影響汽車馬力與扭矩的因素

1、影響汽車馬力與扭矩的因素汽車的動力來自引擎，而引擎動力的產(chǎn)生是利用汽缸內(nèi)油氣的燃燒所產(chǎn)生的 爆發(fā)力推動活塞而來，因此要獲得良好的引擎性能就要從提高引擎的燃燒效率著 手，從汽缸內(nèi)油氣燃燒的基本理論找出提高引擎燃燒效率和熱效率的方法來提高 引擎性能。但是在工程師們想盡辦法來提高引擎性能的同時，卻因爆震(Knocking)的發(fā)生而受到種種的限制，所以最高性能的引擎其實就是在燃燒與爆震的交互作 用和互相牽制下得出的妥協(xié)。“燃燒與爆震”不但是研究引擎的基礎(chǔ)，也是判斷引擎優(yōu)劣的依據(jù)，更是引擎改裝的基礎(chǔ)，因此燃燒與爆震可說是一切討論有關(guān)引擎性能的入門，更是討論引擎改裝時的立論依據(jù)。(加 1009917221

2、) 一、燃燒多缸發(fā)動機單缸發(fā)動機WWW. cw fuwu, COU(一)、燃燒機理因為引擎的燃燒循環(huán)是在汽缸這個小容器中進行，而且有溫度、壓力、熱傳導(dǎo)、殘留廢氣等變化因素，所以比起一般的燃燒來來說要復(fù)雜許多。目前有很多有關(guān)引擎的理論都是由實驗得來的，這樣就導(dǎo)致有很多因素都有不同的解釋，甚至可能尚未被發(fā)現(xiàn)，因此或許還可以找到其他更有利引擎燃燒的好方法。在正式介紹發(fā)動機改裝之前必須先介紹兩個名詞：空燃比 A/F(Air-Fuel Ratio)和空氣過剩率 入(Excess Air Ratio)?？杖急華/F是進行引擎燃燒反應(yīng)時所需的空氣重量和燃料 重量的比例，空然比小表示油氣比較濃，反之則比較稀。

3、如果根據(jù)汽油燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式，我們可以算出汽油完全燃燒的理論空燃比為15.1:1,但是在實際的燃燒情況中，如果要達到完全燃燒，所需的空氣量往往比理論上所需的更多而 實際上所需的空氣和理論上所需的空氣量的比值就稱為空氣過剩率入，入越大表示所供給引擎的空氣量越大。A/F和入在談到有關(guān)引擎的工作原理和廢氣污 染控制上都會再出現(xiàn)，所以比必須先在此提出。引擎每完成一次進氣、壓縮、爆 發(fā)、排氣四個行程的循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)了 2圈也就是720° ,在引擎轉(zhuǎn)速為3000rpm 時，曲軸轉(zhuǎn)速為每分鐘3000轉(zhuǎn)，也就是說引擎每分鐘要進行1500次的循環(huán)，完 成每一次油氣燃燒的時間遠(yuǎn)小丁 0.01秒。要去討

4、論這0.01秒內(nèi)快速進行的燃燒 過程有相當(dāng)?shù)睦щy，因此我們必須想像成用很慢很慢的慢動作來看引擎的燃燒過 程。若用這樣的方式來看引擎的燃燒過程，我們可以將它概分為點火、燃燒、淬 熄三個步驟：1.點火活塞上行至 進氣孔打開后, 混合氣被吸入曲 軸箱.在壓縮的 同時 Vehiilt壓縮即將結(jié)活塞到達上距點火，山壓縮進氣點火時刻主體會:生建51;1| 分墅子:«« fesAiEW*.膽福-丹/C: 以，7 HT ai 土 =- -可M闡試圈不E.*舛過質(zhì)安蟄蠕些：也姓斷新當(dāng)供油系統(tǒng)將混合好的油氣送入汽缸內(nèi)， 經(jīng)由活塞壓縮后，點火系統(tǒng)的高壓線圈 便會傳送一電流至火花塞，利用火花塞兩極

