為什麼同樣速度下,發動機轉速越低越省油? | 知乎問答精選

 

A-A+

為什麼同樣速度下,發動機轉速越低越省油?

2018年11月03日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 3 ℃ 次

【曾祥順的回答(7票)】:

謝邀。

文川的答案已經從發動機的熱效率和機械損失上解答了這個問題,本人是完全贊同他的回答的,並且由於本人只對發動機瞭解比較多,所以本回答借用他所構建的模型,只考慮發動機的原因。

首先,根據我個人所掌握的知識以及實際試驗經驗,發動機較低轉速的燃油經濟性是相對較好,但是並非越低越好的。我個人看法還是看燃油消耗率的萬有特性曲線。如下圖。

燃油消耗率萬有特性曲線是一組等高線,能反映出不同轉速不同負載下燃油消耗率的高低,而燃油消耗率大小基本上反映出燃油經濟性如何。

從圖可以看出最佳燃油消耗率是在中間轉速附近,最高和最低轉速的燃油消耗率都相對較高。

究其原因,一方面是文川回答裡指出的低轉速機械損失(包括泵氣損失)較低,另一方面,跟凸輪形線,油泵標定的策略也有一定關係。至於為什麼轉速很低時燃油消耗率又提高了,我個人看法是過低的轉速有可能不利於燃燒(此處存疑)。

總之,終究是人工調校和發動機固有的機械特性燃燒特性共同作用的結果。

關於「功率儲備」的概念有誤,先刪除了。

以上,如有錯誤,請在評論中指出,歡迎討論。

【胡鎮濤的回答(40票)】:

瀉藥

直接說乾貨吧。

現在在英國學汽車,歐洲這邊關於燃油經濟性,用的是bsfc(Brake specific fuel consumption,制動燃油消耗率)來解釋的。而不是儲備功率理論

舉例:

某台發動機的燃油消耗率測試實驗數據如下圖。

左邊是發動機平均有效壓力(BMEP),單位是bar,數值越大,說明發動機內部壓力越大,原因是多方面的,暫時不表。右邊是燃油消耗(BSFC),單位是g/KWh,意思是,用多少克的油,可以產生1千瓦時的功,因為汽油熱值是一定的,所以這個數值可以直接代表發動機效率,當然,顏色越藍說明效率越高越省油,紅色就代表效率低,費油。下面是轉速。

那麼,從這個圖上面可以看出來什麼呢?

發動機轉速越低,或者發動機平均壓力越大,發動機的效率越高,越省油

回到原題目,題主說到「同等車速,高檔位省油」

高檔位帶來什麼

第一:低轉速。這個好理解,開過車的都知道

第二:發動機平均壓力也高。這個稍微解釋一下。以下公式都省掉了係數,就別鑽牛角尖了

我們認為,車子在相同速度的時候,收到的阻力一樣的,那麼在高檔位(低齒輪比)的時候,為了克服相同的阻力,發動機必然要輸出更高的扭矩,而扭矩=排量*發動機平均壓力。對於同一台發動機,排量是一樣的,扭矩的提升,必然是因為發動機平均壓力的提升。

綜上,高檔位,既可以降低發動機轉速,也可以提高發動機平均壓力,結合油耗圖,可以輕鬆推出省油的結論。

多說一句:發動機小型化,增壓化的趨勢,也是來源於這個理論。

【凸眼金魚的回答(3票)】:

從問題來看不太準確。這個問題沒什麼可討論的吧,內燃機原理裡有詳細描述,有時間貼圖。油耗相對較低的區域基本分佈在較低轉速區,但不是最低轉速區。所以不是越低越省油

更新:看到很多人來回答,基本說的比較充分,個人比較同意的是 @曾祥順的答案,用它答案裡的內燃機萬有特性圖(圖8-7)基本可以解釋。另外說明一點,書本上的圖片都是幾十年前的圖了,現在的發動機技術更新很快。這些圖可以定性的看看,定量的話已經不太符合現在的發動機了。不過大體趨勢是不會變的。

解釋原因(不想翻課本,純記憶,說的不對不完全的地方歡迎補充):

前提條件:車速相同,傳動系減速比相同

1、油耗與轉速的關係:

轉速過高(油耗升高),每一轉時間短,油氣混合時間短不充分;如果是直噴發動機或許還有一部分燃油附著在缸壁和活塞頂上來不及蒸發,造成浪費;火焰傳播不完全,燃燒不充分;冷卻系統帶走的熱量少,缸內溫度相對更高,充氣效率差一點(但是缸內溫度高又會造成噴油蒸發效率升高,有利於油氣混合,這是有利的方面);轉速高,摩擦功也高一些

