上一篇文章探讨了发动机扭矩,最后发现,当发动机转速超过最大扭矩转速后,功率仍在上升,但扭矩却在下降,下面探讨一下这种现象的原因。
每个车的参数表都会列出最大扭矩,最大功率或马力(第一篇文章已探讨出,马力和功率是一回事,标准不同而已。有些车就只列出最大功率),如下表,
图1
表中可见,此车在4000转,发动机可输出最大扭矩150 N*M.
那么当转速在0 到4000转之间时,发动机的扭矩是程上升趋势,4000转之后,扭矩就程下降趋势了。
6000转, 发动机可输出最大功率 87 kW。
那么当转速在0 到6000转之间时,发动机的功率是程上升趋势,6000转之后,功率就程下降趋势了。
将这些变化,绘制成图像,更直观些。 看下面的 发动机 功率-扭矩 ,曲线图:
图2
从上一篇文章,我们知道,扭矩 = 作用力 X 力臂。 发动机扭矩的作用力,就是从混合气燃烧膨胀对活塞的推力而来。
混合气越多,压缩冲程末端混合气压力越大,燃烧膨胀程度越大,扭矩就越大。
怠速时节气门开度很小,这时候发动机吸气阻力很大,可以想象一下你用很细的吸管喝奶茶,腮帮子会酸而且喝不到多少。怠速时发动机进气状况差不多就是这个样子,吸气费劲而且还吸不到多少空气,这样ECU根据空气进气量,按混合比参数,调节喷油量,混合气总量就很小。 气缸内压力小,混合气总量少, 燃烧膨胀程度就低,所以怠速时扭矩就低。
图3
从图2 功率-扭矩 曲线图也可以看出, 怠速时是发动机的扭矩最低点。
图1的表显示,最大扭矩转速是4000转,这并不是说只要转速到了4000就一定能输出最大扭矩。发动机达到最大扭矩的前提是:节气门全开,获得最大进气量。此时混合气体积也达到最大。
就好比鞭炮,里面的炸药越多,爆炸威力越大。发动机也是,气缸内混合气越多,爆炸威力越大。
节气门全开后发动机吸气更轻松,就像你用很粗的吸管喝奶茶,轻轻一吸就吸到了,而且还可以吸很多。当节气门全开时,发动机才有可能达到最大程度的进气量。
图4
那是不是节气门越大就越好?也不是。 气缸容积确定后,对于自然吸气发动机,进入发动机气缸的混合气体积有一个最大值,而空燃比也有一定的范围,所以进入的空气也有一定的范围,才能保证燃烧。
节气门大小只要保证,当节气门全开时,进入气缸内的混合气,能达到该气缸所能容纳的最大值即可。所以,一般小排量自吸车节气门 较 大排量的小。因为小排量车,气缸容积小。就像用吸管喝奶茶,嘴巴大的人用大管子,嘴巴小的人用小管子。管子最大,也无需超过嘴巴的大小。
图5
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在全开油门时(节气门全开),需要发动机输出最大扭矩,这时的空燃比要求是12到12.5,也就是偏浓的混合气,这时的混合气也叫功率混合气。
图7
图8
由于空气也有惯性,废气也有惯性,并不是每一次吸气都能达到发动机的最大进气量,同时也不是每一次排气都能把所有废气全部排干净。
在发动机转速提升的过程中,进排气效率在慢慢发生改变,在某一个转速下,进排气综合作用的结果,使得气缸内可以进入最大程度的混合气时,这个转速就是理论上的最大扭矩转速了。
高于或者低于这个转速,都会有很多因素发生改变,而使气缸无法进入足够多的混合气。
所以当转速超过最高扭矩转速,扭矩反而下降了。
图9
由图1的曲线图可以看出,当转速超过最大扭矩转速4000转,扭矩开始下降,但功率(马力)反而在上升,这又是为何?
这就要从上一篇文章里,关于马力(功率)和扭矩的区别说起。
想一想用轱辘打井水,一段时间内,谁打上来的水多,谁功率就大。
用大吊桶,需要的扭矩大,用小吊桶,需要的扭矩小。
但是,如果用小吊桶的人,转动轱辘的速度快,在同样的时间里,小吊桶打上来的水的总量也可以超过用大吊桶的。
发动机也类似,当转速超过最大扭矩转速,虽然扭矩下降(换了小吊桶),但转速升高了(转动轱辘的速度快了),同样时间内,做的功就可能比扭矩最大时做的功多(功率就高)。(类比于用小吊桶的人,转动轱辘的速度快,在同样的时间里,小吊桶打上来的水的总量也可以超过用大吊桶的)。
图10
图11
绝大多数自吸发动机来说,过了最大扭矩转速后扭矩开始下滑,但是有些可变气门正时、可变气门升程等技术就是用来优化进排气效率的,所以有些自吸发动机在最大扭矩转速后可能还有一个高扭矩转速。还有很多发动机都是四气门,两进两排,进气门更大,这都是为了改善高转速下进气效率而进行的设计。
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涡轮增压发动机为什么会有扭矩平台?
所谓扭矩平台,简单说就是,可在在一定的转速范围内输出最大扭矩。 自吸车一般在转速超过最大扭矩转速后,就开始下降。
这是因为涡轮增压发动机在增压时发动机不用自己吸气,有增压器在帮它往气缸里压气,就像你捏着袋子往嘴里挤酸奶一样,只需要张开嘴就行了。这样省去了吸气的力量,而且增压状态下可以保证气缸最大程度充满混合气。
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