馬力與扭矩的關(guān)系

1、汽車性能由誰決定？論馬力與扭矩的關(guān)系汽車之家   類型：轉(zhuǎn)載  日期：2009/01/03  太平洋汽車網(wǎng)   責(zé)任編輯：梁巍     越來越多車迷了解如何改裝愛車，可以提高動力的輸出，但仍有許多車友并不了解引擎輸出的動力到底如何轉(zhuǎn)化成推動汽車行進(jìn)的力量。對于加速能力與極速而言，扭矩與馬力到底誰比較重要？本文將給大家一個圓滿的解答。 汽車驅(qū)動理論馬力與扭力哪一項(xiàng)最能具體代表車輛性能？有人說：起步靠扭力，加速靠馬力，也有人說：馬力大代表極速高，扭力大代表加速好，其實(shí)這些都是片面的錯誤解釋，其實(shí)車輛的前進(jìn)一定

2、是靠引擎所發(fā)揮的扭力，所謂的“扭力”在物理學(xué)上應(yīng)稱為“扭矩”，因?yàn)橐杂瀭饔灥慕Y(jié)果，大家都說成“扭力”，也就從此流傳下來，為了更正錯誤，本文以下均稱為“扭矩”。扭矩的觀念從小學(xué)時候的“杠桿原理”就說明過了，定義是：垂直方向的力乘以到旋轉(zhuǎn)中心的距離，公制單位為牛頓-米(N-m)，除以重力加速度 9.8m/sec2之后，單位可換算成大家熟悉的公斤-米(kg-m)。英制單位則為磅-尺(lb-ft)，這種單位在美國的車型錄上較為常見，若要轉(zhuǎn)換成公制，只要將lb-ft的數(shù)字除以7.22即可。 汽車驅(qū)動力的計(jì)算方式：將扭矩除以車輪半徑，也可以從發(fā)動機(jī)馬力與扭矩輸出曲線圖中發(fā)現(xiàn)，在每不同轉(zhuǎn)速下都有一個相對的扭

3、矩?cái)?shù)值，這些數(shù)值要如何轉(zhuǎn)換成實(shí)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(shù)據(jù)。舉例說一下，一臺1.6升的發(fā)動機(jī)大約可發(fā)揮15.0kg-m的最大扭矩，此時若直接連上185/60 R14尺寸的輪胎，半徑約為41厘米，則經(jīng)車輪所發(fā)揮的推進(jìn)力量為36.6公斤（事實(shí)上公斤并不是力量的單位，而是重量的單位，須乘以重力加速度9.8m/sec2才是力的標(biāo)準(zhǔn)單位“牛頓”）。但36公斤的力量怎么能推動一噸多的汽車呢？而且動輒數(shù)千轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速更不可能恰好成為輪胎轉(zhuǎn)速，幸好聰明的人類發(fā)明了“齒輪”，利用不同大小的齒輪相連搭配，可以將旋轉(zhuǎn)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，

4、因此從小齒輪傳遞動力至大齒輪時，轉(zhuǎn)動的速度、降低的比率、以及扭矩放大的倍數(shù)，都恰好等于兩齒輪的齒數(shù)比例，這個比例就是所謂的“齒輪比”。上圖為車輛的加速曲線，改變變速箱尺比也可以使這條曲線更加鋒利舉例說明：以小齒輪帶動大齒輪，假設(shè)小齒輪的齒數(shù)為15齒，大齒輪的齒數(shù)為45齒。當(dāng)小齒輪以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而扭矩為20kg-m時，傳遞至大齒輪的轉(zhuǎn)速便降低了1/3，變成1000rpm；但是扭矩卻放大了三倍，成為60kg-m。這就是發(fā)動機(jī)扭矩經(jīng)過變速箱可降低轉(zhuǎn)速并放大扭矩的基本原理。在汽車上，發(fā)動機(jī)將動力輸出至輪胎共經(jīng)過兩次扭矩放大的過程，第一次是由變速箱的檔位作用而產(chǎn)生，第二次則取決于最終齒輪比

5、（或稱最終傳動比，也可稱為尾牙）。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(shù)。    舉例來說：一輛手動檔的思域，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(jīng)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470公斤。然而上述的數(shù)值并不是實(shí)際的推力，畢竟機(jī)械傳輸?shù)倪^程中必定有磨耗損失，因此必須將機(jī)械效率的因素考慮在內(nèi)。論及機(jī)械效率，每經(jīng)過一個齒輪傳輸，都會產(chǎn)生一

6、次動力損耗，手動變速箱的機(jī)械效率約在95%左右，自動變速箱較慘，約剩88%左右，而傳動軸的萬向接頭效率約為98%，各位可以自己計(jì)算一下就知道實(shí)際的推力還剩多少。整體而言，汽車的驅(qū)動力可由下列公式計(jì)算：         扭矩×變速箱齒比×最終齒輪比×機(jī)械效率 驅(qū)動力= 輪胎半徑（單位為公尺） 馬力亦非“力”屬于“功率”的一種了解如何將扭矩經(jīng)由變速箱的齒比放大成為實(shí)際推力之后，接著可以研究什么叫做“馬力”。馬力其實(shí)也不是一種“力”，而是一種“功率”的單位，定義為單位時間內(nèi)所能做“功”的大小

