馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

(本文以前面幾篇探討“馬力”,“扭矩”的文章為基礎,繼續探討這兩個性能參數,對車輛駕駛的意義。)

在發動機性能參數裡,扭力和馬力,都是表徵發動機動力性能的重要參數。

它們到底誰是王者的爭論,此起彼伏,有網友說馬力是王道,有網友說扭力決定加速,馬力決定極速。

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

這些說法都沒錯,但是具體到道路行駛,則不一定。因為汽車在實際使用中,畢竟是在有限的時間內,於道路上行駛的。

離開所行駛的道路條件,和行駛時間,討論誰是王者,就好比100米短跑冠軍和馬拉松冠軍,爭論誰是王者一樣。很難得出結論。因為在彼此的領域裡,他們都是王者,但在對方的領域裡,他們又都不是王者。

發動機也是一樣,各種不同的發動機,在設計之初,就考慮了其所偏向的應用場景。

例如有些發動機,低轉扭矩大,在較低的轉速就能爆發最大扭矩,但隨著轉速的升高,轉速超過最大扭矩轉速後,扭矩下降快,最高功率不足,顯得後勁不足,最高車速不夠快。 此類發動機適合載重,或是城市市區駕駛。 因為載重需要較大扭矩,對最高車速要求不高。

城市市區駕駛,道路擁堵,紅綠燈多,路況複雜。最高車速也提不上來,轉速一般處於中低轉區域。 低轉扭矩大,有利於低速車流快速起步,中低轉速下加速性能好,跟車,穿插,都遊刃有餘。

這類低轉高扭發動機,最直觀駕駛感受就是,起步有勁,低速力大,一腳油門下去,前段靈敏推背足,但很快就到瓶頸。高速發動機震動噪聲都大,最高車速不足。

而有些發動機,低轉扭矩小,要在較高的轉速才能爆發最大扭矩。 但隨著轉速升高,轉速超過最大扭矩轉速後,扭矩下降較慢,最高功率更大,能達到更大功率,顯得後勁十足,最高車速更快。

此類發動機適合長途高速行駛。在高轉高速狀態下,保持充沛動力。

直觀駕駛感受就是,起步肉,低速肉(轉速沒上來),但是轉速提上來後,感覺後段動力源源不斷,最高車速更高。

因此有些車,感覺起步有勁,低速加速性好(低轉扭矩大),但高速後勁不足,最高車速有限。

而有些車感覺起步肉,低速加速肉(低轉扭矩小), 但發動機一旦轉速升起來, 動力源源不斷,後勁足,能達到更高車速。

這就是低轉高扭發動機,和低扭高轉發動機的直觀感受。

既然發動機在設計之初,就各有其所偏向的應用場景,其成品後的性能,也必然呈現出不同的特性。

為了描述發動機的性能特性,僅靠最大馬力(功率)和最大扭矩,顯然不足以全面瞭解這款發動機的特性。 就像分析一個人的跑步能力,僅靠蹬腿力量這一點是不夠的。

發動機 扭矩-功率 曲線圖,是全面瞭解發動機性能的圖表。比單獨標出最大扭矩和功率更全面。更貼合實際使用。

下面來看看如何解讀發動機 扭矩-功率 曲線圖。

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

圖1

先看怎麼繪製的,自然就知道如何解讀了,

繪製過程:

最下方畫橫線,代表橫座標,表示轉速(單位:rpm , 轉/分鐘),從左往右,轉速依次升高,每大格代表1000轉。在1000轉,2000轉,3000轉,4000轉,5000轉,6000轉,7000轉處標出轉速,方便查看。小格不標明轉速,但很容易就算出來每小格代表多少轉。一大格代表1000轉,一大格有5小格,那每小格代表轉速:1000/5 =200轉 。同樣的方法,可以劃分更小的格,代表更精確的轉速。但這裡只精確到200轉/格。

左邊畫豎線為縱座標,代表扭矩,從下往上,起點為80 N*m , 每格代表10N*m, 從下往上,依次標出扭矩數值:80 N*m ,90N*m,。。。。。,170 N*m。

