马力是王道?还是扭矩是王道?发动机性能曲线图:我知道

(本文以前面几篇探讨“马力”,“扭矩”的文章为基础,继续探讨这两个性能参数,对车辆驾驶的意义。)

在发动机性能参数里,扭力和马力,都是表征发动机动力性能的重要参数。

它们到底谁是王者的争论,此起彼伏,有网友说马力是王道,有网友说扭力决定加速,马力决定极速。

这些说法都没错,但是具体到道路行驶,则不一定。因为汽车在实际使用中,毕竟是在有限的时间内,于道路上行驶的。

离开所行驶的道路条件,和行驶时间,讨论谁是王者,就好比100米短跑冠军和马拉松冠军,争论谁是王者一样。很难得出结论。因为在彼此的领域里,他们都是王者,但在对方的领域里,他们又都不是王者。

发动机也是一样,各种不同的发动机,在设计之初,就考虑了其所偏向的应用场景。

例如有些发动机,低转扭矩大,在较低的转速就能爆发最大扭矩,但随着转速的升高,转速超过最大扭矩转速后,扭矩下降快,最高功率不足,显得后劲不足,最高车速不够快。 此类发动机适合载重,或是城市市区驾驶。 因为载重需要较大扭矩,对最高车速要求不高。

城市市区驾驶,道路拥堵,红绿灯多,路况复杂。最高车速也提不上来,转速一般处于中低转区域。 低转扭矩大,有利于低速车流快速起步,中低转速下加速性能好,跟车,穿插,都游刃有余。

这类低转高扭发动机,最直观驾驶感受就是,起步有劲,低速力大,一脚油门下去,前段灵敏推背足,但很快就到瓶颈。高速发动机震动噪声都大,最高车速不足。

而有些发动机,低转扭矩小,要在较高的转速才能爆发最大扭矩。 但随着转速升高,转速超过最大扭矩转速后,扭矩下降较慢,最高功率更大,能达到更大功率,显得后劲十足,最高车速更快。

此类发动机适合长途高速行驶。在高转高速状态下,保持充沛动力。

直观驾驶感受就是,起步肉,低速肉(转速没上来),但是转速提上来后,感觉后段动力源源不断,最高车速更高。

因此有些车,感觉起步有劲,低速加速性好(低转扭矩大),但高速后劲不足,最高车速有限。

而有些车感觉起步肉,低速加速肉(低转扭矩小), 但发动机一旦转速升起来, 动力源源不断,后劲足,能达到更高车速。

这就是低转高扭发动机,和低扭高转发动机的直观感受。

既然发动机在设计之初,就各有其所偏向的应用场景,其成品后的性能,也必然呈现出不同的特性。

为了描述发动机的性能特性,仅靠最大马力(功率)和最大扭矩,显然不足以全面了解这款发动机的特性。 就像分析一个人的跑步能力,仅靠蹬腿力量这一点是不够的。

发动机 扭矩-功率 曲线图,是全面了解发动机性能的图表。比单独标出最大扭矩和功率更全面。更贴合实际使用。

下面来看看如何解读发动机 扭矩-功率 曲线图。

图1

先看怎么绘制的,自然就知道如何解读了,

绘制过程:

最下方画横线,代表横坐标,表示转速(单位:rpm , 转/分钟),从左往右,转速依次升高,每大格代表1000转。在1000转,2000转,3000转,4000转,5000转,6000转,7000转处标出转速,方便查看。小格不标明转速,但很容易就算出来每小格代表多少转。一大格代表1000转,一大格有5小格,那每小格代表转速:1000/5 =200转 。同样的方法,可以划分更小的格,代表更精确的转速。但这里只精确到200转/格。

左边画竖线为纵坐标,代表扭矩,从下往上,起点为80 N*m , 每格代表10N*m, 从下往上,依次标出扭矩数值:80 N*m ,90N*m,。。。。。,170 N*m。

