汽油發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線解析

王志辛

（惠州經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東惠州 516001）

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線解析

王志辛

（惠州經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東惠州 516001）

發(fā)動(dòng)機(jī)作為車輛的心臟，其性能直接影響著車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放污染等方面。動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況主要取決于曲軸的轉(zhuǎn)速和發(fā)出的功率及扭矩。為了評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下運(yùn)行的動(dòng)力性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)以及工作過(guò)程進(jìn)行的完善程度，就必須研究發(fā)動(dòng)機(jī)特性。即研究動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)隨工況變化的關(guān)系，并以曲線形式表示這種關(guān)系。這就是發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線。在各種特性曲線中，外特性曲線最常用來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能。本文著重介紹了如何來(lái)讀懂發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線。

發(fā)動(dòng)機(jī)；特性曲線；外特性

在研究發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線之前我們要明確什么是發(fā)動(dòng)機(jī)的特性曲線，什么是發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性曲線以及他們是如何繪制而成的。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，其功率、扭矩和耗油量這三個(gè)基本性能指標(biāo)都會(huì)隨著負(fù)荷的變化而變化。這些變化遵循一定的規(guī)律，將這些有規(guī)律的變化描繪成曲線，就有了反映發(fā)動(dòng)機(jī)特性的曲線圖。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種特性曲線，可以全面地判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。反映發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況常用速度特性曲線。如圖1：

圖1：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性曲線圖

發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性曲線表示有效功率N(千瓦)、扭矩M(牛頓米)、比燃料消耗量g(克/千瓦小時(shí))隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n而連續(xù)變化的表現(xiàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性是在制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架上測(cè)出的。保持發(fā)動(dòng)機(jī)在一定節(jié)氣門開度情況下，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，測(cè)取在這一工況下的功率、比耗油等，然后調(diào)整被測(cè)機(jī)載荷(扭矩變化)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變，再測(cè)得另一轉(zhuǎn)速下的功率、比耗油。按照一定轉(zhuǎn)速間隔依次進(jìn)行上述步驟。就能測(cè)出在不同轉(zhuǎn)速下的數(shù)值，將這些數(shù)值點(diǎn)連點(diǎn)地組成連續(xù)曲線，就產(chǎn)生了功率曲線、扭矩曲線和比燃料消耗量曲線，它們與相應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)域?qū)?yīng)。

當(dāng)汽油機(jī)節(jié)氣門完全開啟的速度特性，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性，它表示發(fā)動(dòng)機(jī)所能得到的最大動(dòng)力性能。從外特性曲線上可以看到發(fā)動(dòng)機(jī)所能輸出的最大功率、最大扭矩以及它們相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和燃料消耗量，汽車產(chǎn)品介紹書上大都采用發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線圖，但一般只標(biāo)出功率和扭矩曲線。如圖2：

圖2：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線圖

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線圖是表明汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下輸出功率和扭矩的大小。從上可看出發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能表現(xiàn)如何。發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖的橫坐標(biāo)為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分或rpm)縱坐標(biāo)為發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。圖中曲線為發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下功率和扭矩?cái)?shù)值變化的軌跡。

發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線一般有兩條。一條為功率曲線，另一條為扭矩曲線。這一組曲線又稱發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線。

功率曲線比較陡峭這表示發(fā)動(dòng)機(jī)功率隨著轉(zhuǎn)速的提高而急劇上升，其峰頂對(duì)應(yīng)的功率數(shù)值即為發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)中標(biāo)注的“最大功率”。最大功率越大汽車可能達(dá)到的最高車速也越高。

扭矩曲線的兩端比較低中間突起并比較平緩。實(shí)際上，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要好;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。

那么怎樣的發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線才能代表發(fā)動(dòng)機(jī)性能是較好的呢？發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和功率的最大值是兩個(gè)決定發(fā)動(dòng)機(jī)性能的主要參數(shù)，扭矩決定汽車的起步、爬坡、超車能力，而功率決定著最高的車速和載重量。讓我們看圖說(shuō)話，從汽車的起步、超車和最高車速這三個(gè)方面分析。

