关于汽车发动机百公里油耗及功率的问题

想了想还是从能量守恒的角度来解释，你可能最能理解

想了想还是从能量守恒的角度来解释，你可能最能理解

====================修改过后的2.0版本===========================

个人一点愚见，首先是功率和扭矩的公式推导：

功率P是由扭矩T算出来的额

功率P=功W/时间t，功W=力F·距离s；
所以，P=F·s/t=F·速度v
v=曲轴的角速度ω·曲轴半径r，

代入上式得：
功率P=力F·半径r·角速度ω； 而 力F·半径r=扭矩t

功率P=扭矩t·角速度ω

角速度ω=转速n · 2π


最后，功率P=t（发动机扭矩）· n（发动机转速）·2π.........公式一

这个公式一很有意思，扭矩可以简单认为是发动机的力量（不太准确），而功率基本上由排量和喷油速度占据主导因素。那么一定喷油量的发动机是不是可以通过提高发动机转速来增大功率呢？很遗憾，这很难做到。因为当转速超过最大扭矩转速的时候，扭矩是下降的，也就是说功率p的公式右边，虽然n上升了，t却下降了，并且有些车t下降的速度更快，功率越来越小，这些车最大扭矩对应的是它的最大功率，而有些车t下降得比较平缓，扭矩可以保持一段时间的最大，这种车的功率就是在最大扭矩之后不断上升。下面2个图能够很好说明问题。

乐驰1.4发动机工况图

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雪铁龙2.0发动机工况图

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说了这么多都在说功率，还是回到原来的话题，是什么决定了发动机的扭矩呢？公式如下：

发动机扭矩t-负载扭矩t'（跟整车质量有关）=I（传动系统转动惯量）·β（传动系统角加速度）

将I（转动惯量）拆开后，得到下面公式：
t-t'=m（转动系统质量）·r2（转动系统半径，由于变速器齿轮的缘故，半径不统一，因此这个值跟变速器有关）·β（角加速度）

说到这个公式，就要从t'说起，即负载扭矩，其实就是整车阻力产生的扭矩。当离合器分开的时候，t'为0，同时m变成了发动机内转动系统的质量（曲轴+飞轮等），r变成了近似于飞轮的半径。
当离合器闭合的时候就是上面公式的内容。可以看出，除了β以外，其他的变量都跟发动机无关。所以最大扭矩就是由最大角加速度决定的。这也符合直线加速逻辑，即最大力量对应的是最大的加速度。

那么角加速度跟什么有关呢？这里就不能用公式拆解了，如果非要用公式的话，会涉及到量子力学。简单点说就是跟排量、喷油速度、直喷、压缩比、v缸等等有关，最大的因素当然是排量（屌丝车）。

所以，影响扭矩最大的因素还是排量（高富帅的车还应该加上喷油速度），也就是能量守恒。喷油的多少决定了你能获得的最大功率。这里的最大功率是指没有动力损失情况下的，而一般的传动系统都是有动力损失的，这就是为什么同排量发动机最大功率不同。

还有个问题，就是相同功率下，最大扭矩转速是不是越低越好呢？（刚才我也这么认为）其实，这是不正确的。

从公式一可以看出，相同最大功率下，如果t越大，那么最大扭矩转速越低。这个时候虽然低速下性能很好，但是有个缺点就是跑不快，即最高速度受到限制。原因上面解释过了，超过最大扭矩的时候，t下降速度比n增加的速度快，所以速度还没到多高的时候发动机就没劲了。

结论是，同排量，同最大扭矩的情况下，最大扭矩转速越低，低速性能越好，起步越快，但是跑高速比较吃力（特别是想在高速超车）。相反，最大扭矩转速越高，低速下比较吃力，起步较慢，但是可以跑更高的最高速度，超车相对容易。不同的需求决定了该买哪种车。

