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汽車的扭力參數(shù)是怎么回事？

扭力，扭距，馬力之間是否有關(guān)系？扭力，扭距是怎樣形成的？扭力可否提高？: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-07-07

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汽車驅(qū)動理論馬力與扭力哪一項最能具體代表車輛性能？有人說「起步靠扭力，加速靠馬力」，也有人說「馬力大代表極速高，扭力大代表加速好」，其實這些都是片段的錯誤解釋，其實車輛的前進一定是靠引擎所發(fā)揮的扭力，所謂的「扭力」在物理學上應稱為「扭矩」，因為以訛傳訛的結(jié)果，大家都說成「扭力」，也就從此流傳下來，為導正視聽，本文以下皆稱為「扭矩」。扭矩的觀念從小學時候的「杠桿原理」就說明過了，定義是「垂直方向的力乘上與旋轉(zhuǎn)中心的距離」，公制單位為牛頓-米(N-m)，除以重力加速度 9.8m/sec2之后，單位可換算成國人熟悉的公斤-米(kg-m)。英制單位則為磅-呎(lb-ft)，在美國車的型錄上較為常見，若要轉(zhuǎn)換成公制，只要將lb-ft的數(shù)字除以7.22即可。汽車驅(qū)動力的計算方式：將扭矩除以車輪半徑即可由引擎馬力－扭力輸出曲線圖可發(fā)現(xiàn)，在每一個轉(zhuǎn)速下都有一個相對的扭矩數(shù)值，這些數(shù)值要如何轉(zhuǎn)換成實際推動汽車的力量呢？答案很簡單，就是「除以一個長度」，便可獲得「力」的數(shù)據(jù)。舉例而言，一部1.6升的引擎大約可發(fā)揮15.0kg-m的最大扭力，此時若直接連上185/ 60R14尺寸的輪胎，半徑約為41公分，則經(jīng)由車輪所發(fā)揮的推進力量為15/0.41=36.6公斤的力量(事實上公斤并不是力量的單位，而是重量的單位，須乘以重力加速度9.8m/sec2才是力的標準單位「牛頓」)。 36公斤的力量怎么推動一公噸的車重呢？而且動輒數(shù)千轉(zhuǎn)的引擎轉(zhuǎn)速更不可能恰好成為輪胎轉(zhuǎn)速，否則車子不就飛起來了？幸好聰明的人類發(fā)明了「齒輪」，利用不同大小的齒輪相連搭配，可以將旋轉(zhuǎn)的速度降低，同時將扭矩放大。由于齒輪的圓周比就是半徑比，因此從小齒輪傳遞動力至大齒輪時，轉(zhuǎn)動的速度降低的比率以及扭矩放大的倍數(shù)，都恰好等于兩齒輪的齒數(shù)比例，這個比例就是所謂的「齒輪比」。舉例說明，以小齒輪帶動大齒輪，假設小齒輪的齒數(shù)為15齒，大齒輪的齒數(shù)為45齒。當小齒輪以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而扭矩為20kg-m時，傳遞至大齒輪的轉(zhuǎn)速便降低了1/3，變成1000rpm；但是扭矩反而放大三倍，成為60kg-m。這就是引擎扭矩經(jīng)由變速箱可降低轉(zhuǎn)速并放大扭矩的基本原理。在汽車上，引擎輸出至輪胎為止共經(jīng)過兩次扭矩的放大，第一次由變速箱的檔位作用而產(chǎn)生，第二次則導因于最終齒輪比（或稱最終傳動比）。扭矩的總放大倍率就是變速箱齒比與最終齒輪比的相乘倍數(shù)。舉例來說，手排六代喜美的一檔齒輪比為3.250，最終齒輪比為4.058，而引擎的最大扭矩為14.6kgm/5500rpm，于是我們可以算出第一檔的最大扭矩經(jīng)過放大后為14.6×3.250×4.058=192.55kgm，比原引擎放大了13倍。