有了轉速橫座標,扭矩縱座標,就能繪製扭矩曲線圖了。

發動機1000轉時(節氣門全開狀態),儀器測得扭矩為 122N*m。

在橫座標1000轉處,畫一條虛線垂直於橫座標;在縱座標122N*m處畫一條虛線垂直於縱座標, 兩條虛線相交於A點。

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

圖2

發動機1220轉時,儀器測得扭矩為 128N*m。

在橫座標1220轉處,畫一條虛線垂直於橫座標;在縱座標128N*m處畫一條虛線垂直於縱座標, 兩條虛線相交於B點。

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

圖3

依樣畫葫蘆哦,將發動機其它取樣轉速下的扭矩,繪製成點。依次連接這些點,就得到了扭矩曲線,取樣轉速越多,曲線越精確。

有了這條扭矩曲線,就能知道任意一個轉速下,發動機的扭矩。雖然並非100%的精確,但對於普通人瞭解發動機特性來說,已經足夠。(注意:扭矩曲線上所有的扭矩值,都是在節氣門全開狀態下測得,本文所說的扭矩,也是指節氣門全開狀態下(全油門)。)

比如,想知道發動機在4800轉下的扭矩,方法如下:

過橫座標4800點,作一條虛線垂直於橫座標(轉速座標),虛線與扭矩曲線的交點為C, 過C點作一條虛線垂直於縱座標(扭矩座標),該虛線與縱座標(扭矩座標)的交點處的讀數,就是4800轉速下的扭矩值(記住是全油門狀態下),從縱座標上看,該數值約為148 N*m.

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

圖4

就是說4800轉時(全油門狀態), 發動機扭矩為148N*m。

依這樣的方法,可以估算處任意轉速下的扭矩。

以上就是扭矩曲線的畫法,以及利用該曲線去估算某轉速下的扭矩。

下面來畫功率(馬力)曲線。

橫座標不變, 在橫座標盡頭,畫一條垂線,作為功率縱座標。

起點為0 , 每格代表10Kw, 從下往上,依次標出扭矩數值:0Kw ,10Kw ,20Kw ,…….,90Kw

按照繪製扭矩曲線的方法,依樣畫葫蘆,繪製出功率曲線。

也按照估算某轉速下扭矩值的方法, 一樣畫葫蘆,可以估算出某轉速下的功率值。

實際上這兩條曲線,只要畫出其中一條,另一條曲線對應轉速下的縱座標,就能根據公式T=9550P/n算出來,就能畫出另一條曲線了 。

扭矩和功率和轉速,滿足以下公式:T=9550P/n (T為扭矩,單位:牛*米 ;P為功率,單位:

千瓦; n為轉速,單位:轉/分鐘.)

有興趣的網友可以驗證下,圖中的扭矩,功率,轉速,是否滿足T=9550P/n(畫圖有誤差,但不會太大)。

以上說了那麼多,最終還是i為了試圖給 “扭矩和功率(馬力),誰才是王者?”統一個結論。

比較誰是王者,那就把兩臺發動機拉出來遛遛,

1號發動機參數: 最大扭矩142 N*m (2500rpm) ,最大功率 72Kw (5500rpm)

2號發動機參數: 最大扭矩142 N*m (4000rpm) ,最大功率 78Kw (5750rpm)

單看上面的數據,最大扭矩一樣,2號發動機功率比1號大,2號就是王者?

實際情況是這樣嗎?下面來分析看看。

把兩臺發動機的 扭矩 –功率 曲線圖,畫在一個座標系裡, 方便對比。

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

圖5

由圖可見,兩臺發動機的扭矩曲線,相交於C點,該點對應轉速3250。

圖上顯示,怠速到3250之間的轉速,1號發動機扭矩曲線都在2號發動機之上。 表示這個轉速區間內,1號發動機扭矩比2號發動機扭矩大。

上一篇文章,我們介紹了扭矩是如何轉換成最終推動汽車前進的動力。知道在變速箱,輪胎大小一樣的情況下,發動機扭矩大加速快。

這裡為了方便比較,兩臺發動機對應的變速箱,輪胎,車重,都假設為一樣的。

因此,當轉速不超過3250時,1號發動機因為扭矩大,加速比2號大,

可以說,在3250轉之前,1號發動機是王者。

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

有細心的網友會問了, 那發動機功率呢? 2號發動機功率大啊。

2號發動機的最大功率確實比1號大。 但是看圖,為何3250之前,1號發動機的功率曲線在2號發動機之上,意味著1號發動機在這個轉速區間(怠速至3250)內,功率比2號發動機大,為何?