====================修改过后的2.0版本===========================

个人一点愚见，首先是功率和扭矩的公式推导：

功率P是由扭矩T算出来的额

功率P=功W/时间t，功W=力F·距离s；
所以，P=F·s/t=F·速度v
v=曲轴的角速度ω·曲轴半径r，

代入上式得：
功率P=力F·半径r·角速度ω； 而 力F·半径r=扭矩t

功率P=扭矩t·角速度ω

角速度ω=转速n · 2π


最后，功率P=t（发动机扭矩）· n（发动机转速）·2π.........公式一

这个公式一很有意思，扭矩可以简单认为是发动机的力量（不太准确），而功率基本上由排量和喷油速度占据主导因素。那么一定喷油量的发动机是不是可以通过提高发动机转速来增大功率呢？很遗憾，这很难做到。因为当转速超过最大扭矩转速的时候，扭矩是下降的，也就是说功率p的公式右边，虽然n上升了，t却下降了，并且有些车t下降的速度更快，功率越来越小，这些车最大扭矩对应的是它的最大功率，而有些车t下降得比较平缓，扭矩可以保持一段时间的最大，这种车的功率就是在最大扭矩之后不断上升。下面2个图能够很好说明问题。

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说了这么多都在说功率，还是回到原来的话题，是什么决定了发动机的扭矩呢？公式如下：

发动机扭矩t-负载扭矩t'（跟整车质量有关）=I（传动系统转动惯量）·β（传动系统角加速度）

将I（转动惯量）拆开后，得到下面公式：
t-t'=m（转动系统质量）·r2（转动系统半径，由于变速器齿轮的缘故，半径不统一，因此这个值跟变速器有关）·β（角加速度）

说到这个公式，就要从t'说起，即负载扭矩，其实就是整车阻力产生的扭矩。当离合器分开的时候，t'为0，同时m变成了发动机内转动系统的质量（曲轴+飞轮等），r变成了近似于飞轮的半径。
当离合器闭合的时候就是上面公式的内容。可以看出，除了β以外，其他的变量都跟发动机无关。所以最大扭矩就是由最大角加速度决定的。这也符合直线加速逻辑，即最大力量对应的是最大的加速度。

那么角加速度跟什么有关呢？这里就不能用公式拆解了，如果非要用公式的话，会涉及到量子力学。简单点说就是跟排量、喷油速度、直喷、压缩比、v缸等等有关，最大的因素当然是排量（屌丝车）。

所以，影响扭矩最大的因素还是排量（高富帅的车还应该加上喷油速度），也就是能量守恒。喷油的多少决定了你能获得的最大功率。这里的最大功率是指没有动力损失情况下的，而一般的传动系统都是有动力损失的，这就是为什么同排量发动机最大功率不同。

还有个问题，就是相同功率下，最大扭矩转速是不是越低越好呢？（刚才我也这么认为）其实，这是不正确的。

从公式一可以看出，相同最大功率下，如果t越大，那么最大扭矩转速越低。这个时候虽然低速下性能很好，但是有个缺点就是跑不快，即最高速度受到限制。原因上面解释过了，超过最大扭矩的时候，t下降速度比n增加的速度快，所以速度还没到多高的时候发动机就没劲了。

结论是，同排量，同最大扭矩的情况下，最大扭矩转速越低，低速性能越好，起步越快，但是跑高速比较吃力（特别是想在高速超车）。相反，最大扭矩转速越高，低速下比较吃力，起步较慢，但是可以跑更高的最高速度，超车相对容易。不同的需求决定了该买哪种车。

tuzhua 发表于 2012-8-7 14:45
想了想还是从能量守恒的角度来解释，你可能最能理解
你刚才提到扭矩，我开始有点明白了
你现在提到能量守恒，我又糊涂了

tomlin86 发表于 2012-8-7 15:48
说错了，编辑掉。
我觉得你解释的还不错，编辑掉干嘛啊

GTR，3.8的V6发动机                  470匹马力          16升
迈凯轮MP4-12C：3.8的V8          600匹马力          11.7L
F1的2.4升V8发动机，                 750匹马力           60升


一个前提，这里的油耗是这个马力下的油耗吗？

很简单 因为有TUBRO呗 F1的发动机跟民用车比没有意义

Foxfound1993 发表于 2012-8-7 16:25
你刚才提到扭矩，我开始有点明白了
你现在提到能量守恒，我又糊涂了
http://blog.soufun.com/5658249/2338248/articledetail.htm

