汽車發(fā)動機特性之汽油機的速度特性分析

（文章來源：智能汽車網(wǎng)）

我們在看一些比較專業(yè)的汽車文章時，有時候里面會有“發(fā)動機特性”這個概念，還有的會配一張發(fā)動機特性曲線圖來說明，看得我們這些汽車小白一愣一愣的。那么究竟什么是發(fā)動機特性呢？我們又該如何來理解這個發(fā)動機特性曲線呢？

在說明這個問題之前，我們首先來了解幾個基本概念。發(fā)動機有效功率：發(fā)動機在單位時間對外輸出的有效功稱為有效功率。發(fā)動機功率是發(fā)動機性能最重要的指標(biāo)，汽車的最高車速就是由發(fā)動機功率決定的。通常用大寫的字母P來表示。有效轉(zhuǎn)矩：在發(fā)動機飛輪上對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩。一般發(fā)動機的扭矩越大，它的加速能力和爬坡能力越強。通常用大寫的字母M來表示。

發(fā)動機轉(zhuǎn)速：發(fā)動機曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)稱為發(fā)動機轉(zhuǎn)速。發(fā)動機轉(zhuǎn)速的高低，關(guān)系到單位時間內(nèi)作功次數(shù)的多少。通常用小寫的字母n來表示。有效燃油消耗率：發(fā)動機每輸出 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)動機的經(jīng)濟性越好。通常用小寫的字母g來表示。以上這幾個參數(shù)，是發(fā)動機重要的性能指標(biāo)，可以用來表示發(fā)動機的工作狀況，簡稱工況。它們之間有如下的關(guān)系：P=M*n/9550。

由于汽車發(fā)動機的工況變化范圍很大，所以這幾個參數(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)動機動力性和經(jīng)濟性的有效途徑。這就是所說的發(fā)動機特性。

所謂的發(fā)動機特性，是指發(fā)動機的性能指標(biāo)隨發(fā)動機調(diào)整情況和運轉(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)動機特性曲線。一般發(fā)動機有速度特性、負荷特性、調(diào)整特性、萬有特性這幾個特性。由于柴油機和汽油機有很大的區(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分別來說說這幾個特性。

速度特性是指在發(fā)動機點火系統(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，發(fā)動機的有效功率、有效扭矩、有效燃油消耗率隨發(fā)動機轉(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)氣門全開時的速度特性稱為發(fā)動機的外特性，它表示發(fā)動機的最高性能；節(jié)氣門部分開啟時的速度特性稱為發(fā)動機部分特性。部分特性曲線位于外特性曲線之下，有無限多條。由于汽車發(fā)動機經(jīng)常在部分負荷下工作，所以研究部分特性曲線更有實際意義，一般發(fā)動機要做出標(biāo)定功率的90%、75%、50%、25%的速度特性。

那么我們?nèi)绾蝸斫庾x這個速度特性曲線呢？有效扭矩曲線的變化趨勢：隨著發(fā)動機轉(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，且下降程度越來越大，整個曲線呈中間高、兩邊低的中凸形狀。

汽油機的扭矩曲線主要取決于進入氣缸的混合氣的數(shù)量。而轉(zhuǎn)速變化會直接影響發(fā)動機的充氣系數(shù)。轉(zhuǎn)速低了進氣慣性不足，轉(zhuǎn)速高了進氣阻力增加，所以轉(zhuǎn)速過高或過低都會導(dǎo)致發(fā)動機扭矩下降。對于傳統(tǒng)的固定配氣相位的配氣機構(gòu)來說，只能保證發(fā)動機在某一個轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)有最佳的充氣系數(shù)，這就是我們常說的發(fā)動機最佳工作區(qū)間。

而使用了可變配氣正時機構(gòu)的發(fā)動機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)動機有更高的性能。另外，發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，機械效率越低，功率損失增加，有效扭矩也會隨之下降。這就是有效扭矩曲線呈中間高、兩邊低的原因。

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

在這里要特別說一下增壓發(fā)動機和自然吸氣發(fā)動機的扭矩曲線的區(qū)別。現(xiàn)在越來越多的車型搭載渦輪增壓發(fā)動機，大家在駕駛這樣的車型時，都會有一個感覺：在發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時，汽車動力較差；在轉(zhuǎn)速上升到某一個數(shù)值時，汽車的動力突然增加，并且這個動力會平穩(wěn)的維持一段時間；如果轉(zhuǎn)速超過了某一個數(shù)值，汽車的動力又會突然的下降。

這其實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)動機的充氣系數(shù)會有非常明顯的變化，導(dǎo)致發(fā)動機的扭矩劇烈變化，所以它的扭矩曲線呈現(xiàn)階梯狀。而自然吸氣發(fā)動機就不會有這樣的狀況，它的扭矩變化是非常平順的，扭矩曲線也是一條相對平直的曲線。

有效功率曲線的變化趨勢：由于發(fā)動機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，由于有效扭矩和轉(zhuǎn)速同時增加，所以有效功率增加的很快；直到有效扭矩達到最大值時，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，有效功率達到最大值，隨后由于有效扭矩M的下降影響超過了轉(zhuǎn)速n上升的影響，所以有效功率也隨之下降。所以發(fā)動機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：由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加使每小時燃油消耗量增加，但是發(fā)動機在中等負荷及轉(zhuǎn)速的條件下，機械效率是最高的，此時供給的可燃混合氣也是經(jīng)濟型的，燃燒效率最高，因此發(fā)動機在中等負荷及轉(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。這也就是很多人說的汽車以中等速度行駛最省油的原因。
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