发动机外特性曲线：效率与转速特性曲线

发动机外特性曲线 效率与转速特性曲线发动机外特性曲线 效率与转速特性曲线 汽车的效率大小很大程度上决定于发动机的性能 在许多汽车产品介绍上 都标有 最高 输出功率 和最高输出扭矩 在两项重要的发动机指标 并用曲线图来反映发动机的上述 指标 那么 这些发动机指标是怎样测出来呢 当发动机运转的时候 其功率 扭矩和耗油量这三个基本性能指标都会随着负荷的变化而 变化 这些变化遵循一定的规律 将这些有规律的变化描绘成曲线 就有了反映发动机特 性的曲线图 根据发动机的各种特性曲线 可以全面地判断发动机的动力性和经济性 反 映发动机运行状况常用速度特性曲线 汽油发动机曲线图 发动机的速度特性曲线表示有效功率 N 千瓦 扭矩 M 牛顿米 比燃料消耗量 g 克 千瓦小时 随发动机转速 n 而连续变化的表现 发动机的速度特性是在制动试验台 架上测出的 保持发动机在一定节气门开度情况下 稳定转速 测取在这一工况下的功率 比耗油等 然后调整被测机载荷 扭距变化 使发动机转速改变 再测得另一转速下的 功率 比耗油 按照一定转速间隔依次进行上述步骤 就能测出在不同转速下的数值 将 这些数值点连点地组成连续曲线 就产生了功率曲线 扭矩曲线和比燃料消耗量曲线 它 们与相应的转速区域对应 当汽油机节气门完全开启 或者柴油机喷油泵在最大供油量时 的速度特性 称为发 动机的外特性 它表示发动机所能得到的最大动力性能 从外特性曲线上可以看到发动机 所能输出的最大功率 最大扭矩以及它们相应的转速和燃料消耗量 汽车产品介绍书上大 都采用发动机外特性曲线图 但一般只标出功率和扭矩曲线 发动机外特性曲线是在发动机最好的工作状态下能使发动机发出最大功率的情况下测 出来的 它表现的曲线特征是 功率曲线和扭矩曲线都呈现凸形曲线 但两者表现是不一 样的 在汽油发动机外特性曲线中 功率曲线在较低转速下数值很小 但随转速增加而迅速增长 但转速增加到一定区间 后 功率增长速度变缓 直至最大值后就会下降 尽管此时转速仍会继续增长 扭矩曲线则与功率曲线相反 它往往在较低转速下就能获得最大值 然后随转速上升 而下降 比耗油量指千瓦小时的耗油量 它随转速的增长而呈现一个凹形曲线 在中间某一转 速下达到最小值 转速增大或者减少 都会使比耗油量增大 柴油机外特性曲线表现与汽油机有所不同 它的功率 N 扭矩 M 和比耗油量 g 随转速 n 而变化 但功率 N 曲线是随转违上升而上升 差不多到了最大转速 标定转速 仍未出 现曲线的最高点 扭矩 M 曲线变化平缓 在不同转速位置变化量不大 比耗油量 g 曲线不 但起点数值低 而且比较平坦 与汽油机比较 柴油发动机外特性曲线 虽然各种型号汽油或柴油发动机外特性曲线不会完全一样 但基本还是呈现上述的形 态 通过发动机外特性曲线图可以了解发动机的性能和特点 了解功率 扭矩 耗油量和 转速之间关系 并找出发动机最佳的工作区域 回答诸如为什么要根据负荷变化换档 为 什么中等转速最经济 为什么柴油机能承受较大的负荷 柴油机与汽油机在性能上有什么 不同等问题 教您读懂发动机特性曲线图 如果说发动机是汽车的心脏 那么发动机特性曲线图则是这颗心脏的 健康证书 读懂这份 证书 才能使广大同学对一款车的性能有更为清楚 客观的认识 所以 此次我们便来认识这份证书 发动机特性曲线图 一 什么是发动机特性曲线图 一 什么是发动机特性曲线图 大家在读各种杂志和汽车厂商的宣传资料中会发现有发动机特性曲线 也 有叫发动机工况图 将发动机功率 转矩与发动机曲轴转速之间的函数关系 以曲线表示 此曲线称为发动机转速特性曲线或简称为发动机特性曲线 如果 发动机节气门全开 柴油机高压油泵在最大供油量位置 此特性曲线称为发 动机外特性曲线 如果节气门部分开启 或部分供油 称为发动机部分负荷 特性曲线 