一、起步加速能力

拿到一張發(fā)動(dòng)機(jī)曲線圖，如圖3，我們可以看到，扭矩在1000轉(zhuǎn)的時(shí)候達(dá)到240Nm，升至2500轉(zhuǎn)的過(guò)程中有一個(gè)快速的提升過(guò)程，而如果此區(qū)間內(nèi)的斜線傾斜度越大，越光滑，則代表發(fā)動(dòng)機(jī)可以用較短的時(shí)間達(dá)到扭矩的峰值，并且加速平穩(wěn)線性(即起步加速能力好)。扭矩峰值出現(xiàn)在2500—3000轉(zhuǎn)/分，而此區(qū)間正是我們?cè)陂_車時(shí)最常用的轉(zhuǎn)速，因此駕馭起來(lái)非常順手。在實(shí)際的駕車當(dāng)中，隨著我們踩第一腳油，汽車克服地面摩擦力，開始起步，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高，汽車的扭矩會(huì)快速提升，一般的發(fā)動(dòng)機(jī)在3000轉(zhuǎn)左右來(lái)到扭矩峰值，而人們經(jīng)常提及的“3000轉(zhuǎn)換擋”的慣性操作，實(shí)際目的就是為了能夠保持這個(gè)最大的牽引力，通過(guò)換擋，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在最高扭矩轉(zhuǎn)速附近，這樣我們就可以用更短的時(shí)間提高車速。

圖3

二、超車能力

在圖4中我們可以看到，在1950—4700轉(zhuǎn)/分區(qū)間，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出始終為225NM，而與圖1中只有一個(gè)扭矩峰值的拋物線圖形相比，圖2不同的是，曲線中有一段“平頂”工況，整體更近似于一個(gè)“梯形”。而此種圖形則代表發(fā)動(dòng)機(jī)不僅具有良好的低速大扭輸出能力，更憑借峰值扭矩在中高速的持續(xù)輸出，具備較強(qiáng)的超車加速性能，所以在實(shí)際駕駛中，具有此種性能的發(fā)動(dòng)機(jī)，高速時(shí)只要一腳油下去，其他車就都在后面了(即超車并線能力強(qiáng))。

圖4

三、最高車速

扭矩是決定用多長(zhǎng)時(shí)間可以達(dá)到目標(biāo)，而功率是決定你可以達(dá)到多高的目標(biāo)，也就是人們常說(shuō)的車可以跑多快，拉多少人。通常在車速提高的這個(gè)過(guò)程中，功率一直在不斷增加，直到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)一個(gè)特定點(diǎn)，無(wú)論再怎么踩油門，車子也開不快了，而這個(gè)點(diǎn)所達(dá)到的速度就是汽車的最高車速，以圖1為例，此發(fā)動(dòng)機(jī)的功率具有較高的峰值184千瓦(250馬力)，并且出現(xiàn)在高轉(zhuǎn)速6300轉(zhuǎn)/分。這“雙高”特性決定了匹配此發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車可以達(dá)到較高的時(shí)速。而圖2的發(fā)動(dòng)機(jī)在5700轉(zhuǎn)/分時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最大功率120kw(163馬力)，那么裝備該發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車最高車速將不會(huì)很高。不過(guò)，一般我們判斷一款車后勁足不足，最高車速究竟能達(dá)到多少，只需觀察它的發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線和最大功率值即可，高轉(zhuǎn)速功率越高，代表其動(dòng)力更充沛，最高車速值也相應(yīng)會(huì)較高。

研究發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線的主要目的是找出發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，其動(dòng)力性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的變化規(guī)律，以及對(duì)應(yīng)于最大功率、最大扭矩和最低燃油消耗率時(shí)的轉(zhuǎn)速，從而可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)最有利的工作轉(zhuǎn)速范圍。

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造(上冊(cè))第五版.2005,9.

[2]陳紀(jì)民.汽車使用性能與檢測(cè).2009,3.

Analysis of gasoline engine performance curve

Wang Zhi-xin

(Huizhou Economics and Polytechnic College, Huizhou Guangdong, 516001, China)

The engine as the heart of vehicles, its performance directly affects the vehicle's power, economy and emission pollution etc.. Work motivation depends mainly on the crankshaft speed and generated power and torque. In order to improve the evaluation of engine running in different conditions of dynamic index and the economic index and work process, we must study the characteristics of engine. The study on the power, economy index relationship with the change of working condition, and to form the relationship curve. This is the engine characteristic curve. In all kinds of characteristic curve, external characteristic curve is most commonly used to evaluate the performance of the main engine. This paper introduces how to understand the characteristic curve of engine.

engine; performance curve; external characteristics

S219.031

A

1000-9795（2014）04-0272-02

［責(zé)任編輯：劉麗杰］

2014-02-13

王志辛（1983-），男，吉林長(zhǎng)春人，助理工程師，從事汽車維修專業(yè)教學(xué)工作。