显然不是一样大的。发动机的制动力矩不仅仅跟活塞面积有关。
发动机的制动力矩来至于对密闭空气的压缩做功,能量由动能转化为热能。理论上说,无论转速多大,对于每个循环来说,缸内气体的P-V图应该是一样的,因此相同面积的活塞在每个点收到的阻力应该都是一样的。这个想法非常好,非常理想化,但是忽略了很重要的一个假设因素,就是假设整个气缸是绝热的,并且活塞速度无限慢且匀速,整个循环曲线严格按照绝热线来走…
but,凡事都有一个but。其实发动机转速是一个非常重要的因素。
我们先做这样一个假设,假设转速对P-V图没有影响,那在每一个点活塞受到气体的压力总是相同的,这没有问题,但事实上呢?活塞并不是一个匀速运动的物体。
假设发动机为匀速转动,那活塞的速度公式如下
v=L*sin(a)+L^2*sin(a)cos(a)/(d^2-(L*sin(a))^2)^0.5
公式中L为曲柄长度,d为连杆长度,a为曲轴位置角
易得活塞并非匀速运动,再对上式对时间求导,可以知道,活塞的加速度与曲轴转速相关,转速越大,加速度越大。
由此可知活塞受力除了气体压力以外还有自身的惯性力,输出的阻力为前两者的矢量和,因此,不仅仅跟活塞面积有关。
实际上转速对缸内气体的P-V图也有影响:刚才顺手做了个模拟,发现一个有趣的现象:
以上三张图是不同转速下,发动机空转的缸内气压温度模拟图,分别是1000rpm,3000rpm和6000rpm,可以看到,转速越高,反而缸内最高压力越小。看了其他数据后可以知道,这个应该是由于充气系数造成的,当转速高的时候由于充气系数小(没有进气歧管模型,实际上大部分机型在某些高转速充气系数可能还会更大),实际密闭在缸内的空气模量小,所以最高点压力并没有低转速的时候高。由于这个模型只是一个简单的模型,主要是用来考察燃烧时候的情况的,因此忽略了没有考虑壁面摩擦等因素。传热模型在这个范围内也是值得商榷的。
举这个例子只是想说明缸内气体的情况是非常复杂的,并不能仅仅只考虑理想状况。
回到之前的问题,到底制动力那个大呢。从实验的角度来说吧。做过很多次摩擦功实验的,无一例外都是转速越大负扭矩越大,而且基本上是线性关系,比率大概为0.8到1.
其实从宏观意义上也很好理解,就像你用打气筒给车胎打气,慢慢打和快速打,每一下的用的力一定是快速打用得大。
综上所述:发动机制动力是一个很复杂的问题,不仅仅只跟活塞面积有关。
来源:知乎 www.zhihu.com
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