此時再除以輪胎半徑約0.41m，即可獲得推力約為470公斤。然而上述的數(shù)值并不是實際的推力，畢竟機械傳輸?shù)倪^程中必定有磨耗損失，因此必須將機械效率的因素考慮在內(nèi)。論及機械效率，每經(jīng)過一個齒輪傳輸，都會產(chǎn)生一次動力損耗，手排變速箱的機械效率約在95%左右，自排變速箱較慘，約剩88%左右，而傳動軸的萬向接頭效率約為98%，各位自己乘乘看就知道實際的推力還剩多少。整體而言，汽車的驅(qū)動力可由下列公式計算：扭矩×變速箱齒比×最終齒輪比×機械效率驅(qū)動力= ———————————————————— 輪胎半徑（單位為公尺）馬力亦非「力」乃「功率」的一種了解如何將扭矩經(jīng)由變速箱的齒比放大成為實際推力之后，接著可以研究什么叫做「馬力」。馬力其實也不是一種「力」，而是一種功率 (Power)的單位，定義為單位時間內(nèi)所能做「功」的大小。盡管如此，我們不得不繼續(xù)使用「馬力」這個名字，畢竟已經(jīng)用太久了，講「功率」恐怕沒幾個消費者聽得懂？功率是由扭矩計算出來的，而計算的公式相當簡單：功率(W)＝2π× 扭矩(N-m)×轉(zhuǎn)速(rpm)/60，簡化計算后成為：功率(kW)=扭矩(N-m) ×轉(zhuǎn)速(rpm)/9549，詳細的推導請參看方塊文章。然而功率kW要如何轉(zhuǎn)換成大家常見的「馬力」呢，這又有一段故事得講。英制或公制？ 1PS=735W；1hp=746W 馬力定義竟然不一樣！談到引擎的馬力，相信不少人會直覺地想到什么DIN、SAE、EEC、JIS等等不同測試標準，到底這些標準的差異在哪兒，以后有空再研究；有點夸張的是由于英制與公制的不同，對「馬力」的定義基本上就不一樣。英制的馬力(hp)定義為：一匹馬于一分鐘內(nèi)將200磅(lb)重的物體拉動165英呎(ft)，相乘之后等于33,000ft-lb/min；而公制的馬力(PS)定義則為一匹馬于一分鐘內(nèi)將75公斤的物體拉動60公尺，相乘之后等于4500kg-m/min。經(jīng)過單位換算，(1lb=0.454kg;1ft=30.48cm)竟然發(fā)現(xiàn)1hp=4566kg-m/min，與公制的1PS=4500kg-m有些許差異，而如果以功率W(1W=1Nm/sec= 9.8kgm/sec)來換算的話，可得1hp=746W;1PS=735W兩項不一樣的結(jié)果。同樣是「馬力」，英制馬力與公制馬力的定義竟然不一樣！難道英國馬比較「有力」嗎？到底世界上為什么會有英制與公制的分別，就好像為什么有的汽車是右駕，有的卻是左駕一樣，是人類永遠難以協(xié)調(diào)的差異點。若以大家比較熟悉的幾個測試標準來看，德國的DIN與歐洲共同體的新標準 EEC還有日本的JIS是以公制的PS為馬力單位，而SAE使用的是英制的 hp為單位，但為了避免復雜，本刊一率將馬力的單位標示為hp。近來，越來越多的原廠數(shù)據(jù)已改提供絕對無爭議的KW作為引擎輸出的功率數(shù)值。不過話說回來，1PS與1hp之間的差異僅1.5%，每一百匹馬力差1.5匹，差異并不大。一般房車的馬力多半僅在200匹馬力以下，兩者由于定義的差異也僅3匹馬力左右，因此如果您真要「馬馬計較」，就把SAE 標準的數(shù)據(jù)多個1.5%吧！不過SAE、JIS、DIN、EEC各種測試標準之間亦有些許差異，這個老問題已經(jīng)爭論過很多次了，單位之間不能真正劃上等號，然而在差別不怎么多的情況之下，就當作相同吧！