马力扭矩的关系
汽车驱动理论 马力与扭力哪一项最能具体代表车辆性能?有人说:起步靠扭力,加速靠马力,也有人说:马力大代表极速高,扭力大代表加速好,其实这些都是片面的错误解释,其实车辆的前进一定是靠引擎所发挥的扭力,所谓的扭力在物理学上应称为扭矩,因为以讹传讹的结果,大家都说成扭力,也就从此流传下来,为了更正错误,本文以下均称为扭矩
汽车驱动力的计算方式:
将扭矩除以车轮半径,也可以从发动机马力与扭矩输出曲线图中发现,在每不同转速下都有一个相对的扭矩数值,这些数值要如何转换成实际推动汽车的力量呢?答案很简单,就是除以一个长度,便可获得的数据。举例说一下,一台1.6升的发动机大约可发挥15.0kg-m的最大扭矩,此时若直接连上185/60 R14尺寸的轮胎,半径约为41厘米,则经车轮所发挥的推进力量为36.6公斤(事实上公斤并不是力量的单位,而是重量的单位,须乘以重力加速度9.8m/sec2才是力的标准单位牛顿)。
36公斤的力量怎么能推动一吨多的汽车呢?而且动辄数千转的发动机转速更不可能恰好成为轮胎转速,幸好聪明的人类发明了齿轮,利用不同大小的齿轮相连搭配,可以将旋转的速度降低,同时将扭矩放大。由于齿轮的圆周比就是半径比,因此从小齿轮传递动力至大齿轮时,转动的速度、降低的比率、以及扭矩放大的倍数,都恰好等于两齿轮的齿数比例,这个比例就是所谓的齿轮比
『上图为车辆的加速曲线,改变变速箱尺比也可以使这条曲线更加锋利』 举例说明:以小齿轮带动大齿轮,假设小齿轮的齿数为15齿,大齿轮的齿数为45齿。当小齿轮以3000rpm的转速旋转,而扭矩为20kg-m时,传递至大齿轮的转速便降低了1/3,变成1000rpm;但是扭矩却放大了三倍,成为60kg-m。这就是发动机扭矩经过变速箱可降低转速并放大扭矩的基本原理。
在汽车上,发动机将动力输出至轮胎共经过两次扭矩放大的过程,第一次是由变速箱的档位作用而产生,第二次则取决于最终齿轮比(或称最终传动比,也可称为尾牙)。扭矩的总放大倍率就是变速箱齿比与最终齿轮比的相乘倍数。
举例来说:一辆手动档的思域,一档齿轮比为3.250,最终齿轮比为4.058,而引擎的最大
扭矩为14.6kgm/5500rpm,于是我们可以算出第一档的最 大扭矩经过放大后为14.6×3.250×4.058=192.55kgm,比原引擎放大了13倍。此时再除以轮胎半径约0.41m,即可获得推力约为470公斤。然而上述的数值并不是实际的推力,毕竟机械传输的过程中必定有磨耗损失,因此必须将机械效率的因素考虑在内。
论及机械效率,每经过一个齿轮传输,都会产生一次动力损耗,手动变速箱的机械效率约在95%左右,自动变速箱较惨,约剩88%左右,而传动轴的万向接头效率约为98%,各位可以自己计算一下就知道实际的推力还剩多少。整体而言,汽车的驱动力可由下列公式计算:
 扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率
驱动力= ————————————————————
功率是由扭矩计算出来的,而计算的公式相当简单:功率(W)2π×扭矩(N-m)×转速(rpm)/60,简化计算后成为:功率(kW)=扭矩(N-m)×转速(rpm)/9549,。然而功率“kW”要如何转换成大家常见的马力呢?下面还要给大家分析两种不同的马力,英制与公制。公制:1PS=735W;英制:1hp=746W
谈到发动机的马力,相信有些人会下意识的想到DINSAEEECJIS等等不同测试标准,但由于英制与公制的不同,对马力的定义就不一样。
英制的马力(hp)定义为:一匹马于一分钟内将200(lb)重的物体拉动165英呎(ft),相乘之后等于33,000ft-lb/min
公制的马力(PS)定义为:一匹马于一分钟内将75公斤的物体拉动60公尺,相乘之后等于4500kg-m/min。经过单位换算,(1lb=0.454kg;1ft=30.48cm)最终我们发现英制的1hp=4566kg-m/min,与公制的1PS=4500kg-m有些许差异,而如果以功率W(1W=1Nm/sec= 9.8kgm/sec)来换算的话,可得1hp=746W;1PS=735W两项不一样的结果。
