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什麼是發動機轉速特性曲線?

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什麼是發動機轉速特性曲線?

發布日期:2018-10-03 作者: 點擊:

消費者買車的時候,總是會關注車輛發動機的動力性。車輛的動力源泉就是發動機,因此一些對車輛性能很關心的消費者就會去仔細研究廠家給的發動機動力性參數。廠家在進行宣傳時,常常會宣傳車輛的最大扭矩,最大功率及其出現的轉速區間。而很多車友就會對這些參數津津樂道,甚至将一些常見車型的參數背誦的滾瓜爛熟。但是,車轍要說,這些最大扭矩,最大功率等參數有用,但在我們的日常駕駛中不是完全适用。瑞泰寶馳翼展車

  我們舉一個例子,這裡我們用國産某型1.5L發動機的參數:最大功率69kW(94馬力)/6000轉每分,最大扭矩128Nm / 3400轉每分。這個參數的意思是說,這台發動機在6000轉的時候能達到他的最大功率,而在3400轉的時候達到他的最大扭矩。

  那麼有的小夥伴可能就有問題了,為什麼最大功率和最大扭矩不能同時輸出在同一轉速呢?

  為什麼發動機的最大功率轉速和最大扭矩轉速很多時候不一樣?

  首先來說,扭矩,可以粗略的說,和發動機氣缸内壓力成非線性正相關關系。也就是說我們可以粗略地認為,雖然表征氣缸内壓力的指标甚多,但一般而言,氣缸内的壓力越大,發動機輸出的扭矩就越大。

  然後氣缸内的壓力怎麼來的呢?當然是來自于氣缸内可燃混合氣爆燃産生的火焰燃燒氣膨脹推動活塞運動的力。當然,這個壓力的描述更為複雜,而這裡車轍隻介紹一個參數,叫做充氣效率。

  什麼是發動機轉速特性曲線?

  充氣效率的含義,直白的說,可以理解為進氣量相對于氣缸容量的比值。這個比值越高,進氣效率越高,意味着參與燃燒的可燃混合氣量越大,也就能制造更大的氣缸内壓力,從而制造更大的扭矩。

  這個指标和我們說的最大功率轉速,最大扭矩轉速有什麼關系嗎?

  當然也有關系啦!随着發動機轉速越來越高,活塞的上上下下的速度就變得越來越快,氣體的流動速度也就變得更快。在某一個轉速區間的時候,這樣加速流動的氣體能夠提升進氣效率,讓更多的新鮮空氣在有限的進氣門打開時間内進入氣缸。但是當這個速度達到一定程度的時候,就導緻效率不升反降。

  比如,現在很多發動機的氣門正時調節都使得發動機氣門存在一個氣門重疊角。(這個概念可以簡單理解為,進排氣門同時是打開狀态)這個時候很尴尬的事情就出現了——剛剛流入氣缸的新鮮空氣被高速排出的廢氣一起裹挾出了氣缸。這就反而導緻了實際進氣量的減少。同時,由于發動機的轉速越來越快,氣缸内的溫度也在上升。而衆所周知,溫度更高的氣體體積也就越大。當同等質量的氣體由于溫度更高,他們占據了更多的氣缸内空間,從而阻礙了新鮮空氣的進入。因此,高進氣效率是在某一轉速區間内出現的。

  舉個例子咯,大家都知道著名的本田紅頭機,以高轉速自然進氣出名。

  什麼是發動機轉速特性曲線?

  本田的B18 K20這些著名高轉速發動機,由于具有VTEC技術而使得其在高轉速區間的動力表現非常優秀。但是這些發動機也有一個問題就是,當高角度凸輪軸介入之後,發動機在低轉速區間的功率輸出就變得特别的萎靡。這也是為什麼賽車手在過彎的時候要采用“跟趾”的動作來保證發動機的轉速,從而使得發動機的輸出功率在争分奪秒的賽車中不會掉下來。

  因此呢,這就是說,扭矩的上升,并不是完全線性正相關于轉速上升的。相反,粗略而不嚴謹,直白的說,最大扭矩往往出現在進氣效率最高的工作點的周圍。

  好抽象啊,能不能直白一些

  好啊,那我們來看圖說話。把大名鼎鼎的紅頭機拉走,我們還是看看那台國産某型1.5L自然進氣發動機吧。這裡呢就要引入一個概念,就是發動機轉速特性曲線。發動機轉速特性曲線指的是發動機的功率,扭矩和油耗在不同轉速下的變化曲線。那麼那台1.5L發動機的轉速曲線就是醬紫滴:

  什麼是發動機轉速特性曲線?