轉速過低(油耗也高),每一轉時間長,上面所有影響條件反過來;這時冷卻系統帶走的熱量多,缸內溫度低,燃燒效率下降;發動機從點火到最大爆發壓力再到燃燒完全有一個過程,時間很短基本固定,受溫度、空氣密度之類的因素影響有一點點變化,轉速低每轉時間長,可能導致燃燒都結束了活塞還沒運動到比較好的受力位置(轉速高也有這個問題,有可能燃燒還沒結束,活塞已經過了比較好的受力位置)……好了,我編不下去了……

2、油耗與儲備功率的關係:

忘了,好像是另一張圖。讓懂的人說吧,我就不瞎說了

PS:現在的直噴發動機標定策略已經非常複雜了,對於圖上不同的區域採取的控制策略區別也非常大,有些區域會採取偏向性能/經濟/排放的策略,上面的分析只是對傳統內燃機的定性的分析。就這樣吧,蛤蛤。

【活寶貝阿爾法的回答(28票)】:

再補充一句,如果定速指的不是120km/h的話,轉速低油耗低的說法並不一定成立。

=======================================

很多人貌似不理解我為什麼把變速箱拿掉,那我就稍微解釋兩句。

大體上出於兩點考慮。

第一,減少變量,便於理解。

第二,變速箱不同檔位的傳遞效率並不相同,如果不拿掉的話,會出現一個問題,相同車速下,MT車的直接檔比如4檔的稍高轉速和5檔的稍低轉速比,其實兩者的油耗有可能是4檔更低,別問我為什麼……麻煩自己想……就是因為懶得說明這個問題我才把變速箱拿掉的……

=========================================

這貨講原理又是在扯淡……

儲備功率越大燃油經濟性越差這個結論到底是怎麼推導出來的……求詳細啊……這玩意兒不是表述車輛加速性能和爬坡性能的參數嗎……

接著讓我們回到題主的題目。

為什麼同樣速度下,發動機轉速越低越省油

燃油經濟性取決於熱效率和機械損失,

熱效率取決於壓縮比,燃燒室形狀,空燃比,以及點火提前角等等,

機械損失由很多東西組成,懶得複製粘貼了請自行百度。

然後我們來分析一下為什麼同等車速下低轉速燃油經濟性好。

首先我們假設該車勻速行駛,並且重量不變。

那麼它受到的阻力也不變。

然後根據中學生就懂的勻速物體受到的合外力為零可知汽車的驅動力恆定。

既然驅動力恆定,那麼可知

【發動機燃燒產生的能量-各種能量損失】是定值。

為了不產生爭議我們先簡化一下模型,假設變速箱傳遞扭矩損失為0,那麼上面括號裡的內容可簡化為

【發動機燃燒產生的能量-發動機機械損失】恆定。(這裡好像是表述有點問題……其實意思是把變速箱拿掉作說明,不拿掉當然也可以說明,但是變量比較多容易產生誤解。)

然後因為壓縮比燃燒室容積空燃比不變,所以熱效率不變,那麼我們的著眼點基本上就放在機械損失上了。

接下來是重點。

如上圖所示,發動機如果需要產生同樣的扭矩那麼不同轉速下節氣門開度是不一樣的,

哦對了最右邊的數字是指節氣門開度。

節氣門開度不同時泵氣損失不同。

泵氣損失和節氣門的關係大致上如下圖。

我覺得能懂的自然就懂了也就不解釋圖表示什麼意思了。

再然後低轉速下摩擦損失等機械損失小。

那麼綜上可知,同等扭矩輸出下,高轉速時機械損失大,低轉速下機械損失小。

然後回到這個公式

【發動機燃燒產生的能量-發動機機械損失】恆定

因為低轉速下發動機機械損失小,所以發動機燃燒產生的能量也小,在熱效率不變的前提下,發動機燃燒產生多少能量取決於燃燒了多少燃油,於是可證低轉速下發動機燃油經濟性好。

其實實際上變速箱的傳動損失我們還沒算上去,不過轉速低時轉動效率高這也是常識我就不展開講了。

另外那些認為發動機少轉一圈就少噴一點油的實在是太天真了……轉速雖然變低了但如果要輸出同等扭矩負荷會變大每次噴油的量會變多啊親……

【凸眼金魚的回答(4票)】:

這不是一個好問題。因為每一種發動機都有特定的燃油消耗圖譜和最省油的轉速區間,與車速沒有必然關係。至於發動機少轉一圈就少燒這一圈的油的說法,太業餘了。

【小龍的回答(4票)】:

去圖書館找本內燃機本科教材……真的,那玩意兒能完爆國內所有車評人……

【陳阿腦的回答(2票)】:

