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深入浅出!五分钟读懂功率、扭矩和转速之间的关系

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编辑:zhuqingfeng 来源:爱车途闻

 网友们在了解发动机参数时,最常接触的三个数据就是功率、扭矩以及转速。大家总会认为功率与扭矩越大,发动机性能就越好,实际上这种说法是比较片面的。今天我们就来聊聊他们三者的关系,了解完之后你就可以更全面地去分析发动机的性能。

  功率、扭矩及转速的概念

  功率的物理定义是物体在单位时间内所做的功的多少。对于内燃机而言,我们可以把它理解为燃料在单位时间内所产生能量的多少。因此,功率仅仅是一个描述做工快慢的物理量,功率越高,单位时间内产生的能量就越多,往往汽车的最高速度也越高。

  在发动机上,转速的定义是单位时间内曲轴所转的圈数,它和车速有着直接的关系。转速需要经过变速器和主减速器等整个传动系统的减速增扭之后,最终再体现在车轮上。因此,发动机与车轮的转速之比就是整个传动系统的终传比。

  扭矩在大家印象中应该是最抽象的一个参数,它在发动机上的定义是指曲轴端输出的力矩,力矩的大小决定汽车的加速度。因此,扭矩是衡量发动机加速能力的物理量。扭矩和普通直线方向上的力不一样,它是曲轴旋转所产生的力,我们可以理解为旋转的力矩,所以需要加上一个旋转力臂的长度来表示。

  简单举个例子,假如发动机的输出扭矩为245Nm,那么在曲轴中心加上一条长度为1米的力臂,力臂的端点所产生的力的大小就是245N。

  功率=n×扭矩×转速

  了解完三者的具体概念之后,我们再来看看三者之间的关系。从它们的转化公式可以看出,n是一个常数,那么扭矩和转速是成反比例关系。这也很好地解释了为什么当扭矩到达峰值时,继续拉高转速它会骤然下降。

  

  发动机扭矩骤然下降并不代表轮上扭矩也跟着急速下降,整个传动系统是遵循能量守恒定律的,变速箱和减速器会根据情况来匹配适合的扭矩和转速来输出到车轮,最后再转化为速度和加速度。

  

  在实际驾驶过程中,转速和扭矩会在传动系统内不断地相互转化。因此,我们在不同的路况下,即时保持同样的转速也很难开除同一个速度,正是因为路况对扭矩的需求不同。

  

  缸径行程比的概念

  缸径行程比是发动机的缸径与活塞行程之间的比值,它的大小决定了发动机的扭矩功率取向。

  早年的美国车由于车身比较笨重,对扭矩的需求非常高。再加上那个年代的美国车都喜欢采用推杆式底置凸轮轴(OHV),这种设计的弊端是需要一根很长的顶杆去推动顶部的气门,推杆的长度减弱了它本身的刚性,无法承受较高转速所带来的运转频率。所以他们的发动机都是比较偏向于小缸径,长行程的设计。

  再来看看一个比较极端的反例。当年F1的3.0升V10发动机被压榨出八百多匹马力,它的秘诀就在于采用了大缸径,短行程的设计,发动机最高转速被提到了一万八千多转。发动机转速越高,单位时间内做工的速度就越快,进而它的功率也越大。

  我们平时会发现,柴油机的转速要比汽油机的低得多,所以同排量情况下,汽油机的功率要比柴油高,但柴油机的扭矩要比汽油机高。其主要的原因是燃料的燃烧特性不一样,柴油的燃烧速度相对汽油要慢,它需要更长的时间来释放能量,导致它的做功速度会比较慢,进而功率也比较低。因此,柴油发动机普遍采用小缸径,长行程的设计。

  途哥总结

  功率、转速和扭矩在整个传功系统里面是遵循能量守恒定律的。当发动机输出的功率固定时,那么本身的转速和扭矩也就固定了,最终在轮上转速和扭矩是经过传动系统的转化得来的,这个传动过程里面也包括一些能量的损失。


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