淺談發(fā)動機(jī)的外特性和萬有特性
我們在購買車輛的時候在配置表里通常會看這樣幾項參數(shù):最大功率、最大功率轉(zhuǎn)速、最大扭矩、最大扭矩轉(zhuǎn)速,以此來判斷動力的強(qiáng)弱,伴隨著渦輪增壓技術(shù)的普及,相同排量的自然吸氣的發(fā)動機(jī)功率和扭矩都得到了提升,但是為什么還有很多人吐槽小排量渦輪增壓發(fā)動機(jī)動力弱,低轉(zhuǎn)速扭矩輸出弱,想要看這其中的功率輸出變化這就要提到發(fā)動機(jī)的外特性曲線圖了。
發(fā)動機(jī)的外特性曲線圖包括:轉(zhuǎn)速、功率、扭矩這三個參數(shù)(有些廠家可能會將燃油消耗添加進(jìn)去),外特性是決定發(fā)動機(jī)性能的決定性因素:通過功率判定發(fā)動機(jī)的最高速度性能、扭矩判定發(fā)動機(jī)的加速、負(fù)載能力,三者的物理關(guān)系為P=MN/9550,其中P為功率M為扭矩N為轉(zhuǎn)速。
發(fā)動機(jī)外特性曲線是當(dāng)發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度為100%時測得的發(fā)動機(jī)輸出功率(扭矩)隨轉(zhuǎn)速變化的曲線。它表現(xiàn)的曲線特征是∶功率曲線和扭矩曲線都呈現(xiàn)凸形曲線,但兩者表現(xiàn)是不一樣的。在汽油發(fā)動機(jī)外特性曲線中:功率曲線在較低轉(zhuǎn)速下數(shù)值很小,但隨轉(zhuǎn)速增加而迅速增長,轉(zhuǎn)速增加到一定區(qū)間后,功率增長速度變緩,直至最大值后就會下降,盡管此時轉(zhuǎn)速仍會繼續(xù)增長。
上圖為測試馬自達(dá)阿特茲的發(fā)動機(jī)外特性圖,左面豎標(biāo)為扭矩 右面豎標(biāo)為功率 下面的橫標(biāo)為轉(zhuǎn)速,由圖可以看到在3300rpm獲得的最大扭矩轉(zhuǎn)速,扭矩輸出平穩(wěn)5000rpm之后扭矩才開始下降,最大功率出現(xiàn)在6100rpm左右,其作用在于可以通過發(fā)動機(jī)外特性曲線圖了解發(fā)動機(jī)的性能和特點,了解功率、扭矩、耗油量和轉(zhuǎn)速之間關(guān)系,并找出發(fā)動機(jī)最佳的工作區(qū)域,根據(jù)負(fù)荷變換檔位、選擇最佳的經(jīng)濟(jì)區(qū)間。
功率的曲線圖在較低轉(zhuǎn)速下數(shù)值很小,但隨轉(zhuǎn)速增加而迅速增長,轉(zhuǎn)速增加到一定區(qū)間后,功率增長速度變緩,直至最大值后就會下降,盡管此時轉(zhuǎn)速仍會繼續(xù)增長。
扭矩曲線則與功率曲線相反,它往往在較低轉(zhuǎn)速下就能獲得最大值,然后隨轉(zhuǎn)速上升而下降。
上面我們講到發(fā)動機(jī)的外特性,但是發(fā)動機(jī)外特性是100%油門開度下轉(zhuǎn)速、扭矩、功率三者之間的關(guān)系特性,日常駕駛很少用到地板油,不能準(zhǔn)確衡量動力輸出。
嚴(yán)格意義上,輪邊動力才是車輛動力的最終決定因素,從發(fā)動機(jī)到車輪,中間經(jīng)過整個傳動系統(tǒng)。相應(yīng)的,傳統(tǒng)系統(tǒng)的效率和傳動比會決定發(fā)動機(jī)能量的傳輸效果。在此,先不談總的傳動比、傳動效率,先說說發(fā)動機(jī)的動力輸出邏輯——也就是發(fā)動機(jī)標(biāo)定。
相同轉(zhuǎn)速不同負(fù)荷下(不同油門)對應(yīng)功率扭矩大小——發(fā)動機(jī)萬有特性(還包括燃油消耗),日常駕駛可以直觀感受到。發(fā)動機(jī)外特性是衡量發(fā)動機(jī)可以達(dá)到的最大性能,是整個動力性能的基礎(chǔ)反映,至于這個性能使用多少,就是標(biāo)定來決定,這也是相同發(fā)動機(jī)有高低功率版的根本原因。
主要通過調(diào)整點火提前角、噴油正時(包括噴油時機(jī)、噴油量)來達(dá)成動力、排放、經(jīng)濟(jì)性,乃至于NVH性能的統(tǒng)一、妥協(xié)。同時決定相同轉(zhuǎn)速不同負(fù)荷下的功率、扭矩、燃油消耗形成發(fā)動機(jī)萬有特性圖。
發(fā)動機(jī)萬有特性曲線圖,也叫MAP圖;其中,平均有效壓力是指單位氣缸容積內(nèi)所做的有效功,用來衡量發(fā)動機(jī)做功能力。
縱坐標(biāo)有兩部分組成,左側(cè)縱坐標(biāo)表示扭矩,右側(cè)縱坐標(biāo)表示缸壓;橫坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)速。實線表示燃油消耗率,單位是g/kw;虛線表示功率。每一條實線和虛線上數(shù)值大小相同,所以也被稱為等油耗率曲線、等功率曲線。
利用這張圖,就可以找到同一轉(zhuǎn)速下不同負(fù)荷的動力輸出,部分負(fù)荷特性,也可以找到。每個轉(zhuǎn)速下都有一個最大功率輸出點,同時對應(yīng)一個最大扭矩,此時的功率和扭矩就是“地板油”時的動力——外特性輸出。
同時,也能看到部分負(fù)荷特征時,輸出的功率扭矩基本成線性分布,可以這么理解——外特性的輸出特征決定了部分負(fù)荷的輸出特征。所以外特性可以比較準(zhǔn)確的衡量發(fā)動機(jī)動力性。
萬有特性曲線可以確定發(fā)動機(jī)最經(jīng)濟(jì)的工作區(qū)域,針對這張圖上的該款發(fā)動機(jī),經(jīng)濟(jì)性最好的區(qū)域是圖示黃圈位置。油耗最低,轉(zhuǎn)速集中在2800-3200轉(zhuǎn),對應(yīng)功率分布在25-32kw,扭矩在81-102N.m區(qū)間內(nèi)。
每款發(fā)動機(jī)萬有特性不一樣,經(jīng)濟(jì)性區(qū)間也不一樣,不能一概而論什么轉(zhuǎn)速區(qū)間油耗低。
比如這款汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性最好的區(qū)間是1800-4100區(qū)間,對應(yīng)功率涵蓋17-46kw,扭矩86-120區(qū)間。就經(jīng)濟(jì)性來說,希望這個等油耗率曲線覆蓋更大的轉(zhuǎn)速區(qū)間,同時功率扭矩輸出區(qū)間也盡可能大,這樣可以覆蓋更多的工況。
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