牛顿·米，因此其在额定工况下的变扭系数约K＝2.2。

3.导轮：导轮进、出口的绝对速度和相对速度相等，进口绝对速度是27.2米/秒；出口绝对速度是29.8米/秒，其所产生的能头和力矩的变化是：根据欧拉公式计算：导轮的力矩是180牛顿·米；而根据能量公式计算，导轮的能头是0米。

4.失速工况下的失速扭矩比：家用轿车在刚起步时，涡轮所获得力矩最大，此时的变扭系数即是失速扭矩比Ko，该数值的大小是评价汽车动力性能好坏的重要指标，在本发明中，失速时的力矩变化是：根据欧拉公式计算，涡轮所获得的力矩是579牛顿·米，此时的失速扭短比 $\mathrm{ko}=\frac{\mathrm{MT}}{\mathrm{MB}}=2.8$

5.其动力传递方式如下：

在图1中，在设计工况下：变矩器外壳(1)与发动机曲轴相连并与其一起转动，肺型泵轮(2)固定在变矩器外壳(1)上并被其带动旋转对工作液体产生H_B＝178m的能头和M_B＝288(N、M)扭矩，具有能头的液体斜射入与肺型泵轮平行的肺型涡轮(3)的叶片上，经过吸收液体的机械能，肺型涡轮(3)转化出H_T＝178(m)的机械能头和M_T＝468((N、M)的输出扭矩，并以转速n_T＝3218rpm的速度被与肺型涡轮相连的涡轮从动轴(5)传输到行星齿轮系(8)里；经过肺型涡轮吸收能量后的液体经过导轮(4)后被肺型泵轮(2)重新吸入泵腔内开始新一轮循环；经过涡轮从动轴(5)传到行星齿轮系(8)里的动力在执行元件组(7)的控制下，分三种方式由变速器输出轴(9)输出变速器，第一种：传动比在第1档、第2档和倒档，动力由涡轮从动轴(5)相对应的传到行星齿轮系(8)中的1档、2档和倒档的齿轮组里，在执行元件组(7)的调配下按输出1档、2档和倒档的传动比由变速器输出轴(9)输出；第二种：变速器在第3档时，动力传递由涡轮从动轴(5)按变矩器肺型涡轮的额定转速n_T＝3218rpm和额定扭矩MT＝468N、M直接传到变速器输出轴(9)的齿圈而变为直接输出，第三种，变速器处于第4档时，即超速档时，发动机曲轴与直接传动轴(6)在执行元件组(7)的作用下直接相连，并直接传到变速器输出轴(9)的齿圈上而直接输出。

在失速工况下，即汽车起步时，其动力传递是：肺型泵轮(2)与变矩器外壳(1)一起随发动机曲轴以一定的角速度旋转，获得相应能头和扭矩的液体以一定的绝对速度射入肺型涡轮(3)中，此时肺型涡轮的牵连速度等于0，那么进入肺型涡轮的绝对速度和相等速度相等，并沿肺型涡轮的出口安放角的方向流入导轮(4)，液体在导轮(4)中获得附加力矩后进入肺型泵轮流道中进行新的循环，此时肺型涡轮所获得的力矩最大，M_Tmax＝579N.M，该最大力矩通过涡轮从动轴(5)传到行星齿轮系中并从变速器输出轴(9)中输出，该工况的扭矩系数最大，即为失速扭矩比 $\mathrm{ko}=\frac{\mathrm{Mt}\max }{M}=\frac{579}{208}=2.81$