有了转速横坐标,扭矩纵坐标,就能绘制扭矩曲线图了。

发动机1000转时(节气门全开状态),仪器测得扭矩为 122N*m。

在横坐标1000转处,画一条虚线垂直于横坐标;在纵坐标122N*m处画一条虚线垂直于纵坐标, 两条虚线相交于A点。

图2

发动机1220转时,仪器测得扭矩为 128N*m。

在横坐标1220转处,画一条虚线垂直于横坐标;在纵坐标128N*m处画一条虚线垂直于纵坐标, 两条虚线相交于B点。

图3

依样画葫芦哦,将发动机其它取样转速下的扭矩,绘制成点。依次连接这些点,就得到了扭矩曲线,取样转速越多,曲线越精确。

有了这条扭矩曲线,就能知道任意一个转速下,发动机的扭矩。虽然并非100%的精确,但对于普通人了解发动机特性来说,已经足够。(注意:扭矩曲线上所有的扭矩值,都是在节气门全开状态下测得,本文所说的扭矩,也是指节气门全开状态下(全油门)。)

比如,想知道发动机在4800转下的扭矩,方法如下:

过横坐标4800点,作一条虚线垂直于横坐标(转速坐标),虚线与扭矩曲线的交点为C, 过C点作一条虚线垂直于纵坐标(扭矩坐标),该虚线与纵坐标(扭矩坐标)的交点处的读数,就是4800转速下的扭矩值(记住是全油门状态下),从纵坐标上看,该数值约为148 N*m.

图4

就是说4800转时(全油门状态), 发动机扭矩为148N*m。

依这样的方法,可以估算处任意转速下的扭矩。

以上就是扭矩曲线的画法,以及利用该曲线去估算某转速下的扭矩。

下面来画功率(马力)曲线。

横坐标不变, 在横坐标尽头,画一条垂线,作为功率纵坐标。

起点为0 , 每格代表10Kw, 从下往上,依次标出扭矩数值:0Kw ,10Kw ,20Kw ,…….,90Kw

按照绘制扭矩曲线的方法,依样画葫芦,绘制出功率曲线。

也按照估算某转速下扭矩值的方法, 一样画葫芦,可以估算出某转速下的功率值。

实际上这两条曲线,只要画出其中一条,另一条曲线对应转速下的纵坐标,就能根据公式T=9550P/n算出来,就能画出另一条曲线了 。

扭矩和功率和转速,满足以下公式:T=9550P/n (T为扭矩,单位:牛*米 ;P为功率,单位: 千瓦; n为转速,单位:转/分钟.)

有兴趣的网友可以验证下,图中的扭矩,功率,转速,是否满足T=9550P/n(画图有误差,但不会太大)。

以上说了那么多,最终还是i为了试图给 “扭矩和功率(马力),谁才是王者?”统一个结论。

比较谁是王者,那就把两台发动机拉出来遛遛,

1号发动机参数: 最大扭矩142 N*m (2500rpm) ,最大功率 72Kw (5500rpm)

2号发动机参数: 最大扭矩142 N*m (4000rpm) ,最大功率 78Kw (5750rpm)

单看上面的数据,最大扭矩一样,2号发动机功率比1号大,2号就是王者?

实际情况是这样吗?下面来分析看看。

把两台发动机的 扭矩 –功率 曲线图,画在一个坐标系里, 方便对比。

图5

由图可见,两台发动机的扭矩曲线,相交于C点,该点对应转速3250。

图上显示,怠速到3250之间的转速,1号发动机扭矩曲线都在2号发动机之上。 表示这个转速区间内,1号发动机扭矩比2号发动机扭矩大。

上一篇文章,我们介绍了扭矩是如何转换成最终推动汽车前进的动力。知道在变速箱,轮胎大小一样的情况下,发动机扭矩大加速快。

这里为了方便比较,两台发动机对应的变速箱,轮胎,车重,都假设为一样的。

因此,当转速不超过3250时,1号发动机因为扭矩大,加速比2号大,

可以说,在3250转之前,1号发动机是王者。

有细心的网友会问了, 那发动机功率呢? 2号发动机功率大啊。

2号发动机的最大功率确实比1号大。 但是看图,为何3250之前,1号发动机的功率曲线在2号发动机之上,意味着1号发动机在这个转速区间(怠速至3250)内,功率比2号发动机大,为何?

