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汽車發動機的兩個參數馬力和扭矩,哪個更能體現動力性?

【魚非魚的回答(63票)】:

本題目底下大部分的回答或者是錯的,或者根本無助于大家理解這個問題。比如 @李捷 的回答,雖然沒有任何錯誤,但是還是會給大家以誤導。

我先說這個問題的正確答案,對于發動機來說,汽車的最大加速度理論上只與最大馬力有關,只是因為日常駕駛,汽車很少運行在最大加速度的狀態下,我們才要關心最大扭矩。

對于非汽車專業的人來說,這個結論可能很聳人聽聞。不對吧,最大功率(即最大馬力,區別只在于單位量綱)應該是決定了最大速度啊,功率是移動車輛做功的速度啊。最大加速度應該是最大扭矩決定的啊,扭矩越大,傳導到車輪上的力矩就越大。所以加速度就越快啊!實不相瞞,我曾經也被這種觀點蒙蔽過。后來查了不少資料,才總算解了惑。

我這里用兩種不同的方法,證明為什么功率決定了加速度,都是高中物理

方法一:功率=牽引力x速度,P=FV。在每個給定的汽車速度下,功率越大,也就是牽引力越大;而牽引力越大,加速度也就越大(給定速度下阻力也是一定的)

方法二:動能=功率x時間,E=PT。車的動能等于二分之一的質量與速度平方的乘積(1/2*m*v^2)。同樣從速度a到速度b,增加的動能是一定的。而功率越大,所需的時間也就越小。

這兩種描述的方法,都對實際車輛運行有一定的簡化,對于第一種方法,有發動機輸出功率并不等于輪上功率的問題。對于第二種方法有動能增加的過程中,發動機做功有通過各種摩擦變成熱能損耗的情況。

不過想必看到這里,你已經開始懷疑最大扭矩決定最大加速度這種說法了。下面開始更詳細的講解。

首先,功率和扭矩并不是無關的兩個變量。功率=扭矩x轉速, P=Tw。功率和扭矩是直接正相關的。那你可能要問,為什么有的車最大扭矩大,但最大功率小;有的車最大功率大,但最大扭矩小呢?

這是因為,一個發動機的最大扭矩大,并不一定在各個轉速下扭矩都大。如果一臺發動機偏低轉發力,比如柴油發動機和渦輪增壓發動機,那么雖然它的最大扭矩大,但最大扭矩時的轉速低,二者的乘積并不大;而高轉時扭矩又太低,二者的乘積依然很小。而發力偏高轉的發動機,比如本田的VTEC發動機,最大扭矩在很高的轉速出現,此時二者的乘積也能達到非常大的水平。

因為這種功率等于扭矩和轉速的乘積的關系,對于一個發動機,在轉速超過了最大扭矩區間以后,最大功率卻可能是上升的

那么問題來了,當汽車以某個檔位行駛的時候,因為我們一直踩油門加速,轉速會不斷升高,以至超過最大扭矩輸出的轉速區間,此時扭矩在下降,功率在上升,在超過最大扭矩兩秒之后,現在轉速已經到達了最大功率區。現在我們有兩個選擇,一:繼續維持現有檔位,保持最大功率。二、選擇升檔,降低轉速,使得轉速落在最大扭矩區。這兩個選擇哪個可以達到更快的提速?

你是不是覺得應該選擇第二個呢?但其實正確答案是一,雖然此時檔位不變,扭矩輸出相比兩秒之 前已經減小,車的加速度確實在下降,但已經到了這個地步,繼續在該檔位死撐,比升檔降轉速到最大扭矩區的方式加速度更快。

看到這你是不是又覺得我在胡扯?既然『兩秒前的最大扭矩轉速的加速度』比『現在的最大功率轉速的加速度』高,為什么『現在的最大扭矩轉速的加速度』反而比『現在的最大功率轉速的加速度』低呢?

實際上,真實的大小關系是這樣的『兩秒前的最大功率轉速的加速度』>『兩秒前的最大扭矩轉速的加速度』>『現在的最大功率轉速的加速度』>『現在的最大扭矩轉速的加速度』。實際上在兩秒前,你檔位放的太高了,轉速太低,以至于兩秒前你在最大扭矩轉速的時候,根本沒有達到這輛車能達到的最大加速度。

這里就要涉及變速箱是起什么作用的了。

發動機的轉速大家知道是很高的,幾千轉,但車輪是不可能以這么高的轉速運行的。而且發動機的扭矩一般也就上百牛米,而扭矩=力x力臂,如果車輪上是同樣的扭矩的話,因為力臂比發動機曲軸更短,反而力更小。假設車輪半徑是0.3m,扭矩是90nm的話,牽引力才只有300牛頓,差不多相當于一條30公斤的大狗所受的重力,是不可能能驅動汽車這個一噸多的龐然大物的。

