高爾夫功率和扭矩的關係,外設不變發動機急加速看功率還是看扭矩

然後言歸正傳,來看一看高爾夫1.4T發動機的功率和扭矩的關係

高爾夫功率和扭矩的關係,外設不變發動機急加速看功率還是看扭矩

高爾夫1.4TSI發動機,最大功率125千瓦,輸出扭矩最大能達到240牛米(估計值)。

為了簡化,說明白,以下假設成立

  1. 假設,一腳油門到底,直到速度最大200KM/H(估計值)
  2. 假設, 變速箱為7DCT(速比:15:1, 12:1,,10:1,8:1,5:1,3:1,2:1)
  3. 假設,變速箱響應完美。沒有其他小問題
  4. 假設,發動機完美輸出,沒有其他小問題

發動機的功率扭矩特性如下圖

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從上圖可以看出發動機在1000轉的時候扭矩開始提升,在1750轉左右迅速爬升到240牛米,這是一個急加速過程

在1750轉到4500轉,扭矩一直保持在240牛米的狀態下,這個過程仍然是急加速過程。

扭矩從4500轉開始下降,下降到5400轉的時候開始切換為功率模式,這個過程還是急加速過程

扭矩開始從5400轉繼續下降到6000轉,還是加速過程

從6000轉開始車子不在加速了,只能保持200KM/H的情況下行駛。我們稱為勻速行駛(大致勻速)

什麼是加速行駛

一輛車子為什麼會加速行駛,根據牛頓定力我們知道,車子質量一定時,牽引力越大,加速性好

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牽引力由什麼來的呢。牽引力是由驅動輪提供給車子的。由於輪子的半徑是常量。可以忽略。

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什麼是變速箱呢?變速箱的主要作用是增加扭矩,降低轉速。

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原因如下,我們可以算一下,假設發動機是3000轉每分鐘,輪子也跟著3000轉每分鐘是什麼概念.

舉例:205/55R16 91V 這裡16表示這是16英寸直徑的輪胎。

當一個16英寸直徑的輪胎以每分鐘3000轉轉動的話,輪子的速度是多少呢?

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通過上面可以看出輪子的速度基本上達到230km/h,這個速度太快,所以變速器,必須是減速器。

那如果發動機扭矩240N*m作用到車輪上是什麼概念.

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從上圖可以看出,發動機在輸出240N.M的時候才有118公斤的力作用在車輪上,而這還是最大扭矩的時候.那如果剛起步1000轉時,175N*M的時候大約86公斤的力,那100轉的時候扭矩是多少呢?

發動機輸出扭矩是從0開始的,只有克服1400KG車子重量的摩擦力時車子才起得動。

汽車的摩擦力是多少?

沒油時,雙手推著車子走,感覺手上至少要用40-50KG的力把。

那當車子速度起來了,氣流阻力很大,慣性很大,讓你把一塊石頭弄出100KM/h的速度,100KG的力肯定不夠。

由此,我們必須增加發動機的扭矩,這個過程叫做增扭。這個責任給變速箱。

但是變速器每個檔位的增扭都是有極限的。具體待查,本次不考慮。

發動機和變速箱扭矩的關係

首先我們必須有一個常識: 發動機輸出功率,和變速箱功率是一樣的(假設轉化效率100%)實際TBD

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7DCT的檔位和減速比大致情況,有簡化和取整

假設我們在速比為15的一檔下急速踩油門。

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由上面公式,我們可以知道變速箱扭矩是發動機扭矩的15倍.由此我們得到變速箱在1檔速比15時,扭矩很大,相當於在輪子上作用一個1200-1700多公斤的力.這個力很大,遠超過汽車的磨擦力

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當發動機在第四檔的時候發動機的速度,扭矩,等關係如下圖

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其他檔位依次類推,不做一一演示。

功率和扭矩的關係

從上表看,在不同檔位功率是一樣,但是扭矩就是不一樣。打個比方

在一檔4000轉和4當4000轉時功率一樣,但是扭矩還是1檔大,也就是1檔力大無窮,那1檔自然用來跑坡,起步,加速用。同理二檔也是力大無窮,相對差點。

那為什麼要升檔呢?

因為車子的速度上去了,根據P=FV ,F必須減小,F必須減小的話,必然就需要升檔,否則功率就要加大,但發動機沒有這個實力。

車子什麼時候不加速

我們知道,根據牛頓定力,車子牽引力等於摩擦力的情況下,車子才沒有加速度。也就不加速

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這個時候車子才會勻速行駛,由於這裡假設是一腳油門到底的狀態。所以當牽引力等於摩擦力的時候,是速度最大的時候.也就是200KM/H的時候.

總結:一腳油門到底的狀態下的急加速和加速度的關係

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從上面的曲線可以看出不同檔位加速度曲線值的關係。同時不同檔位的功率曲線在右邊。

但是不換擋是不可能的,由此必須要知道發動機大概在什麼轉速下會換擋,這就是換擋策略確定。需要標定工程師去搞。

由此類推:真實情況下:

加速的曲線應該累似下面這種曲線。越往後應該加速度會越小,但是速度會越大, 直到達到最大值。

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寫到最後

結論:

  1. 由於P=FV, 發動機能提供大扭矩時,當發動機最高轉速不變時,發動機的功率也會增大,這不矛盾
  2. 在低速狀態下會採用扭矩模式,發動機扭矩越大,加速越快。
  3. 變速箱在升檔過程中,發動機的加速度會減少,具體會跟升檔的轉速和策略有關。(1000RPM情況下可能有特例,這裡沒有時間討論)
  4. 結論四,在定速狀態下(不是最大速度)牽引力等於摩擦力,是因為油門並沒有全開
  5. 如果一腳油門到底,發動機扭矩先升高後降低,當牽引力等於摩擦力時,達到最大速度。同時車輛 在前期加速度比後期加速度大。

歡迎關注: 發動機和變速箱匹配,很複雜,略懂皮毛,歡迎指正。


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