你的设想是错误的，比如GTR，如果持续 470马力，油耗绝对不止16升/百公里。自然家用轿车如果持续170马力，油耗也不可能低到10升/百公里。所以你用常规驾驶的油耗来比较油耗/马力的比例是完全错误的。

改好了

Foxfound1993 发表于 2012-8-7 18:13
我觉得你解释的还不错，编辑掉干嘛啊

改好了

tuzhua 发表于 2012-8-7 19:52
http://blog.soufun.com/5658249/2338248/articledetail.htm

你的设想是错误的，比如GTR，如果持续 47 ...
对啊，百公里油耗好像是以最经济的速度测出来的

tomlin86 发表于 2012-8-7 19:54
细节上没研究透，虽然大部分结论是对的，但是这样的话经不起推敲。
那就等候你的佳作，大体上能说明白就行

一辆 1吨到1.3吨的小型车 只要30KW左右的功率就可以维持时速100（气阻系数不要太大就可以），时速0-100KM/H的过程时间越短 消耗的能量越多，所以这100KM是怎么跑下来的差别大了，100KM/H匀速跑1小时 或者80KM/H匀速跑1.25小时 油耗就低了，如果280马力的家伙 5秒跑0-100加速 然后踩死刹车再加速 反反复复，这样跑 一箱油能跑完100KM不错了。

一辆 1吨到1.3吨的小型车 只要30KW左右的功率就可以维持时速100（气阻系数不要太大就可以），时速0-100KM/H的过程时间越短 消耗的能量越多，所以这100KM是怎么跑下来的差别大了，100KM/H匀速跑1小时 或者80KM/H匀速跑1.25小时 油耗就低了，如果280马力的家伙 5秒跑0-100加速 然后踩死刹车再加速 反反复复，这样跑 一箱油能跑完100KM不错了。

Foxfound1993 发表于 2012-8-7 20:02
那就等候你的佳作，大体上能说明白就行
这回改的应该没太大问题了，至于能够理解多少就看你自己了

tomlin86 发表于 2012-8-8 00:17
这回改的应该没太大问题了，至于能够理解多少就看你自己了
影响扭矩最大的应该是喷油的量,而不是排量, 像F1 本田的1.5升发动机有1400马力。

民用里2.0T的发动机随便就查过200马力了，达到一般3.0NA的马力了。改装的就不算了。

所以用涡轮来简单的说节能实际上是很扯的一件事情

我的卡车7.7升排量320马力1250扭矩，车货总重55吨百公里油耗大概40升左右

可能是我说的不够清楚吧，排量x喷油速度=喷油量。其他内容有一些还不够准确，我还要再改改。

tuzhua 发表于 2012-8-8 09:37
影响扭矩最大的应该是喷油的量,而不是排量, 像F1 本田的1.5升发动机有1400马力。

民用里2.0T的发动机随 ...

可能是我说的不够清楚吧，排量x喷油速度=喷油量。其他内容有一些还不够准确，我还要再改改。

tomlin86 发表于 2012-8-8 00:17
这回改的应该没太大问题了，至于能够理解多少就看你自己了
看了一下，解释得不错

GTR如果一直飚200公里以上的速度 油耗还是16L吗？

tomlin86 发表于 2012-8-7 15:48
====================修改过后的2.0版本===========================

个人一点愚见，首先是功率和扭矩的 ...
我觉得就好比同等排量的轿车发动机和载重卡车发动机，关键在于调校

油耗跟速度关系很复杂因为他们不是线性关系。总之，只要保持匀速运动，200km的话功率30kw就够了，但是由于速度越快发动机的功率下降越厉害，即便是30kw也需要耗费比低速下30kw多得多的油。

俺是小马甲 发表于 2012-8-8 11:45
GTR如果一直飚200公里以上的速度 油耗还是16L吗？

油耗跟速度关系很复杂因为他们不是线性关系。总之，只要保持匀速运动，200km的话功率30kw就够了，但是由于速度越快发动机的功率下降越厉害，即便是30kw也需要耗费比低速下30kw多得多的油。

