作者wisdom ()
看板biker
標題Re: [問題] 轉速 & 扭力
時間Tue Dec 6 14:52:30 2016
這種主題講三天三夜開一門課也講不完啊
※ 引述《ketbra ( )》之銘言：
: 不好意思，不懂車子原理...
: 已經爬文也搜尋過網路資料
: 還是想請教基本觀念，關於轉速&扭力的問題
: === 定義 ===
: 馬力: 引擎總輸出功率(kW or ps)
: 扭力: 活塞運動的出力矩, 驅動力矩(kg*m)
: 轉速: 活塞推動曲軸的轉速(rpm)
: (先只探討引擎，不考慮齒比造成輪胎的扭力與轉速改變)
那麼請先檢視一下，你對功率、力(矩)跟轉速的觀念夠完整嗎?
不是單純名詞的問題，而是這些物理量背後的定義你瞭解到什麼程度?
如果先不考慮變速系統的影響(換句話你不能用這個結果去推導有變速系統的實際狀況)
: === 問題 ===
: (1) 轉速初期(低轉速時)會受扭力影響嗎?
: 我的想法是活塞扭力越大，帶動曲軸越快旋轉一圈，所以轉速快
: 這樣有錯嗎?
瞬間扭力大，曲軸的瞬間角加速度也會大
在直線運動時，F=ma，在轉動狀況下可以用 τ = I α 來表示
τ:力矩， I :轉動慣量， α:角加速度
但實際情形更複雜一些
因為活塞是直線運動，活塞受到爆炸時氣體膨脹的推力往下，受到的是直線的力
要用F=ma來看活塞向下的加速度
而活塞向下推動曲軸旋轉，曲軸旋轉的角加速度要用 τ = I α 來看
實際上對單缸引擎來說，活塞受到向下的力不是恆定的，就算在動力行程這180度裡
活塞受到向下的推力也不是固定的，而活塞連桿跟曲軸的夾角會影響曲軸當下受到的力
而力再乘上曲軸行程(力臂)會是力矩，因此這個力矩(紐力)也不是固定的
所以請記得用平均的觀念來看引擎標示的輸出扭力
總之扭力的直接來源是活塞受到的向下推力，而這個推力的來源直接來自於油氣爆炸
所以要有一個觀念是，當下引擎輸出扭力的大小，跟當下參與燃燒的油氣量有直接相關
甚至在不考慮其他條件的前提下
進入引擎燃燒室燃燒的油氣質量跟扭力曲線會是一致的
(實際上還有燃燒控制的問題，沒辦法這麼單純)
所以如果從低轉到高轉測出引擎填充效率曲線
也就可以大概看出扭力曲線會是長什麼樣子
回到樓主的問題，假設在低轉速狀況下，此時輸出的扭力越大，加速度是否越快?
答案是肯定的
: (2) 那轉速後期(高轉速時)不受扭力影響? 是受點火次數影響?
: 但這樣又跟問題(1)矛盾?
扭力永遠是車身前進直接的力的來源，不存在所謂高轉低轉有沒有影響
當下沒有扭力輸出，車子就沒有向前的力，直接受慣性跟阻力影響而已
點火次數在這裡不是你要探討的問題，那是前面提到的燃燒控制
在這裡我們都先假設燃燒狀況是固定的了，引擎要轉到這個轉速，點火頻率自然要跟得上
: (3) 如果問題(1)是對的，
: "車子起步時靠大扭力帶動轉速，才有大馬力加速"
: 這敘述是對的嗎?
扭力是車身直接輸出的力，馬力是評估作功能力
不管你要看起步加速還是看極速，都是看作功能力
你可以用扭力曲線來評估車身的加速跟極速能力，但必須同時把轉速也一併考慮
而扭力 x 轉速 = 馬力，同時看前面兩個變因，就等同於直接看馬力曲線是一樣的意思
或是我們從另外一個角度來看
我們知道讓車身加速，等於於提供車身動能 (Ek = 1/2 mv^2)
而加速能力可以這樣看，從時速0加速到100要多久?
