扭矩和功率

两个概念

一、“扭矩”和“功率”是表征发动机动力性能的重要指标
发动机通过飞轮对外输出的扭矩称为有效扭矩，用Te表示，单位为N·m。有效扭矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率，用Pe表示，单位为kW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。
发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，即用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后运用以下的公式便可计算出发动机的有效功率。
Pe＝Te·(2∏·n／60)／1000＝Te·n／9550(kW)
其中：Te——有效转矩，N·m n——发动机转速，r／min
有效扭矩的最大值称为最大转矩，有效功率的最大值称为最大功率。
报刊上在介绍某一车型时，其技术参数中的扭矩和功率通常就是最大扭矩和最大功率。而发动机铭牌上标明的功率及相应转速则称为额定功率和额定转速，额定功率一般要小于最大功率，按照汽车发动机可靠性试验方法的规定，汽车发动机应能在额定工况下能连续运行300—1000h。
关于扭矩和功率的含义，通俗一点讲，扭矩好比百米赛跑选手在起跑点蹲撑，蓄势待发，准备冲向前那一刹那的冲劲；而功率就是维持这股劲可以越跑越快，一直跑到终点的能力。增大发动机的排量，就能提高Te和Pe。为了增大发动机排量，可增加气缸数(如3缸变4缸)，或者增加单位气缸的容积(如增大气缸内径)。

二、正确理解发动机的“扭矩”和“功率”关系
简单的说：发动机的扭矩象征其气缸一口气所能吸进的油气量，这个吸气量是会随油门开度的加大和发动机转速的逐渐升高而增加的，但是它不会一直变大上去，到了某一转速它就会达到颠峰，这就是平时人们所说的最大扭矩。发动机的转速再上升，它就会逐渐下降，这是汽油发动机等内燃机在扭矩上的特色，也是最不理想的地方。 功率等于扭矩乘以转速，它象征在单位时间里发动机可吸进的油气量。所以，当发动机转速逐渐上升到最大扭矩点时，每口气吸进的油气量和单位时间里的吸气次数都在增加，因此功率一直上升；当转速超过最大扭矩点后，尽管每口气吸进的油气量减少，但由于降幅不大且吸气次数在增加，所以一直增加到最大功率点为止；当转速超过最大功率点后，每口气吸进的油气量减少幅度要大于吸气次数的增加幅度，所以功率开始减少。

三、如何比较不同发动机的优劣或强化程度
汽车所要求的发动机动力性指标Te和Pe是在一定转速下得到的。不同汽车的使用要求不一样，车速也不一样(如载货汽车和轿车使用的车速就不一样)，所对应的发动机转速就不一样，因此不同用途的发动机，即便在有效功率相等的情况下，它们所对应的转速也是不一样的，反言之即功率相等的发动机并不能符合所有车型的要求，还必须在考虑功率和扭矩的同时看其所对应的转速，这样才能全面看出发动机的动力性能指标Te和Pe是否符合要求。
而Te和Pe这两项动力性指标并不能直接用来评价不同排量发动机的优劣或强化程度，即不是功率和扭矩大的发动机就好或强化程度就高，而是要看单位气缸工作容积所发出的功率和扭矩。
TL和PL就是表示单位气缸工作容积的扭矩和功率，使用这两项指标才能比较出不同发动机的优劣或强化程度。
汽车发动机TL和PL的范围：
汽油机：TL＝600kPa—1000kPa PL＝22kW／L—55kw／L
柴油机：TL＝600kPa—900kPa PL＝11kW／L—26kw／L
在额定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的功率叫升功率。
PL＝Pe／(Vh·i)(kw／L) 其中：Vh——气缸工作容积(L) i——气缸数
升功率标征单位气缸工作容积的利用率，PL越大表示单位气缸工作容积发出的功率越大，那么当发动机功率一定时，PL越大发动机就越小，材料质量越小。
提高升功率的途径主要有4个：
(1)增加充气量燃料燃烧需要空气，相对燃料而言，空气更难进入气缸。采用增压技术或改善换气过程(如减少进气阻力)可提高充气量。
(2)改善混台气质量和燃烧质量在一定的空气量下，空气与油料混合均匀，燃烧充分，单位气缸容积供热量增多。
(3)提高发动机机械效率 减少机械损失才能增加有效功率的输出。减少机械损失主要是减少各摩擦副的摩擦损失，其次是减少辅助机构的功率消耗和泵气损失。
(4)适当提高转速 主要是增加作功(或充气)频率，即增加单位时间的充气量。但是提高发动机转速除应考虑机械强度外，转速增加，每循环的充气量减少、机械损失增大、燃烧过程难以组织，即转速提高，会使Pe下降，因此，增加转速也要适度。
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