流言終結者:馬力和扭矩,哪個是汽車動力性能的關鍵指標?

流言終結者 自行車 汽車工程師聯盟 2019-06-27

通常我們評價一臺車性能如何,加速快不快,最大馬力和最大扭矩是兩個最關鍵的指標。但很多人有個誤區,認為“加速看扭矩,極速看馬力”。為什麼說這句話是錯的?我們應該如何簡單理解馬力和扭矩?兩者之間有什麼不同?哪個又是汽車動力性能的關鍵指標?

流言終結者:馬力和扭矩,哪個是汽車動力性能的關鍵指標?

扭矩從定義上看,是使物體發生轉動的一種特殊的力矩,日常生活中我們在擰瓶蓋、緊螺絲、蹬自行車、打方向盤等場景下,都是在給物體施加扭矩。以蹬自行車來舉例,腿部的發力集中在前腳掌,施加給腳蹬子,這個力通過連接腳蹬子和牙盤的曲柄傳遞給牙盤,也就相當於我們給牙盤施加了一個扭矩,使牙盤轉動,從而使鏈條帶動後輪轉動。

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同樣的道理,在汽車發動機的運轉過程中,氣缸中被點燃的混合氣給活塞一個向下的推動力,這個力通過連桿傳遞給曲軸,也就是給曲軸施加了一個扭矩,使曲軸轉動,再經過變速箱、傳動軸、差速器、半軸等等,從而最終使車輪轉動。

流言終結者:馬力和扭矩,哪個是汽車動力性能的關鍵指標?

在整個力的傳遞過程中,扭矩的大小取決於混合氣所產生推力的大小,“力臂”的長短,以及傳遞過程中能量的損失。對於汽車來說,控制扭矩的力臂並不是某根連桿,而是靠齒輪,齒輪相當於槓桿。由於變速箱的不同擋位有著不同的齒輪比設定,擋位越低齒比越大,所以也就可以利用變速箱的擋位來控制扭矩的放大和縮小。

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對扭矩來說,選擇合理的擋位,也就是齒比的大小,甚至比讓發動機處於最佳轉速區間更重要一些。舉個例子,假設一臺車以恆定的速度行駛,此時為三擋,發動機曲軸也正以峰值扭矩50牛·米進行輸出,而三擋的變速箱齒比可以將扭矩放大三倍,因此實現發動機輸出扭矩150牛·米。我們在車速不變的情況下將擋位降為二擋,此時轉速升高,曲軸並非處於峰值扭矩的轉速,因此只能輸出40牛·米扭矩,但二擋的變速箱齒比可以將扭矩放大四倍,因此發動機能夠輸出160牛·米的扭矩。

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同時,如果兩臺車進行對比,並非扭矩越大的那臺車,加速就越快。雖然大扭矩確實對加速有一定幫助,但扭矩的大小更多影響的是汽車的負載能力、脫困能力等等。扭矩越大,更多意味著發動機的“力氣”越大,就像大力士,可以輕而易舉地搬起重物,但是跑得不一定快。

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再來看馬力,馬力和功率是一個意思,只不過計量單位不一樣,從定義上,指的是物體在單位之間內做功的多少。簡單理解,馬力的大小決定了物體的移動速度,也就是我們常說的,馬力越大,車跑得越快。

同時馬力與扭矩也是有關係的,簡化一下,馬力=扭矩×轉速,所以如果我們保持發動機扭矩恆定,那發動機的轉速越高,所產生的馬力也就越大,就能獲得更多的動力。

流言終結者:馬力和扭矩,哪個是汽車動力性能的關鍵指標?

通常我們在看一款車的配置表時,上面只會寫著最大馬力、最大扭矩的數值,以及所對應的轉速。這些信息對於絕大多數消費者來說,已經足夠了。但如果是業內人士,或是好研究的車主,會更在意一臺車的馬力扭矩曲線。

馬力扭矩曲線雖然對於每一款車、每一款發動機來說都是獨一無二的,但只要是對於汽油車,兩條曲線都會有些共同的特徵。扭矩曲線通常會在曲線中部範圍內有一個最高點,如果是渦輪增壓車型,會在一個轉速區間內形成一個扭矩平臺,可以持續輸出最大扭矩,例如1500-4000rpm範圍內。在1500rpm以下,扭矩隨轉速增大而增大,而在4000rpm以上,扭矩隨轉速增大而減小。而馬力曲線則會一直隨著轉速增大而增大,最終在接近發動機紅線轉速前,6000rpm或是7000rpm,達到峰值後下落。

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然後問題就來了,兩條曲線很難有一個相同轉速下的制高點,那在什麼轉速下,車輛的加速最快呢?答案是在最大馬力的轉速範圍上下。為什麼不是最大扭矩的轉速呢?因為馬力=扭矩×轉速,扭矩最大時,轉速不夠高,因此馬力並不強勁。只有轉速上去了,雖然已經過了扭矩峰值,但轉速的提升速度明顯要高於扭矩的下降速度,因此馬力還是會隨著轉速的提高而增加。如果你不信,你可以用自動擋車試驗一下,加速時直接油門到底,觀察一下升擋時的轉速,就能證明了。

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理論聊完了,最後留個問題。假設有兩臺質量、大小等各項數據完全相同的車,一臺擁有200匹最大馬力,100牛·米最大扭矩,而另一臺擁有100匹最大馬力,200牛·米最大扭矩,那麼誰的0-100公里/小時加速時間更短呢?

流言終結者:馬力和扭矩,哪個是汽車動力性能的關鍵指標?

很顯然,馬力更大的那臺。

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