所以就可以算代入動能公式知道車身從時速0(動能0)，加速到100，需要提供
Ek = 1/2 m* 100^2，=5000m 的能量(焦耳)，或是說要對車身作功5000m焦耳
那麼給車身5000m 焦耳的能量需要多久? 除上功率就是時間了
所以直接用功率(馬力)來評估加速度，會比用扭力要來得簡單很多
當然如果加速過程引擎的轉速不一樣，就不能用最大馬力這個數據來看
必須用馬力曲線看曲線下的積分值。
極速的狀況可以看成對抗阻力，極速是因為此時的馬力跟阻力作功(負功)相等
所以馬力輸出作功用來抵消阻力已經相等，作功無法再增加車身動能，速度就上不去了
所以評估極速也是看馬力
: (4) 怎麼解釋扭力與轉速的關係?
: 一般而言，轉速低~中~高, 扭力上升~飽和~下降
: 有查到高轉速扭力下降原因 (1)凸輪軸限制?! (2)燃燒效率下降?!
: 總結來說，搞不懂轉速被什麼影響，也不懂扭力與轉速的關係(雞與蛋?!)
: 謝謝大大的解惑...很低端的問題..
扭力跟轉速沒有太大關係
前面說到扭力曲線可以看作引擎的填充曲線
因為很多因素，在不同轉速時引擎能吸入的油氣量是不一定的
所以不同的引擎轉速下，能產生的最大扭力就不相同
把轉速跟當下能輸出的最大扭力作圖就會得到扭力曲線
而填充曲線的差異主要來自於引擎進排氣的設定
但轉速提升後因為物理限制，填充效率就是會下降
譬如氣門開啟時間變短(凸輪軸限制)，能進排氣的時間也變短，油氣來不及進入燃燒室
空氣是有質量的，所以當氣門開啟，活塞下行產生壓力差吸引空氣(油氣)流入燃燒室
空氣受到壓力差產生的推力往引擎移動，因為空氣有質量，所以空氣也需要時間來加速
當轉速越來越高時，空氣還沒來得及開始加速，氣門又關起來了
如此一來進入燃燒室的空氣(油氣)量越來越少，相對的扭力自然也下降了
燃燒控制也是一個問題，轉速越高，能讓油氣燃燒的時間也越短
因為扭力直接來源是爆炸壓力推動活塞下行，油氣燃燒的時間不夠，推力自然也不足
相對轉換到曲軸上的扭力也會下降
更進一步可以看引擎內的阻力也會隨著轉速上升而上升，我們在看引擎輸出時
仍然必須把阻力扣掉才是實際上能得到的輸出
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 125.227.207.238
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/biker/M.1481007155.A.651.html
推 sdg235: 我想他只是想問扭力跟轉速是不是成正比關係而已 12/06 14:58
→ sdg235: 結論是沒有，推文已經解答，低轉速的時候扭力也可能達峰 12/06 14:59
→ sdg235: 值，要看引擎的設定 12/06 14:59
推 incident: 這篇u文 12/06 15:06
推 kinjih: 推 12/06 15:08
推 leebiggtest: 修個動力學 熱力學 機構動力學 就可以懂個8成了 12/06 15:26
推 willie28469: 趕快給推 不然別人以為我看不懂 12/06 15:56
推 a60130chen: 推 12/06 15:58
推 maxLOVEmimi: 大推 12/06 16:07
推 www54500: 快推不然別人會以為我看不懂 12/06 16:18
推 lowww: 先推雖然看沒很懂 12/06 16:20
推 rhu: 專業.清新 12/06 17:58
推 lovedog0731: 等等 第一點的回答跟他要的不一樣，因為他題的是“活 12/07 03:57
→ lovedog0731: 塞”扭力帶動“曲軸”加速旋轉。他原本的敘述就是錯 12/07 03:57
→ lovedog0731: 的，應該是活塞產生推力，藉由連杆將往復運動在曲軸 12/07 03:57
→ lovedog0731: 上轉換成旋轉運動，也就是說在曲軸上才存在“力矩” 12/07 03:57
→ lovedog0731: ，以柴油車為例，低轉速也能產生高扭力。 12/07 03:57
原PO的觀念的確非常混亂，其實每一個問題都不是正確的問題
推 wert213: 有修內燃機不過我看了還是有看沒懂 12/07 06:06
推 ftwing: 謝謝知識傳授 12/07 10:35
推 kennylan: 推推淺顯易懂 12/07 12:26
※ 編輯: wisdom (125.227.207.238), 12/07/2016 13:44:01
推 Pennyya: 感謝神人回答 12/07 15:26
推 anexas: 神人 12/07 21:32
推 s8402019: 推 12/08 07:40
推 anothernight: 優質文，不過再讓我想想XD 12/08 16:12