扭矩和功率的關係在中學物理課中就有學過,但很多朋友並不能把它兩與汽車發動機性能指標對應起來。為什麼發動機性能參數需要依靠扭矩和功率兩個概念?買車的時候應該參考哪一個?扭矩大=提速快、功率高=極速快到底有沒有道理?且看下文分解!
發動機扭矩是什麼?
簡單的來說發動機的扭矩就是發動機在一個做工周期裡產生的力矩,以普通四衝程發動機為例曲軸每轉動兩圈為一個周期,也就是發動機轉速(rpm)的一半才是發動機的工作周期。對自然吸氣發動機來說,扭矩與排量成正比。
扭矩的單位為牛頓·米(N·m),以峰值扭矩為300N·m的發動機為例、地球引力1kg=9.8N計算,300N·m的力矩約等於在1m長的硬質杆子一端懸掛30kg重物對杆子另一端產生的旋轉力矩。
大家可以平舉一根一米長的杆子,在另一端掛上一瓶1L的水,就能粗略但直觀地體驗到1N·m的力矩大概有多大了,了解了扭矩以後一定會產生疑問:300N·m怎麼能驅動兩噸重的汽車?這裡要解釋一下,發動機扭矩指的是在發動機曲軸端輸出數據,後面還有液力變矩器、變速箱、汽車主減速器、分動箱低速擋、輪邊減速器等部件放大扭矩。
以普通轎車為例,起步時發動機扭矩輸出為100N·m,變速箱一擋齒比為4、主減速比為5,扭矩傳遞到車輪的扭矩為100*4*5=2000N·m;相應的峰值扭矩轉速為1500轉/分鐘(rpm),那麼經過變速箱和主減速器後車輪的轉速為1500/4/5=75轉/分鐘。
如果汽車使用16寸輪圈那麼輪胎周長大約為1.3m,可以計算出此時車速為75*1.3=97.5米/分鐘=5.85km/h,因為低轉速不利於發動機輸出扭矩,所以變速箱1擋才需要很大的齒比來放大扭矩,對於扭矩很大的車來說一般情況下變速箱會以2擋起步,因為1擋輪端扭矩輸出太大容易讓輪胎打滑。
對於發動機來說,轉速過高過低都不利於扭矩輸出,因為低轉速時發動機進氣慣性低不利於不利於發動機「呼吸」,而高轉速時節氣門開啟時間縮短也不利於發動機進氣,這也就是為什麼需要可變氣門正時和可變氣門升程技術來優化發動機性能。
發動機功率是什麼?
發動機功率指的是單位周期內發動機所做的功,一般中國採用公制馬力(Ps)和千瓦(kW)作為單位。很多人會誤以為1馬力=1匹馬產生的力,那麼問題來了:這匹馬是公馬還是母馬?是小馬還是老馬?
用公制馬力為例,1匹馬力等於在1秒內將75kg重的東西提升1米所做的功,對於發動機來說功率是一個更加綜合的性能表現數據,簡單說發動機功率越高也就代表發動機性能越好。
功率和扭矩有什麼關係?簡單來說瞬時功率=瞬時扭矩*瞬時轉速/常數,該常數可以粗略取9549。對於喜歡改裝提升車輛性能的朋友來說,理論上想提升發動性能就需要讓發動機的最大扭矩點出現的轉速越高越高好。
但實際中對於大型商用車輛和越野車來說發動機低轉速時的扭矩輸出更加重要,因為這類車往往需要在車速較低時應對很大的行駛阻力,這就是為什麼搭載柴油發動機的貨車和越野車的最大功率普遍沒有高性能跑車大。
最大功率轉速點一般比峰值扭矩轉速點滯後,因為隨著發動機在峰值扭矩點後轉速繼續攀升導致的發動機初期扭矩下降不明顯,轉速上漲趨勢超過扭矩下降趨勢。想要發揮發動機最大性能?試試將通過升降擋位一直把轉速控制在最大功率輸出點!
總結
對於民用車輛來說不能為了追求功率的提升而放棄低轉速扭矩輸出,也不能一味追求低轉速時的扭矩輸出(對於渦輪增壓發動機峰值扭矩輸出區間越大越好。民用車輛除了扭矩和功率,發動機熱效率、可靠性和後期維護便利性也是非常重要的。
峰值扭矩大=加速快、最大功率大=極速高類似的說法是完全沒有根據的,有興趣進一步了解發動機性能的朋友,可以去深究一下發動機外特性曲線和萬有特性圖。