那么汽車傳動機構的作用,就是根據功率=扭矩x轉速的原理,把轉速變慢,再把扭矩放大。越低的檔位,這個放大的倍數就越明顯,就越是低轉速,高扭矩。所以這是為什么爬坡要用低檔,超車要降檔(只要你的轉速沒有超過最大功率轉速)的原理。

那么回到我們剛才的問題,為什么升高了檔位,達到最大扭矩以后,加速度反而下降了呢?因為在車速一定的情況下,升高檔位,降低了轉速,意味著減少轉速縮小的倍數,也就是扭矩放大的倍數。此時雖然發動機扭矩變大,但車輪上的扭矩卻是減少了。

所以說,認為最大扭矩決定了最大加速度的同學,在兩步推理里面,其中一步是錯的。車輪上的扭矩確實決定了汽車的加速度,但車輪的扭矩卻不是發動機的扭矩決定的,而是發動機的扭矩和轉速共同決定的,也就是發動機的功率決定的。同樣的扭矩,轉速越高,對于一定的汽車速度,也就可以用更低的檔位,更高的放大倍數,去放大發動機的扭矩。

理論上,一臺發動機扭矩可以非常小,但只要轉速極高,達到上百萬轉,一樣可以讓汽車加速非常快。只不過承受這么高轉速的發動機和倍數如此大的變速箱目前還造不出來。

現在 大家明白了吧?

不過可能好奇的同學此時又要問,那為什么很多汽車媒體在評測車的時候還要提最大扭矩呢?這是因為兩個原因:

一、因為不存在完美的無級變速器,可以使發動機一直維持在最大功率的轉速,所以在升檔的過程中,轉速可能會掉到比較低的區間,此時的扭矩大,并不一定最大功率就大。而最大扭矩高低常常能反映較低轉速時扭矩怎么樣。

二、日常駕駛,我們很少會用到六七千轉那么高的轉速,此時雖然加速快,但噪音大,抖動大,油耗高,既不經濟也不舒適。而家用車則是追求經濟舒適的。一臺車最大功率較低,最大扭矩較高,一般說明這臺車的發動機偏低轉發力,能更好的平衡經濟性、舒適性和動力性。

其實如果有條件的話,還是看扭矩和功率輸出的曲線,最能反映一部車子在各種情況下的動力水平

【李捷的回答(7票)】:

功率和扭矩不是獨立的參數,因為:

對于同一臺發動機來說,如果其中一個參數不變,那另外兩個參數就會成為比例/反比例關系。

從車輛整體的角度來分析:

發動機輸出最大功率時,車輛克服阻力做功的功率最大,車輛能達到此檔位其最高速度;

發動機輸出最大扭矩時,車輪上獲得的牽引力最大,車輛能獲得此檔位最高加速度。

對于一些微型車輛,由于發動機功率過小,使得其極速受限,甚至達不到高速公路允許的最高時速120km/h,這時我們可以說其動力不強;對于其他車輛,功率足以使其達到高速狀態,這時我們更關心它的提速能力,提速快的會被認為動力強。

【王海的回答(3票)】:

這個要看外特性曲線,變化率如何?脫離轉速談扭矩其實沒多大意義

【Elliot的回答(2票)】:

這里有個前提:同類車型、同排量的發動機、同樣的變速箱。那么扭矩大的發動機提速快,并且相對省油。馬力一般體現在該車最高時速能跑多少,說實在很少用到。所以現在德系都在搞渦輪增壓,實現小排量大扭矩。

相同扭矩的車還可以看它的最大扭矩轉速區間,這個區間越寬越占便宜,提速越猛。

不過也要看手動還是自動,如果兩車最大扭力都是250牛頓/米,A車最大扭力轉速是2500-3000轉,B車是1750-4700轉,一般情況下A車干不過B車,但如果A車配備CVT自動變速箱,B車是普通6AT,在100-120邁之前都差不太多,再往后(120邁以上)還是干不過B車,因為轉速需要超過3000轉。如果B車配備手動變速箱,從起步開始A車就沒法追了。

總之,一般用戶所指的動力性主要是提速性能,起步輕輕給一腳油就往前竄,中、后段提速也很猛,這是扭矩大及最大扭矩轉速范圍寬的體現。和排量、馬力沒有絕對的關系。

【蘆建斌的回答(3票)】:

看完 @魚非魚的最高票答案,不知道你混亂了沒有,反正我是混亂了。

我先說說他回答里面的幾個問題;

方法一:功率=牽引力x速度,P=FS。在每個給定的汽車速度下,功率越大,也就是牽引力越大;而牽引力越大,加速度也就越大(給定速度下阻力也是一定的)
首先,P=Fv,筆誤了,但這個無關緊要,而且根據他的說法,似乎也說得通;可是,你仔細推敲一下,F是什么啊?

