今天研究了一下發(fā)動(dòng)機(jī)理論，本著程序員精神，仔細(xì)分析了一下發(fā)動(dòng)機(jī)工況圖，頭腦中出現(xiàn)了一個(gè)難以解釋的疑惑，還請(qǐng)大家來(lái)幫忙答疑解惑。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性理論

當(dāng)汽油機(jī)的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度一定，其有效功率、有效轉(zhuǎn)矩、耗油率等性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速變化而變化的關(guān)系成為發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性。

節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)的速度特性成為外特性。

測(cè)取方法：節(jié)氣門(mén)保持不變，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的外部負(fù)荷，在不同轉(zhuǎn)速下測(cè)出各穩(wěn)定工況的有效功率、有效轉(zhuǎn)矩、耗油率，并繪制出曲線。

2 測(cè)量過(guò)程

首先把節(jié)氣門(mén)固定到最大開(kāi)度，并在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中保持不變，同時(shí)讓發(fā)動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行。假設(shè)穩(wěn)定后發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為7000轉(zhuǎn)/分。

此時(shí)得到數(shù)數(shù)據(jù)：

負(fù)荷 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

0 7000

然后開(kāi)始一點(diǎn)點(diǎn)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，增加負(fù)荷必然會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，假設(shè)現(xiàn)在負(fù)荷是100Nm，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分，于是我們得到數(shù)據(jù)：

負(fù)荷 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

100 6000

顯然發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，負(fù)荷=發(fā)動(dòng)機(jī)的有效扭矩。繼續(xù)增加負(fù)荷，轉(zhuǎn)速一定也會(huì)繼續(xù)下降，然后我們得到如下數(shù)據(jù)：

負(fù)荷 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

200 5000

300 3000

400 2000

500 1000

當(dāng)負(fù)荷加到600時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)被迫停止了。

把上述數(shù)據(jù)繪制成曲線：

節(jié)氣門(mén)不變的情況下，隨著負(fù)載的增大，必然導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降，上述曲線體現(xiàn)了這個(gè)過(guò)程。

3 大大的疑問(wèn)

然而實(shí)際的外特性曲線卻不是這樣的，例如下圖是一個(gè)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線圖。

可以看出輸出扭矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線并不是一條平順的曲線，而是出現(xiàn)了拐點(diǎn)。上圖中轉(zhuǎn)速800-1000這段曲線中，輸出轉(zhuǎn)矩增加的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也在增加。也可以這么說(shuō)：節(jié)氣門(mén)開(kāi)度不變的前提下，負(fù)荷增加卻導(dǎo)致了轉(zhuǎn)速也在增加。這顯然有悖常理!!

同樣的，也會(huì)出現(xiàn)這樣的疑問(wèn)：

上圖中的A、B兩點(diǎn)處的輸出扭矩相同，但是發(fā)動(dòng)機(jī)卻穩(wěn)定在不同的轉(zhuǎn)速上。

也許有人說(shuō)工況圖上的輸出轉(zhuǎn)矩不等同于給發(fā)動(dòng)機(jī)加的負(fù)荷，那么圖上的縱坐標(biāo)究竟是什么?有一點(diǎn)可以肯定：只有外部負(fù)荷造成的阻力轉(zhuǎn)矩等于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)才能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速上。

還請(qǐng)大神們?yōu)槲掖鹨山饣?，不勝感?

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想了一下午突然頓悟了。

問(wèn)題出在假想的測(cè)量過(guò)程是不符合實(shí)際的。

負(fù)荷 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

0 7000

100 6000

200 5000

300 3000

400 2000 (不可能出現(xiàn))

500 1000 (不可能出現(xiàn))

實(shí)際情況是：

假設(shè)當(dāng)負(fù)荷增加到300后，發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定到轉(zhuǎn)速3000上。此時(shí)，如果把負(fù)荷繼續(xù)增大，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速降低，這沒(méi)問(wèn)題。關(guān)鍵是，此時(shí)轉(zhuǎn)速的降低惡化燃燒效率，會(huì)進(jìn)一步減小發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，又加速了轉(zhuǎn)速的降低，這是一個(gè)惡性循環(huán)的過(guò)程，最終會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。為了保持發(fā)動(dòng)機(jī)能穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)而不是停掉，此時(shí)必須減少負(fù)荷了。比如減少到200，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)又穩(wěn)定運(yùn)行到了2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速上了。