5、之間的高電壓引燃油氣，（亦可說是高電壓使汽油分子產(chǎn)生游離作用，進而和氧離子結(jié)合，造成氧化作用）。為了引 燃油氣，必須對油氣提供一相當(dāng)?shù)哪芰?，這個能量我們稱為最小點火能（Minimum Ignition Energy ）。最小點火能越小,點火越容易。這一油氣引燃的 過程相對丁接下來的油氣燃燒速度來說， 速度是比較緩慢的，而這一緩慢的氧化 過程稱為點火。點火所耗去的時間約占整個燃燒行程的10 %,而這段時間所耗去的油氣也少得為不足道。2燃燒點火階段可視為油氣燃燒前能量的累積，當(dāng)點火完成后，火焰便開始以燃燒壓力 波的形式向外傳播，其傳播的方式是以火花塞為中心，一層一層依序向外燃燒， 就如同將石頭丟入

6、水中，在水面形成漣漪一般。在火焰向外傳播時，在已燃燒和未燃燒的油氣之間，有一進行燃燒氧化反應(yīng)的反應(yīng)帶，我們稱為火焰波前。火焰波前的范圍大小會影響燃燒的反應(yīng)爍和汽缸內(nèi)壓力上升的爍。 油氣燃燒的速 度對引擎的性能有決定性的影響，燃燒的速度越快，弓I擎的性能越好， 爆震發(fā)生 的趨勢也越低。3. 淬熄_對引擎的燃燒來說，汽缸壁是燃燒波所能到達最遠(yuǎn)的邊界，汽缸壁由丁有冷卻 索統(tǒng)的作用，溫度大都維持在200C左右，這相對於700C以上的火焰溫度來說 是很低的溫度，所以當(dāng)燃燒波傳到汽缸壁時，火焰的溫度便立刻下降，使得汽缸壁附近燃燒波的氧化作用因而減緩甚至中斷，而這趨緩的氧化反應(yīng)便產(chǎn)生了不完 全氧化的產(chǎn)物HC

7、及CO。這一氧化反應(yīng)較緩和的區(qū)域我們稱為淬熄層，淬 熄層越小，表示汽缸的熱傳損失量越少，引擎的熱效率較高、出力較大。（二）影響燃燒的因素1. 影響點火的因素：點火的難易乃由“最小點火能”所決定，最小點火能則是受燃料的分子量、混合 氣的濃度、火花塞電極的形狀與間隙、 汽缸溫度、混合氣氣體流動的影響而產(chǎn)生 變化。燃料的分子量越小、汽缸的溫度越高，其最小點火能越小，點火越容易?；旌蠚獾臐舛壬詽庥诶硐肟杖急龋?4.7:1）,并能在汽缸內(nèi)快速的流動使油氣更 均勻，皆有助于點火。而火花塞對點火的難易更有決定性的影響，火花塞的電極間隙若減小則最小點火能將增大， 不過間隙也不是越大越好，因為間隙大則跳火 時間

8、縮短，不利于點火，所以間隙直必須取兩者的折沖。 火花塞中央電極的直徑 越大，點火所需的電壓必須升高，若將電擊形狀改為尖型，將有利于點火。此外, 火花塞的熱度等級越高，表示中央電極不易散熱，因此對點火越有利。但是當(dāng)火花塞熱值過高或汽缸過熱時，將使油氣在火花塞未點火前及自行點燃， 稱為”預(yù) 燃”（Preignition）是異常燃燒的一種，有別于爆震，但同樣對引擎將產(chǎn)生不利 的影響。有人會改用電極為針型、且導(dǎo)電性較好的火花塞，為的就是加速完成點 火。2. 影響燃燒的因素：1 ）、空燃比燃燒速度會因為混合氣的組成、壓力、溫度而變化，影響最顯著 的是空燃比，稍濃于理想空燃比（14.7:1）時可得到最大的

