什么是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線?
消費(fèi)者買(mǎi)車的時(shí)候,總是會(huì)關(guān)注車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。車輛的動(dòng)力源泉就是發(fā)動(dòng)機(jī),因此一些對(duì)車輛性能很關(guān)心的消費(fèi)者就會(huì)去仔細(xì)研究廠家給的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性參數(shù);廠家在進(jìn)行宣傳時(shí),常常會(huì)宣傳車輛的大扭矩,大功率及其出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速區(qū)間;而很多車友就會(huì)對(duì)這些參數(shù)津津樂(lè)道,甚至將一些常見(jiàn)車型的參數(shù)背誦的滾瓜爛熟;但是,車轍要說(shuō),這些...
消費(fèi)者買(mǎi)車的時(shí)候,總是會(huì)關(guān)注車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。車輛的動(dòng)力源泉就是發(fā)動(dòng)機(jī),因此一些對(duì)車輛性能很關(guān)心的消費(fèi)者就會(huì)去仔細(xì)研究廠家給的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性參數(shù);廠家在進(jìn)行宣傳時(shí),常常會(huì)宣傳車輛的大扭矩,大功率及其出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速區(qū)間;而很多車友就會(huì)對(duì)這些參數(shù)津津樂(lè)道,甚至將一些常見(jiàn)車型的參數(shù)背誦的滾瓜爛熟;但是,車轍要說(shuō),這些大扭矩,大功率等參數(shù)有用,但在我們的日常駕駛中不是完全適用。
我們舉一個(gè)例子,這里我們用國(guó)產(chǎn)某型1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù):大功率69kW(94馬力)/6000轉(zhuǎn)每分,大扭矩128Nm / 3400轉(zhuǎn)每分;這個(gè)參數(shù)的意思是說(shuō),這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在6000轉(zhuǎn)的時(shí)候能達(dá)到他的大功率,而在3400轉(zhuǎn)的時(shí)候達(dá)到他的大扭矩。
那么有的小伙伴可能就有問(wèn)題了,為什么大功率和大扭矩不能同時(shí)輸出在同一轉(zhuǎn)速呢?
為什么發(fā)動(dòng)機(jī)的大功率轉(zhuǎn)速和大扭矩轉(zhuǎn)速很多時(shí)候不一樣?
首先來(lái)說(shuō),扭矩,可以粗略的說(shuō),和發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)壓力成非線性正相關(guān)關(guān)系。也就是說(shuō)我們可以粗略地認(rèn)為,雖然表征氣缸內(nèi)壓力的指標(biāo)甚多,但一般而言,氣缸內(nèi)的壓力越大,發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩就越大。
然后氣缸內(nèi)的壓力怎么來(lái)的呢?當(dāng)然是來(lái)自于氣缸內(nèi)可燃混合氣爆燃產(chǎn)生的火焰燃燒氣膨脹推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)的力;當(dāng)然,這個(gè)壓力的描述更為復(fù)雜,而這里車轍只介紹一個(gè)參數(shù),叫做充氣效率。
什么是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線?
充氣效率的含義,直白的說(shuō),可以理解為進(jìn)氣量相對(duì)于氣缸容量的比值;這個(gè)比值越高,進(jìn)氣效率越高,意味著參與燃燒的可燃混合氣量越大,也就能制造更大的氣缸內(nèi)壓力,從而制造更大的扭矩。
這個(gè)指標(biāo)和我們說(shuō)的大功率轉(zhuǎn)速,大扭矩轉(zhuǎn)速有什么關(guān)系嗎?
