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秒变"小博士"发动机功率扭矩十问十答

日期:2014-12-25 12:18:37     来源:中国卡车网     作者:佚名

     知道了这些知识,你就不能算是发动机方面的小白了。


     功率和扭矩分别代表什么意义?
     功率英文是Power,决定了能跑多快。扭矩英文是Torque,决定了提速有多猛、能爬多陡的坡。


     把汽车比喻成大牲口,功率是它“干活的能耐”。扭矩是它干活时的力量。在评判一匹牲口的体力状况时,要综合考虑。干活慢或者力量小的牲口都不是好牲口。

 

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     再用人打个比方,仅仅扭矩大的车就好比某些篮球中锋,比如奥尼尔(他的确有个外号叫做‘Diesel’,柴油机),举手投足都充满力量,但是速度慢功率不一定大。而扭矩不大但是功率十足的车就像一些勤快的不知疲倦锋卫球员,比如科比。


    能不能说得再直观点?

 

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     把汽车比喻成一匹正在干活的马,能量来源于发动机,发动机如同马的心肺系统。


    扭矩可以相关于发动机一口能吞多少油气,好比一匹马每一次呼吸能吸入多少空气,一口吸得多,产生能量多,力量大,扭矩就大。


    功率可以相关于发动机一定时间总共能吞多少油气,好比一匹马一段时间的过程中一共吸进了多少空气,一定时间吸入得越多,能干的活越多,功率就大。

 

     扭矩和发动机转速有什么关系?
     继续刚才的比喻,转速可以比喻为马的呼吸频率。发动机有可能在比较低的转速下扭矩就很大,因为低转速并不影响它大口吞油气,就好比马可以慢慢但是很深地呼吸。


    随着呼吸越来越快,每口吸入的油气浓度也是增大的,爆发的力量也会增大,即转速增大,扭矩增大。但快到一定程度,每口吸入的油气量也不会再增大了,于是扭矩就不再增大。转速太快,每口吸入量反而会减少,于是扭矩就下降了。


    功率和发动机转速有什么关系?
    功率在大部分时间内都是随转速增大的,因为:吞油气总量=每口吞的量×吞的频率在每口吞的量增大和基本稳定时,频率决定着总量,所以转速越快功率越大,就好比马急速喘气,一定时间内呼吸的总量肯定能增加。即便是每口吞的量开始下降了,抵消不了频率上升的作用,功率仍然是上升的。转速继续升高,等转速的贡献比不上每口吞的量减少的损耗时,功率也就开始下降了。相当于这匹马喘得太狠,已经维持不了速度了,要吐白沫了。


    功率和扭矩有什么关系?
    根据上面的公式:吞油气总量=每口吞的量×吞的频率


    我们可以得到这样的公式:功率=扭矩×转速


    相互关系如此,考虑单位的话还要加常数。


    为什么柴油机扭矩大?

 

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左边的汽油机有火花塞 右边的柴油机有喷油嘴


     相比汽油,柴油不容易点燃,所以柴油机采用的是“压燃”,先用活塞把空气压缩(有些柴油机压缩比能达到20:1)然后往高温高压的空气里喷柴油就燃烧了。由于压力大,可燃的混合气量大,所以力量大,也就是扭矩大。(好比上面那匹马吸了一口超高浓缩气)。


     而汽油机采用的是“点燃”,先用活塞把油气混合气压缩(为防止压力过高汽油直接燃烧,压缩比一般只有10:1左右),然后火花塞点火,燃烧做功。由于气体密度没那么大,所以爆发的力量也就没柴油机那么大。知道为什么奥尼尔外号叫“柴油机”了吧,柴油机力气大。


     为什么柴油机扭矩大提速却不快呢?

 

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    康明斯QSK95型船用柴油发动机,16汽缸,排量95L,最大功率4000马力,最大扭矩16000Nm,可以给英国的3500栋房屋供电。


    既然扭矩决定了加速能力,那为什么柴油机扭矩大,普遍来看,提速却不占优呢?这是因为柴油发动机压缩比大,活塞行程也就比较长,转速上升的太慢了。扭矩大了确实有助于提速,但是转速提得慢,让扭矩发挥出来用的时间太长,提速就快不起来。

 

    柴油机的大扭矩主要表现在能负重爬陡坡。因为柴油机转速上限不高,所以它的功率相对也比较低。以上都是指传统概念的柴油机的特点,由于新材料新技术的应用,现在柴油机进步显著。


    为什么柴油机比较省油?

 

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    柴油机的发明者鲁道夫?迪塞尔。柴油机生来就是吃粗粮干重活的,早期柴油机甚至可以烧煤粉。迪塞尔甚至为此受到石油公司的威胁。最根本的原因是,一升柴油的热值有9000多大卡,汽油只有7000多。

 

    在发动机功率和效率相等前提下柴油机肯定油耗比较低。此外由于压缩比大,柴油机普遍的转化效率也比汽油机高,省上加省。


    涡轮增压为何能增大功率和扭矩?

 

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    我们在前面发动机和马的比喻中,一直在提到一个事情:吸入的空气量。如果其他条件不变,增加每一口吸入的空气量,那么一定时间内的总量也会增加,扭矩和功率不就都增加了吗?


    怎么达到?把进入的空气压缩。压缩空气的动力从哪里来?用排出的废气“吹”出来。一根轴,两边各一个涡轮,一边用废气带动,一边把压缩空气“吹”进发动机,这就是涡轮增压系统的基本原理。除了废气涡轮增压,还有机械涡轮增压,直接利用发动机输出带动空气压缩机。


    怎么根据功率扭矩数据挑选汽车?

 

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    此车最大扭矩220Nm(1500~3600r/min),最大功率约95kW(4800r/min),我们可以初步判断这是一款1.5左右可能带涡轮增压的发动机。


    首先要会看发动机特征曲线图(就是那幅斜斜的画了个叉子的坐标图),还要确定自己的需求,两相结合来挑选。具体如何分析发动机特征曲线,我们下次接着聊!


                                  

 


                                  

  • 【责任编辑:小亮】

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