9、燃燒速度，若空燃比 低或高達到某一界限以上時，火焰便不再前進，此界限稱為燃燒界限。汽油 的燃燒界限是空燃比2 2: 18 : 1可安定運轉(zhuǎn)的極限是18:1。所謂稀 薄燃燒引擎系統(tǒng)技術(shù)（Lean Burn Combustion System就是讓引擎在盡量接近 燃燒界限的下限且不產(chǎn)生爆震的情況下運轉(zhuǎn)。2）、火花塞的位置火花塞的位置雖對燃燒的速度沒有影響， 但是它決定了相同 燃燒速度下完成燃燒所需的時間。 火花塞和汽缸必的距離越近，則完成燃燒的時 間越短。因為油氣燃燒的過程也是引擎最主要的加熱、加壓過程， 這段時間的長 短，直接影響到引擎的熱效率，也影響到爆震的趨勢?；鸹ㄈ淖罴盐恢镁褪窃?燃燒室

10、的中央，而為了達成此一設(shè)計，多氣門和雙凸輪軸的設(shè)計是必然的趨勢。3 ）、進、排氣壓力與進氣溫度進氣壓力的提高可促使油氣燃燒的速度增加，而 進氣溫度升高卻會使容積效率和混合氣密度降低，導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ニ俣认陆怠．?dāng)排 氣壓力越高時，則每循環(huán)殘留在汽缶工內(nèi)的廢氣越多，使能吸入的新鮮混合氣減少， 而隨著殘留廢氣比例的增加，燃燒時的阻礙亦增大，火焰?zhèn)鞑サ乃俣纫蚨档?。要提高進氣壓力最常用的方法就是利用 Turbo-charger或Super-Charger,而賽 車引擎通常用碳纖維來作為進氣道的材料， 除了重量輕外，最重要的就是取碳纖 維不易吸熱,本身的溫度不會因為引擎室的溫度升高而升高, 可大幅降低進氣溫

11、 度。至于要如何降低排氣壓力，當(dāng)然是從排氣管著手，而乂以頭段的影響最大。4、進氣速度進氣速度影響了進入汽缸內(nèi)油氣的流動，油氣的流動除了可以讓油氣的混合更均勻，更可產(chǎn)生攪動的作用使燃燒火焰和未燃燒的油氣容易混在一起，增加火波前的范圍，加快燃燒的速度。進氣速度與燃燒速度成近乎正比的關(guān) 系，進氣速度越快，燃燒的速度越快。而進氣的速度與進氣歧管的口徑與長度、 汽門設(shè)計、燃燒室?guī)缀涡螤钣嘘P(guān)。5、壓縮比？壓縮比？的增加會同時影響燃燒時的溫度與壓力， 并讓油氣分子問的距離變小，而油氣的燃燒速度也隨著壓縮比的增高而增大。高性能引擎都想辦法在不發(fā)生爆震的前提下盡量的提高壓縮比， 不但自然吸氣引擎是如此，就連增

12、壓引擎的壓縮比都已提高到超過 9.0:1以上的水準(zhǔn)。要提高壓縮比最簡單的方法 就是改用較薄的汽缸墊片。6 ）、點火正時引擎的最大功率輸出是取決于油氣燃燒產(chǎn)生最大氣體壓力時活塞的位置，而這個位置的改變可經(jīng)由點火正時的改變來達成，最理想的點火正時角度就是要讓燃燒過程完成一半時， 活塞位置恰抵達上死點，此時活塞正好完成壓 縮行程準(zhǔn)備往下運動，因此燃燒所產(chǎn)生的最高壓力可完全用來把活塞往下推，這就是產(chǎn)生最大燃燒速度點火正時。T3.影響淬熄的因素淬熄主要受到燃燒室的形狀、汽缸壁的溫度與粗糙度的影響。淬熄的發(fā)生是主要 是由于火焰接觸到燃燒室的壁面，因此要在相同的燃燒室容積下使燃燒室的表面 積越小，減少淬熄量