1、在高速巡航狀態下,特定轉速的噴油量基本是固定的,只要發動機功率足夠克服各種阻力,那麼轉速自然是越低越省油。

2、打個比方,深踩油門與輕踩油門,在達到同樣轉速時所發出的功率是不一樣的,這之間的差就是功率儲備。

3、ZL1這種典型的美式肌肉車,講究的就是直線極速,所以配密齒比來追求加速是正確的。根據上面轉速和噴油量導致油耗變化的的關係,ZL1如果配個超速檔來降低巡航轉速,油耗是肯定會下降的。

不明白是吧?我來舉個栗子。

我開著新買的飛度手動檔,前排坐著心愛的WiFi,後面坐著我可愛的孩子,在高速上愉快的用5檔以120km/h的速度前行。

我那心愛的WiFi說:聽說這個車動力很強,給我演示看看~

我一聽立馬雞血上腦,使勁補油換了個3檔,發動機立馬嗷嗷叫了起來。

但是高速有限速啊,不敢超120km/h啊,要不我的私房錢還不夠交罰款的。

那麼此時我是上5檔把轉速降下來省油還是繼續3檔嗷嗷叫省油呢?

【豬豬KGB的回答(0票)】:

發動機是燒油的,一般民用車四個沖程一個週期。對應發動機為兩轉。發動機壓縮比一般是固定的(有可變壓縮比,但相對轉速的變化比來說太小了),也就是說每個做功行程中消耗的燃料是一樣的。可知轉速越快消耗燃料越快。

【逼逼叨的回答(0票)】:

瀉藥,這個問題就跟渦輪發動機比同功率的自吸發動機通常意義上要省油的原因一樣

渦輪省油嗎?其實省在小排量上了。但是做同樣的功都得燒掉那些油啊,為啥排量小的會省油呢

占坑慢慢答。

【卞老闆的回答(4票)】:

發動機轉兩下就做一次功,噴一次油,轉的越少,噴油越少

【raikimi的回答(1票)】:

謝邀!

專用術語其實就是特性曲線。。。

首先說下第一個問題見下圖。

曲線ⅠⅡⅢ,分別稱為發動機在某一轉速下的特性曲線。其中曲線Ⅰ稱為外特性曲線,也就是節氣門全開時的曲線。圖中可以看出e點是功率最大點,但是例如在轉速3500轉時,對應於不同節氣門開度,會有不同的功率輸出,其中d點對應於3500轉時,全負荷點也就是100%負荷。但即使是全負荷卻也不能達到最大功率點。所以,38號性能控所說的儲備功率就是某一轉速下實際發出的功率與最大功率的差值。這裡的最大功率指的是相應於該轉速下節氣門全開能達到的最大功率,比如圖上3500轉時能達到45KW,而不是發動機能達到的最大功率的e點50KW。

我查了相關資料,說是防止發動機過度使用,但不能太高,不然性價比太低,也就是說過大的儲備功率相當於平時使用不到,造成功率浪費。

對於你的問題,轉速越低,燃油經濟性越差的問題,你說的速度相同指的是車速相同,而發動機轉速不同,這是因為發動機轉速不同,但是可以通過調節傳動系統的不同傳動比來實現 車速相同。因此在車速相同的情況下,肯定發動機轉速低的節油啊,因為轉速低了,工作循環少了,噴油次數少了啊。所以節油。

僅供參考。PS:為啥最近38號微博和長城H9幹上了,個人觀點:長城作為為數不多的國有品牌,近來年來為自主品牌打敗長期雄踞銷售SUV榜首的CR-V,途觀等也做了不少貢獻,有問題是避免不了的,長城自己也成了研究院,不少以前的同事和同學在裡面工作,反饋還是不錯的。軍事化管理。至於質量我無權評論,市場和銷量可以說明一些問題,問題出現了可以慢慢解決嘛。對於自主品牌,要有點耐心和信心嘛。這樣一個公共微博平台上持續不斷的出這樣的專題或許對長城品牌形象多少有點影響的。影響消費者和一些長城准車主信心。

今年製造業這麼萎靡,汽車學會和協會不斷下調汽車增長率,大家日子都不好過。

引用中國汽車工程師的一句話:中國汽車工程,我們一直在路上 。一起努力嘛。

If you have any comments, please contact with me.

