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1 # 天和Auto
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先說概念。
排量,或者叫排氣量,就是活塞在氣缸中由下止點運動到上止點(或者反過來)所掃過的容積,如果不是單缸發動機的話,還要乘以氣缸數,單位是ml,但更普遍地被稱作cc。
扭矩,也就是力矩,即力乘以力臂。我的理解是,力矩用於描述更普遍的情況,而扭矩著重用來描述一根旋轉的軸究竟“多有勁兒”,或者描述把“多大的勁兒”沿著旋轉的方向(或反方向)施加到一根軸上。發動機曲軸屬於前者,擰螺絲動作屬於後者。
對於擰螺絲這件事來說,螺母所承受的扭矩就是你在扳手末端切向施加的力乘以扳手的長度。對於發動機輸出的扭矩,是一個反過來的概念,它表達發動機曲軸在活塞的帶動下,在同軸的某個固定半徑的輪子邊緣處能產生多大的力。比如10N·m的扭矩,它意味著如果用這根軸去帶動一個半徑1m的輪子,你至少要在輪子邊緣切向方向施加10N的力才能與之抗衡。或者更容易理解地說,這根軸加半徑1m的輪子,差不多剛好可以提起1kg重的物體。
功率的概念是最簡單的了,它把時間因素也考慮在內。
勻速直線運動中,功率的定義是:(力 X 距離) / 時間,等同於力 X 速度;
勻速圓周運動中,可以做個類比:(力 X 弧長) / 時間,等同於(力 X 半徑 X 角度) / 時間。其中 力X半徑 就是扭矩啊,而 角度/時間 是角速度,其實也就是轉速。
所以再說一遍,扭矩乘以轉速得到的就是功率,但由於在發動機上,各個量的單位不全是採用國際單位制,需要加一些常數來修正,如果功率(P)單位使用瓦,扭矩(T)單位使用牛·米,轉速(N)單位使用轉每分的話,這個公式就是:P = pi·T·N / 30,pi是圓周率。
每個轉速下,都有與之對應的扭矩和功率,以轉速為自變數,繪出扭矩和功率的函式影象,稱作發動機的外特性圖。我在網上找了一張比較流行的汽車發動機外特性圖,摩托車也應該類似,只不過轉速的範圍會更大。可以發現扭矩的影象是向上微凸的,起伏並不大,在某個轉速達到最大值,其實可以粗略地認為它在某個轉速區間內是恆定不變的。
因為功率等於扭矩乘以轉速,所以(至少在上述扭矩近似不變區間內)隨著轉速增加,功率一直成不斷增長的態勢,直到高轉區扭矩顯著下降,轉速的增加已經無法彌補扭矩的下降時,功率才跟著降下來。至於高轉區扭矩的下降,主要原因是高轉速導致氣門開啟的時間變短,這就限制了吸氣衝程中氣缸吸入空氣的量,就導致做功衝程中燃燒不足。可變氣門正時、機械增壓或渦輪增壓的發動機,在這方面有很大改善,他們的外特性圖與自然吸氣發動機的有所不同。
一般而言,發動機的最佳扭矩在整個轉速範圍的中等偏後一些的位置開始出現,最大功率在比較靠後接近最大轉速的位置達到頂峰,從最大扭矩開始出現到達到最大功率的這段轉速區間,被認為是能穩定提供扭矩,發動機功率隨轉速增加也在不斷變大的區間,是發動機的最佳出力區間,是能獲得最佳加速體驗的區間。
一種較為流行的說法是,扭矩決定加速的快慢,功率決定極速的大小,這是很容易誤導人的。如果提到扭矩不加說明我們都是指發動機曲軸的扭矩,而實際上決定加速快慢的是車輪上的扭矩,稱為輪上扭矩,這之間要經過不同齒比的減速呢。而我們提到的功率是發動機的功率,它涵蓋了扭矩和轉速兩個方面,如果不考慮傳動機構的機械損耗,這也是車輪上功率。
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摩托車與汽車使用的發動機均為內燃式熱機,排量與功率扭矩的理論關係相同,各自的釋義(概念)可以簡單的瞭解一些。
發動機排量:指所有氣缸迴圈吸入或排出的空氣流體體積總和,2.0L指進氣量為2.0升,400ml排量指0.4升;摩托車愛好者往往用CC說明排量,但CC是立方厘米的單位,ML是才是容積單位,所以準確的標準應該是多少ML才對。
排量越大發動機扭矩越大,也就是俗稱的動力越強,這是為什麼呢?原因為內燃機的空氣燃料比(空燃比)是固定的,理想值為14.7:1,排量越大則進氣量越大、進氣量大澤噴油量大,燃燒的燃油更多產生的動力當然會越強;燃油燃燒的本質是一種高溫化學反應,反應過程中是分子的不規則劇烈運動,這一動力正是推動活塞運轉的源泉。
假設燃燒一個單位的燃油可以獲得N個分子的劇烈運動,輸出的動力為50N·m的轉矩;那麼在同樣的時間內擴大氣缸容積(增大排量)則能燃燒1.5或2個單位的燃油,運動的分子數也就是是N的1.5被或2倍,輸出的扭矩也就在75~100N·m之間了,這就是大排量等於大扭矩的原因。
扭矩是發動機氣缸內燃燒後瞬間輸出的動力值,起步時輸出的扭矩越大則能直觀的感受到動力越強、越衝、越有勁;車輛過載起步或越野脫困時需要大扭矩輸出,只有瞬間爆發力強大才能有效的起步或拉動汽車從坑窪路面脫困,所以重型客貨車以及越野車都會使用大扭矩的發動機,包括越野摩托車也是這種特點。
大扭矩代表了力量強大,但不代表車速可以很高。判斷一臺車動力強弱的主要引數為功率(馬力),因為【功率=轉速×扭矩÷9549】,可以看出扭矩和轉速是此消彼長的關係,但有都是功率的基礎。發動機有大扭矩則能夠以很低轉速實現高功率,不過大扭矩發動機往往實現不了很高的轉速,因為大扭矩等於燃燒爆燃時產生嚴重的震動,高頻震動加上高轉速則會產生嚴重的磨損;所以只有極少數高階汽油發動機會同時實現大扭矩高轉速,一般發動機都是大扭矩低轉速或者小扭矩高轉速。
越野摩托車屬於大和低,所以極速能超過100就算合格;而巡航摩托車或競速公路車往往是小和高,這類車的起步往往不會很衝,但當車速逐漸升高後加速反而更強勁更迅猛,因為高速拉高了功率紫檀更高,如果還不能理解的話看兩臺假象車吧。
1、某ADV摩托車扭矩40N·m,在發動機4000轉時爆發峰值扭矩,輸出功率為16.76kw;極限轉速8000轉時扭矩嚴重下滑,輸出功率約為25.13kw。
2、某巡航摩托車扭矩為35N·m,發動機4000轉時爆發峰值扭矩,輸出功率為14.66kw;極限轉速12000轉時扭矩同樣下滑,但轉速決定了輸出功率可以達到35kw左右。
兩種不同型別的發動機決定的是初段加速強勁,或者是高速階段加速強勁,對於汽車而言因為最高限速120km/h,所以這種車需要大扭矩提高城市加速的樂趣,而不是高速加速的能力;同時越野摩托車也符合這一標準,只有競速型的公路摩托車適合小扭矩和高轉速,應該如何選擇以車型區分就好,摩托車很好分類。