各類高中物理練習(xí)冊在《機(jī)械能》一章中都要涉及到有關(guān)汽車功率、牽引力、行駛速度的問題，筆者查閱了有關(guān)資料并向汽車駕駛員請教后，就下列幾個(gè)問題談一些膚淺認(rèn)識(shí)，望能起到拋磚引玉的作用。
一、汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)是一般汽車總體構(gòu)造四大部分（發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身和電氣設(shè)備）的核心部分。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力裝置，其作用是將所供入的燃料燃燒，使熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能而發(fā)出動(dòng)力，并通過汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)主要有動(dòng)力性指標(biāo)（有效扭矩、有效功率、轉(zhuǎn)速等）、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)（燃油消耗率）以及運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)（冷起動(dòng)性能、噪聲和排氣品質(zhì)等）。下面談?wù)勁c本文有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。
?。?）有效扭矩 發(fā)動(dòng)機(jī)通過飛輪對外輸出的扭矩稱為有效扭矩，用Me表示，單位為N?m．發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩是由于燃燒氣體作用在活塞上的力通過連桿椎動(dòng)曲柄而產(chǎn)生的。
?。?）有效功率 發(fā)動(dòng)機(jī)通過飛輪對外輸出的功率稱為有效功率，用Pe表示，單位為kW。它是發(fā)動(dòng)機(jī)克服了各部分摩擦阻力和驅(qū)動(dòng)各種輔助裝置（如水泵、機(jī)油泵等）所消耗的功率后所得到的凈功率。有效功率的計(jì)算公式為:
（3）轉(zhuǎn)速 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速影響其結(jié)構(gòu)形式與性能，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以使功率提高，但轉(zhuǎn)速的提高受到許多條件的限制。
（4）燃油消耗率（比油耗）發(fā)動(dòng)機(jī)要發(fā)出1KW有效功率，在1小時(shí)內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量（g），稱燃油消耗率，用ge表示，單位為g/kW?h。ge越小，經(jīng)濟(jì)性越好。
發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性是指發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩和燃油消耗率隨曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。當(dāng)油門開到最大時(shí)，所得到的速度特性稱為發(fā)動(dòng)機(jī)外特性，如圖1所示。發(fā)動(dòng)機(jī)外特性代表了發(fā)動(dòng)機(jī)在使用中允許達(dá)到的最高性能，因此最為重要。一般發(fā)動(dòng)機(jī)的銘牌上標(biāo)明的功率Pe，扭矩Me及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n，最低燃油消耗率ge等都是以外特性為依據(jù)的。發(fā)動(dòng)機(jī)功率的大小，均標(biāo)明產(chǎn)生該功率時(shí)曲軸的相應(yīng)轉(zhuǎn)速。如解放CA-10B型載重汽車，最大功率/轉(zhuǎn)速為70千瓦/2800轉(zhuǎn)/分，東風(fēng)EQ-240型越野汽車最大功率/轉(zhuǎn)速為99千瓦/3000轉(zhuǎn)/分。一般習(xí)題中所說的汽車額定功率就是指的最大有效功率。由圖1可知，在n1～n2范圍內(nèi)，因Me和n都是逐漸增加的，故Pe是隨n的增加而增加的。在n2～n3范圍內(nèi)，n雖然繼續(xù)增加，但Me卻逐漸降低，故Pe是緩慢地增加，到n3時(shí)Pe達(dá)最大值。轉(zhuǎn)速超過n3時(shí)，雖然n是增加的，但由于Me下降很快，故Pe也逐漸下降。發(fā)動(dòng)機(jī)最小燃油消耗率的相應(yīng)轉(zhuǎn)速為n5，它的數(shù)值一般介于n2和n3之間。因此，一般發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所使用的范圍應(yīng)盡可能在最大功率轉(zhuǎn)速與最大扭矩轉(zhuǎn)速之間，即提倡所謂的中速行車”，這樣方可保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性情況下工作。車速過高和過低，都將增加燃油的消耗。
二、變速器 變速器是實(shí)現(xiàn)變速、傳遞和改變扭力的大小、改變汽車進(jìn)退方向及使驅(qū)動(dòng)車輪脫離發(fā)動(dòng)機(jī)影響的傳動(dòng)裝置。變速器一般由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)組成。變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是改變轉(zhuǎn)速及扭矩的數(shù)值和方向；操縱機(jī)構(gòu)的作用是實(shí)現(xiàn)變速器傳動(dòng)比的變換——換檔。發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間是離合器，離合器保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可靠接合和徹底分離。