  這裡的Pe曲線表示的是功率,Me曲線是扭矩,ge曲線是燃油消耗率,橫軸是轉速(單位是轉每分)。如果單說扭矩曲線的話,能夠明顯的看出它的趨勢是先逐漸上升,再逐漸下降的。這也印證了我們前面介紹的理論,扭矩确實是不能一直上漲的,扭矩與發動機的工況息息相關。

  扭矩在下降,那功率為什麼一直上漲呢?

  好問題,直擊核心。我們開門見山地說,實際上這裡有一個小公式,很簡單,車轍這就介紹給大家:

  什麼是發動機轉速特性曲線?

  如果我們用字母T指代扭矩,P指代功率,n指代轉速,那麼這個公式就變成了:

  什麼是發動機轉速特性曲線?

  當然我們也能做一些公式的變形:

  什麼是發動機轉速特性曲線?

  這裡呢,車轍為了方便大家,已經把單位換算成大家熟悉的常用單位了。功率的單位是千瓦,扭矩的單位是牛米,轉速的單位是轉每分。

  直觀的來說,随着轉速的升高,即使扭矩不變或者輕微降低,功率還是能夠上漲的。同樣,如果功率不變,随着轉速的升高,扭矩是要降低的。這也是為什麼我們看到扭矩曲線常常在高轉速區間發生下降,而這個時候功率卻到達了最大值。總結起來就是:

  1.扭矩不變時,随着轉速的上升,功率也随之上升

  2.功率不變時,随着轉速的上升,扭矩随之下降

  好,那其實這裡我們也明白了,直白的說,隻要扭矩不掉的特别厲害,通過提升轉速來“壓榨”馬力的做法是可行的。毋甯說,提升多少轉速之後,能壓榨多少馬力,都是可以根據扭矩算出來的。甚至可以說,如果我們有了一條轉速–扭矩曲線或者轉速–功率曲線中的任意一個,我們可以直接用這個公式算出來另一條曲線。

  這也說明一個什麼問題呢,就是為什麼絕大部分汽車的功率值到了特别高轉速的時候才會下降,這是因為在那個時候發動機的扭矩确實已經掉的特别厲害了,發動機設計的結構已經不能适應那麼高的轉速了。

  那最大功率轉速和最大扭矩轉速能不能完全一緻啊?

  能。這個看發動機調校。比如我通過提高氣門升程,修改進排氣正時,修改進氣歧管和燃燒室形狀,提高高轉速下的進氣效率,那自然最大扭矩就向着高轉速移動,但是就犧牲了低轉扭矩。這也是為什麼要有各種可變氣門正時技術或者可變進氣歧管技術,就是保證一個較為線性,穩定的扭矩/功率輸出,不管是高轉速還是低轉速下。

  進一步講呢,其實伱們也能看到,當扭矩和功率在數值上相同的時候,我們的發動機轉速要在9550轉每分。對于普通民用發動機而言,這是一個幾乎不可能達到的轉速。這也是為什麼我們總能看到扭矩的數值要大于功率的數值,根本的原因,是因為發動機的轉速沒有那麼高導緻的。

  那麼燃油消耗率曲線是什麼呢?

  這條曲線并不能通過功率和扭矩的關系計算出來。作為消費者,可以用這條曲線參考一下自己的這輛車最經濟的油耗轉速是多少。然後在馬路上,挂上最高檔,把發動機控制在這個轉速,這個時候伱的車速就是伱這台車的最經濟時速咯~

  寫在最後

  對于一輛車而言,最大功率和最大扭矩誠然重要,但是很多時候我們卻幾乎很少把發動機的動力如此這般推向極限。當在城市道路中以2000多轉的速度行駛時,實際上發動機的輸出也就隻有30多kW,這是由于轉速較低導緻的。但是扭矩卻實實在在的保持在100多Nm以上,這是為了應對城市工況下頻繁的加速減速對于牽引力的需求。

  因此,當我們判斷一輛車的動力是否強勁,除了關注廠商給出的最高功率和最大扭矩之外,學會使用發動機轉速特性曲線才是更好的判斷一輛車在日常使用條件下動力表現的捷徑。


本文網址:http://www.dluom.com/news/471.html

關鍵詞:冷藏車,專用車,輕量化

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