當(dāng)然也有關(guān)系啦!隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越來(lái)越高,活塞的上上下下的速度就變得越來(lái)越快,氣體的流動(dòng)速度也就變得更快;在某一個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間的時(shí)候,這樣加速流動(dòng)的氣體能夠提升進(jìn)氣效率,讓更多的新鮮空氣在有限的進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)時(shí)間內(nèi)進(jìn)入氣缸;但是當(dāng)這個(gè)速度達(dá)到一定程度的時(shí)候,就導(dǎo)致效率不升反降。
比如,現(xiàn)在很多發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)正時(shí)調(diào)節(jié)都使得發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)存在一個(gè)氣門(mén)重疊角。(這個(gè)概念可以簡(jiǎn)單理解為,進(jìn)排氣門(mén)同時(shí)是打開(kāi)狀態(tài))這個(gè)時(shí)候很尷尬的事情就出現(xiàn)了——?jiǎng)倓偭魅霘飧椎男迈r空氣被高速排出的廢氣一起裹挾出了氣缸;這就反而導(dǎo)致了實(shí)際進(jìn)氣量的減少;同時(shí),由于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越來(lái)越快,氣缸內(nèi)的溫度也在上升。而眾所周知,溫度更高的氣體體積也就越大;當(dāng)同等質(zhì)量的氣體由于溫度更高,他們占據(jù)了更多的氣缸內(nèi)空間,從而阻礙了新鮮空氣的進(jìn)入;因此,高進(jìn)氣效率是在某一轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的。
舉個(gè)例子咯,大家都知道著名的本田紅頭機(jī),以高轉(zhuǎn)速自然進(jìn)氣出名。
什么是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線?
本田的B18 K20這些著名高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī),由于具有VTEC技術(shù)而使得其在高轉(zhuǎn)速區(qū)間的動(dòng)力表現(xiàn)非常優(yōu)秀;但是這些發(fā)動(dòng)機(jī)也有一個(gè)問(wèn)題就是,當(dāng)高角度凸輪軸介入之后,發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速區(qū)間的功率輸出就變得特別的萎靡;這也是為什么賽車手在過(guò)彎的時(shí)候要采用“跟趾”的動(dòng)作來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率在爭(zhēng)分奪秒的賽車中不會(huì)掉下來(lái)。
因此呢,這就是說(shuō),扭矩的上升,并不是完全線性正相關(guān)于轉(zhuǎn)速上升的;相反,粗略而不嚴(yán)謹(jǐn),直白的說(shuō),大扭矩往往出現(xiàn)在進(jìn)氣效率高的工作點(diǎn)的周圍。
好抽象啊,能不能直白一些
好啊,那我們來(lái)看圖說(shuō)話;把大名鼎鼎的紅頭機(jī)拉走,我們還是看看那臺(tái)國(guó)產(chǎn)某型1.5L自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)吧;這里呢就要引入一個(gè)概念,就是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線指的是發(fā)動(dòng)機(jī)的功率,扭矩和油耗在不同轉(zhuǎn)速下的變化曲線;那么那臺(tái)1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速曲線就是醬紫滴:
什么是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線?
這里的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(zhuǎn)速(單位是轉(zhuǎn)每分);如果單說(shuō)扭矩曲線的話,能夠明顯的看出它的趨勢(shì)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,扭矩確實(shí)是不能一直上漲的,扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)的工況息息相關(guān)。
扭矩在下降,那功率為什么一直上漲呢?
好問(wèn)題,直擊核心;我們開(kāi)門(mén)見(jiàn)山地說(shuō),實(shí)際上這里有一個(gè)小公式,很簡(jiǎn)單,車轍這就介紹給大家:
什么是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速,那么這個(gè)公式就變成了:
什么是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線?
當(dāng)然我們也能做一些公式的變形:
什么是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線?