以上是较为专业的定义解释 但其实通俗的说 就是将油门踩到底 发动 机从怠速到最高转速期间 输出的功率和扭矩的情况在图上反映出来 以此来 判断车子能跑多快 有没有劲 从图 1 可以看出 转速在 ntq 点和 np 点 发动机扭矩和功率分别达到最 大值 这是两个决定发动机性能的主要参数 扭矩决定汽车的起步 爬坡 超 车能力 而功率决定着最高的车速和载重量 图 1 二 如何由曲线图判断发动机性能二 如何由曲线图判断发动机性能 那么怎样的发动机曲线才能代表发动机性能是较好的呢 让我们看图说话 从汽车的起步 超车和极速这 3 个方面分析 起步加速能力起步加速能力 图 2 拿到一张发动机曲线图 如图 2 我们可以看到 扭矩在 2000 转的时候达 到 100Nm 升至 3500 转的过程中有一个快速的提升过程 而如果此区间内的斜 线倾斜度越大 越光滑 则代表发动机可以用较短的时间达到扭矩的峰值 并 且加速平稳线性 与此同时 功率也随转速的增加而增加 在实际的驾车当中 随着我们踩第一脚油 汽车克服地面摩擦力 开始起步 随着发动机转速提高 汽车的扭矩会快速提升 一般的发动机在 3000 转左右来到扭矩峰值 而人们经 常提及的 3000 转换挡 的惯性操作 实际目的就是为了能够保持这个最大的 牵引力 通过换挡 使发动机保持在最高扭矩转速附近 这样我们就可以用更 短的时间提高车速 超车能力超车能力 图 3 在图 3 中我们可以看到 在 2000 转到 4500 转区间 发动机扭矩输出始终 为 320NM 而与图 2 中只有一个扭矩峰值的抛物线图形相比 图 3 不同的是 曲 线中有一段 平顶 工况 整体更近似于一个 梯形 而此种图形则代表发 动机不仅具有良好的低速高扭输出能力 更凭借峰值扭矩在中高速的持续输出 具备较强的超车加速性能 所以在实际驾驶中 具有此种性能的发动机 高速 时只要一脚油下去 其他车就都在后面了 最高车速最高车速 扭矩是决定用多长时间可以达到目标 而功率是决定你可以达到多高的目 标 也就是人们常说的车可以跑多快 拉多少人 通常在车速提高的这个过程 中 功率一直在不断增加 直到发动机转速到达一个特定点 无论再怎么踩油 门 车子也开不快了 而这个点所达到的速度就是汽车的最高车速 以图 1 为 例 nmax 便是最高车速点 不过 一般我们判断一款车后劲足不足 最高车速 究竟能达到多少时 只需观察它的发动机功率曲线和最大功率值即可 高转速 功率越高 代表其动力更充沛 最高车速值也相应会较高 三 实例对比详细解读三 实例对比详细解读 以下结合 1 3L 雨燕和 1 4L 乐驰两款实车 通过各自不同的发动机工况图 来对两者的性能进行解读 使大家有更为直观的认识 图图 4 4 雨燕雨燕 1 31 3 图图 5 5 乐驰乐驰 1 41 4 由雨燕 1 3 的发动机工况图中 我们可以看出 低转速下发动机扭矩输出 较低 而在高转速下则有较强的表现 所以可以判断 其为高转速调校发动机 而由此可以看出 实际驾驶性能中 其起步时发动机响应不够灵敏 牵引力不 足 较为迟缓 如果油门太大的话容易轮胎打滑 而且强行拉高转速对离合器 的伤害也比较严重 不过扭矩平滑的曲线显示其起步加速时还是较为平顺和线 性的 同时 高转速调校结合其 63kw 的最大功率输出 可以见得 相对低速 雨燕 1 3 高速表现相对更好 动力感觉比较充沛 超车并线较为自如 而由乐驰 1 4 的发动机曲线图中 可以直观发现 从 2000 转开始其就有 较高的扭矩输出 低速扭矩曲线相对雨燕明显更陡 说明其在低转速下扭矩输 出更为有力 起步加速更为快捷 发动机响应较为灵敏 不过同时 我们也可 以清晰的看到 在 3000 4000 转的范围内 出现了多个扭矩波谷 说明 在换 挡及加速过程中会有顿挫感出现 相对雨燕而言并不是十分线性 另外 在 4000 