对实施例的计算进行分析得出：1、肺型高效变矩器的能头变化，也即效率变化：泵轮所能产生的能头：H_B＝178米，在忽略变矩器的机械损失、容积损失和液力损失时，涡轮获得的能头：H_T＝178米，效率 $y=\frac{H_7}{H_{13}}=\frac{178}{178}\×100\%=100\%,$ 但并不能说明该发明的效率是100％，但是对于单级二相三元件结构，有效直径相近的变矩器的机械损失和容积损失相差不大，但是液力损失却有很大差别，而液力损失又不能用公式明确的计算出来，只能通过实验来进行实测，或者定性的进行描述，本设计在忽略各种损失的前题下，可以定性说明该设计结构的能头值与目前公知的技术相比是1个较大的理想值，并且涡轮可以将泵轮所产生的能头100％转化为涡轮的机械能，不存在结构设计上的能头损失，因此可以定性地说明该设计是个理想的设计。2、变扭系数分析：涡轮在设计工况时的扭矩为M_T＝468牛顿.米。失速工况时的最大扭矩M_Tmax＝579牛顿.米，发动机的输出扭矩：M＝208牛顿.米，可以得出设计工况时变扭系数 $K=\frac{\mathrm{MT}}{M}=2.2,$ 失速工况时的失速扭矩比， $\mathrm{ko}=\frac{\mathrm{Mt}\max }{M}=2.8,$ 该技术与日本目前公知的技术Ko＝2.0～2.5，美国福特技术Ko＝1.9～2.2相比均有较好的动力性能。3、正透过性分析，目前世界对上无级变速器的透过性没有统一的国际标准，本设计在汽车起动时，肺型高效变矩器的失速扭矩比Ko＝2.8，而发动机额定工况时其变矩扭系数是K＝2.2，说明发动机所受到的反力矩是由大到小，从最大扭矩逐渐减小到额定扭矩并在额定扭矩下平稳工作，此证明该设计具有好的透过性，并且发动机的力矩变化平均值在1.1～1.2之间，是发动机最佳工作范围，可以保护和延长发动机的工作寿命。

通过实施例可以证明，由肺型高效变矩器和建立在其性能基础之上的三种动力传递组合完全可以实现发明目地，使肺型高效无级变速器无论在任何路况下都能在高的效率下工作，节省燃油，而且动力性能好，其高效率值和失速扭矩比的值理论上均高于目前公知的技术，正透过性好，可以延长发动机的工作寿命。

Claims (4)

1、一种肺型高效无级变速器，它由变矩器，涡轮从动轴，行星齿轮系，执行元件组，变速器壳体和变速器输出轴组成，而变矩器则有变矩器外壳、肺型泵轮、肺型涡轮和导轮组成，是单级二相三元件结构，变矩器外壳与肺型泵轮固定连接，肺型泵轮垂直装于涡轮从动轴上并可以绕其轴线自由转动，肺型涡轮与泵轮平行并与涡轮从动轴刚性连接，涡轮从动轴接到行星齿轮系中，行星齿轮系与执行元件组一起组成变速器的控制和执行部份。行星齿轮系的另一端与变速器输出轴联接，其动力传递是：发动机曲轴到变矩器外壳，到肺型泵轮，到肺型涡轮，到涡轮从动轴，到行星齿轮系和执行元件组，到变速器输出轴，其特征是：变矩器轴面投影形状呈肺型，泵轮、涡轮和导轮组成一个完整的肺型轴面流道，涡轮从动轴套于直接传动轴上，在中传动比和低传动比时，涡轮从动轴和直接传动轴分别可以直接将动力按照各自的传动途径由变速器输出轴传输出去。

2、根据权利要求1所述的肺型高效无级变速器，其特征是：泵轮轴面投影呈半肺型，叶片数21片，叶片呈翼型；出口安放角100°，出口有效直径181mm，中间流线出口直径171mm，叶片出口宽度10mm；叶片进口安放角80°，中间流线进口直径95mm，叶片进口边宽度21mm。

3、根据权利要求1所述的肺型高效无级变速器，其特征是：涡轮轴面投影呈半肺型，叶片数17片，叶片呈翼型，进口安放角35.2°，进口边宽度10mm，进口有效直径为181mm，中间流线进口直径171mm；出口安放角29.1°，出口宽度21mm，中间流线出口直径为95mm。

4、根据权利要求1所述的肺型高效无级变速器，其特征是：导轮叶片翼型，叶片数13片，进口安放角33°，进口边宽度21mm，进口中间流线直径95mm；出口安放角41°，出口边宽度21m，出口边中间流线直径95mm。

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