什麼是發動機轉速特性曲線?

2021-01-09 車質網

  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,甚至將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適用。

  我們舉一個例子,這裡我們用國產某型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,這臺發動機在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,和發動機氣缸內壓力成非線性正相關關係。也就是說我們可以粗略地認為,雖然表徵氣缸內壓力的指標甚多,但一般而言,氣缸內的壓力越大,發動機輸出的扭矩就越大。

  然後氣缸內的壓力怎麼來的呢?當然是來自於氣缸內可燃混合氣爆燃產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,而這裡車轍只介紹一個參數,叫做充氣效率。

  充氣效率的含義,直白的說,可以理解為進氣量相對於氣缸容量的比值。這個比值越高,進氣效率越高,意味著參與燃燒的可燃混合氣量越大,也就能製造更大的氣缸內壓力,從而製造更大的扭矩。

  這個指標和我們說的最大功率轉速,最大扭矩轉速有什麼關係嗎?

  當然也有關係啦!隨著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內進入氣缸。但是當這個速度達到一定程度的時候,就導致效率不升反降。

  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態)這個時候很尷尬的事情就出現了——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。這就反而導致了實際進氣量的減少。同時,由於發動機的轉速越來越快,氣缸內的溫度也在上升。而眾所周知,溫度更高的氣體體積也就越大。當同等質量的氣體由於溫度更高,他們佔據了更多的氣缸內空間,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內出現的。

  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。

  本田的B18 K20這些著名高轉速發動機,由於具有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別的萎靡。這也是為什麼賽車手在過彎的時候要採用 「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爭分奪秒的賽車中不會掉下來。

  因此呢,這就是說,扭矩的上升,並不是完全線性正相關於轉速上升的。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。

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