首先直接回答关于题主的两个问题
1.汽车发动机的两个参数马力和扭矩,哪个更能体现动力性?
2.列表中的哪个发动机动力性更强?
对于问题2,回答是列表信息严重不足,无法比较。(说实话,列表列的是什么,我没看明白)
大部分人应该对问题1更感兴趣,这个问题比较有意思。一般你看汽车网站,汽车杂志什么的,编辑似乎喜欢强调这个车扭矩多大多大,百公里加速多少多少,很容易让你产生一种扭矩大,加速性就好的感觉。
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1.动力性是指什么?
2.如何理解扭矩和功率(马力)?
3.扭矩和功率与动力性的简单关系。
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- 动力性是指什么?
通常,对于一般乘用车而言,衡量汽车的动力性的指标有3个:最高车速,最大爬坡度和加速能力(很多时候会用百公里加速时间来衡量)。
这3个指标与发动机的性能有极大关系,同时也与车的设计(车重,外形,轮胎选型,传动效率等),变速箱也都有很大关系。可以看到,这3个指标都没有对发动机的参数进行直接考量,因此,脱离开车的设计因素,单单拿发动机的参数来评价汽车的动力性,是没有太多意义的。
接下来先上一个简单暴力的结论:不考虑车的设计这方面因素,
最高车速与发动机最大功率有关;
加速能力跟输出到车轮端扭矩有关;最终由发动机功率决定。什么,你说那爬坡呢?
其实,除非你在考虑买一辆载重货车或是汉兰达,一般家用买菜车可以不用太在意这个细节啦。这里我们就不多讨论这个指标啦,我想你应该对最高车速,尤其是加速能力更关心一点吧,太多太多汽车杂志和网站喜欢告诉你这个车百公里加速多少多少啦。———————基础———————
- 如何理解扭矩和功率。
首先我们先来看扭矩和功率是什么东西(我不会告诉你,精髓在英文):
扭矩可以简单理解成可以使物体旋转转动或转动趋势的一个力。
Torque is a force that tends to rotate or turn things.
如下图:而功率则是做功的快慢的一种量度。
POWER is the measure of how much WORK can be done in a specified TIME 。
那么扭矩和功率是什么关系呢?感兴趣的同学可以自己推导一下, 他们之间用数学表达就是:;
——Power,单位Kw; ——Torque,单位Nm; ——转速,单位r/min。这个公式很重要,如何理解这个公式是这个问题的精髓所在。
其实,发动机功率不是直接测量得来的,在台架上可以通过测量扭矩和转速,根据上面式子算出来的。————————风骚的分割线——————
- 扭矩和功率与动力性的关系
先来看最高车速吧。
现在,看看上面的公式,那些变量哪些是与时间有关,然后根据你的直觉大声回答我:最高车速是由上面公式中那些变量决定?
如果你不能回答出来,让我很伤感,因为第1节就给出答案了你都没有看,我白写了(T T)。
而且很明显嘛,想想都知道,上面公式中扭矩T和功率P就P与时间有关系,不难猜出来是功率。擦干眼泪,无往继续带你用最简单快速的方法推导一下吧。
(这个公式我就不推导了吧,中学物理水平)最大车速下,汽车的所受阻力只剩下空气阻力和滚动阻力了。
滚动阻力基本可以看成是定值,空气阻力与速度的平方成正比,于是上式可以变成了:
a, b是一个常数,你可以理解为a,b都跟车的设计有关的参数,每款车都不一样。当然汽车设计过程中是不会就这么粗略去计算a,b这个值的,而是会引入更多的更复杂的公式和模型。这里只是为了简单说明问题。
到此可以得出结论,不考虑车的因素,单单考虑发动机,最高车速由最大功率决定。
PS:如果你们对空气阻力感兴趣,可以跟 @Rosier 聊聊。嗯,就酱!不用谢!接下来看加速能力。
相信你肯定听过这样的说法:“扭矩决定加速性能”。这个说法到底对不对呢?
我们还是从源头说起,根据伟大的艾萨克▪牛顿爵士告诉过我们的定律:
;
车子的重量 m 一定,要想获得大的加速度 a ,使轮子转动的力 F 一定要大。
根据上面的基础知识,扭矩不就是使车轮转动的力嘛,于是:
; T为扭矩,r为轮子半径。
到此,我们可以得到第一个初步结论——由于车子的重量 m 和轮胎半径 r 为定值,决定车子加速的是施加到轮子上扭矩 T。
到这,有同学就说了:我就说了嘛,扭矩决定加速度嘛!
但是,等等!这里的扭矩是指“轮子上的扭矩”,我可没有说是发动机的扭矩啊。这时候就该变速器登场啦。
变速器将发动机输出的扭矩改变传送到轮子上,改变的倍数为传动比GR (Gear Ratio):
同时将发动机的输出转速改变传送到轮子上,改变的倍速同样为传动比GR。
传动比你就简单理解成输出与输入的齿轮的半径之比就好了。很绕是吧,关于变速器的作用,你可以记住一个关键词——“减速增扭”就好。当然看得懂下面这张图更好。
如果你非要问为什么要减速增扭,我之前回答过一个汽车为什么要换挡的问题,虽然答得不好,但是感兴趣可以去找来看一下。说到这,有同学问了,人家问的是功率大还是扭矩大的发动机动力性好,你扯变速器干啥?
别急,刚才说了,变速器的作用其实是——扭矩放大器(Torque Multiplier)!
也就是说变速器可以将发动机输出的扭矩放大后传动到车轮上。回到题主的问题,相同的汽车,两辆功率扭矩相近的发动机,一台扭矩更大,另一台功率更大。扭矩较小的一台发动机可以选择更大一点的传动比,从而使输出到轮子的扭矩更大。
到此,我们也基本得到结论,发动机的最大输出扭矩并不能决定汽车的加速性能,通过改变速比可以来获得不同的到轮边的输出扭矩。
为什么说是功率决定加速性能呢?我们将上面的公式简单处理一下,可以得到:
;
这个公式告诉我们什么呢?在一定车重和一定速度下,汽车加速度是由发动机的功率决定的。在一定功率下,车速越高,加速能力越小。
那么是不是一辆车发动机的最大功率越大,那它的加速性就越好呢?
举一个例子吧,如下图,同样的车重,变速器一样,配备下面的两个发动机,哪一个加速性能更好?哪一个会最终车速得更高?最终车速更高的将会是蓝色发动机。
加速性能更好的将是红色的发动机,为啥不是蓝色的呢?
因为红色的发动机在大部分转速/车速范围内有更大的功率,根据上面的加速与功率关系的公式,同样车速下,P越大,a也就越大。To be continued. 有空再更新吧。
来源:知乎 www.zhihu.com
作者:无往
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延伸阅读:
“发动机扭矩”是什么?“发动机功率”是什么?“发动机转速”是什么?
什么类型的汽车发动机动力性更好?