因此管他是PS或hp，都差不多可以視為相等。終于可以做結(jié)論了！將上述獲得的馬力與功率換算方式代入功率與扭矩的換算公式，并且將扭矩的單位換算為大家熟悉的kg-m之后，可得下列結(jié)果：英制馬力hp=扭力(kg-m)×引擎轉(zhuǎn)速(rpm)／727 公制馬力PS =扭力(kg-m)×引擎轉(zhuǎn)速(rpm)／716 知道這些公式之后有什么用呢？從「馬力hp=扭力×轉(zhuǎn)速/727」看來，如果能增加引擎轉(zhuǎn)速，扭力不變的情況下，便能增加馬力。例如若能將轉(zhuǎn)速從6000rpm增加到8000rpm，等于增加了33%，但因為凸輪軸的限制使得8000rpm時的扭力下降了10%，則仍能使馬力增加19.7%，這說明了時下改裝計算機的為何能在解除斷油后大幅增加馬力。所以不要被「增加？？匹馬力」的廣告所著魔。讓我們從另外一個角度來想：如果在同樣的轉(zhuǎn)速下，增加20匹馬力，代表能增加多少推力呢？以最大扭力點發(fā)揮于5000rpm的情況下，將公式稍微變換一下，可發(fā)現(xiàn)增加的扭力=20hp×727／ 5000rpm=2.9kgm。再將這個結(jié)果代入汽車驅(qū)動力的公式，同樣以喜美的一檔計算，2.9×3.250×4.058/0.41=93公斤。對于一噸重的車身而言，影響似乎也不怎么大；再者如果相差5匹馬力的話，推力更僅增加23公斤，可見相差5匹馬力，根本也沒差多少，所以能「增加5匹馬力」的產(chǎn)品，到底應該花多少錢去改裝，您自個兒會拿捏了吧？大馬力決定真性能！到底大馬力的車子跑得快，還是大扭力的車子跑得快？從公式可以知道大馬力的原因是「高轉(zhuǎn)速的時候仍保有高扭力數(shù)值」，也就是說要有大馬力，不只是低轉(zhuǎn)速的扭力要好，連高轉(zhuǎn)速的扭力都得繼續(xù)維持，這表示扭力與馬力的爭論根本是多余的，只要能做到高馬力，除了表示各轉(zhuǎn)速區(qū)域的扭力都很大之外，更代表材料技術(shù)的優(yōu)越性，將活塞、進排氣閥門的材質(zhì)與重量予以強化與輕量化，才能將引擎轉(zhuǎn)速提高。扭矩與功率的換算公式推導假設一圓的半徑為r(單位為m)，扭矩為T(單位為N-m)，則圓周上切線方向的力F=T/r，由于功率的定義為「每秒鐘所作的功」，對于圓周?動而言，每旋轉(zhuǎn)一圈所作的功為：F×圓周總長2πr 將F=T/r代入計算，每一圈所作的功Work=F×2πr=(T/r)×2πr=2πT 再乘上引擎轉(zhuǎn)速rpm就是每分鐘所作的功，但功率P的單位是N-m/sec ，所以需除以60，轉(zhuǎn)換成每秒所作的功。代入公式：P=T2πrpm/60，將常數(shù)整理后，則可得P(kW)=Trpm/9545。由上文可見，一臺車的動力由發(fā)動機傳輸?shù)杰囕?，需要?jīng)過多組齒輪因此有所損耗，如果德制馬力測的是傳遞到車輪上的動力，那么同樣發(fā)動機用在不同車型上的動力輸出應該不同，試拿bmw330和bmw530做比較，其功率均是225hp/5900rpm；結(jié)論，要么bmw在數(shù)據(jù)上造假，要么它測的是發(fā)動機輸出凈值。馬力、扭力先從最基本的觀念開始。一般我們所習稱的扭力并非力的單位，而是指做功的能力，從字面上籠統(tǒng)地來看，Kgm正是指將1公斤重的物體舉高1公尺的能力，由于這是力矩的一種，所以稱其為扭力其實是有些不妥的。