變速器傳動(dòng)速度改變的大小，用傳動(dòng)速比i來表示。傳動(dòng)速比等于主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速n主與從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速n從之比；也等于從動(dòng)輪的齒數(shù)Z從與主動(dòng)輪的齒數(shù)Z主之比，即
i=n主/n從=Z從/Z主 （2）
變速器扭矩的改變：在略去變速器傳動(dòng)摩擦損失的情況下，輸入功率P入應(yīng)等于輸出功卒P出。由（L）式可知發(fā)動(dòng)機(jī)的功率Pe主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和輸出扭矩Me，故由P入=P出得:
即有
n入/n出=M出/M入 （3）
（3）式表明，在發(fā)動(dòng)機(jī)輸入的n入、M入不變時(shí)，變速器輸出的n出降低多少，則輸出的M出就增大多少；反之，n出增高多少，M出就減少多少。由（2）、（3）式得變速器傳動(dòng)比也等于從動(dòng)輪上的扭矩M從與主動(dòng)輪上的扭矩M主之比。這說明傳動(dòng)比既是降（增）速比，也是增（降）扭比。
三、如何改變速度和牽引力
汽車的牽引力
F牽=M驅(qū)/r驅(qū)=Me i?i主?ηm/r驅(qū) （4）
(4)式中的M驅(qū)為驅(qū)動(dòng)扭矩；r驅(qū)為輪胎滾動(dòng)半徑； i主為主減速器速比。主減速器的作用是降低傳動(dòng)軸傳來的轉(zhuǎn)速，同時(shí)增大扭矩，并改變力的傳動(dòng)方向90°。nm為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率。由（4）式可知，當(dāng)Me、nm、r驅(qū)一定時(shí)，速比越高，M驅(qū)和F牽越大。
汽車變速亦稱換檔。一般汽車的檔位分為低速檔、中速檔和高速檔，如解放CA1091型汽車以一、二檔為低速檔，三檔為中速檔，四、五檔為高速檔。變速的實(shí)質(zhì)是改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的比值。如東風(fēng)EQ1090型汽車各檔的速比、扭力和速度關(guān)系如下表所示。
表中1、2、3、4、5是前進(jìn)檔位，6是倒車檔位。從表中可知，檔位越低，速比越大，汽車驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速越低，但獲得的扭矩和牽引力越大；反之，檔位越高，速比越小，汽車驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速越高，但獲得的扭矩和牽引力越小。
在汽車行駛的實(shí)際應(yīng)用中，如行駛總阻力增大至需要加大牽引力（如起步、上坡、通過困難路段）時(shí)，就應(yīng)選用低速檔，以使驅(qū)動(dòng)輪獲得較大的扭矩。但在使用低速檔時(shí)，速度慢，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，溫度容易升高，燃料消耗也大。因此，在行駛總阻力不大的情況下，應(yīng)盡量縮短低速檔行駛的時(shí)間，更不宜在低速檔時(shí)過多地踏下油門（即踏下加速踏板）而片面追求速度。中速檔是由低速檔到高速檔或由高速檔到低速檔的過渡檔位。它的加速性能比較好，行駛的速度比較快，使用的機(jī)會(huì)也比低速檔多，但與高速檔比較，就很不經(jīng)濟(jì)。高速檔使用時(shí)，傳遞到驅(qū)動(dòng)輪的扭矩較小，汽車行駛速度較快，而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低，磨損較小，燃料消耗少，有較好的經(jīng)濟(jì)效益，適用于在路況較好的情況下長距離行駛。即在良好的道路上，應(yīng)以高速檔的經(jīng)濟(jì)速度行駛。經(jīng)濟(jì)車速又因車型不同而有所區(qū)別。如解放CA141型汽車的經(jīng)濟(jì)車速為45～50km/h，解放CA10B型汽車的經(jīng)濟(jì)車速為30～40km/h。車速過高，不僅增加燃料消耗，加劇機(jī)件輪胎的磨損，又容易發(fā)生行車事故；車速過低，既降低了運(yùn)輸效率，燃料燃燒還可能增多，也是很不適宜的。堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)車速行車，即前文所述的提倡“中速行車”。在車速掌握上，除堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)車速外，還必須遵守所在地區(qū)交通管理的限速度規(guī)定，不得超出規(guī)定的車速限制。
綜上所述，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率、發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩、汽車的行駛速度、汽車的牽引力是一個(gè)互相制約的系統(tǒng)工程。最大扭矩Memax及其對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為n2，最大功率對應(yīng)的扭矩Mg及相應(yīng)轉(zhuǎn)速n3，當(dāng)這兩個(gè)扭矩之差（Memax-Mg）越大，則汽車在不換檔的情況下發(fā)動(dòng)機(jī)克服阻力的潛力越大；與最大扭矩Memax對應(yīng)的轉(zhuǎn)速n2越低，發(fā)動(dòng)機(jī)克服阻力的潛力越強(qiáng)。大范圍改變汽車行駛速度，改變汽車牽引力，應(yīng)使用換檔的手段來實(shí)現(xiàn)。最低的前進(jìn)檔位對應(yīng)最低的速度和最大的扭矩、牽引力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；最高的前進(jìn)檔位對應(yīng)最大的速度和最小的扭矩、牽引力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這就是通常所說的“減速增力和減速增矩”。當(dāng)檔位一定，在不太大的范圍內(nèi)調(diào)整車速時(shí)，只需適當(dāng)加大油門或減小油門即可。