因为T=9550P/n =》 P=T*n /9550

由上式可知,只要转速相同,T值大(扭矩), P值就大(功率)

所以,在某个转速,只要1号发动机扭矩比2号的大,功率就肯定也比2号大。

T=9550P/n,也表示在某转速下,功率和扭矩成正比, 如果要对比两台发动机的性能。我们只需要分析比较两台发动机的扭矩曲线图,或者功率曲线图,两者之一就可以了。

城市市区驾驶,道路拥堵,红绿灯多,路况复杂,转速不超过3250 的情况居多。

装配1号发动机的车辆将领先2号发动机车辆。

两台最大扭矩一样,最大功率不同的发动机。在这种路况下,王者居然属于功率较小的发动机?

这得益于1号发动机最大扭矩转速较低(2500),直接导致3250转之前,1号发动机扭矩 – 功率曲线在2号发动机之上。

当转速继续提上,超过3250,会发生什么情况?

看曲线图,1号发动机的扭矩开始低于2号发动机。

意味着2号发动机的加速度,开始超过1号发动机。

这样装配2号发动机的车辆,开始拉近与1号发动机车辆的距离。

转速3250之后,2号发动机的扭矩曲线图和功率曲线图都在1号之上。

2号发动机从3250转之后,慢慢接近1号发动机, 然后在某个时间超过。

因为vt =v0 + a*t (末速度=初速度+加速度与时间的乘积) ,所以只要时间t足够, a(加速度)大的发动机,速度一定会超过a小的发动机。

最大功率大的发动机,极速也大。这句话对不对?

因为2号最大功率大,在功率曲线图上,就必然会在某个转速之后,2号功率曲线完全在1号之上,根据T=9550P/n可知,这个转速之后,2号发动机扭矩也肯定完全在1号之上, 就是在某个转速之后,2号发动机的加速度总比1号大。

vt =v0 + a*t (末速度=初速度+加速度与时间的乘积) ,所以只要时间t足够, a(加速度)大的发动机,速度一定会超过a小的发动机。

最大功率大的发动机,极速也大。这句话是对的!

可以说,3250转之后, 2号发动机是王者。因为这个转速之后,从曲线图上看,不管是扭矩,还是功率,2号发动机都在1号之上。(因为T=9550P/n,2号扭矩图像在1号上方,功率曲线也肯定对应的在上方)

高速路上,转速可以拉起来,因此,2号发动机适合跑高速。

高速路上,2号是王者。

如果1号和2号比赛,场景是这样的, 从起步开始到某个时间t 1 , 1号领先2号。

这段时间如果比喻成人类的短跑比赛,1号是冠军。类似于汽车的市内复杂路况驾驶。

从时间t1到某个时间t2, 2号开始拉近与1号的距离, 并与某个时间t3 追上,并驾齐驱。时间t3之后, 2号超越1号。

这段时间,如果比喻成人类的长跑比赛, 2号是冠军。类似于汽车的高速长途驾驶。

很多网友可能会问了,发动机扭矩曲线图,厂家可不会给我。

确实,除了少数发动机,厂家肯公布性能曲线图之外,绝大部分都是仅公布最大扭矩,与最大功率。

不过我们能从最大扭矩,最大功率,这两个重要参数,粗略描绘出性能曲线。

举个例子,1号发动机厂家参数:最大扭矩110/3500 ,最大功率 63/6000

表示3500转达到最大扭矩110N*m ,6000转达到最大功率 63Kw

最大扭矩参数, 横坐标3500, 纵坐标110, 画出一个点 A .

图6

最大功率63Kw / 6000转 。

用公式T=9550P/n计算此时扭矩T=9550*63/6000≈100 N*m

由此得到第二个点,横坐标6000 ,纵坐标100, 画出一个点B

图7

自然吸气发动机,怠速1000转时,扭矩通常为最大扭矩的77%左右(涡轮增压为70%左右),

由此得到第三个点 ,横坐标 1000 ,纵坐标110*77%=85,

画出一个点C

图8

在A点 ,C点之间, A点 ,B点之间, 分别画出平滑曲线(自然吸气,曲线较自然平滑)。

图9

这样就得到自然吸气发动机大致的扭矩曲线图。

对于涡轮发动机,厂家公布参数一般是这样的:

图10

涡轮机有个扭矩平台,如上图1750 – 3500这个转速范围,都能输出最大扭矩。

画出曲线如下,

图11

(文中如有错误,欢迎指正!)