F=M/r,M為扭矩,r是輪轂半徑

如果r一定(當然一定),F和M完全是線性關系啊!

照答主的邏輯,P=M·v/r,在速度一定的情況下,功率越大,扭矩也越大,怎么說明加速度只由功率決定?

至少要把扭矩這個變量控制不變了才能說明吧。。。。

方法二:動能=功率x時間,E=PT。車的動能等于二分之一的質量與速度平方的乘積(1/2*m*v^2)。同樣從速度a到速度b,增加的動能是一定的。而功率越大,所需的時間也就越小。
首先呢這個公式也有小問題,P是個變量,所以這個式子應該是個積分吧,處理成高中的算式,也得嚴密點寫成

動能的變化量=平均功率×時間

當然,這也是小問題

問題在于這個論述中仍然沒有控制變量M啊

綜上,答主的兩個方法充其量,只能說明汽車加速度和功率有關

但不能說明,汽車“最大加速度只和最大馬力有關”

一個只字,差之千里啊!

那么,汽車的運動性能,或者說,你想最快達到汽車的最大速度的決定因素到底是什么?

如果真如 @魚非魚所說只與汽車最大馬力有關,那這事就太簡單了,以后造馬達就比誰最大馬力大就好了。

真實的情況要復雜的多。

+++++++++++++++++++質疑完畢,開始答題++++++++++++++++

下方看圖說話,原諒我只有書本,沒有電子版

書本為德國某頂尖大學汽車專業教材

左圖是發動機工況圖,x軸為發動機轉速,縱軸為發動機扭矩

實線為扭矩曲線,虛線是發動機最大功率(定值)。

由于扭矩M與轉速n的乘積和功率P成正比,所以作為定值的P在圖中是反比例函數曲線。

扭矩曲線和最大功率曲線相切于一點,這一點,是發動機實際輸出最大功率點。

這一點往往比扭矩最大點來的遲一些

由于實際駕駛中變速器檔位的原因,忽略其中的損失,其輸出扭矩=發動機扭矩×傳動比

檔位越低,傳動比越大,你想象下左圖曲線的每個點數值乘個倍數,就會變成右圖中的1至4檔扭矩曲線。

由于輸出轉矩÷輪轂半徑=牽引力牽引力÷汽車質量=加速度

所以牽引力曲線和加速度曲線見下方左右兩圖。

右圖中實線為理想情況加速度曲線,虛線為實際情況加速度曲線(考慮車身重量在低速時的阻力參數e>1)

說到這里,你會發現,虛線就是實際情況不同檔位的加速曲線,那么,我們該怎么換擋呢?

如上圖如上圖

當不同檔位加速度曲線相交時,就是完美的換擋點,因為高檔位加速度大于低檔位

而這個點位確實需要你轟油門轟到很高轉速,因為往往在每個檔位的末端

而我們平常采用的換擋點都比較靠前,所以換擋時會有加速度的突變,低檔時可能會產生頓挫。

這個問題可以通過改變轉矩曲線,或者增加檔位來改善。

講了這么多,感覺你如果仔細看的話應該能讀明白了。

那么,回到最初的問題,汽車的運動性到底靠什么?

其實,這是個綜合的因素,和很多方面都有關,比如最大功率、最大扭矩、扭矩曲線、檔位設置等等。

比如,你增大了最大功率

如右圖紅色虛線所示,相應的每檔扭矩曲線如綠色實線,加速度曲線類似變化,你自己大概畫畫,加速度均值是比之前提升了。如右圖紅色虛線所示,相應的每檔扭矩曲線如綠色實線,加速度曲線類似變化,你自己大概畫畫,加速度均值是比之前提升了。

再比如,你改變扭矩曲線,其加速度曲線相應改變,其加速性能隨之改變。

描述轉矩曲線,也就是發動機工況的參數有兩個,

em=最高扭矩÷達到最高功率時扭矩

en=達到最高功率時的轉速÷達到最高扭矩的轉速

如下圖

所以,來個表

上述這兩個參數em和en,其值越接近1,其運動性越好(見上圖)

設想一下,如果兩個參數都為1,其曲線應該是什么樣子?