【Raven的回答(0票)】:

謝邀 ,然後先回答你最大功率和相關轉速的相對馬力,最大功率指的一定是發動機所能達到的最大功率,那麼相對轉速的馬力呢?我用一張馬力機的圖給題主說明 下圖引用的是我在jasonbora大大的外掛ecu的馬力圖

再上一張我自己的小車的馬力圖,用手機測的不是很準純娛樂 可以看到速度和馬力的大概關係,當然肯定是圖一更準確,圖一是馬力機的數據圖2則是實際公路上的測試

從這裡不難看出轉速對應的扭矩及馬力的輸出,至於同樣速度下低轉速省油的問題,我給題主一個簡單點的答案,都拿高6來說 同樣發動機排量的,一定是6速(海外版,或者可以用a3的變速箱,國內閹割為5速)手動的比5速手動的省油,為什麼呢,因為同樣的速度下,轉速低的做功次數少,我們都知道,進壓做排四沖程是和發動機的轉速息息相關的,發動機的轉的越多一定做功次數越多意味著噴油也會更多。

給你上一個兩個變速箱的轉速對比圖,一個好的變速箱齒比不但省油,還能給車更快的提速,可以看到6速的2檔就可以破百,5速則不行,6速的在120的轉速2664轉,而5速的則要2900,所以變速箱真的很重要

【知乎用戶的回答(0票)】:

瀉藥,我也不明白微博是什麼意思。

一般發展階段,我們都會對發動機做萬有特性,得到map圖後(含發動機在各轉速下的油耗),再去做變速箱的匹配,選擇各工況下最適合的轉速,達到省油目的。

順便說,一定轉速下的最大功率,指的是全油門全負荷下發動機輸出功率,一般只有做台架實驗才拉到的工況,實際開車不會遇到,所以我真的不太理解微博所說的差值意義。

歡迎專業討論,謝謝!

【大胖子的回答(3票)】:

為什麼同樣速度下,發動機轉速越低越省油?

發動機的氣缸是有阻力的,克服這個阻力需要消耗燃油。同樣的速度下,發動機轉速越低,單位時間內克服氣缸摩擦力做功的次數就越少,額外消耗的燃油就越少,所以相對省油。

儲備功率怎麼回事?

儲備功率我們分兩種情況理解。

一種是廣義上的儲備功率,一般就是指當前的儲備功率,即此時引擎實際輸出的功率與引擎最大功率的差,這部分功率是你目前沒有用到的,但是你是隨時可以調用的。比如說一台車最大功率100kw,以某速度巡航時發動機只輸出了20kw功率,這時就還有80kw儲備功率,你可以通過深踩油門讓引擎達到最大功率轉速來調用這部分功率。

而38號微博裡說的這個儲備功率指某轉速下引擎實際輸出的功率與該引擎在該轉速下能輸出的最大功率的差,可以理解為特定轉速下特定車速時的儲備功率。我們假設ZL1只需要30kw的功率即可克服阻力保持車子以120km/h的速度勻速巡航,而ZL1的引擎在2000轉時最多可以輸出40kw的功率,那麼這多出來的10kw即為ZL1在2000轉下120km/h的儲備功率。

那麼,我們再假設ZL1在1700轉就可以輸出30kw的功率,那麼1700轉即可保持車輛以120km/h勻速運行,這時的油耗自然比2000轉時要低吧?

最大功率是平時說的發動機最大功率嗎?

38號在微博裡說的這個最大功率指的是發動機在某轉速下能夠輸出的最大功率,而發動機的最大功率是發動機在最大功率轉速下輸出的最大功率。

【文四爺的回答(0票)】:

陪朋友去4S店提車,一個大哥看著我的大白問,是四缸的吧?

我愣了下,說應該是,開車這麼多年,真心還是個車盲啊,想了想我關心的只是車能不能開,有沒有定期保養,必須要自動檔……

【Dorahmon的回答(1票)】:

一張圖解釋。萬有特性圖。另外為毛讀書的時候說的是外特性曲線呢。。。一張圖解釋。萬有特性圖。另外為毛讀書的時候說的是外特性曲線呢。。。

不是越低越省油。 發動機定型之後有個經濟區。按照這個圖上來說,2200轉 接近最高負荷的工況下,效率是210克每千瓦時。即每輸出1千瓦的功,需要用掉210克燃料。

同樣稀爛的比如說低檔位(即小負荷),高速度(即高轉速),效率就翻倍到400g/KWH朝上走了。

單單說省油的話,就是盡量讓發動機工作在這個圖上的內圈裡面。接下來就是變速箱匹配的事兒了。

【黃大大的回答(0票)】:

知乎上的汽車答案基本不能看了。猴年馬月的陳芝麻爛谷子都被拿出來說了。

【shawnX的回答(0票)】:

同樣速度下轉速越低意味著你掛的檔位越高

那為什麼轉速低省油

因為很簡單啊,發動機每多經過一個四沖程循環就需要多噴一次油,次數少了當然更省油

【知乎用戶的回答(1票)】:

因為發動機少轉一圈就少燒這一圈的油。

【劉沖的回答(0票)】:

極限法 你要找個人推車 發動機壓根不轉 一點油都不耗

標籤:-汽車 -機械 -駕駛經驗 -汽車發動機 -車輛工程


相關資源:





給我留言