发动机转矩特性及阻力对转速的影响

汽车行驶过程中经常会遇到像爬坡这样阻力突然增大的情况，为减少换挡次数，要求发动机的转矩随转速的降低而增加。例如，当汽车上坡时，若油量调节装置已达最大位置，但所发出的转矩仍感不足，车速就要降低，此时需要发动机随车速降低而能发出更大的转矩，以克服爬坡阻力。因此，要求发动机转矩有适应这种变化的能力。

一、转矩储备系数

发动机的动力性能不仅需要给出标定功率及其相应的转速，还要同时考虑发动机的转矩特性。一般用转矩储备系数μ和适应性系数K来表征发动机的转矩特性：

式中　Ttqmax——外特性曲线上的最大转矩（N·m）；

Ttq——标定工况（或最大功率）时的转矩（N·m）。

μ或K值大，表明两转矩之差（Ttqmax-Ttq）值大，即随着转速的降低，转矩Ttq增加较快，从而在不换挡的情况下，爬坡能力和克服短期超载能力强。

汽油机的外特性转矩曲线随转速增加而较快向下倾斜，其μ值在10％～30％，K值在1.2～1.4，可以满足汽车的使用要求。柴油机转矩曲线平坦，若不予以校正，则μ值在5％～10％，K值只有1.05左右，难以满足汽车的工作需要。

二、转速储备系数

标定工况（或最大功率）时的转速n1与最大转矩时的转速n2之比称为转速储备系数。它的大小也影响到克服阻力的潜力。例如，有A、B两台发动机，它们的转矩储备系数μ和最大功率时的转速n1相同，但和最大转矩时的转速n2不相等，如图4.15所示。

图4.15　最大转矩时转速对克服阻力的影响

当外部阻力矩由TR1曲线增到TR2曲线时，发动机转速由于外界阻力的增加而下降，这时发动机B可以在转速n2B下稳定工作，发动机A则在转速nA下稳定工作。当外界阻力再增至TR3曲线时，发动机B就不能适应而需换挡，而发动机A还可稳定在n2A下工作，并且转速从n1下降到n2A，还可更多地利用内部运动零件的动能来克服短期超负荷，所以发动机A比B克服障碍的潜力大。(www.xing528.com)

因此，与最大转矩Ttqmax相应的转速n2越低，即转速储备系数（n1/n2）越大，在不换挡情况下，发动机克服阻力的潜力越强。汽油机转速储备系数为1.15～2.0，柴油机转速储备系数为1.5～2.0。

三、非电控柴油机转矩校正

为了防止柴油机的负荷超过冒烟限值，在喷油泵的油量调节机构上均有一触止装置，限制每循环的最大供油量。这个最大供油量的调整，必须在最大工作转速工况下进行。

如图4.16上的A点，可以避免在其他转速下超过冒烟极限供油量。在冒烟极限时Δb随n变化的关系如图4.16所示（曲线1），它相当于不同转速下的负荷特性上冒烟极限的连线，其变化趋势与φc随n的变化近似（每一点φa大致相同）。

曲线2是未校正的标定功率供油量曲线。可以看出，由于油泵速度特性的影响，曲线2在转速降低时空气得不到充分利用，使按充气量来计算可能发出的转矩没能发挥出来，而且它的变化趋势也不适应汽车对转矩储备的要求。

上述问题的产生是由油泵速度特性造成的，因此，柴油机中都采用油量校正装置来改善外特性转矩曲线。油量校正装置的作用是：当发动机在标定工况下工作时，如果转速因外界阻力矩不断增加而下降，则喷油泵能自动增加循环供油量，以增大低速时的转矩，提高转矩储备系数。

图4.16　油量校正装置对循环供油量的影响

1—冒烟极限；2—未校正的标定功率供油量曲线；3—用弹簧校正器的供油量曲线；4—出油阀式校正器的供油量曲线

常用的转矩校正方法有两种：出油阀式校正机构；附加在调速器上的弹簧校正机构。出油阀式转矩校正方法由于对选择供油提前角不利以及加工误差等原因，目前采用不普遍。

经过校正的Δb-n曲线如果与φc-n曲线相似，就能使Ttq-n曲线相似于φc-n曲线，即随转速下降，循环供油量增加。由于充分利用了不同转速下的进入气缸的空气量，Ttq的变化趋势就能适应汽车对转矩储备的需要。