正确理解发动机的“转矩”和“功率”

“转矩”和“功率”这2个词对于广大汽车爱好者来说，可谓司空见惯，但是当有人问起发动机的“转矩”和“功率”各代表什么含义?它们之间又有何联系?能准确回答出来的恐怕并不太多。 　 
下面就和大家谈谈有关发动机“转矩”和“功率”的一些内容。 　　 
一、“转矩”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转矩称为有效转矩，用Te表示，单位为N·m。有效转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 
有效转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，其技术参数中的转矩和功率通常就是最大转矩和最大功率。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。 　　 
关于转矩和功率的含义，通俗一点讲，转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“转矩”和“功率”关系 
发动机的转矩、功率与曲轴转速的变化规律可以通过发动机的台架试验来得到，试验时先保持发动机一定的节气门开度，用测功器对发动机曲轴施加一定数值的阻力矩。当发动机运转稳定时，即阻力矩等于发动机发出的有效转矩，这时可测得发动机转速n和有效转矩Te，然后根据Pe与Te和n的关系即可求出有效功率Pe来。用这种方法可以测得另一转速下的Te与Pe，如此重复多次，即可得到一定节气门开度下的Te、Pe和n的变化曲线。如果改变节气门开度，又可测得另一组特性曲线。当节气门开度最大时，所得到的特性曲线称为发动机外特性曲线(如图)，节气门其他开度下的特性称为部分特性曲线。 　　
从图中我们可以看出，当转速为n2时，发动机发出最大转矩。当转速小于n2时，发动机燃烧不良，另外转速降低，每个工作循环的时间增加，燃烧气体与气缸壁接触时间增长，由于冷却而产生的热量损失更大，因而转矩略小。当转速n2不断增加时，由于进气行程时间短，气体流速高，阻力大，充气量也减少，而摩擦损失又加大，故Te也随之减少。当转速达到n3时，有效功率Pe达到最大值，由于功率等于转矩和转速的乘积。在n1—n2范围内，因为Pe与n都是渐渐增加的，其乘积自然也增加，故在转速n1—n2范围内Pe随n的增加而增加。在n2—n3范围内，n虽继续增加，但只却逐渐降低，不过由于Pe降低较慢，故只是缓慢地增加，到n3时Pe达到最大值。转速超过Pe时，虽然n是增加的，但由于Pe下降很快，故Pe也逐渐下降。 　　
以上讲的是发动机转矩、功率与曲轴转速三者之间的关系，为了让大家能更好地理解上述内容，我们不妨再形象地打个比方：发动机的转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转矩。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转矩上的特色，也是最不理想的地方。 功率等于转矩乘以转速，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转矩点时，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；当转速超过最大转矩点后，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转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，即不是功率和转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转矩。 　　
TL和PL就是表示单位气缸工作容积的转矩和功率，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。