汽车发动机转速一定情况下可以输出不同的功率么?

汽车发动机运行时,在2档时两千转,和4档时的两千转,转速一样,到车速不一样,扭矩也应该不一样,功率也应该不一样,所以汽车发动机在转速相同时,是可以输出不一样的功率的,这样理解正确么?如果正确,那转速相同情况下,气缸燃烧次数一样,那增加的功率是靠增加燃油来实现的么?谢谢

发动机转速一定,不仅可以输出不同的功率,还可以输出不同的扭矩。由于目前家用车几乎都是汽油车,所以我们就拿汽油车为例来解释一下这个问题。

发动机外特性

上图是一个发动机的外特性图,蓝线代表不同转速下的最大扭矩,红线代表不同转速下的最大功率。而这两条线是发动机能力的极限了,线以上的部分是发动机无法达到的,而线以下的部分是发动机力所能及的。

同一转速下节气门开度决定了不同的输出扭矩

比如发动机在2000转时油门踩10%最多能输出25牛米的扭矩,踩20%最多能输出50牛米的扭矩,踩30%最多能输出75牛米的扭矩。如果把油门踩到底,那么最多能输出250牛米的扭矩,也就是该转速下的最大输出扭矩了。(只是做一个形象地对比,数据并不严谨)

在这里插个题外话:最大扭矩转速不一定输出最大扭矩,必须在油门踩到底的情况下才能输出最大扭矩。

为什么同一个转速下能输出不同的扭矩呢?根本原因在于进气量。节气门开度越大进气量就越大,进气量越大喷油就越多,输出扭矩就越大。所以在同一个转速下节气门开度决定了实际进气量,当你把油门踩到底时节气门彻底打开,该转速下的进气量达到最大,就输出该转速下的最大扭矩。

这里要注意的是“该转速下的最大扭矩”,而不是“发动机最大扭矩”。因为空气也是有质量的,即使节气门完全打开也不可能保证所有转速下气缸内都能获得同样多的进气量。

比如一台自吸发动机在4000转可以输出最大扭矩,这意思是节气门完全打开的情况下,在4000转时气缸进气量达到最大。而其他转速下虽然节气门也完全打开了,但是由于空气惯性等因素的影响进气量都没有4000转时多,所以4000转就是这台发动机最大扭矩转速。而在节气门完全打开时,不同转速下的输出扭矩是跟随着外特性曲线走的。

扭矩和功率的关系

有这样一个公式:

功率=扭矩×转速÷9550。

由此可见功率和扭矩、转速的乘积成正比。

既然前面提到了同一转速下可以输出不同的扭矩,那么根据功率=扭矩×转速÷9550可以知道同一转速下随着扭矩的改变,输出功率也在改变。

我们还用这张图举例,还是2000转,从图中可以看到2000转时最大输出功率为60千瓦。也就是图中绿色实线最顶端与红线交汇处。你把油门踩到底,让发动机转速稳定在2000转,那么此时发动机输出的功率就是60千瓦。

而发动机2000转时随着油门的大小,其输出功率也会改变。比如你把油门踩到20%,让转速稳定在2000转,那么此时发动机输出功率就是5千瓦。油门踩到50%,让转速稳定在2000转,那么此时输出功率就变成28千瓦了。如果你把油门踩到底,转速稳定在2000转,那么此时发动机输出功率就是60千瓦。(数据只为辅助说明,并不严谨)

由此可见,相同转速下节气门开度不同就会导致输出功率不同。

汽车发动机转速一定情况下可以输出不同的功率么?

发动机是热机,靠燃烧热量做功,喷油量越大,燃烧释放的热量越高,发动机输出功率越大,通常的情况是,发动机转速越高,单位时间内累计喷出的燃料越多,输出扭矩越大、输出功率越大,但是输出扭矩和功率的变化并不只和发动机的转速有关,实际上还和发动机的负载需求有关,动力需求越大,为了维持发动机的运转,就必须要多喷油,因此,确切的说还与喷油脉宽有关。发动机的空燃比是可变的

汽油在发动机内充分燃烧时,空气和燃油需要以一定的比值进行混合,进入汽缸中的空气和燃油的质量比就是发动机的空燃比。汽油发动机的理想空燃比为14.7:1,意思就是空气质量为14.7g、燃油质量为1.0g时,汽缸内的混合气实现充分燃烧,需要特别说明的是,这个空燃比实际上只是理论空燃比,实际上的空燃比并不是固定的,通常情况下,发动机的ECU控制空燃比的范围大约在0~25.5,也就是说不同的负荷下,喷油量有大有小,喷油越多,功率越大,喷油越少,功率越低,话说如果空燃比是固定的,那么发动机的输出功率则只和转速有关了。

