汽車動力好不好,扭矩和馬力誰說了算?

?作者:傘齒輪 ???|???? ?2020-02-11 15:08

  本文是雅斯頓原創分享文章?

  ?撰文 ? 溜溜?

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  在買車看車的時候,但凡涉及到發動機性能部分,都離不開兩個數據:一個叫馬力/功率,另一個叫扭矩。主流認知中“馬力代表極速,扭力代表加速”,這兩個數值越大,發動機性能就越好。但也有一些汽車愛好者信奉“馬力用來賣車,扭力用來賽車”。那究竟馬力和扭矩分別用來衡量什么性能。更關鍵是,哪個更能說明汽車性能呢?

  扭矩?馬力?

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  我們知道,要想讓汽車這種龐然大物奔跑起來,就需要能量。而發動機的工作,就是通過燃油在氣缸內燃燒推動活塞運動,而活塞通過連桿將曲軸轉動進而輸出動力。簡單而言,就是發動機產生的扭力傳遞到輪胎上來推動和加速,扭矩就是使輪子轉動的一個力。

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  根據能量守恒定律,假定能量損耗一定的情況下,一輛車要想跑得越快就需要更多的能量,而功率代表單位時間內發動機做功的多少,這也決定了一部發動機能輸出的總能量。大多數情況下可以理解為最大功率決定了它的最高車速。功率和馬力換算的這種小學問題就不多說了。

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  扭矩和馬力可以通過一個簡單的公式進行轉換:功率(千瓦)=扭矩(牛米)×發動機轉速(轉/分鐘)÷9950。實際上,汽車輸出的馬力是不能直接測定的,而發動機除了輸出扭矩外,還輸出發動機轉速,在臺架上通過測量扭矩和轉速,就可以算出發動機的功率。

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  理想狀態下轉速越高扭矩越高,但由于內燃機這東西惰性非常大,要克服各種各樣的阻力做工,因此它的效率并不是一成不變,而是隨著轉速的改變而改變,因此不同轉速下輸出的扭矩也會發生變化,這也是為什么發動機特性曲線上,功率和扭矩的頂峰是不會重合的。因此,當我們談及發動機馬力和扭矩數據的時候,如果脫離了轉速而單獨談峰值的話,是沒有意義的。

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  上面提到功率決定了一輛車能跑多快,那么加速力又由誰決定呢?偉大的牛頓告訴我們,F=ma,汽車質量一定的情況下,推動輪子轉動的力F越大,加速度就越大。由此可見,汽車的加速度是由扭矩決定的。一切看起來天衣無縫,但是!請注意!這里說的是作用到輪子上的扭矩,并不是發動機的扭矩。

  汽車動力好不好,扭矩和馬力誰說了算?

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  有一點汽車常識的人都知道,車輪并不是由發動機直接驅動的,發動機的轉速每分鐘幾千轉,車輛是不可能以這么高的轉速運行的。于是,聰明的美國人設計出“變速箱”這玩意。萬萬沒想到,在功率和扭矩比拼之際,殺出了一個“程咬金”。

  脫離變速箱談性能,都是耍流氓

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  變速箱是描述馬力和扭矩時的重要參與部分,扮演著將引擎轉速降低,將扭矩提升的角色。換句話說,變速箱其實就是扭矩放大器,將發動機輸出的扭矩放大變成輪上扭矩的同時,也將發動機轉速降低到輪上轉速。

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  初中老師告訴我們,由于轉速和齒輪直徑成反比,兩個不同直徑的齒輪結合在一起轉動,大直徑的齒輪轉速會比小直徑齒輪轉動慢。因此齒輪比越大,車輪轉速越低,車輪輸出的扭矩就越大,車輛的加速力也就越高。一些引擎扭矩比較小的汽車,通過使用“大尾牙”這樣的大減速比齒輪來提高輪上扭矩,從而獲得較好的加速能力;相對應的,一些扭矩較大的汽車同樣可以使用較低齒輪比來獲得更高的極速表現。

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  到此,我們基本可以得出結論,發動機輸出的扭矩并不能決定汽車的加速性能,通過不同的齒輪比可以獲得不同的輪上輸出扭矩。那到底是什么決定汽車的加速力呢?

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  偉大的牛頓又告訴我們:a=F/m=P/mv。在一定車重和速度下,汽車的加速度是由發動機功率決定的。不服?我們換個姿勢。在車輪沒有打滑的情況下,汽車的速度等于輪上轉速。用最開始的公式:功率=輪上扭矩×輪上轉速÷9550,當轉速一定,輪上扭矩的大小就決定了汽車的加速力。忽略引擎和變速箱內的各種損耗,該速度下的輪上功率就等同于引擎當時的功率,由此再次證明,決定汽車加速力的實際上是發動機的功率。

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  綜上所述,一輛汽車發動機的最大功率越大,極速越大;在相同速度下,功率越大,加速能力越強。

  能不能上,還得看扭矩

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  竟然極速和加速力都由發動機的馬力決定,那引擎的扭矩到底有什么用呢?我們又回到這個公式:功率=輪上扭矩×輪上轉速÷9550。任何狀態下的加速度取決于當時的發動機功率,當發動機的最大功率相同時,根據公式可知,輪上扭矩越大,輪上轉速越低。如果在變速箱齒輪比相同的情況下,可以理解為發動機扭矩越大,在低速時就能擁有澎湃的動力。

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  說得太繞聽不懂?我們來假設一個定量,當A、B兩個發動機的最大扭矩一樣時,引擎A最大扭矩出現在3000轉的范圍,引擎B則出現在5000轉。根據公式我們可以知道,因為最大扭矩一樣,所以引擎B的最大功率會大于引擎A,也就是極速和最大加速度均大于引擎A。

  在我們認為引擎A要完敗的時候,扭矩及時站了出來:“且慢,你再仔細揣摩曲線圖,當中暗藏玄機!“之前提到,加速力就必須建立在相同速度的基礎上,通過曲線圖我們發現,在0到3500的轉速區間內,引擎A的功率均比引擎B大,因此在這個區間內其加速里大于引擎B,起步速度也更快。對于一般駕駛者而言,這個轉速區間的使用頻率會更高,因此實際駕駛中,引擎A會比引擎B更加輕松。

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  而對于經常飆車的老司機和賽車手而言,高轉速部分的使用頻率更高,而引擎B在該區間表現更優秀,功率更大,加速力也更大,通俗來講就是后勁充足。因此他們會優先選擇引擎B。

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  最后總結一下,發動機的最大功率決定了極速和加速度的最大值,最大扭矩和其轉速表示了發動機的活躍范圍。換句話說,最大功率決定最大動力,扭矩決定最大動力的可用性。下次看到扭矩和馬力的時候,不會再被忽悠了。

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