而馬力（House Power）更不是力的單位，而是功率的單位，那是指單位時間內(nèi)做功的大小，而不是如同字面上的意義是一個力的單位。不知道各位讀者有沒有聽過這句話：就是兩部車在性能上的高低可以直接從原廠數(shù)據(jù)看出個所以然，關(guān)鍵判斷方法就在于“加速拼扭力、極速看馬力”。如果這個說法成立的話，那各個試車報告的測試不是多余的嗎？前文我們提到，扭矩（力）是做功的能力，而馬力是單位時間內(nèi)所能做的功的大小。我們現(xiàn)在以這句話為基礎來作一個討論，假設在任何條件相同的理想狀況下，如果A車的扭矩比B車的扭矩大，那很明顯的就是A車的加速會比B車快。同理假設兩臺車在全力奔馳的時候所需要保持的驅(qū)動力F都是一樣的，然后A車的功率也遠比B車來的大，我們最后得到的結(jié)果一定是在相同時間內(nèi)A車所跑的距離一定會比B車來的遠，也就是說A車的最高速一定比B車來的高。這樣說來，馬力高低已經(jīng)決定了A、B兩車極速高低。事實上不然，因為前述的實驗里，除了A、B兩車的引擎輸出不同之外，其他的變因是完全相同的，但是在真實世界里面，這是不可能存在的事情，變速系統(tǒng)變速比的影響、動力損耗、車重、風阻，其中變速系統(tǒng)的影響什至于不會低于引擎輸出的差異，齒輪比的高低設定、擋位與擋位之間的銜接落差，絕對可以決定一部車子的速度表現(xiàn)，沒有兩部車會完全一樣，所以，存在于兩部車性能上的差異絕對不是只看表面數(shù)據(jù)就可以判定的。引擎氣門數(shù)氣門數(shù)的多寡與引擎性能輸出的好壞是有直接的影響也是不容否認的，多氣門進、排氣道設計與整個排氣系統(tǒng)的設計，對于高峰值馬力輸出，絕對有著關(guān)鍵性的影響，這也就是我們常建議的：如果要提升引擎馬力，最簡單的就是提升進氣效率與排氣效率是一樣的道理。另一方面，先前奔馳中堅車款所搭載的單凸輪軸V6引擎，全球?qū)I(yè)媒體早已肯定其各項性能以及低油耗、低污染的優(yōu)異表現(xiàn)，此具V6引擎氣門數(shù)的設計，竟是采取每缸3氣門的設計，較先前奔馳搭載的直列六缸、DOHC、24V引擎（雖說每缸減少了一個排氣門的設計）整體性能表現(xiàn)卻是不遑多讓，透過此例，對于引擎氣門數(shù)多寡與優(yōu)劣好壞的定論問題，相信車迷會有另一個深入省思考的空間。所以，建議您評斷一具引擎的好壞和先進與否，絕對不是單純看馬力輸出、或者是看簡單的機械結(jié)構(gòu)，就斷定這具引擎的好壞。再講得具體點，一般商用車或經(jīng)濟型用車要求的是耐用、低油耗、可靠性高、優(yōu)異的低速扭力，以此降低保養(yǎng)維修成本，以及更有效率的載重是其主要的特性，因此在這種情況下，多氣門引擎的優(yōu)勢就不見得一定要存在，反倒是每缸2氣門引擎低速扭力充足、耐用度高、維修便宜的特性，就顯得特別重要了。發(fā)動機基本參數(shù)詳解許多讀者朋友來信說，對有關(guān)發(fā)動機的參數(shù)有的不是很明白，在閱讀專業(yè)報刊或購車時，對這些專業(yè)術(shù)語更是茫然，在這里向大家簡要介紹一下：汽車發(fā)動機的基本參數(shù)包括發(fā)動機缸數(shù)，氣缸的排列形式，氣門，排量，最高輸出功率，最大扭矩。缸數(shù)：汽車發(fā)動機常用缸數(shù)有3、4、5、6、8缸。排量1升以下的發(fā)動機常用3缸，1 2.5升一般為4缸發(fā)動機，3升左右的發(fā)動機一般為6缸，4升左右為8缸，5.5升以上用12缸發(fā)動機。一般來說，在同等缸徑下，缸數(shù)越多，排量越大，功率越高；在同等排量下，缸數(shù)越多，缸徑越小，轉(zhuǎn)速可以提高，從而獲得較大的提升功率。