汽油内燃机发动机的最大扭矩、最大功率、最高效率三种工况之间有什么样的关系？

已填坑。

首先，题主在补充中说明了：

我理解的最高效率即是指让燃油产生尽可能多的功率。

我个人认为，最能说明这个指标的参数应该是燃油消耗率。

以下为百度百科给的定义：

燃油消耗率是指发动机以一千瓦的功率工作一小时的燃油消耗量，也称为汽车制动油耗率，常有BSFC(Brake Specific Fuel Consumption)代指；或者指每小时单位有效功消耗的燃油量，通常以每千瓦小时的耗油量表示。

燃油消耗率的单位为g/(kW·h)，从这个单位就可以看出这个参数反应的是在单位时间内，产生1kW的功，需要多少g的燃油，也就反应出燃油的使用效率。

然后，问题来了，这个参数跟发动机扭矩和转速有什么关系呢？这就要说起发动机的另一个重要特性----万有特性。以下为周龙宝主编的《内燃机学》对万有特性的解释：

万有特性一般是在意转速n为横坐标，平均有效压力p_{me} （或转矩T_{tq} ）为纵坐标的坐标平面内绘出一些重要特性参数的等值曲线族。其中最重要的就是燃油消耗率b_{e} 。

文字太枯燥，来看图吧，下图就分别是汽油机和柴油机的燃油消耗率万有特性图。

万有特性图为等高线图，在三维上看是一个凹坑的形状。我们以柴油机为例子，可以看出来，当发动机在1500转每分钟，转矩为280N·m时，发动机拥有最小的燃油消耗率216.8g/(kW·h)（pdf电子书为老版本，手上的纸质书上有更明显的标示，一个小圆圈），同样在1500转每分钟的转速下，当转矩大于350N·m或者小于220N·m时，燃油消耗率就达到了225g/(kW·h)。也就是说，如果发动机在最小的燃油消耗率工况下工作，就可以拥有最高的燃油使用效率。

相比之下，汽油的最小燃油消耗率需要转速在3000转每分钟左右，这也反映出柴油机更适合在低转速下工作，汽油机更适合在相对较高的转速下工作这一特性。

这个图有什么意义呢？我领导的原话是：“万有特性图是设计出来的”。

下面就要说到发动机与使用发动机的车辆的匹配问题了，我用两个例子来简单说明。

例如，一台柴油发动机要用在拖拉机上，拖拉机工作时需要比较大的扭矩，而不需要非常高的转速，这时，发动机在设计和调教时就会让最小的燃油消耗率的点出现在扭矩点。

如果，另一台柴油发动机要被用在小汽车上，小汽车更多是时间是以比较高的速度行驶，这时，如果将这台发动机设计得和拖拉机上的柴油机一样低转速油耗低就明显不合适了，小汽车上的发动机的最小燃油消耗率的范围，就很可能是在较高转速低扭矩的地方。

将上面的例子类比到汽车上，就可以说，不同的汽车，厂家会根据其实际情况（阻力、工况、车辆自重、变速器）进行调校，最后的结果是一款汽车会在某一个速度时特别省油，之所以很多老司机开车省油，也就是他们用经验找到了最低的燃油消耗率那个区间。

最后，回到题主的问题，最大扭矩、最大功率、最高效率的关系。已知功率=2π*扭矩*转速，也就是说最大功率应该出现在最大转速下能达到的最大扭矩时。根据万有特性图，我们可以看出，最高效率并不一定出现在最大扭矩或者最大功率时。当然也不是绝对，毕竟，最高效率的点是被设计出来的。

以上。

因为只做过自然吸气的汽油机就暂时只回答自然吸气部分，涡轮增压和柴油机交给相关专业人士来答吧。

首先题主的最高效率我先自作主张定义为燃油效率了，这个参数一般可以通过BSFC（单位做工消耗的燃油量）来反映。手机答题没法给图，BSFC在各转速下的分布可以参照Sleepy Lin最近在为什么怠速转速都在600-800的回答。