這里呢,車轍為了方便大家,已經(jīng)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(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)每分。
直觀的來(lái)說(shuō),隨著轉(zhuǎn)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,隨著轉(zhuǎn)速的升高,扭矩是要降低的;這也是為什么我們看到扭矩曲線常常在高轉(zhuǎn)速區(qū)間發(fā)生下降,而這個(gè)時(shí)候功率卻到達(dá)了大值;總結(jié)起來(lái)就是:
1.扭矩不變時(shí),隨著轉(zhuǎn)速的上升,功率也隨之上升
2.功率不變時(shí),隨著轉(zhuǎn)速的上升,扭矩隨之下降
好,那其實(shí)這里我們也明白了,直白的說(shuō),只要扭矩不掉的特別厲害,通過(guò)提升轉(zhuǎn)速來(lái)“壓榨”馬力的做法是可行的;毋寧說(shuō),提升多少轉(zhuǎn)速之后,能壓榨多少馬力,都是可以根據(jù)扭矩算出來(lái)的;甚至可以說(shuō),如果我們有了一條轉(zhuǎn)速–扭矩曲線或者轉(zhuǎn)速–功率曲線中的任意一個(gè),我們可以直接用這個(gè)公式算出來(lái)另一條曲線。
這也說(shuō)明一個(gè)什么問(wèn)題呢,就是為什么絕大部分汽車的功率值到了特別高轉(zhuǎn)速的時(shí)候才會(huì)下降,這是因?yàn)樵谀莻€(gè)時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩確實(shí)已經(jīng)掉的特別厲害了,發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適應(yīng)那么高的轉(zhuǎn)速了。
那大功率轉(zhuǎn)速和大扭矩轉(zhuǎn)速能不能完全一致???
能。這個(gè)看發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)校;比如我通過(guò)提高氣門(mén)升程,修改進(jìn)排氣正時(shí),修改進(jìn)氣歧管和燃燒室形狀,提高高轉(zhuǎn)速下的進(jìn)氣效率,那自然大扭矩就向著高轉(zhuǎn)速移動(dòng),但是就犧牲了低轉(zhuǎn)扭矩;這也是為什么要有各種可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)或者可變進(jìn)氣歧管技術(shù),就是保證一個(gè)較為線性,穩(wěn)定的扭矩/功率輸出,不管是高轉(zhuǎn)速還是低轉(zhuǎn)速下。
進(jìn)一步講呢,其實(shí)你們也能看到,當(dāng)扭矩和功率在數(shù)值上相同的時(shí)候,我們的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速要在9550轉(zhuǎn)每分;對(duì)于普通民用發(fā)動(dòng)機(jī)而言,這是一個(gè)幾乎不可能達(dá)到的轉(zhuǎn)速;這也是為什么我們總能看到扭矩的數(shù)值要大于功率的數(shù)值,根本的原因,是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)]有那么高導(dǎo)致的。
那么燃油消耗率曲線是什么呢?
這條曲線并不能通過(guò)功率和扭矩的關(guān)系計(jì)算出來(lái)。作為消費(fèi)者,可以用這條曲線參考一下自己的這輛車經(jīng)濟(jì)的油耗轉(zhuǎn)速是多少;然后在馬路上,掛上高檔,把發(fā)動(dòng)機(jī)控制在這個(gè)轉(zhuǎn)速,這個(gè)時(shí)候你的車速就是你這臺(tái)車的經(jīng)濟(jì)時(shí)速咯~
對(duì)于一輛車而言,大功率和大扭矩誠(chéng)然重要,但是很多時(shí)候我們卻幾乎很少把發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力如此這般推向極限;當(dāng)在城市道路中以2000多轉(zhuǎn)的速度行駛時(shí),實(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出也就只有30多kW,這是由于轉(zhuǎn)速較低導(dǎo)致的;但是扭矩卻實(shí)實(shí)在在的保持在100多Nm以上,這是為了應(yīng)對(duì)城市工況下頻繁的加速減速對(duì)于牽引力的需求。
因此,當(dāng)我們判斷一輛車的動(dòng)力是否強(qiáng)勁,除了關(guān)注廠商給出的高功率和大扭矩之外,學(xué)會(huì)使用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線才是更好的判斷一輛車在日常使用條件下動(dòng)力表現(xiàn)的捷徑。