負(fù)荷 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

0 7000

100 6000

200 5000

300 3000(再增加負(fù)荷，就會(huì)導(dǎo)致停機(jī))

200 2000

2000轉(zhuǎn)/分這個(gè)點(diǎn)也是比較特殊

(1)此時(shí)如果繼續(xù)減小負(fù)載，當(dāng)然發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)增加，增加了轉(zhuǎn)速會(huì)導(dǎo)致燃燒充分，進(jìn)而增加了輸出轉(zhuǎn)矩。這是一個(gè)良性的循環(huán)過(guò)程。

(2)此時(shí)如果增大負(fù)載，當(dāng)然發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)降低，那個(gè)惡性循環(huán)就會(huì)開(kāi)始，最終導(dǎo)致停機(jī)。

所以此時(shí)的測(cè)量比較有意思，有兩個(gè)選擇：

(1)先稍稍增大負(fù)荷比如210，然后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，惡性循環(huán)開(kāi)始。然后為避免停機(jī)，再大幅降低負(fù)荷，比如100。然后就會(huì)穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)到一個(gè)低于2000的轉(zhuǎn)速上，比如1000.

于是得到：

負(fù)荷 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

100 1000

(2) 降低負(fù)荷，比如100，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)必然加速，加速后燃燒更充分，輸出轉(zhuǎn)矩更大，又繼續(xù)加速。如果此時(shí)負(fù)荷不再變化，那么發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)一直加速到6000轉(zhuǎn)/分，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部阻力平衡了燃燒的正面影響，發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定到6000轉(zhuǎn)運(yùn)行。

于是得到。

負(fù)荷 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

100 6000

由于6000轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)荷已經(jīng)測(cè)過(guò)一次了，所以(2)這種方式不會(huì)在實(shí)際測(cè)量中采用。

匯總我們的數(shù)據(jù)如下：

負(fù)荷 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

0 7000

100 6000

200 5000

300 3000(再增加負(fù)荷，就會(huì)導(dǎo)致停機(jī))

200 2000

100 1000

看到?jīng)]有，確實(shí)會(huì)出現(xiàn)：節(jié)氣門(mén)、負(fù)荷都相同的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)可以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)到不同的轉(zhuǎn)速下。以負(fù)荷100為例：

發(fā)動(dòng)機(jī)可以穩(wěn)定運(yùn)行到1000轉(zhuǎn)/分，也可以穩(wěn)定運(yùn)行到6000轉(zhuǎn)/分。在1000轉(zhuǎn)/分時(shí)，主要是燃燒不好導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩小，而在6000轉(zhuǎn)/分的時(shí)候，主要是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部阻力導(dǎo)致輸出的轉(zhuǎn)矩變小。

前面分析中的良性循環(huán)和惡性循環(huán)階段就是發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定的階段。下圖是速騰1.8T發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線。

下面來(lái)看看它的實(shí)際運(yùn)用，假設(shè)汽車(chē)要爬一個(gè)坡。

按照不同情況分析：

(1)車(chē)子距離坡入口20米，此時(shí)踩死油門(mén)，發(fā)動(dòng)機(jī)加速來(lái)到入口處，但是發(fā)動(dòng)機(jī)此時(shí)尚未到達(dá)2000轉(zhuǎn)/分。坡度導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載增大，轉(zhuǎn)速降低，輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步降低，轉(zhuǎn)速急劇降低，惡性循環(huán)開(kāi)始。最后發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，汽車(chē)沒(méi)有成功越過(guò)坡。

(2)車(chē)子距離坡入口50米，此時(shí)踩死油門(mén)，發(fā)動(dòng)機(jī)加速來(lái)到入口處，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到3500轉(zhuǎn)/分。坡度導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載增大，轉(zhuǎn)速降低，此時(shí)轉(zhuǎn)速的降低并沒(méi)有導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩的降低，轉(zhuǎn)速降低的并不是很快，車(chē)子成功越坡。

(3)車(chē)子距離坡入口100米，此時(shí)踩死油門(mén)，發(fā)動(dòng)機(jī)加速來(lái)到入口處，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到4500轉(zhuǎn)/分。坡度導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載增大，轉(zhuǎn)速降低，但是轉(zhuǎn)速的降低卻導(dǎo)致了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的增加，所以轉(zhuǎn)速會(huì)降低的很慢，能順利越過(guò)坡路。