前言结束然后先说结论，一般情况下燃油效率在2000-3000rpm达到最优值，最大扭矩一般情况下在3000rpm以上。（涡轮增压的外特性曲线与自然吸气不同故有可能最佳燃油效率转速和最大扭矩转速在某一点重合）

那为什么这两个参数的转速会不同呢？

个人理解还是标定目的不同，2000±500rpm是城市最常用工况，主要考虑油耗和排放，扭矩虽然也要尽可能提高（说到底相同工况下扭矩越大一般油耗就越小），但优先级要排在油耗和排放之后，所以空燃比就不一定会设定在最大功率空燃比上（最大功率空燃比在12.8附近，到16附近为止是越大越省油）。

然后说到最大扭矩点，自然就是死命榨性能了，只要别弄得太过分基本上是扭矩怎么高怎么来，空燃比自然也就要往最大功率空燃比设了。

ps：因为最大扭矩是在wot（节气门全开）下的参数故上文所有情况均为wot，如果还要算上节气门开度的话基本只有老实跑一遍各工况才能给答案了。

以上。

讨论这个要看工况图，不是每一架引擎的设计都是一样的，所以必须具体问题具体分析。

飞度基本在5000转扭矩最大，最大功率点都在6000转

如果假设引擎每一转消耗的油量一样（其实不太一样），那么基本可以说：功率/转速=效率

飞度这种功率曲线线形那么好的，基本上6000转以下相差都不大。当然，实测会有一个曲线的最优化点（斜率最小），1.5升曲线看起来比较可能是3000转那个位置。扭矩和功率并没有必然的关联关系，不能简单的认为最高效率工况就是最大扭矩工况

看1.4 T-jet的这组涡轮发动机，工况就很不一样了。大扭矩出现早，120HP在2000-3000转，150HP在3000-3500。但是功率就差不多是一个山峰靠后的山形曲线。这枚涡轮发动机是照顾普通用户的调校，3000转方便你超车哈哈哈哈。

看了涡轮发动机就知道，扭矩怎么表现取决于发动机的设计和调校，和燃油经济性并无直接关系。

最后一句，如果是买车不做研究的话还是看实际效果吧，因为你用车的时候不会刻意去照顾车，而是让车来适应你开车的情况，并且在这些情况下做到综合效率最佳。

简单的说，最大扭矩转速是发动机填充效果最好的转速。能够在一次做功实现最多的进气，燃烧最多的燃料。最大马力转速是转速上升和扭力下降两个因素综合后的结果。最高效率转速还跟扭力负荷有关系，可以认为是燃烧最充分吧。

题主希望能说一说柴油机就更好了，在此我以常见的涡轮增压柴油机来回答。

首先贴两张图，以图展开，理解概念。（电控单体泵，涡轮增压）

图1 外特性扭矩、功率随转速变化曲线图

图2 外特性油耗率、有效热效率随转速变化曲线图

最大扭矩：从图1可以看出，最大扭矩在1800r/min时，哪能不能在1700r/min或者2000r/min时出现。

先看两个公式，了解扭矩的来源

p=\frac{g*H\ast\eta}{V} ① P=\frac{T\ast\alpha}{9550} ②

P=\frac{W}{t}=\frac{pV}{\frac{1}{\frac{α}{2*60}}} ③ T=\frac{P*9550}{α}=80*pV ④

其中：平均有效压力p 循环供油量g 柴油热值H 燃烧热效率η 气缸工作容积V 功率P 扭矩T 转速α 循环功W 工作循环时间 t

平均有效压力是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，推动活塞移动做功。是一个工作循环中单位气缸工作容积所做的功，计算见①式，由②③式可得出④式，由此可见扭矩和平均有效压力、气缸工作容积有关系，更进一步来讲，循环供油量、燃烧热效率、气缸工作容积直接影响输出扭矩的大小。