『上图为某车的发动工况图,红曲线为输出功率,蓝曲线为扭矩曲线』 到底世界上为什么会有英制与公制的分别,就好像为什么有的汽车是左舵,有的却是右舵一样,是人类永远难以协调的差异点。若以大家比较熟悉的几个测试标准来看,德国的DIN与欧洲共同体的新标准EEC还有日本的JIS是以公制的PS为马力单位,而SAE使用的是英制的hp为单位,但为了避免复杂,国内一率将马力的单位标示为hp。而现在越来越多的汽车厂家已经
采用绝无争议的kw(千瓦)作为发动机动力输出的功率数值。
本田思域 汽车之家不过话说回来,1PS1hp之间的差异仅1.5%,每一百匹马力差1.5匹,差异并不大。一般自然吸气发动机的房车多半仅在200匹马力以下,两者由于定义的差异也仅3匹马力左右,因此如果真要斤斤计较的话,就把SAE标准的数据多个1.5%吧!不过SAEJISDINEEC各种测试标准之间亦有些许差异,单位之间不能真正划上等号,然而在差别不大的情况之下,就当作相同吧!管他是英制还是公制,都差不多可以视为相等。
终于可以做结论了!将上述获得的马力与功率换算方式代入功率与扭矩的换算公式,并且将扭矩的单位换算为大家熟悉的kg-m之后,可得下列结果:
英制马力hp=扭矩(kg-m)×引擎转速(rpm)727
公制马力PS =扭矩(kg-m)×引擎转速(rpm)716
简单的改装件并不会给车辆动力带来明显改善
知道这些公式之后有什么用呢?从「马力hp=扭矩×转速/727」看来,如果能增加引擎转速,
扭矩不变的情况下,便能增加马力。例如若能将转速从6000rpm增加到8000rpm,等于增加了33%,但因为凸轮轴的角度限制使得8000rpm时扭矩下降了10%,而这种情况下仍能使马力增加19.7%,这说明了时下改装计算机为何能在解除断油后大幅增加马力。所以希望大家在改装电脑是更加谨慎。
让我们从另外一个角度来想:如果在同样的转速下,增加20匹马力,代表能增加多少推力呢?以最大扭矩点发挥于5000rpm的情况下,将公式稍微变换一下,可发现增加的扭矩=20hp×7275000rpm=2.9kgm。再将这个结果代入汽车驱动力的公式,同样以思域的一档计算,2.9×3.250×4.058/0.41=93公斤。对于一吨重的车身而言,影响似乎也不怎么大;再者如果相差5匹马力的话,推力更仅增加23公斤,可见相差5匹马力,根本也没差多少,所以能增加5匹马力的产品,到底应该花多少钱去改装,您自己会拿捏了吧?
大马力决定真性能!
到底大马力的车子跑得快,还是大扭矩的车子跑得快?从公式可以知道大马力的原因是:高转速的时候仍保有高扭矩数值,也就是说要有大马力,不只是低转速的扭矩要好,连高转速的扭矩都得继续维持,这表示扭矩与马力的争论根本是多余的,只要能做到高马力,
除了表示各转速区域的扭矩都很大之外,更代表材料技术的优越性,将活塞、进排气门的材质与重量予以强化与轻量化,才能将引擎转速提高。
扭矩与功率的换算公式推导
假设一圆的半径为r(单位为m),扭矩为T(单位为N-m),则圆周上切线方向的力F=T/r,由于功率的定义为「每秒钟所作的功」,对于圆周运动而言,每旋转一圈所作的功为:圆周总长2πr,将F=T/r代入计算,每一圈所作的功W=F×2πr=(T/r)×2πr=2πT,再乘上引擎转速rpm就是每分钟所作的功,但功率P的单位是N-m/sec ,所以需除以60,转换成每秒所作的功。代入公式:P=T2πrpm/60,将常数整理后,则可得P(kW)=Trpm/9545
由上文可见,一台车的动力由发动机传输到车轮,需要经过多组齿轮因此有所损耗,如果德制马力测的是传递到车轮上的动力,那么同样发动机用在不同车型上的动力输出应该不同,试拿bmw330bmw530做比较,其功率均是225hp/5900rpm;结论,要么bmw在数据上,要么它测的是发动机曲轴飞轮上的输出净值。
手动档和自动档除了油耗外,最大的差别在于驾驶乐趣。手动档的车能凭高级的技术把车
的性能发挥到极致。看转速表换档、跟趾减档动作、左脚刹车动作等都是高级的驾驶技术,这里主要说一下利用转速表换档的技术。看转速表换档是一件很简单也极有意义的事。因为一部引擎的工作状况是直接从转速上反映出来的。很多车都会在参数上标上最大输出马力和最大扭矩这两个数值。以三菱的4G63引擎为例,它的最大输出马力是280ps/6500rpm,最大扭矩是39kgm/3500rpm。也就是说在3500转时它才能输出最大的扭矩,而一直要等到6500转它才有最大的马力值输出。这里**一个常识:扭矩大可以让车子加速快,马力大 ...