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正確理解發(fā)動(dòng)機(jī)的“轉(zhuǎn)矩”和“功率”

m.guilinhy.com 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：001070 類別：品牌汽車維修時(shí)間：2008-01-24

“轉(zhuǎn)矩”和“功率”這2個(gè)詞對(duì)于廣大汽車愛好者來(lái)說(shuō)，可謂司空見慣，但是當(dāng)有人問起發(fā)動(dòng)機(jī)的“轉(zhuǎn)矩”和“功率”各代表什么含義?它們之間又有何聯(lián)系?能準(zhǔn)確回答出來(lái)的恐怕并不太多。　
下面就和大家談?wù)動(dòng)嘘P(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)“轉(zhuǎn)矩”和“功率”的一些內(nèi)容。　　
一、“轉(zhuǎn)矩”和“功率”是表征發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的重要指標(biāo)
發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)飛輪對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，用Te表示，單位為N·m。有效轉(zhuǎn)矩與外界施加于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的阻力矩相平衡。發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)飛輪對(duì)外輸出的功率稱為有效功率，用Pe表示，單位為kW。它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘積。
發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率可以用臺(tái)架試驗(yàn)方法測(cè)定，即用測(cè)功器測(cè)定有效轉(zhuǎn)矩和曲軸角速度，然后運(yùn)用以下的公式便可計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率。
Pe＝Te·(2∏·n／60)／1000＝Te·n／9550(kW)
其中：Te——有效轉(zhuǎn)矩，N·m n——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r／min
有效轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大轉(zhuǎn)矩，有效功率的最大值稱為最大功率。　　
報(bào)刊上在介紹某一車型時(shí)，其技術(shù)參數(shù)中的轉(zhuǎn)矩和功率通常就是最大轉(zhuǎn)矩和最大功率。而發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)明的功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速則稱為額定功率和額定轉(zhuǎn)速，額定功率一般要小于最大功率，按照汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)方法的規(guī)定，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)能在額定工況下能連續(xù)運(yùn)行300—1000h。　　
關(guān)于轉(zhuǎn)矩和功率的含義，通俗一點(diǎn)講，轉(zhuǎn)矩好比百米賽跑選手在起跑點(diǎn)蹲撐，蓄勢(shì)待發(fā)，準(zhǔn)備沖向前那一剎那的沖勁；而功率就是維持這股勁可以越跑越快，一直跑到終點(diǎn)的能力。增大發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，就能提高Te和Pe。為了增大發(fā)動(dòng)機(jī)排量，可增加氣缸數(shù)(如3缸變4缸)，或者增加單位氣缸的容積(如增大氣缸內(nèi)徑)。　　
二、正確理解發(fā)動(dòng)機(jī)的“轉(zhuǎn)矩”和“功率”關(guān)系
發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率與曲軸轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)來(lái)得到，試驗(yàn)時(shí)先保持發(fā)動(dòng)機(jī)一定的節(jié)氣門開度，用測(cè)功器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸施加一定數(shù)值的阻力矩。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定時(shí)，即阻力矩等于發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的有效轉(zhuǎn)矩，這時(shí)可測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n和有效轉(zhuǎn)矩Te，然后根據(jù)Pe與Te和n的關(guān)系即可求出有效功率Pe來(lái)。用這種方法可以測(cè)得另一轉(zhuǎn)速下的Te與Pe，如此重復(fù)多次，即可得到一定節(jié)氣門開度下的Te、Pe和n的變化曲線。如果改變節(jié)氣門開度，又可測(cè)得另一組特性曲線。當(dāng)節(jié)氣門開度最大時(shí)，所得到的特性曲線稱為發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線(如圖)，節(jié)氣門其他開度下的特性稱為部分特性曲線。　　
從圖中我們可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速為n2時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出最大轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)速小于n2時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不良，另外轉(zhuǎn)速降低，每個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間增加，燃燒氣體與氣缸壁接觸時(shí)間增長(zhǎng)，由于冷卻而產(chǎn)生的熱量損失更大，因而轉(zhuǎn)矩略小。當(dāng)轉(zhuǎn)速n2不斷增加時(shí)，由于進(jìn)氣行程時(shí)間短，氣體流速高，阻力大，充氣量也減少，而摩擦損失又加大，故Te也隨之減少。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到n3時(shí)，有效功率Pe達(dá)到最大值，由于功率等于轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的乘積。在n1—n2范圍內(nèi)，因?yàn)镻e與n都是漸漸增加的，其乘積自然也增加，故在轉(zhuǎn)速n1—n2范圍內(nèi)Pe隨n的增加而增加。在n2—n3范圍內(nèi)，n雖繼續(xù)增加，但只卻逐漸降低，不過(guò)由于Pe降低較慢，故只是緩慢地增加，到n3時(shí)Pe達(dá)到最大值。轉(zhuǎn)速超過(guò)Pe時(shí)，雖然n是增加的，但由于Pe下降很快，故Pe也逐漸下降。　　
