扭矩
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扭矩

2015年01月01日 12:23
來源:車友頭條
作者:汽車頭條

物理原理

[車友頭條-原創]  

對于家用轎車而言,扭矩越大加速性越好;對于越野車,扭矩越大其爬坡度越大;對于貨車而言,扭矩越大車拉的重量越大。車子的扭矩越大就越好,在行駛的時候也是這樣,在排量相同的情況下,扭矩越大說明發動機越好。在開車的時候就會感覺車子隨心所欲,想加速就可加速,“貼背感”很好。扭矩是評價一款車性能的主要參數之一。評價一款車有一個重要數據,就是該車在0-100公里/小時的加速時間。而這個加速時間就取決于汽車發動機的扭矩。

一般來講,扭矩的最高指數在發動機轉速相對比較低的情況下能夠達到,就說明這款車的發動機工藝較好,力量也好。有些汽車在5000/分的轉速左右才達到該車扭矩的最高指數這說明“力量”就不是此車所長。可以這樣說,我們追求的駕駛樂趣主要來自扭矩,也就是所謂的“推背感”如果某臺車的發動機最大扭矩出現在我們經常使用的轉速范圍內,那么這樣的車絕對可以帶給你非凡的駕駛樂趣。對于家用轎車來說,完美的發動機最大扭矩應該在很低轉速出現,而最大功率在相對比較高的轉速出現。

發動機扭矩


發動機的扭矩就是指發動機從曲軸端輸出的力矩。在功率固定的條件下它與發動機轉速成反比關系,轉速越快扭矩越小,反之越大,它反映了汽車在一定范圍內的負載能力。

在某些場合能真正反映出汽車的“本色”,例如啟動時或在山區行駛時,扭矩越高汽車運行的反應便越好。以同類型發動機轎車做比較,扭矩輸出愈大承載量愈大,加速性能愈好,爬坡力愈強,換擋次數愈少,對汽車的磨損也會相對減少。尤其在轎車零速啟動時,更顯示出扭矩高者提升速度快的優越性。

扭矩和功率一樣,是汽車發動機的主要指數之一,它反映在汽車性能上,包括加速度、爬坡能力等。它的準確定義是位矢(L)和力(F)的叉乘(M),物理學上指使物體轉動的力乘以到轉軸的距離,它能表示發動機所輸出的力的大小(因為發動機中曲軸的半徑一定)。通俗點講,扭矩是衡量一個汽車發動機好壞的重要標準,一輛車扭矩的大小與發動機的功率成正比。

計算方式

計算方法

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現,在每一個轉速下都有一個相對的扭矩數值,這些數值要如何轉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,便可獲得力的數據。舉例而言,一部1.6升的引擎大約可發揮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,則經由車輪所發揮的推進力量為15/0.41=36.6kg的力量(事實上千克并不是力量的單位,而是質量的單位,須乘以重力加速度9.8m/s²才是力的標準單位是牛頓)。

36kg的力量怎么推動一噸的車重呢?而且動輒數千轉的引擎轉速更不可能恰好成為輪胎轉速,利用不同大小的齒輪相連搭配,可以將旋轉的速度降低,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,轉動的速度降低的比率以及扭矩放大的倍數,都恰好等于兩齒輪的齒數比例,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,假設小齒輪的齒數為15齒,大齒輪的齒數為45齒。

當小齒輪以3000rpm的轉速旋轉,而扭矩為20kgm時,傳遞至大齒輪的轉速便降低為1/3,變成1000rpm;但是扭矩反而放大三倍,成為60kgm。這就是引擎扭矩經由變速箱可降低轉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過兩次扭矩的放大,第一次由變速箱的檔位作用而產生,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。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470kg。然而上述的數值并不是實際的推力,畢竟機械傳輸的過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。

若論及機械效率,每經過一個齒輪傳輸,都會產生一次動力損耗,手動變速箱的機械效率約在95%左右,自動變速箱較慘,約剩88%左右,而傳動軸的萬向節效率約為98%。整體而言,汽車的驅動力可由下列公式計算:扭矩×變速箱齒比×主減速器速比×機械效率/輪胎半徑。

公式計算

公式

驅動力=扭矩×變速箱齒比×主減速器速比×機械效率÷輪胎半徑(單位:米)

計算

為什么引擎的功率能由扭矩計算出來?

功率P=功W÷時間t功W=力F×距離s所以,P=F×s/t=F×速度v

這里的v是線速度,而在引擎里,曲軸的線速度=曲軸的角速度ω×曲軸半徑r,代入上式得:功率P=力F×半徑r×角速度ω;而力F×半徑r=扭矩

得出:功率P=扭矩×角速度ω所以引擎的功率能從扭矩和轉速中算出來

角速度的單位是弧度/秒,在弧度制中一個π代表180度

定義:φ-------截面間相對轉角;

γ -------切應變;

τ --------切應力;

T----------扭矩;

r-----------半徑;

l-----------材料長度。

切應變與相對轉角的關系為:

 

切應變與切應力滿足剪切胡克定律:

  

(G為材料的切變模量)

扭矩與切應力之間的關系為:

  

  

為點乘)

最大扭矩

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。

車尾標識

自2015年起,大眾汽車品牌將在中國市場逐步啟用全新“基于發動機扭矩”的車尾標識體系。啟用“基于發動機扭矩”的車尾標識體系,是大眾汽車品牌在中國市場的一次重要革新,不僅讓大眾汽車的扭矩性能一目了然,進而使消費者更加關注發動機的實際性能,而不是僅僅關注排量。 


為此,大眾汽車品牌將其發動機的扭矩值(牛·米)劃分為若干個“扭矩類別”,例如180、230、280、330和380牛·米。車尾標識體系將通過“以牛·米為單位的扭矩類別標記值”加“發動機技術類型”的形式,在搭載了TSI和TDI發動機的大眾汽車品牌乘用車和輕型商用車的右后車尾呈現。例如,新標識“230TSI”所代表的意義是:該車型配備的發動機是扭矩類別為230牛·米的TSI發動機。

 


大眾汽車品牌旗下逐步采用全新的車尾標識的車型將涵蓋A0至B級乘用車、SUV以及MPV商用車。上海大眾汽車的凌渡和一汽-大眾新速騰成為了首批采用大眾汽車品牌全新車尾標識的車型。 

數值及說明

奧拓的最大扭矩只有60.5,是在發動機為3000-4000轉的范圍,由于其排量只有0.8L,在國產微型車中,奧拓的最大扭矩也是相當小的,其他微車較高的能達到110-120;中高排量車的范圍特別大,從110-700多,一般國產中檔車多為200-350,其中邁巴赫exelero在轎車扭矩中登頂,達到1020/2500轉。跑車則普遍較高,400、500是很常見的,現代酷派FX2.0的最大扭矩只能達到185/6000,越野車中,國產的一般在180-300之間(當然國產的排量也比較小),進口則高一些,歐美的一般為400/4800,路虎神行者2004只有240/3000,其衛士也只有400/1950。布加迪威龍16.4以1250/2200 的恐怖扭矩位列跑車扭矩第一位。

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