Foxfound1993 发表于 2012-8-8 12:18
我觉得就好比同等排量的轿车发动机和载重卡车发动机，关键在于调校
调教是有一定影响的，其实调教分为两方面，一是调发动机喷油速度，换挡转速等直接影响动力输出的因素，二是调传动系统损失等间接影响动力输出的因素。

你说的卡车跟普通轿车又有很大不同，卡车的缸径大，同排量低速下能产生更大扭矩，但是就像我说的公式一那样，高速下扭矩损失非常严重，所以卡车地板油也别想跑快咯。缸径的大小是调节最大扭矩转速和最大扭矩关系的最主要因素。所以不是调教产生的。比调教需要跟同缸径的比才有意义。

tuzhua 发表于 2012-8-8 09:37
影响扭矩最大的应该是喷油的量,而不是排量, 像F1 本田的1.5升发动机有1400马力。

民用里2.0T的发动机随 ...
就是啊，相当同意，用涡轮增压发动机，虽然动力强大了，但动力不是凭空产生的，是靠消耗燃油来产生动力，用小排量，但增大增压值，一样可以产生强大动力，但油耗呢
总之，不管是机械增压或者是涡轮增压

涡轮节能是相对节能吧？即用相对小的油耗得到相对大排量的功率扭矩。
尽快提速以后维持经济转速是很省油的。
我的神车1.8T。功率扭矩与一般2.4左右排量的机器相同（同时期）但百公里油耗平均7.1升左右。应该算是省到油的:L
所谓不能凭空增加的动力确实没错，问题是在一般机器上这个隐藏的动力被浪费了。

Foxfound1993 发表于 2012-8-8 13:56
就是啊，相当同意，用涡轮增压发动机，虽然动力强大了，但动力不是凭空产生的，是靠消耗燃油来产生动力， ...

涡轮节能是相对节能吧？即用相对小的油耗得到相对大排量的功率扭矩。
尽快提速以后维持经济转速是很省油的。
我的神车1.8T。功率扭矩与一般2.4左右排量的机器相同（同时期）但百公里油耗平均7.1升左右。应该算是省到油的:L
所谓不能凭空增加的动力确实没错，问题是在一般机器上这个隐藏的动力被浪费了。

淡水鱼大叔 发表于 2012-8-8 14:40
涡轮节能是相对节能吧？即用相对小的油耗得到相对大排量的功率扭矩。
尽快提速以后维持经济转速是很省 ...
在一般的机器上，比如自然吸气发动机，增压后能将燃料燃烧的更充分，用在普通家用轿车，当然很好，动力增强又省油，
但用在高性能轿车上，就不是这么回事了，
F1的1.5T发动机，这个应该不省油吧

涡轮的好处是显而易见的，但是它不适合普通用车。复杂的结构会带来潜在故障率的提升不说，靠涡轮增加的那点动力还不如买个大排量的车，想加就加，想减就减，还没有涡轮的转速限制，多好啊。当然，涡轮确实将燃油的利用率提高了，省油是它的强项，不过高转速又回带来相对高的油耗，况且涡轮本身也会有一定的油耗，要综合分析才能得出它到底能省多少油。

Foxfound1993 发表于 2012-8-8 15:01
在一般的机器上，比如自然吸气发动机，增压后能将燃料燃烧的更充分，用在普通家用轿车，当然很好，动力增 ...

涡轮的好处是显而易见的，但是它不适合普通用车。复杂的结构会带来潜在故障率的提升不说，靠涡轮增加的那点动力还不如买个大排量的车，想加就加，想减就减，还没有涡轮的转速限制，多好啊。当然，涡轮确实将燃油的利用率提高了，省油是它的强项，不过高转速又回带来相对高的油耗，况且涡轮本身也会有一定的油耗，要综合分析才能得出它到底能省多少油。

tomlin86 发表于 2012-8-8 15:27
涡轮的好处是显而易见的，但是它不适合普通用车。复杂的结构会带来潜在故障率的提升不说，靠涡轮增加的 ...
涡轮省油，其实不能叫省油，只能说是提高燃油利用率，但在小排量车上效果不是特别明显
省油与否是相对于来说的，关键在于和什么比