氣缸的排列形式：一般5缸以下的發(fā)動機的氣缸多采用直列方式排列，少數(shù)6缸發(fā)動機也有直列方式的。直列發(fā)動機的氣缸體成一字排開，缸體、缸蓋和曲軸結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸緊湊，應用比較廣泛，缺點是功率較低。直列6缸的動平衡較好，振動相對較小。大多6到12缸發(fā)動機采用V形排列，V形即氣缸分四列錯開角度布置，形體緊湊，V形發(fā)動機長度和高度尺寸小，布置起來非常方便。V8發(fā)動機結(jié)構(gòu)非常復雜，制造成本很高，所以使用的較少，V12發(fā)動機過大過重，只有極個別的高級轎車采用。氣門數(shù)：國產(chǎn)發(fā)動機大多采用每缸2氣門，即一個進氣門，一個排氣門；國外轎車發(fā)動機普遍采用每缸4氣門結(jié)構(gòu)，即2個進氣門，2個排氣門，提高了進、排氣的效率；國外有的公司開始采用每缸5氣門結(jié)構(gòu)，即3個進氣門，2個排氣門，主要作用是加大進氣量，使燃燒更加徹底。氣門數(shù)量并不是越多越好，5氣門確實可以提高進氣效率，但是結(jié)構(gòu)極其復雜，加工困難，采用較少，國內(nèi)生產(chǎn)的新捷達王就采用五氣門發(fā)動機。排氣量：氣缸工作容積是指活塞從上止點到下止點所掃過的氣體容積，又稱為單缸排量，它取決于缸徑和活塞行程。發(fā)動機排量是各缸工作容積的總和，一般用于(L)來表示。發(fā)動機排量是最重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)之一，它比缸徑和缸數(shù)更能代表發(fā)動機的大小，發(fā)動機的許多指標都同排氣量密切相關(guān)。最高輸出功率：最高輸出功率一般用馬(PS)或千瓦(KW)來表示。發(fā)動機的輸出功率同轉(zhuǎn)速關(guān)系很大，隨著轉(zhuǎn)速的增加，發(fā)動機的功率也相應提高，但是到了一定的轉(zhuǎn)速以后，功率反而呈下降趨勢。一般在汽車使用說明中最高輸出功率同時每分鐘轉(zhuǎn)速來表示(r／min)，如100PS／5000r／min，即在每分鐘5000轉(zhuǎn)時最高輸出功率100馬力。最大扭矩：發(fā)動機從曲軸端輸出的力矩，扭矩的表示方法是N.m／r／min，最大扭矩一般出現(xiàn)在發(fā)動機的中、低轉(zhuǎn)速的范圍，隨著轉(zhuǎn)速的提高，扭矩反而會下降。當然，在選擇的同時要權(quán)衡一下怎樣合理使用、不浪費現(xiàn)有功能。比如，北京冬夏都有必要開空調(diào)，在選擇發(fā)動機功率時就要考慮到不能太??；只是在城市環(huán)路上下班交通用車，就沒有必要挑過大馬力的發(fā)動機。盡量做到經(jīng)濟、合理選配發(fā)動機。: 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一般來說，在同等缸徑下，缸數(shù)越多，排量越大，功率越高；在同等排量下，缸數(shù)越多，缸徑越小，轉(zhuǎn)速可以提高，從而獲得較大的提升功率。氣缸的排列形式：一般5缸以下的發(fā)動機的氣缸多采用直列方式排列，少數(shù)6缸發(fā)動機也有直列方式的。直列發(fā)動機的氣缸體成一字排開，缸體、缸蓋和曲軸結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸緊湊，應用比較廣泛，缺點是功率較低。