因為T=9550P/n =》 P=T*n /9550

由上式可知,只要轉速相同,T值大(扭矩), P值就大(功率)

所以,在某個轉速,只要1號發動機扭矩比2號的大,功率就肯定也比2號大。

T=9550P/n,也表示在某轉速下,功率和扭矩成正比, 如果要對比兩臺發動機的性能。我們只需要分析比較兩臺發動機的扭矩曲線圖,或者功率曲線圖,兩者之一就可以了。

城市市區駕駛,道路擁堵,紅綠燈多,路況複雜,轉速不超過3250 的情況居多。

裝配1號發動機的車輛將領先2號發動機車輛。

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

兩臺最大扭矩一樣,最大功率不同的發動機。在這種路況下,王者居然屬於功率較小的發動機?

這得益於1號發動機最大扭矩轉速較低(2500),直接導致3250轉之前,1號發動機扭矩 – 功率曲線在2號發動機之上。

當轉速繼續提上,超過3250,會發生什麼情況?

看曲線圖,1號發動機的扭矩開始低於2號發動機。

意味著2號發動機的加速度,開始超過1號發動機。

這樣裝配2號發動機的車輛,開始拉近與1號發動機車輛的距離。

轉速3250之後,2號發動機的扭矩曲線圖和功率曲線圖都在1號之上。

2號發動機從3250轉之後,慢慢接近1號發動機, 然後在某個時間超過。

因為vt =v0 + a*t (末速度=初速度+加速度與時間的乘積) ,所以只要時間t足夠, a(加速度)大的發動機,速度一定會超過a小的發動機。

最大功率大的發動機,極速也大。這句話對不對?

因為2號最大功率大,在功率曲線圖上,就必然會在某個轉速之後,2號功率曲線完全在1號之上,根據T=9550P/n可知,這個轉速之後,2號發動機扭矩也肯定完全在1號之上, 就是在某個轉速之後,2號發動機的加速度總比1號大。

vt =v0 + a*t (末速度=初速度+加速度與時間的乘積) ,所以只要時間t足夠, a(加速度)大的發動機,速度一定會超過a小的發動機。

最大功率大的發動機,極速也大。這句話是對的!

可以說,3250轉之後, 2號發動機是王者。因為這個轉速之後,從曲線圖上看,不管是扭矩,還是功率,2號發動機都在1號之上。(因為T=9550P/n,2號扭矩圖像在1號上方,功率曲線也肯定對應的在上方)

高速路上,轉速可以拉起來,因此,2號發動機適合跑高速。

高速路上,2號是王者。

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

如果1號和2號比賽,場景是這樣的, 從起步開始到某個時間t 1

, 1號領先2號。

這段時間如果比喻成人類的短跑比賽,1號是冠軍。類似於汽車的市內複雜路況駕駛。

從時間t1到某個時間t2, 2號開始拉近與1號的距離, 並與某個時間t3 追上,並駕齊驅。時間t3之後, 2號超越1號。

這段時間,如果比喻成人類的長跑比賽, 2號是冠軍。類似於汽車的高速長途駕駛。

很多網友可能會問了,發動機扭矩曲線圖,廠家可不會給我。

確實,除了少數發動機,廠家肯公佈性能曲線圖之外,絕大部分都是僅公佈最大扭矩,與最大功率。

不過我們能從最大扭矩,最大功率,這兩個重要參數,粗略描繪出性能曲線。

舉個例子,1號發動機廠家參數:最大扭矩110/3500 ,最大功率 63/6000

表示3500轉達到最大扭矩110N*m ,6000轉達到最大功率 63Kw

最大扭矩參數, 橫座標3500, 縱座標110, 畫出一個點 A .

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

圖6

最大功率63Kw / 6000轉 。

用公式T=9550P/n計算此時扭矩T=9550*63/6000≈100 N*m

由此得到第二個點,橫座標6000 ,縱座標100, 畫出一個點B

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圖7

自然吸氣發動機,怠速1000轉時,扭矩通常為最大扭矩的77%左右(渦輪增壓為70%左右),

由此得到第三個點 ,橫座標 1000 ,縱座標110*77%=85,

畫出一個點C

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

圖8

在A點 ,C點之間, A點 ,B點之間, 分別畫出平滑曲線(自然吸氣,曲線較自然平滑)。

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

圖9

這樣就得到自然吸氣發動機大致的扭矩曲線圖。

對於渦輪發動機,廠家公佈參數一般是這樣的:

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

圖10

渦輪機有個扭矩平臺,如上圖1750 – 3500這個轉速範圍,都能輸出最大扭矩。

畫出曲線如下,

馬力是王道?還是扭矩是王道?發動機性能曲線圖:我知道

圖11

(文中如有錯誤,歡迎指正!)


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