13、，一般而言燃燒是的形狀越規(guī)則越能達到此目的。而淬熄也是熱導(dǎo)傳的結(jié)果，所以燃燒室的溫度越高，則熱傳量越少，火焰也就越能接近壁面，淬熄層就越薄，被淬熄的氣體容積就越少。但是汽缸壁的溫度卻被材料所能 承受的熱應(yīng)力及爆震的發(fā)生所限制，所以只能維持在一相當(dāng)?shù)牡蜏叵?。此外，降低燃燒室的粗糙度也可減少淬熄量及熱傳量，提高熱效率。二、爆震（一）爆震的產(chǎn)生“爆震”是引擎燃燒過程中所產(chǎn)生的異常燃燒現(xiàn)象，它除了使引擎震動加劇外， 并產(chǎn)生敲擊聲、降低引擎出力、損傷引擎結(jié)構(gòu)。爆震可說是引擎設(shè)計者的天敵， 許多提升馬力、降低油耗、減少污染的設(shè)計，如高壓縮比、增壓裝置、提高汽缸 壁工作溫度（材料科技的進步使得強度上無虞）等

14、，都因為爆震的產(chǎn)生而受到限制。爆震的特性是開始時點火及燃燒波的傳播都正常，但是最后應(yīng)該燃燒的一部份油 氣，我們稱為“尾氣” （End GaS）,因為受了燃燒彳爰?xì)怏w膨脹所造成的壓縮作 用，使其體積縮小、溫度和壓力升高，在燃燒波尚未傳到該處之前，一部份油氣 的溫度已經(jīng)達到“自燃點”，到達自燃點后在經(jīng)過一段時間的“自燃點火延遲” 后就會自行引燃，并且以300m/s200m/s的速度迅速向外傳播，而當(dāng)正常燃燒 和爆震兩個方向相反的燃燒壓力波相遇時，會產(chǎn)生劇烈的氣體震動，并發(fā)出特有的金屆撞擊聲，所以稱為“爆震”。輕微的爆震無法被人的感官所察覺，在此我們稱它為“無感爆震”，因此當(dāng)你能感覺得到引擎爆震所產(chǎn)

15、生的噪音和震動時， 這時的爆震情況已經(jīng)嚴(yán)重得超乎你的想像，我們稱它為“有感爆震”。有感爆震 持續(xù)一段時間后，將使得活塞、汽缸頭、汽門、活塞環(huán)等，產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞。（二）影響爆震的因素1、燃料的辛烷值燃料的抗爆震性是以辛烷值（Octane Number）來表示，通常分子構(gòu)造簡單、碳 數(shù)多、煉長者的抗爆震性優(yōu)秀，而選用辛烷值較高的汽油是減少爆震發(fā)生的最直 接方法。汽油辛烷值的選用必須與引擎的縮比配合， 理論上壓縮比89用辛烷值 9295的汽油，壓縮比910用辛烷值95100的汽油，否則壓縮比高的引擎若使 用辛烷值低的汽油，將造成爆震連連、引擎無力、過熱、機件損耗。而壓縮比低 的引擎若誤用辛烷值較高的

16、汽油， 不但不能增大引擎的出力，反而可能因燃燒溫 度過高造成引擎過熱。據(jù)相關(guān)報道記載：中油將在民國87年底前推出辛烷值98的汽油。2、燃燒室的設(shè)計火花塞的的位置影響了完成燃燒所需的時間， 這段時間就是尾氣所受的加壓和加 熱時間，時間的長短直接影響爆震發(fā)生的趨勢。因此燃燒是的形狀若能讓壓縮時油氣的流動性佳、沒有死角，并采用熱傳導(dǎo)效率較高的材料（如鋁合金），讓汽 缸內(nèi)的溫度不易累積，使尾氣保持較低的溫度也可減少爆震的發(fā)生。3、積碳燃燒室內(nèi)如果有積碳會影響燃燒室的散熱并造成壓縮比的提高，讓原本不會發(fā)生爆震的引擎也發(fā)生爆震。積碳發(fā)生的原因除了引擎本身所產(chǎn)生的以外，在汽油中添加辛烷值提升劑更會加速積碳的