以上講的是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、功率與曲軸轉(zhuǎn)速三者之間的關(guān)系，為了讓大家能更好地理解上述內(nèi)容，我們不妨再形象地打個(gè)比方：發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩象征其氣缸一口氣所能吸進(jìn)的油氣量，這個(gè)吸氣量是會(huì)隨油門開度的加大和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的逐漸升高而增加的，但是它不會(huì)一直變大上去，到了某一轉(zhuǎn)速它就會(huì)達(dá)到顛峰，這就是平時(shí)人們所說(shuō)的最大轉(zhuǎn)矩。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速再上升，它就會(huì)逐漸下降，這是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)在轉(zhuǎn)矩上的特色，也是最不理想的地方。功率等于轉(zhuǎn)矩乘以轉(zhuǎn)速，它象征在單位時(shí)間里發(fā)動(dòng)機(jī)可吸進(jìn)的油氣量。　　
所以，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升到最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)時(shí)，每口氣吸進(jìn)的油氣量和單位時(shí)間里的吸氣次數(shù)都在增加，因此功率一直上升；當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)后，盡管每口氣吸進(jìn)的油氣量減少，但由于降幅不大且吸氣次數(shù)在增加，所以一直增加到最大功率點(diǎn)為止；當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)最大功率點(diǎn)后，每口氣吸進(jìn)的油氣量減少幅度要大于吸氣次數(shù)的增加幅度，所以功率開始減少。　　
三、如何比較不同發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)劣或強(qiáng)化程度汽車所要求的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性指標(biāo)Te和Pe是在一定轉(zhuǎn)速下得到的。不同汽車的使用要求不一樣，車速也不一樣(如載貨汽車和轎車使用的車速就不一樣)，所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就不一樣，因此不同用途的發(fā)動(dòng)機(jī)，即便在有效功率相等的情況下，它們所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速也是不一樣的，反言之即功率相等的發(fā)動(dòng)機(jī)并不能符合所有車型的要求，還必須在考慮功率和轉(zhuǎn)矩的同時(shí)看其所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，這樣才能全面看出發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能指標(biāo)Te和Pe是否符合要求。　　
而Te和Pe這兩項(xiàng)動(dòng)力性指標(biāo)并不能直接用來(lái)評(píng)價(jià)不同排量發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)劣或強(qiáng)化程度，即不是功率和轉(zhuǎn)矩大的發(fā)動(dòng)機(jī)就好或強(qiáng)化程度就高，而是要看單位氣缸工作容積所發(fā)出的功率和轉(zhuǎn)矩。　　
TL和PL就是表示單位氣缸工作容積的轉(zhuǎn)矩和功率，使用這兩項(xiàng)指標(biāo)才能比較出不同發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)劣或強(qiáng)化程度。
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)TL和PL的范圍：
汽油機(jī)：TL＝600kPa—1000kPa PL＝22kW／L—55kw／L
柴油機(jī)：TL＝600kPa—900kPa PL＝11kW／L—26kw／L
在額定工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)每升氣缸工作容積所發(fā)出的功率叫升功率。
PL＝Pe／(Vh·i)(kw／L) 其中：Vh——?dú)飧坠ぷ魅莘e(L) i——?dú)飧讛?shù)
升功率標(biāo)征單位氣缸工作容積的利用率，PL越大表示單位氣缸工作容積發(fā)出的功率越大，那么當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率一定時(shí)，PL越大發(fā)動(dòng)機(jī)就越小，材料質(zhì)量越小。　　
提高升功率的途徑主要有4個(gè)：　　
(1)增加充氣量燃料燃燒需要空氣，相對(duì)燃料而言，空氣更難進(jìn)入氣缸。采用增壓技術(shù)或改善換氣過(guò)程(如減少進(jìn)氣阻力)可提高充氣量。　　
(2)改善混臺(tái)氣質(zhì)量和燃燒質(zhì)量在一定的空氣量下，空氣與油料混合均勻，燃燒充分，單位氣缸容積供熱量增多。　　
(3)提高發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率減少機(jī)械損失才能增加有效功率的輸出。減少機(jī)械損失主要是減少各摩擦副的摩擦損失，其次是減少輔助機(jī)構(gòu)的功率消耗和泵氣損失。　　
(4)適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速主要是增加作功(或充氣)頻率，即增加單位時(shí)間的充氣量。但是提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速除應(yīng)考慮機(jī)械強(qiáng)度外，轉(zhuǎn)速增加，每循環(huán)的充氣量減少、機(jī)械損失增大、燃燒過(guò)程難以組織，即轉(zhuǎn)速提高，會(huì)使Pe下降，因此，增加轉(zhuǎn)速也要適度。

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