发动机ECU根据节气门的开度控制喷油量

我们脚下控制的“油门”实际上并不是控制喷油量,而是控制进气量,控制节气门翻版的开度,开度越大,进气量越多,电喷发动机根据进气温度传感器、空气流量传感器、氧传感器形成一系列的“闭环控制”,可以根据尾气中的氧含量进行短期燃油喷油量修正,从而使发动机尽量处于理论空燃比附近,从而降低油耗。但是,在发动机并不是时时刻刻处于闭环控制,而在怠速、大脚油门急加速、低温运转等工况,发动机会处于开环控制,只根据进气量和发动机的转速、温度等信号通过ECU内固化的喷油量去喷油。

当发动机有较高动力需求时,会进行加浓喷射,输出功率会增加,而当发动机减少节气门开度,会降低喷油量甚至停止喷油,此时发动机输出功率会降低

当我们急加速时,发动机转速会提升,进气量增大,ECU判断有较大动力需求时,会进行加浓喷射,此时发动机的转速虽然不会立即提升,但是由于发动机内喷油量增加,燃烧释放的热量会增大,因此,发动机的输出功率也会增加。

同样,当我们以较高车速收油时,ECU判断没有动力需求,此时会减少喷油量,发动机输出功率会降低。

由于变速箱的存在,发动机转速不同,但是负荷基本相同

汽车以一定时速行驶时,所需要的功率是恒定的,挂上6档时发动机转速较低,而挂入3档时,发动机转速较高,但是由于负载是相同的(这里暂不考虑传动损失),因此,ECU会根据负荷需求自动调整喷油脉宽,实现恒定的动力输出需求,比如发动机在高转速时,喷油脉宽相对更小,而发动机在低转速时,喷油脉宽会更大。当然,由于传动损失,发动机在低档位高转速行驶时,动力损失较大,油耗较高。

汽车发动机转速一定情况下可以输出不同的功率么?

发动机转速相同的情况下,可以输出不同的功率,此时,发动机的功率由负载决定,功率和扭矩之间满足这样一个关系式:P=9550*T/n,T代表发动机扭矩,n代表发动机转速,P代表发动机功率。可以看到,在发动机转速相同的条件下,发动机的功率与扭矩成正比例关系,扭矩增加,对应的发动机功率也增大。

发动机转速相同,马力与负载之间的关系

我们车辆在行驶过程中,如果是匀速行驶时,发动机输出的扭矩和车辆阻力是相同的,但是当车辆速度不同时,车辆变速器档位也是不一样的,发动机转速也是相同的,比如车辆在40km/h,变速器在3挡,发动机转速约2000rpm,车辆在最高档6挡,车速在80km/h左右时,发动机转速也可以达到2000rpm,这两种情况下,虽然发动机转速相同,但是高速行驶时,车辆的阻力更大,发动机必须输出更大的扭矩,才能使车辆保持匀速。

发动机在工作过程中,为了保持较高的燃油效率,发动机的空燃比应该尽可能保持在14.3左右,所以,发动机在工作过程中,需要实时调节车辆的发动机进气量和喷油量。基于这种原理,发动机扭矩输出控制方法非常多,在转速相同的条件下,可以通过不同的油门踏板开度,提升发动机进气量,使得发动机的喷油量替身,这可使发动机爆发出较高的扭矩;发动机的内部还有点火时机的控制,根据车主油门踏板变化量,调整合适的点火提前角,进而使发动机输出不同的扭矩值。

车辆负载越大,发动机应答性越慢

我们常说的发动机应答性,是指发动机转速的变化率。应答性好的发动机,车主踩油门踏板后,发动机转速快速提升,车辆动力增加明显,反之,发动机转速缓慢变化。

虽然发动机输出扭矩值随着负载的不同而表现出差异化,在一定范围内,负载越大发动机输出扭矩也就越高,但是发动机应答性显著降低。车辆在行驶过程中,低速行驶时负载较小,所以我们踩油门加速,发动机转速提升较快,车辆也可以瞬间提速;但是车辆速度如果很高,即便是相同的发动机转速,踩一脚油门,车辆都没有任何感觉。这就是为什么车辆怠速时,车主稍微轻轻踩一下油门,发动机转速瞬间“嗡嗡”提升的原因。

了解清楚这个概念,大家必须要知道发动机富裕的扭矩值,是指发动机实际输出的扭矩和其最大扭矩值之间的差异,发动机富裕的扭矩值越大,代表发动机本身富裕的潜能越大,发动机随着油门踏板的增加,扭矩增加明显,发动机应答性自然提升,车辆的加速感自然也会快速提升。

综上所述,发动机在转速相同的条件下,依然可以输出不同的马力值,发动机负载不同,即便是相同的转速,发动机的应答性也是不一样的。

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