时的扭矩峰值过后 曲线下滑幅度相对雨燕的较为明显 这也表明乐驰的 高速超车加速能力相对较弱 不过 乐驰高出雨燕 6kw 的最大功率 69kw 也表明 其会具有更为充沛的 后劲 表现 而由以上工况图分析得来的发动机性能也与实车驾驶感受基本吻合 雪铁龙系列发动机特性图 东风雪铁龙 凯旋 2 0L 发动机 东风雪铁龙 凯旋 2 0L 发动机 工况图 东风雪铁龙 凯旋 2 0L 发动机 功率平衡图 东风雪铁龙凯旋的 2 0 升发动机型号为 EW10A 由 PSA 集团的 EW10J4 发动 机改进而来 雪铁龙在 EW10J4 基础加装了 VVT 可变气门正时系统 使这款发动 机的最大功率由 EW10J4 的 99 kW 6000rpm 提升到 108kW 6000rpm 最大扭矩由 190Nm 4000rpm 提升到 200Nm 4000rpm 在凯旋的开发过程中 东风雪铁龙将 这台 2 0 发动机的压缩比由 10 8 提高到了 11 02 以让其更加适应国内的 93 号 汽油 这款发动机采用紧凑的轻合金发动机缸体 球墨铸铁曲轴被铝制单体发动 机罩固定 又经过镶圈进一步稳固 发动机及外罩整包有轻合金外壳 最大限 度的减低了发动机的震动 发动机采用了博世 ME7 4 4 版电控燃油喷射系统 采取电子节气门取代传 统的油门拉线控制的节气门 对发动机的扭矩的控制更有效 合理 使发动机 油耗更低 更环保 4 合 1 式排气歧管用来缩短净化器的升温时间 排气管路上依次安装了陶瓷 催化转化器 容量为 6 5 升的中间消音器以及容量为 17 6 升的尾消音器 使得 这款发动机的排放达到了欧 IV 标准 利用特性曲线改装车 常听见有人说 原厂车是最好的 还需要改吗 那么大的汽车厂 还不如一家小改装公司吗 到底是什么样的情况呢 还是来看看不存偏见 的测试设备带给我们的真实数据吧 日本尼桑公司刚出产的 GTR35 是日本的国宝级跑车 可以说是日本汽车 技术的巅峰之作 08 年曾在德国纽博格林赛道创下 7 分 29 秒的单圈最快成绩 这个成绩已经超越了保时捷 911 997 GT2 其性能令世界车坛震惊 并且厂方更 加申明 GTR35 出厂已经达到最佳状态 不需要再进行改装 但当 GTR35 在北美 一上市 众多改装公司就开始对 其动手动脚 图一 就是美国名为 Cobb Tuning 的改装公司对其改装前后的马力测试曲线 从 GTR35 实际测试的轮上马力曲线上看 蓝色实线的原厂发动机扭力曲 线在 3500 转 5000 转之间输出很不稳定 5000 转之后的衰减中也出现波动 而绿色实线和红色实线是经过 Cobb Tuning 改装的两个阶段的效果 原来的不 稳定输出完全改善 扭矩大幅度提升 虽然 5000 转之后同样出现衰减趋势 但 到 6000 转时还能保持比原厂 5000 转时还要高的输出 而且最大马力也提升超 过 15 看来东洋战神的原厂最强神话也不是什么颠沛不破的真理 看完国际局势我们再看看国内情况 法国标致雪铁龙集团的 TU5JP4 发动 机 现在广泛用于国内的标致 206 307 和雪铁龙 C2 等车型 实际性能表现在国 内 1 6 升排量发动机中少有对手 一直为爱车人士称道 这款发动机的 ECU 也 应用了先进的加密技术 保护其宝贵的技术资源 我们从 2006 年起就开始对这 款发动机进行测试改装 在不加装涡轮系统和改动引擎几件的情况下 最大马 力提升幅度已经超过 25 加装涡轮的幅度更是惊人 并且能应付长时间高负 荷的汽车比赛 最近在对赛车马力测功机软硬件升级期间 一台已经小改的标致 206 前 来改装动力 正好遇到一台完全原厂雪铁龙 C2 前来做马力测试 我就借助这个 比较难得的机会 在相同环境下对比测试了 TU5JP4 发动机改装前后的区别 虽 然新的数据对比软件要在月底才能完成 在这