最大功率：从图1可以看出，最大功率为260kW，在2500r/min时出现，那么功率能不能再大点或者小点，额定转速能不能在2600r/min？

从上面的公式①③可以看出，循环供油量、燃烧热效率、气缸工作容积、发动机转速（功率就是做功的快慢，这个概念熟悉吧）直接影响这功率输出。

最高效率：（补充：有效热效率=机械效率*燃烧热效率），有效热效率，实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量的比值。发动机台架试验时，会测试出燃油消耗量，进而计算出燃油消耗率，即热效率。

见图2所示，比如某工况点燃油消耗率 210 g/kWh，仔细观察这个单位会发现这就是热效率，将单位的分子分母调换 kWh/g ，分子乘以3600秒（结果为有效输出功），分母乘以燃油热值（燃油放出的总热量），即燃烧热效率。

总结

1、回到开始提出的问题，最大扭矩可以出现在别的转速吗，答案是可以的。因为气缸工作容积在初始设计时已经定型，所以改变循环供油量，比如在1700r/min时增加循环供油量，减小1800r/min时的循环供油量，最大扭矩就可以转移。至于为什么把最大扭矩标定在1800r/min，这是跟整车标定和变速箱有关系的，在此不叙述。但在这里有一个重要概念，扭矩储备系数，它是最大扭矩和最大功率点的扭矩的比值，直接影响着内燃机动力性对外界阻力变化的适应能力。最大扭矩和最高效率没有直接的关系，从上图可以看出最大扭矩点的效率是比较高的，因为在中等转速时，进气充量大，空燃比大，中等转速有充分的时间来燃烧，所以热效率相比最大功率点高。

2、最大功率点也可以设定在别的转速，（最大功率点标定的哪个转速下，考虑的因素很多，设计功率目标，变速箱整车的匹配，燃油消耗率的指标，最高燃烧压力的限制，排气温度的限制，内燃机振动，曲轴的扭转振动等等）。而最大功率跟最高效率也没有直接的关系，只是在高转速时燃烧恶化，机械效率下降，所以热效率低。内燃机的开发工作者，通过进气压力的控制，喷油提前角的控制，在满足目标功率的前提下，在机械负荷（缸内最大燃烧压力）限制下，热负荷（排气温度）限制下，在排放限制下，尽量提高热效率。

3、内燃机的最高热效率，一般会出现的在中等转速，中等负荷下。我的图示为外特性曲线（油门全开）在这个曲线上会发现最高效率点在1300r/min-1500r/min时。燃烧热效率是数百年来，国内外内燃机工作者一心努力奋斗在提高的东西，影响热效率的因素太多，不叙述了。热效率在外特性上为什么出现在中等转速。

柴油机的燃烧热效率主要取决于换气和燃烧，转速很低时由于配气相位不匹配导致进气充量系数下降，高转速时由于流动阻力增加使充量系数降低，而在中等转速时充量系数较高；低转速时混合气形成不理想影响燃烧过程并且传热损失大，高转速时燃烧及时性差使效率下降，而中等转速时燃烧进展好。所以在外特性上最高效率一般出现在中等转速时。

因为我在此只列出的外特性曲线，在内燃机左右运行工况下，一般最高效率会在中等转速的中等负荷时出现，前面有回答者的万有特性曲线图，会发现油耗率最低点就在中等转速中等负荷出现。

总之，电控发动机，最大扭矩，最大功率，完全可以认为的去设计。

汽油发动机在最大油门情况下，产生爆燃的故障原因

1、燃油中混有水；

2、燃油量不足；

3、燃油混合物含量过高或过低；

4、燃油电磁阀短路；

5、油门或阻风门设置不当；

6、化油器变脏，需要清洗；

7、紧急风门开关被间歇性接通；

8、钥匙开关故障；

9、安全联锁装置故障；

10、控制盒中的保险丝有问题；

11、发动机气门泄漏或磨损；

12、涡轮增压器故障等。

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怕改天忘了，正好也写给自己备份看。

红色斜杠区域应该是燃油消耗率最低。

蓝点是切点，功率最大。

绿点力矩最大。

负荷率应该就是题主说的“最高效率”吧。通俗来说，就是发动机发出的最大功实际使用的比率。负荷率越大，经济性越好