汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性之汽油機(jī)的速度特性分析

（文章來(lái)源：智能汽車網(wǎng)）

我們?cè)诳匆恍┍容^專業(yè)的汽車文章時(shí)，有時(shí)候里面會(huì)有“發(fā)動(dòng)機(jī)特性”這個(gè)概念，還有的會(huì)配一張發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖來(lái)說(shuō)明，看得我們這些汽車小白一愣一愣的。那么究竟什么是發(fā)動(dòng)機(jī)特性呢？我們又該如何來(lái)理解這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線呢？

在說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題之前，我們首先來(lái)了解幾個(gè)基本概念。發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率：發(fā)動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間對(duì)外輸出的有效功稱為有效功率。發(fā)動(dòng)機(jī)功率是發(fā)動(dòng)機(jī)性能最重要的指標(biāo)，汽車的最高車速就是由發(fā)動(dòng)機(jī)功率決定的。通常用大寫的字母P來(lái)表示。有效轉(zhuǎn)矩：在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩。一般發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩越大，它的加速能力和爬坡能力越強(qiáng)。通常用大寫的字母M來(lái)表示。

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，關(guān)系到單位時(shí)間內(nèi)作功次數(shù)的多少。通常用小寫的字母n來(lái)表示。有效燃油消耗率：發(fā)動(dòng)機(jī)每輸出 1kW 的有效功所消耗的燃油量稱為有效燃油消耗率。顯然，有效燃油消耗率越低，發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性越好。通常用小寫的字母g來(lái)表示。以上這幾個(gè)參數(shù)，是發(fā)動(dòng)機(jī)重要的性能指標(biāo)，可以用來(lái)表示發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況，簡(jiǎn)稱工況。它們之間有如下的關(guān)系：P=M*n/9550。

由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工況變化范圍很大，所以這幾個(gè)參數(shù)也可以在很大的范圍內(nèi)變化，而研究它們之間的變化規(guī)律，可以找出提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的有效途徑。這就是所說(shuō)的發(fā)動(dòng)機(jī)特性。

所謂的發(fā)動(dòng)機(jī)特性，是指發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)隨發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整情況和運(yùn)轉(zhuǎn)工況而變化的規(guī)律。表示其變化規(guī)律的曲線稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線。一般發(fā)動(dòng)機(jī)有速度特性、負(fù)荷特性、調(diào)整特性、萬(wàn)有特性這幾個(gè)特性。由于柴油機(jī)和汽油機(jī)有很大的區(qū)別，所以它的特性曲線也有所不同。下面我們以最常見的汽油機(jī)分別來(lái)說(shuō)說(shuō)這幾個(gè)特性。

速度特性是指在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)和燃油供給系統(tǒng)調(diào)整到最佳的條件下，在節(jié)氣門開度不變時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率、有效扭矩、有效燃油消耗率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而變化的關(guān)系。表述上述關(guān)系的曲線稱為速度特性曲線。當(dāng)節(jié)氣門全開時(shí)的速度特性稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性，它表示發(fā)動(dòng)機(jī)的最高性能；節(jié)氣門部分開啟時(shí)的速度特性稱為發(fā)動(dòng)機(jī)部分特性。部分特性曲線位于外特性曲線之下，有無(wú)限多條。由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在部分負(fù)荷下工作，所以研究部分特性曲線更有實(shí)際意義，一般發(fā)動(dòng)機(jī)要做出標(biāo)定功率的90%、75%、50%、25%的速度特性。

那么我們?nèi)绾蝸?lái)解讀這個(gè)速度特性曲線呢？有效扭矩曲線的變化趨勢(shì)：隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，有效扭矩逐漸增大，當(dāng)出現(xiàn)最大扭矩后逐漸下降，且下降程度越來(lái)越大，整個(gè)曲線呈中間高、兩邊低的中凸形狀。

