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用車常識

秒變"小博士" 發動機功率扭矩十問十答

2014-12-25 9:53:29

知道了這些知識,你就不能算是發動機方面的小白了。

●  功率和扭矩分別代表什么意義?

功率英文是Power,決定了能跑多快。扭矩英文是Torque,決定了提速有多猛、能爬多陡的坡。

把汽車比喻成大牲口,功率是它“干活的能耐”。扭矩是它干活時的力量。在評判一匹牲口的體力狀況時,要綜合考慮。干活慢或者力量小的牲口都不是好牲口。

再用人打個比方,僅僅扭矩大的車就好比某些籃球中鋒,比如奧尼爾(他的確有個外號叫做‘Diesel’,柴油機),舉手投足都充滿力量,但是速度慢功率不一定大。而扭矩不大但是功率十足的車就像一些勤快的不知疲倦鋒衛球員,比如科比。

●  能不能說得再直觀點?

把汽車比喻成一匹正在干活的馬,能量來源于發動機,發動機如同馬的心肺系統。

扭矩可以相關于發動機一口能吞多少油氣,好比一匹馬每一次呼吸能吸入多少空氣,一口吸得多,產生能量多,力量大,扭矩就大。

功率可以相關于發動機一定時間總共能吞多少油氣,好比一匹馬一段時間的過程中一共吸進了多少空氣,一定時間吸入得越多,能干的活越多,功率就大。

●  扭矩和發動機轉速有什么關系?

繼續剛才的比喻,轉速可以比喻為馬的呼吸頻率。發動機有可能在比較低的轉速下扭矩就很大,因為低轉速并不影響它大口吞油氣,就好比馬可以慢慢但是很深地呼吸。

隨著呼吸越來越快,每口吸入的油氣濃度也是增大的,爆發的力量也會增大,即轉速增大,扭矩增大。但快到一定程度,每口吸入的油氣量也不會再增大了,于是扭矩就不再增大。轉速太快,每口吸入量反而會減少,于是扭矩就下降了。

●  功率和發動機轉速有什么關系?

功率在大部分時間內都是隨轉速增大的,因為:吞油氣總量=每口吞的量×吞的頻率在每口吞的量增大和基本穩定時,頻率決定著總量,所以轉速越快功率越大,就好比馬急速喘氣,一定時間內呼吸的總量肯定能增加。即便是每口吞的量開始下降了,抵消不了頻率上升的作用,功率仍然是上升的。轉速繼續升高,等轉速的貢獻比不上每口吞的量減少的損耗時,功率也就開始下降了。相當于這匹馬喘得太狠,已經維持不了速度了,要吐白沫了。

●  功率和扭矩有什么關系?

根據上面的公式:吞油氣總量=每口吞的量×吞的頻率

我們可以得到這樣的公式:功率=扭矩×轉速

相互關系如此,考慮單位的話還要加常數。

●  為什么柴油機扭矩大?

左邊的汽油機有火花塞 右邊的柴油機有噴油嘴

相比汽油,柴油不容易點燃,所以柴油機采用的是“壓燃”,先用活塞把空氣壓縮(有些柴油機壓縮比能達到20:1)然后往高溫高壓的空氣里噴柴油就燃燒了。由于壓力大,可燃的混合氣量大,所以力量大,也就是扭矩大。(好比上面那匹馬吸了一口超高濃縮氣)。

而汽油機采用的是“點燃”,先用活塞把油氣混合氣壓縮(為防止壓力過高汽油直接燃燒,壓縮比一般只有10:1左右),然后火花塞點火,燃燒做功。由于氣體密度沒那么大,所以爆發的力量也就沒柴油機那么大。知道為什么奧尼爾外號叫“柴油機”了吧,柴油機力氣大。

●  為什么柴油機扭矩大提速卻不快呢?

康明斯QSK95型船用柴油發動機,16汽缸,排量95L,最大功率4000馬力,最大扭矩16000Nm,可以給英國的3500棟房屋供電。

既然扭矩決定了加速能力,那為什么柴油機扭矩大,普遍來看,提速卻不占優呢?這是因為柴油發動機壓縮比大,活塞行程也就比較長,轉速上升的太慢了。扭矩大了確實有助于提速,但是轉速提得慢,讓扭矩發揮出來用的時間太長,提速就快不起來。柴油機的大扭矩主要表現在能負重爬陡坡。因為柴油機轉速上限不高,所以它的功率相對也比較低。以上都是指傳統概念的柴油機的特點,由于新材料新技術的應用,現在柴油機進步顯著。

●  為什么柴油機比較省油?

柴油機的發明者魯道夫?迪塞爾。柴油機生來就是吃粗糧干重活的,早期柴油機甚至可以燒煤粉。迪塞爾甚至為此受到石油公司的威脅。最根本的原因是,一升柴油的熱值有9000多大卡,汽油只有7000多。在發動機功率和效率相等前提下柴油機肯定油耗比較低。此外由于壓縮比大,柴油機普遍的轉化效率也比汽油機高,省上加省。

●  渦輪增壓為何能增大功率和扭矩?

我們在前面發動機和馬的比喻中,一直在提到一個事情:吸入的空氣量。如果其他條件不變,增加每一口吸入的空氣量,那么一定時間內的總量也會增加,扭矩和功率不就都增加了嗎?

怎么達到?把進入的空氣壓縮。壓縮空氣的動力從哪里來?用排出的廢氣“吹”出來。一根軸,兩邊各一個渦輪,一邊用廢氣帶動,一邊把壓縮空氣“吹”進發動機,這就是渦輪增壓系統的基本原理。除了廢氣渦輪增壓,還有機械渦輪增壓,直接利用發動機輸出帶動空氣壓縮機。

●  怎么根據功率扭矩數據挑選汽車?

此車最大扭矩220Nm(1500~3600r/min),最大功率約95kW(4800r/min),我們可以初步判斷這是一款1.5左右可能帶渦輪增壓的發動機。

首先要會看發動機特征曲線圖(就是那幅斜斜的畫了個叉子的坐標圖),還要確定自己的需求,兩相結合來挑選。具體如何分析發動機特征曲線,我們下次接著聊!

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