發動機的扭矩是如何被逐級放大的?

2021-01-15 老侯解車


普通的家用車發動機的最大功率一般在80~150Kw之間,最大扭矩一般在120~220Nm之間。但是你可知道,這個扭矩是無法直接驅動汽車行駛的。因為汽車在起步時的阻力一般在800Nm以上,如果是在坡路上阻力會更大,在勻速行駛時阻力也在300Nm以上,車速越高阻力也越大,所以發動機的扭矩根本就不夠用!那麼在這種情況下如何讓發動機驅動汽車行駛呢?這就要利用傳動系統來給發動機降速增扭,將發動機扭矩放大。下面我們就來說說發動機輸出的扭矩是如何經傳動系統一級一級放大的,四驅系統的扭矩放大又是如何實現的。

發動機發出的扭矩,是通過曲軸的旋轉從飛輪端輸出的。對於手動擋車型來說,這個扭矩首先由離合器來承接。離合器是沒有扭矩放大功能的,它只能平穩的把發動機扭矩傳遞給變速箱。不過由於汽車的起步阻力遠遠大於發動機扭矩,所以離合器能夠承受的扭矩也遠遠大於發動機扭矩,一般是發動機扭矩的1.7~2.3倍,也稱為離合器扭矩儲備係數。

對於自動擋車型來說,發動機扭矩由液力變矩器來承接。液力變矩器是有扭矩放大功能的,它可以把發動機的扭矩放大2~4倍,這個放大功能主要是由變矩器中的導輪來完成的。當汽車在起步時,發動機高速旋轉而車輪不動,此時的變矩器中泵輪與渦輪轉速差最大,扭矩放大能力也最大;隨著汽車起步行駛,車輪的轉速越來越高,變矩器中泵輪與渦輪的轉速差越來越小,變矩器的扭矩放大能力也越來越小,最終達到等額輸出扭矩。這也是自動擋車型可以輕鬆怠速起步,在起步急加速時車輪打滑的原因之一,也可以說自動擋車型在起步瞬間比手動擋車型更快,老司機應該都有這樣的駕駛經驗。此外,這種扭矩放大功能還可以讓自動變速箱實現蠕行功能,而手動變速箱就無法實現蠕行。以上總結一句話就是:發動機扭矩在液力變矩器中得到了第一次放大。

發動機的扭矩從離合器或者液力變矩器輸出後,就來到了變速箱。變速箱有MT、AT、CVT、DCT、AMT等幾種類型,不論哪一種,它們的基本功能都是變速,變扭。它是發動機扭矩變化最複雜的階段,變速箱傳動比從十幾比一到零點幾比一,發動機扭矩在變速箱中既可以放大到原來的十幾倍,也可以縮小至不足原來的一半。一般小轎車的一檔傳動比在4~5之間,也就是說發動機扭矩在變速箱中最多可以放大4~5倍。擋位越高傳動比越小,放大的倍數也越小,掛入超速擋時發動機扭矩就不再是放大而是縮小了。總結一下就是:發動機扭矩在變速箱中得到了第二次放大。

發動機扭矩從變速箱出來後,就到了主減速器,也就是我們俗稱的「尾牙」。普通的乘用車主減速器傳動比一般在4~6之間,卡車和工程機械的主減速器傳動比可以高達十幾比一。也就是說,發動機扭矩在主減速器中被放大了4~6倍,這是發動機扭矩的第三次放大。有些卡車還有輪邊減速器,它的傳動比一般在3~5之間,將扭矩進一步放大,這就是第四級放大扭矩了。隨後這些扭矩等額傳遞到車輪上,驅動汽車行駛。

由此可以看出,發動機從輸出扭矩,到最終傳遞到車輪上,最多會經歷四次扭矩放大,最少會經歷兩次扭矩放大。假設某款車型搭載的發動機最大扭矩是180Nm,手動擋一檔傳動比是3.8:1.主減速器傳動比是4.3:1,那麼最終傳遞到車輪上的最大扭矩為:180×3.8×4.3=2941Nm,遠遠超過了汽車的起步阻力。不過一般我們開車時都不會全油門起步,而是把發動機轉速拉升到1500轉時緩慢起步。假設發動機在1500轉時可以發出100Nm的扭矩,那麼此時傳遞到車輪上的扭矩為:100×3.8×4.3=1634Nm,也超過了汽車起步阻力,汽車可以順利起步。如果是自動擋車型,扭矩還會在液力變矩器中進一步放大,怠速轉速就可以克服起步阻力。

以上所述是對於兩驅車型而言的,如果是四驅車型,還會有一個分動器進一步放大扭矩,這就是所謂的「低速扭矩放大器」。四驅車型一般有4H、4L、2H等模式,這些模式都是通過分動器來實現的。其實你可以把四驅車的分動器看做是一個只有兩個擋位的變速箱,當分動器掛在空擋時,汽車處於兩驅的2H模式;當分動器掛入高速擋時,汽車處於4H高速四驅模式;當分動器掛入低速擋時,汽車處於4L低速四驅模式,此時的發動機扭矩經過變速箱放大後,再經過分動器進一步放大後,再傳遞給主減速器。比如分動器低速傳動比是2:1,那麼從變速箱傳遞過來的扭矩就再次放大二倍後再傳遞給主減速器,這樣傳遞到車輪上的扭矩也會是原來的二倍,汽車的驅動力進一步增強,此時的汽車處于越野能力最強的狀態。

有人擔心,掛入四驅後,汽車的前後橋轉速不一致,會不會對汽車的四驅系統產生嚴重的機械損害?應該說這種擔心是必要的,汽車掛入四驅,相當於把四個車輪剛性的連接在一起,如果四個車輪有轉速差,確實會傷害四驅系統。不過汽車在設計時已經考慮到了這一點,一種辦法是在分動器中安裝差速器,允許前後橋以不同的轉速旋轉;另一種辦法是前後橋有差速時,通過車輪的打滑來平衡轉速差,不過這種模式是有限度的,前後橋如果轉速差過大,就無法平衡了,所以一般四驅車型都不建議掛入高速四驅模式。

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