17、累積。以國內(nèi)所能買到的95無鉛汽油，對很多高壓縮比引擎來說并不夠用，很多車主都要選擇添加辛烷值提升劑來維持引擎 的出力和消除爆震，在爆震與積碳的惡性循環(huán)下，添加辛烷值提升劑就有如引鴆 止渴一般,還請車主三思。4、壓縮比引擎的熱效率是與其壓縮比成正比， 壓縮比越高引擎出力越大，但是壓縮比的上 限卻因為爆震的發(fā)生而受到所限制, 壓縮比與爆震的發(fā)生有極密切的關(guān)系, 壓縮 比越大，爆震的趨勢和強度越強。因為提高壓縮比會同時增加汽缸內(nèi)的溫度和壓 力，使尾氣的溫度和壓力升高，增強爆震的趨勢。此外壓縮比的提高也會讓汽缸 內(nèi)的殘留廢氣對油氣的沖淡做降低，造成燃燒室的溫度上升，促成爆震的發(fā)生。5、空燃比油氣混合

18、比過稀或混合不均勻都會造成爆震。較濃的油氣將使尾氣的自燃點火延 遲時間增加，但也會使燃燒較不完全， 產(chǎn)生的熱量較少，使得燃燒最后的溫度降 低，減少爆震的發(fā)生，但也導(dǎo)致燃料用量增加，熱效率下降，同時降低引擎出力。 有些引擎的爆震控制系統(tǒng)就是在爆震感知器偵測出爆震訊號時，供油系統(tǒng)便會適度的提高油氣濃度，直到爆震消除為止。！ 126、進氣溫度與汽缸溫度，進氣溫度與汽缸溫度的增加會使引擎的容積效率降低， 使完成燃燒所需的時間增 長，亦即尾氣被加壓及加熱的時間增長，增加尾氣的溫度和壓力，造成爆震。由 此我們可以知道當(dāng)引擎溫度過高時，對引擎所成的損害并不是直接由于高溫所造 成(和汽缸內(nèi)的溫度相比那就稱不上

19、高溫了)，而是因為汽缸壁溫度上升導(dǎo)致嚴(yán) 重的爆震，因為連連的爆震所產(chǎn)生的嚴(yán)重破壞。7、點火正時若點火過早活塞在壓縮行程抵達上死點前燃燒掉的油氣較多，會使活塞進行壓縮時所需的力量增加，同時也會提高燃燒室內(nèi)的最高溫度與壓力，而易產(chǎn)生爆震。若點火正時延遲，大部分的油氣都在活塞過了上死點以后燃燒，燃燒時活塞已經(jīng)往下運動，可以底消掉一部份燃燒彳爰?xì)怏w膨脹所導(dǎo)致的壓力升高作用，減輕爆震的趨勢。不過假如點火過于落后，引擎的功率及效率都將降低。雖然點火正時的 延遲會造成引擎無力、耗油增加，但是對于爆震控制方式的選擇大多以改變點火 正時為主，因未改變點火正時比起其他消除爆震的方法要來得簡單、經(jīng)濟、可行,尤其在電

20、子技術(shù)發(fā)展成熟的今天更是如此。8、進氣壓力進氣壓力提高可使油氣密度變大， 燃燒所產(chǎn)生的總熱量較多，會使燃燒的最后溫 度上升，易于產(chǎn)生爆震。這說明了使用增壓進氣裝置時， 不論渦輪增壓或機械增 壓常要適度的配合降低壓縮比，并結(jié)合爆震控制系統(tǒng)以防止爆震的發(fā)生。其中渦 輪增壓系統(tǒng)(Turbo Charger)更因為會同時造成進氣溫度上升，所以有進氣冷卻 器(Inter-Cooler)的出現(xiàn)，以降低進氣溫度提高容積效率并減少爆震的發(fā)生。馬力、扭力300211 hp*7 kW)(a) 5800 rpm6005004003002001000214 1b ft (290 Nm) 4000 rpmA(d