不能想象,就是發動機扭矩最高值和功率最大值在同一轉速達到(如下圖紅色曲線)

如果你之前都明白了,相信你能理解,這樣,確實加速度能更高。

+++++++++++++++++結論++++++++++++++++++++++++==

所以,最后的結論是,想讓車運動性最好,最大馬力盡量大,最大扭矩盡量大,檔位盡量多,換擋盡量完美,發動機工況曲線中兩個參數盡量為1,等等等等

其實,這也只是理論

實際情況,遠遠比這還復雜。

2014-11-07

【付濤的回答(4票)】:

功率是發動機決定的,扭矩是發動機和變速箱決定的

扭矩大并不一定代表提速就快,像卡車扭矩就相當大,有很多都是超過500牛米的

發動機功率大一個是更吃油,一個是有更高的速度,一般來說還是選擇功率大的

一般來說,買一些普通轎車完全不用去在乎扭矩,買貨車呢就要更在乎扭矩(拉貨能力,爬坡能力)

所以看樓主是關注的什么類型的車了

【郭建立的回答(1票)】:

功率=扭矩x轉速, 發動機標的是最大功率,我的理解通常最大功率時扭矩和轉速都得達到一個高點,但此時并不意味著達到了最大扭矩,比如手動1檔起步的時候,猛踩油門,是發動機轉速迅速提升到最大轉速,此時應該是接近最大功率(坡道的話應該更加接近),這個體現的應該是起步加速性能。而最大扭矩應該是在低轉速的時候,起步的一瞬間,尤其體現在坡道起步瞬間。所以兩個都是動力性的體現,如樓上付濤說的,卡車的最大扭矩大,但發動機最大轉速未必高,所以動力性差(當然跟他起步所受阻力大也有關)。

【熊金戈的回答(1票)】:

扭矩發動機性能的一個重要參數,是指發動機運轉時從曲軸端輸出的平均力矩,俗稱為發動機的“轉勁”。扭矩越大,發動機輸出的“勁”越大,曲軸轉速的變化也越快,汽車的爬坡能力、起步速度和加速性也越好。扭矩隨發動機轉速的變化而不同,轉速太高或太低,扭矩都不是最大,只在某個轉速時或某個轉速區間內才有最大扭矩,這個區間就是在標出最大扭矩時給出的轉速或轉速區間。最大扭矩一般出現在發動機的中、低轉速的范圍,隨著轉速的提高,扭矩反而會下降。扭矩的單位是牛頓·米(N·m)或公斤·米(Kg·m)。

發動機的最大扭矩與發動機的進氣系統、供油系統和點火系統的設計有關,在某一轉速下,這些系統的性能匹配達到最佳,就可以達到最大扭矩。另外,發動機的功率、扭矩和轉速是相關聯的,具體關系為:功率=K×扭矩×轉速,其中K是轉換系數。選擇發動機時也要權衡一下怎樣合理使用、不浪費現有功能。比如,北京冬夏都有必要開空調,在選擇發動機功率時就要考慮到不能太小;只是在城市環路上下班交通用車,就沒有必要挑過大馬力的發動機。盡量做到經濟、合理選配發動機

【吳寒思的回答(0票)】:

我的理解,在阻力和重量相同的情況下,扭矩代表提速能力,功率最高速度。提速快不代表最高速度快,反之亦然。當然很多情況下車肉指的主要還是提速慢吧。

【胖頭魚的回答(1票)】:

簡單的解釋如下

馬力決定最高速度;

扭矩決定加速性能;

馬力和扭矩不是相互獨立的,例如同一款車,配置大馬力的發動機,扭矩也會相應增大。

【楊眀的回答(0票)】:

同一輛車,發動機的轉速、最高轉速、扭矩、最大扭矩、功率、最大功率、汽車行駛速度,他們之間相互的邏輯關系是什么?

【longway的回答(4票)】:

當然是扭矩啦,加速度才是血脈噴張的來源

【賀老博導的回答(0票)】:

樓主說的是同等排量下的車型,于汽車而言,影響其動力的,除了發動機的排量,壓縮比,還有變速箱齒輪比的和傳動效率,輪胎的胎徑比和摩擦系數,地盤調教,驅動形式,車身重量等等。

為方便對比,我們選擇同排量同驅動方式相同質量的自然吸氣的車型來對比。這種情況下,馬力大的車型,可以達到最快的速度,比如一般而言120HP的緊湊車最高速度可達200km/h,但扭矩的大小決定其著在單位時間內達到多快的速度。狹義簡單的說,馬力決定最高速度,扭矩決定加速性能。

探討動力性,馬力和扭矩顯然是越大越好。但對民用汽車而言,動力性有個黃金區間。即最大功率和最大扭矩出現的轉速在什么時候,德系和日系是低轉速的代表,在較低的轉速內既可達到最大功率和最強扭矩,機械增壓和渦輪增壓車型這個特點更明顯,前段的動力非常猛。本田和美系車則以高轉速為特點,需要較好轉速,4500以上,其馬力和扭矩在中后段才被釋放。

原文地址:知乎

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