汽油機(jī)的扭矩曲線主要取決于進(jìn)入氣缸的混合氣的數(shù)量。而轉(zhuǎn)速變化會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣系數(shù)。轉(zhuǎn)速低了進(jìn)氣慣性不足，轉(zhuǎn)速高了進(jìn)氣阻力增加，所以轉(zhuǎn)速過(guò)高或過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩下降。對(duì)于傳統(tǒng)的固定配氣相位的配氣機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，只能保證發(fā)動(dòng)機(jī)在某一個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)有最佳的充氣系數(shù)，這就是我們常說(shuō)的發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作區(qū)間。

而使用了可變配氣正時(shí)機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)可以在更大的范圍內(nèi)調(diào)整最佳充氣系數(shù)，所以這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)有更高的性能。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，機(jī)械效率越低，功率損失增加，有效扭矩也會(huì)隨之下降。這就是有效扭矩曲線呈中間高、兩邊低的原因。

一般來(lái)說(shuō)，有效扭矩曲線中間突起部分越高越平緩，表示發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性越好，最大扭矩持續(xù)的轉(zhuǎn)速范圍越寬，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)加速能力越好，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的操縱性越好，汽車越好駕馭。如果在低速時(shí)便擁有較大的扭矩，表明汽車的起步性能比較好；如果在中高速時(shí)才擁有較大扭矩，那它可能是一臺(tái)高速性能的發(fā)動(dòng)機(jī)，在高速行駛時(shí)特性較佳。

在這里要特別說(shuō)一下增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩曲線的區(qū)別?，F(xiàn)在越來(lái)越多的車型搭載渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，大家在駕駛這樣的車型時(shí)，都會(huì)有一個(gè)感覺(jué)：在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，汽車動(dòng)力較差；在轉(zhuǎn)速上升到某一個(gè)數(shù)值時(shí)，汽車的動(dòng)力突然增加，并且這個(gè)動(dòng)力會(huì)平穩(wěn)的維持一段時(shí)間；如果轉(zhuǎn)速超過(guò)了某一個(gè)數(shù)值，汽車的動(dòng)力又會(huì)突然的下降。

這其實(shí)就是由于渦輪的介入與退出導(dǎo)致的，在渦輪的介入與退出的瞬間，發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣系數(shù)會(huì)有非常明顯的變化，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩劇烈變化，所以它的扭矩曲線呈現(xiàn)階梯狀。而自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)就不會(huì)有這樣的狀況，它的扭矩變化是非常平順的，扭矩曲線也是一條相對(duì)平直的曲線。

有效功率曲線的變化趨勢(shì)：由于發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率與有效扭矩以及轉(zhuǎn)速成正比，即P=M*n/9550。所以當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，由于有效扭矩和轉(zhuǎn)速同時(shí)增加，所以有效功率增加的很快；直到有效扭矩達(dá)到最大值時(shí)，由于M的下降使有效功率P上升緩慢；隨著轉(zhuǎn)速的繼續(xù)增加，有效功率達(dá)到最大值，隨后由于有效扭矩M的下降影響超過(guò)了轉(zhuǎn)速n上升的影響，所以有效功率也隨之下降。所以發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率曲線是一條較為陡峭的上升曲線，只是在末端略有下降。

有效燃油消耗率曲線的變化趨勢(shì)：由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加使每小時(shí)燃油消耗量增加，但是發(fā)動(dòng)機(jī)在中等負(fù)荷及轉(zhuǎn)速的條件下，機(jī)械效率是最高的，此時(shí)供給的可燃混合氣也是經(jīng)濟(jì)型的，燃燒效率最高，因此發(fā)動(dòng)機(jī)在中等負(fù)荷及轉(zhuǎn)速的條件下有些燃油消耗率最低，有效燃油消耗率的曲線就呈一種兩邊高、中間低的下凹形狀。這也就是很多人說(shuō)的汽車以中等速度行駛最省油的原因。
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