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扭矩與功率的博弈,淺談汽車加速度是由扭矩決定、還是功率決定

加速度到底由扭矩決定、還是功率決定?關於這個問題的爭議其實已經持續多年,實際上這就是功率與扭矩之間的博弈。在很多朋友的認知中,汽車的加速度由扭矩來決定而功率只能決定汽車的加速度?那麼這種觀點是否正確,為什麼會產生扭矩決定加速度的認知?

扭矩與功率的博弈,淺談汽車加速度是由扭矩決定、還是功率決定

原因其實很簡單,隨著渦輪增壓發動機的全面普及,所產生的最明顯變化就是發動機的扭矩(包括低扭)大幅度增加,比如當今的一些高功版1。5T發動機在功率方面已經達到2。5L自吸發動機的水平,但峰值扭矩方面卻比2。5L自吸強,而同級別車型提速對比,這1。5T更快,所以就產生了扭矩決定加速度的說法,實際上這種說法的確是在渦輪增壓的普及過程逐漸產生的。

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而即便是自吸車,給車子換上個大齒比的尾牙,也同樣能提高加速能力,比如二代飛度原廠尾牙是4。6,換上4。92或5。07的尾牙之後,提速能力增強;尾牙*擋齒輪比就是整車的減速比,尾牙比增加等同於在放大發動機輸出的扭矩的倍數,所以扭矩決定加速度的說法怎麼看都是正確的,因為在相同的轉速區間扭矩增加,車子的提速能力也的確是變強了。

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扭矩只是構成功率的一個因素

實際上汽車的加速度與極速都是由功率來決定,確切的說是由某一時刻下發動機所輸出的功率大小決定;從表面上看同級別車型中扭矩特性好的車子提速的確更快,但本質上卻是功率的比拼,因為在相同或相接近的轉速下,誰輸出的扭矩更大、誰輸出的功率也更大;因為功率=扭矩*轉速/9550,結合這個公式來看,扭矩更大的同時、功率也變得更大;我們可以得出以下結論,相同的轉速下、扭矩大、功率大、加速度快。

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可能這麼說不容易看懂,我們不妨舉個實際例子來說明,有甲乙兩車,它們的外觀、重量、變速箱、輪轂、輪胎、阻力等一系列引數完全一致,而差異僅僅是發動機的扭矩特性不同(減少變數便於對比,如果變數太多就沒辦法比較了),甲車發動機在2000轉時可輸出200nm的扭矩,而乙車發動機2000轉時可輸出150nm,那麼在2000轉時輛車誰的加速度更快(傳動比一致)?答案很簡單,肯定是甲車更快,因為它的扭矩大?

甲功率=200nm*2000轉/9550=41。8kw

乙功率=150nm*2000轉/9550=31。4kw

從表面上看甲車在2000轉時加速更猛是因為此刻扭矩更大的原因,但實際卻是因為此刻功率更大的原因,因為輸出扭矩更大所以在相同的轉速下使功率輸出變得更強,這就是我們常說的渦輪增壓機功率輸出更靠前的原因,所以扭矩是構成功率的一個引數,扭矩決定不了加速度、但卻可以改變功率的輸出特性,而功率可以決定加速度,所以扭矩決定加速度的本質就是扭矩可以讓功率輸出得更大,而更大的功率決定了加速度。

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談扭矩離不開轉速

扭矩、轉速決定功率的大小,這兩個都可以改變功率的輸出特性,高扭高轉,高扭低轉、低扭高轉從理論上都可以獲得理想的加速度,關鍵在於如何去組合、如何去結合場景使用;扭矩低的車子加速一定就慢麼?當然不是,因為加速度是由發動機輸出功率所決定的,所以即便扭矩差、我們完全可以從轉速上來彌補扭矩的差異,還用上文中的甲乙兩車為例,乙車知道自己存在扭矩上的劣勢,所以選擇作弊,準備用4000轉來一次彈射起步,假設4000轉時乙車發動機輸出扭矩還是150nm。

甲功率還是41。8千瓦(同上)

乙功率=150nm*4000轉/9550=62。8kw

這時候誰更快?顯然是乙更快,即便它輸出扭矩偏低,但這更高的轉速拉出了更高的功率,所以乙車的加速度更快;這也是過去為什麼比賽用的車輛大都是自然吸氣發動機的原因,比賽全程保持接近紅線的轉速、保持發動機較高的功率輸出,有沒有強大的扭矩反而不那麼重要,因為功率決定加速度,而轉速、扭矩都能決定功率的大小,所以扭矩不行、可以依賴轉速,經典的例子的就是F1過去用的自吸發動機扭矩僅有400nm左右,但加速也快,別說重量輕、給摩托裝一臺400nm的發動機還是跑不過F1。

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功率決定加速度、極速

實際上功率決定加速度就是中學物理課本上的知識,各位不妨去問問自己曾經的物理老師們,就沒有一個敢說加速度是由扭矩決定的,不知道扭矩決定加速度這種反物理的說法是如何產生的?如上圖所示,路虎發現4的3。0T柴油版峰值扭矩高達600nm,而汽油版峰值扭矩只有450nm,為啥汽油版提速更快?原因就在於轉速對功率產生的影響並不比扭矩小,功率、扭矩、轉速其實是一個整體,無視整體而僅考慮扭矩的大小是不理智的;再舉一個例子,假設甲乙兩車其它引數完全一致,只是發動機特性不同

甲:10kw=1000nm*轉速/9550

乙:40kw=150nm*轉速/9550

扭矩與功率的博弈,淺談汽車加速度是由扭矩決定、還是功率決定

兩款車誰的加速更快?按照扭矩決定加速度的邏輯,1000nm足夠大吧?甲車的加速度應該很快對麼?咱們不妨來計算下轉速,甲車發動機95轉每分、乙車2546轉,那麼甲乙兩車誰的加速度更快?答案肯定是乙車更快,光扭矩大沒用、關鍵要有轉速,可功率不夠即便扭矩高也獲得不了轉速,沒轉速怎麼可能跑得快?車輪轉得再無力,每分轉60圈也比勢大力沉的轉10圈要快得多,這個例子雖然極端、但很容易看懂轉速的意義,那些單缸拖拉機都有勁、卻跑不快,大貨也是同樣的道理。

總而言之加速度是由輸出功率決定的(注意不是峰值功率),而扭矩、轉速決定了功率如何去輸出,扭矩特性好的發動機可以讓功率輸出得更靠前,功率=扭矩*轉速,某個轉速區間下的扭矩越好、輸出功率就越大,加速度也更大,所以從表面上看的確是扭矩在起作用,而本質上還是功率的博弈;就像市面上的2。5L自吸與2。0T,同樣是2000轉的轉速,2。0T能輸出扭矩350nm、而2。5L自吸2000轉時連150nm都夠嗆,所以2。0T一定更快,可這是在比扭矩大小麼?

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其實比的是功率,2000轉時2。0T輸出功率更大、所以加速度更快,而輸出功率更大的原因是因為更大的扭矩,所以扭矩的確很重要、它可以決定某個轉速區間下的功率輸出的大小;扭矩決定不了加速度,因為離開轉速的扭矩一文不值,但扭矩與轉速兩者可以決定加速度,但扭矩*轉速不就是功率麼?繞來繞去終於繞出結論了,扭矩不能決定加速度、轉速也不能決定加速度,但扭矩、轉速這兩個引數卻可以決定加速度,而有了轉速的扭矩或有了扭矩的轉速就是功率,所以有且只有功率能決定加速度。