【发动机扭矩一般多大】汽车的发动机扭矩是如何计算出来的?

2020-01-28 - 发动机扭矩

发动机扭矩计算离不了高中的物理公式所以建议提前做好心里准备。我们知道扭矩是发动机性能参数的重要指标之一,它是发动机做功转化的旋转力矩从而输出到变速机构,可以说它在很大程度上决定了一款发动机性能基础的相对优劣性。虽然依据公式并根据发动机的运转特性我们可以粗略估算发动机某一时刻的瞬时扭矩但瞬时扭矩并不代表就是此发动机的真实扭矩,只能作为一个理想状态的理论参考。

【发动机扭矩一般多大】汽车的发动机扭矩是如何计算出来的?
【发动机扭矩一般多大】汽车的发动机扭矩是如何计算出来的?

实际情况中发动机的输出扭矩并不是通过复杂的计算而得到,因为四冲程发动机每一个完整循环只有一个冲程做功其余三个冲程都是消耗能量的。因此,在每个冲程下活塞的压力是不同的,哪怕即便有飞轮的存在发动机的运行也并不是理想的“匀速且规律”,当然其扭矩输出也不是恒定不变的。所以,都是通过发动机台架进行定时测试得到一个平均值。

【发动机扭矩一般多大】汽车的发动机扭矩是如何计算出来的?
【发动机扭矩一般多大】汽车的发动机扭矩是如何计算出来的?

扭矩:扭矩就是圆周运动时的力矩,可以简单理解为作用力迫使物体产生旋转的一种特殊力矩。对应发动机曲轴就是燃料燃烧做功产生的压力驱使曲轴产生旋转,最终将旋转的力矩传递出去。

物理中:力矩=力×力臂(直线)

【发动机扭矩一般多大】汽车的发动机扭矩是如何计算出来的?
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而在旋转状态下:扭矩(特殊的力矩)=力×旋转半径r,因此要想知道发动机的扭矩那曲轴旋转半径r必须是已知的(可以测量),我们需要知道作用力的大小即可。求力!

1.P功率=W功÷时间t,功率就是单位时间做功多少,同样适用于发动机。

2.W功=F力×距离s,作用力×使物体产生位置的距离就代表作用力做了多少功。

3.把公式2中的W功套入公式1中得:

P功率=F力×距离s/时间t,而s距离/时间t就代表其速度的大小,当然这里的速度指的是曲轴旋转的线速度,所以P功率=F力×V线速度。

4.由曲轴线速度V=曲轴角速度ω×曲轴旋转半径r

5.由3结论和4公式得出:F力=P功率/V线速度=P功率/角速度ω×曲轴旋转半径r,再套入公式1中得出扭矩T=P功率/角速度ω,由于角速度是可以测量的所以某一功率下的扭矩就有一个理论计算值。

拓展知识:角速度ω代表的是曲轴旋转角速度(准确的说是曲拐和轴瓦连接中心点),而发动机的转速也用曲轴旋转频率表示的所以它们之间是可以相互转换的。

角速度:单位是弧度/秒,单位时间走的弧度就是角速度;转速:单位为转/分,单位时间旋转几圈就是转速。一个圆周是360度就是旋转一圈也就是2π,所以一弧度就是360/2π≈57度。

角速度是弧度/秒而转速是转/分,所以角速度要想转换成转速就是角速度ω×60/2π=角速度ω×30/π≈角速度ω×0.955。同理转速转换为角速度就是转速n×2π/60。

由上文5公式T扭矩=P功率/角速度ω得出我们常见的公式:P功率=T扭矩×角速度ω=T扭矩×转速n×π/30,P=T×n×π/30,由于发动机功率我们以千瓦为单位因此:

1000P(1KW)=T×n×π/30得到P≈T×n/9549

一款发动机的主要性能参数达到什么样的标准其实在设计之初就已经定下了,之后的所有研发和匹配都是以这个设定标准为依据。所以一款新发动机的研发可以长达十年或者更多,车企也不可能随随便便抛弃一款研发多年的发动机。

说这的意思就是,当发动机已量产上台架测试的时候这些参数其实已经确定包含其扭矩输出值,台架测试的目的是记录参数和厂家提供数据进行对比来保证发动机的数据的准确性和运行可靠性。又或者是厂家针对研发阶段发动机性能输出是否如设计所需的验证。台架测试发动机扭矩会有专用的扭矩传感测试感应原件,感应原件会对发动机在设定时间下以不同负荷运转从而对扭矩进行测定,绘制扭矩输出图。

测试扭矩的办法有很多,像光电、电磁、震动以及激光多普勒、无线电波等等。虽然它们也都各自有优缺点但是其根本原理还是依据转轴由于转矩作用产生位移变化从而导致接收器信号的变化,从而根据既定算法计算出扭矩输出值。

像光电测试办法就是通过并列在转轴上的两个多孔盘(孔的位置和大小、数量一样)由于转矩变化会影响光强度传播从而导致光电感应器接受信号强度的变化而输出不同信号,电脑接受信号后会调取既定数据库信息从而匹配扭矩的大小。

前文推导出的公式:功率=扭矩×转速/9550

如果知道某款发动机的功率曲线图就很容易大概估算出其发动机的扭矩值,套入以上公式即可算出大概,因为这个不管是涡轮增压还是自然吸气也不管发动机怎么调教它的功率、扭矩和转速之间的关系永远遵循这个公式。

比如:上图发动机在1000转的时候其输出功率为10.5KW,我们估算下其在1000转时的扭矩是否正确,套入公式T=10.5*9550/1000约等于102N/米,而随着转速的变化功率和扭矩也是动态变化。

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