21、3;crUJModllJstloH go o2 1i11r1r "r 0010203040506070ENGINE SPEED (rpm x 100)insn*汽車aufto msfi comcrirC;±u<y. fjorn.Moteur ZOI16V-143 ch (DIN) 20 i 16V engine - M3 hp (DIN)太平洋汽車網(wǎng)FCauto. com. cn對于一個入門新車主來說，真的需要有人幫忙解釋清楚，到底引擎馬力與扭力哪一個比較 重要？事實上，恐怕連許多開車經(jīng)年的老手都不見得能把馬力、扭力解釋得清楚呢！扭力也好、馬力也好，其實都是引擎因燃燒

22、汽（柴）油與空氣的混合物、將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋⒃俎D(zhuǎn)變?yōu)閯幽芩l(fā)出的力道。既然指的是同一具引擎，那怎么可能發(fā)出二種力道呢？ 對的，一具引擎只會發(fā)出一種力道，扭力也好、馬力也罷，都只是我們解釋的角度。也就是 對引擎發(fā)出之力道運用方式的不同所產(chǎn)生的不同解釋，如此而已。為什么對同一股力道，會要有二種不同的解釋呢？答案是當(dāng)運用的場合不同時，力道的表現(xiàn)方式和大小就會有所不同，而這，就是扭力與馬力的差別?；孟胍幌?，如果站在您面前 的，是體重超過 300磅的美國職籃 NBA高手 ''俠客歐尼爾"，他就像是一座小山般地杵在 您面前，而您所負(fù)責(zé)的工作是要推動他、讓他開步走！這時候，您所需

23、要的是什么？對了， 就是扭力，要讓 ''俠客"開步走，您一來必須克服他那 300多磅體重所產(chǎn)生的 最大靜摩擦”, 才能讓他動起來；二來您在推他時，本身也毫無因運動慣性所產(chǎn)生的動能，因此所能仰仗的力量，就等于是引擎從怠速運轉(zhuǎn)、開始加速的詆速扭力”。接著，您再繼續(xù)幻想，如果 ''俠客"已經(jīng)跑動起來，而且是接近禁區(qū)、已經(jīng)到了可以跨 步上籃的這個階段，這時候，如果您跟得上他的腳步， 是不是只需要在他背后輕輕一推、''俠客'就可以用更快的速度飛身上籃了呢？這時候，您施予 ''俠客"身上的力道是什么？高速

24、扭力”，恭喜您，答對了！而您再想一想，拼盡了吃奶的力道，好不容易才把 ''俠客"推 動一小步的力道，和輕輕推一把、就可以讓300多磅的巨人飛身上籃的力道，難道不是同一 個您所發(fā)出來的嗎？為何會有如此的差異呢？關(guān)鍵就在慣性”二個字上，當(dāng)一樣物體要從靜止被推動的時候，依據(jù) 靜者恒靜、動者恒動”的牛頓運動定律，絕對要極大的能量，因此，唯有低速扭力 強大的引擎才能產(chǎn)生輕快的起步加速，這，也就是為什么賽車、超級跑車，統(tǒng)統(tǒng)都得采用輕量化車身搭配大排氣量引擎”這種組合的道理。扭力的功能就是展現(xiàn)在起步加速的時候。從廠方公布的馬力/扭力曲線圖就能窺出這具引擎是屬于低轉(zhuǎn)速大扭力”或是高轉(zhuǎn)速大馬力”輸出型；扭力曲線越平緩，代表轉(zhuǎn)速域的扭力輸出越平均，起步加速或再加速自然 較快。相對的，當(dāng)車子動起來之后，慣性會讓它一直往施力方向持續(xù)前進，這時候，如果要讓 車子的運動速度再加快，所需要的，就是馬力。簡