直列6缸的動平衡較好，振動相對較小。大多6到12缸發(fā)動機采用V形排列，V形即氣缸分四列錯開角度布置，形體緊湊，V形發(fā)動機長度和高度尺寸小，布置起來非常方便。V8發(fā)動機結(jié)構(gòu)非常復雜，制造成本很高，所以使用的較少，V12發(fā)動機過大過重，只有極個別的高級轎車采用。氣門數(shù)：國產(chǎn)發(fā)動機大多采用每缸2氣門，即一個進氣門，一個排氣門；國外轎車發(fā)動機普遍采用每缸4氣門結(jié)構(gòu)，即2個進氣門，2個排氣門，提高了進、排氣的效率；國外有的公司開始采用每缸5氣門結(jié)構(gòu)，即3個進氣門，2個排氣門，主要作用是加大進氣量，使燃燒更加徹底。: 回答者：網(wǎng)友

扭矩的觀念從小學時候的「杠桿原理」就說明過了，定義是「垂直方向的力乘上與旋轉(zhuǎn)中心的距離」，公制單位為牛頓-米(N-m)，除以重力加速度 9.8m/sec2之后，單位可換算成國人熟悉的公斤-米(kg-m)。英制單位則為磅-呎(lb-ft)，在美國車的型錄上較為常見，若要轉(zhuǎn)換成公制，只要將lb-ft的數(shù)字除以7.22即可。汽車驅(qū)動力的計算方式：將扭矩除以車輪半徑即可由引擎馬力－扭力輸出曲線圖可發(fā)現(xiàn)，在每一個轉(zhuǎn)速下都有一個相對的扭矩數(shù)值，這些數(shù)值要如何轉(zhuǎn)換成實際推動汽車的力量呢？答案很簡單，就是「除以一個長度」，便可獲得「力」的數(shù)據(jù)。舉例而言，一部1.6升的引擎大約可發(fā)揮15.0kg-m的最大扭力，此時若直接連上185/ 60R14尺寸的輪胎，半徑約為41公分，則經(jīng)由車輪所發(fā)揮的推進力量為15/0.41=36.6公斤的力量(事實上公斤并不是力量的單位，而是重量的單位，須乘以重力加速度9.8m/sec2才是力的標準單位「牛頓」)。: 回答者：網(wǎng)友

當小齒輪以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而扭矩為20kg-m時，傳遞至大齒輪的轉(zhuǎn)速便降低了1/3，變成1000rpm；但是扭矩反而放大三倍，成為60kg-m。這就是引擎扭矩經(jīng)由變速箱可降低轉(zhuǎn)速并放大扭矩的基本原理。在汽車上，引擎輸出至輪胎為止共經(jīng)過兩次扭矩的放大，第一次由變速箱的檔位作用而產(chǎn)生，第二次則導因于最終齒輪比（或稱最終傳動比）。扭矩的總放大倍率就是變速箱齒比與最終齒輪比的相乘倍數(shù)。舉例來說，手排六代喜美的一檔齒輪比為3.250，最終齒輪比為4.058，而引擎的最大扭矩為14.6kgm/5500rpm，于是我們可以算出第一檔的最大扭矩經(jīng)過放大后為14.6×3.250×4.058=192.55kgm，比原引擎放大了13倍。此時再除以輪胎半徑約0.41m，即可獲得推力約為470公斤。然而上述的數(shù)值并不是實際的推力，畢竟機械傳輸?shù)倪^程中必定有磨耗損失，因此必須將機械效率的因素考慮在內(nèi)。論及機械效率，每經(jīng)過一個齒輪傳輸，都會產(chǎn)生一次動力損耗，手排變速箱的機械效率約在95%左右，自排變速箱較慘，約剩88%左右，而傳動軸的萬向接頭效率約為98%，各位自己乘乘看就知道實際的推力還: 回答者：網(wǎng)友

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