Foxfound1993 发表于 2012-8-8 16:18
涡轮省油，其实不能叫省油，只能说是提高燃油利用率，但在小排量车上效果不是特别明显
省油与否是相对于 ...
嗯，反正我是不会买涡轮的，多拿点钱还不如买个高配的自然吸气。

Foxfound1993 发表于 2012-8-8 15:01
在一般的机器上，比如自然吸气发动机，增压后能将燃料燃烧的更充分，用在普通家用轿车，当然很好，动力增 ...
1.5T那个如果一般转速运转，应该也挺省的，不过我记得这货每分钟转速1万以上？这种转速要能省油才有鬼

tomlin86 发表于 2012-8-8 15:27
涡轮的好处是显而易见的，但是它不适合普通用车。复杂的结构会带来潜在故障率的提升不说，靠涡轮增加的 ...
高转速会带来相对高的油耗是个什么情况？
废气涡轮本身油耗几乎可以忽略，不过润滑油消耗变高倒是真的。
涡轮用在小排量车上最大意义不是提高了功率-----而是提高了扭矩。

tomlin86 发表于 2012-8-8 16:43
嗯，反正我是不会买涡轮的，多拿点钱还不如买个高配的自然吸气。
我是觉得：低端车型没必要用涡轮增压发动机

淡水鱼大叔 发表于 2012-8-8 16:44
1.5T那个如果一般转速运转，应该也挺省的，不过我记得这货每分钟转速1万以上？这种转速要能省油才有鬼
所以说用涡轮增压或者是机械增压省油只是一种相对笼统的说法

Foxfound1993 发表于 2012-8-8 17:00
所以说用涡轮增压或者是机械增压省油只是一种相对笼统的说法
应该这么说----同功率/扭矩下，总是涡轮机比较省油。

增压还有助于充分燃烧吧，欧洲要不是排放那么严格，应该也没有那么多T吧。还是喜欢大排量自然吸气啊，低扭总要好一点。

Foxfound1993 发表于 2012-8-8 13:56
就是啊，相当同意，用涡轮增压发动机，虽然动力强大了，但动力不是凭空产生的，是靠消耗燃油来产生动力， ...

增压还有助于充分燃烧吧，欧洲要不是排放那么严格，应该也没有那么多T吧。还是喜欢大排量自然吸气啊，低扭总要好一点。

淡水鱼大叔 发表于 2012-8-8 17:07
应该这么说----同功率/扭矩下，总是涡轮机比较省油。
这才是比较正确的说法，增压还涉及到增压值的问题，最典型的就是F1的1.5T发动机，好像是4巴左右的增压值，这能省油才怪

如果仔细观察自己车子的瞬时油耗显示，会发现一些规律...不过仅供参考...

淡水鱼大叔 发表于 2012-8-8 16:53
高转速会带来相对高的油耗是个什么情况？
废气涡轮本身油耗几乎可以忽略，不过润滑油消耗变高倒是真的。 ...
怎么说呢，不同的人驾驶水平跟习惯都不同，适不适合用涡轮还跟驾驶者本身有关，自己喜欢就好。

leoviking 发表于 2012-8-8 17:28
增压还有助于充分燃烧吧，欧洲要不是排放那么严格，应该也没有那么多T吧。还是喜欢大排量自然吸气啊，低 ...
低转速时，涡轮不能充分介入

淡水鱼大叔 发表于 2012-8-8 17:07
应该这么说----同功率/扭矩下，总是涡轮机比较省油。
这个不能那么绝对。 涡轮启动前，如果和同排量的自吸比，油耗要高一些。

为了能够让涡轮在低转速时候起作用，电动涡轮一直都在研发中...但是可靠能够动辄把叶片加速到高速的电力来源却一直是个技术难题...

jccl6331 发表于 2012-8-8 18:13
为了能够让涡轮在低转速时候起作用，电动涡轮一直都在研发中...但是可靠能够动辄把叶片加速到高速的电力来源 ...
那怎么不用机械增压，好像机械增压的不怎么多啊