7、。盡管如此，我們不得不繼續(xù)使用“馬力”這個名字，畢竟已經(jīng)用太久了，講“功率”恐怕大多數(shù)消費(fèi)者都聽不懂？功率是由扭矩計(jì)算出來的，而計(jì)算的公式相當(dāng)簡單：功率(W)2×扭矩(N-m)×轉(zhuǎn)速(rpm)/60，簡化計(jì)算后成為：功率(kW)=扭矩(N-m)×轉(zhuǎn)速(rpm)/9549，。然而功率“kW”要如何轉(zhuǎn)換成大家常見的“馬力”呢？下面還要給大家分析兩種不同的馬力，英制與公制。公制：1PS=735W；英制：1hp=746W談到發(fā)動機(jī)的馬力，相信有些人會下意識的想到DIN、SAE、EEC、JIS等等不同測試標(biāo)準(zhǔn)，但由于英制與公制的不同，對“馬力”的定義就不一樣。 &

8、#160;  英制的馬力(hp)定義為：一匹馬于一分鐘內(nèi)將200磅(lb)重的物體拉動165英呎(ft)，相乘之后等于33,000ft-lb/min；    公制的馬力(PS)定義為：一匹馬于一分鐘內(nèi)將75公斤的物體拉動60公尺，相乘之后等于4500kg-m/min。經(jīng)過單位換算，(1lb=0.454kg;1ft=30.48cm)最終我們發(fā)現(xiàn)英制的1hp=4566kg-m/min，與公制的1PS=4500kg-m有些許差異，而如果以功率W(1W=1Nm/sec= 9.8kgm/sec)來換算的話，可得1hp=746W;1PS=735W兩項(xiàng)不一樣的結(jié)果。上

9、圖為某車的發(fā)動工況圖，紅色曲線為輸出功率，藍(lán)色曲線為扭矩曲線到底世界上為什么會有英制與公制的分別，就好像為什么有的汽車是左舵，有的卻是右舵一樣，是人類永遠(yuǎn)難以協(xié)調(diào)的差異點(diǎn)。若以大家比較熟悉的幾個測試標(biāo)準(zhǔn)來看，德國的DIN與歐洲共同體的新標(biāo)準(zhǔn)EEC還有日本的JIS是以公制的PS為馬力單位，而SAE使用的是英制的hp為單位，但為了避免復(fù)雜，國內(nèi)一率將馬力的單位標(biāo)示為hp。而現(xiàn)在越來越多的汽車廠家已經(jīng)采用絕無爭議的kw（千瓦）作為發(fā)動機(jī)動力輸出的功率數(shù)值。不過話說回來，1PS與1hp之間的差異僅1.5%，每一百匹馬力差1.5匹，差異并不大。一般自然吸氣發(fā)動機(jī)的房車多半僅在200匹馬力以下，兩者由于定

10、義的差異也僅3匹馬力左右，因此如果真要斤斤計(jì)較的話，就把SAE標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)多個1.5%吧！不過SAE、JIS、DIN、EEC各種測試標(biāo)準(zhǔn)之間亦有些許差異，單位之間不能真正劃上等號，然而在差別不大的情況之下，就當(dāng)作相同吧！管他是英制還是公制，都差不多可以視為相等。終于可以做結(jié)論了！將上述獲得的馬力與功率換算方式代入功率與扭矩的換算公式，并且將扭矩的單位換算為大家熟悉的kg-m之后，可得下列結(jié)果： 英制馬力hp=扭矩(kg-m)×引擎轉(zhuǎn)速(rpm)727 公制馬力PS =扭矩(kg-m)×引擎轉(zhuǎn)速(rpm)716 簡單的改裝件并不會給車輛動力帶來明顯改善知道這些公式之后有什么用呢

11、？從馬力hp=扭矩×轉(zhuǎn)速/727看來，如果能增加引擎轉(zhuǎn)速，扭矩不變的情況下，便能增加馬力。例如若能將轉(zhuǎn)速從6000rpm增加到8000rpm，等于增加了33%，但因?yàn)橥馆嗇S的角度限制使得8000rpm時扭矩下降了10%，而這種情況下仍能使馬力增加19.7%，這說明了時下改裝計(jì)算機(jī)為何能在解除斷油后大幅增加馬力。所以希望大家在改裝電腦是更加謹(jǐn)慎。   讓我們從另外一個角度來想：如果在同樣的轉(zhuǎn)速下，增加20匹馬力，代表能增加多少推力呢？以最大扭矩點(diǎn)發(fā)揮于5000rpm的情況下，將公式稍微變換一下，可發(fā)現(xiàn)增加的扭矩=20hp×7275000rpm=2.9kgm

12、。再將這個結(jié)果代入汽車驅(qū)動力的公式，同樣以思域的一檔計(jì)算，2.9×3.250×4.058/0.41=93公斤。對于一噸重的車身而言，影響似乎也不怎么大；再者如果相差5匹馬力的話，推力更僅增加23公斤，可見相差5匹馬力，根本也沒差多少，所以能“增加5匹馬力”的產(chǎn)品，到底應(yīng)該花多少錢去改裝，您自己會拿捏了吧？大馬力決定真性能！到底大馬力的車子跑得快，還是大扭矩的車子跑得快？從公式可以知道大馬力的原因是：高轉(zhuǎn)速的時候仍保有高扭矩?cái)?shù)值，也就是說要有大馬力，不只是低轉(zhuǎn)速的扭矩要好，連高轉(zhuǎn)速的扭矩都得繼續(xù)維持，這表示扭矩與馬力的爭論根本是多余的，只要能做到高馬力，除了表示各轉(zhuǎn)速區(qū)域的扭矩都很大之外，更代表材料技術(shù)的優(yōu)越性，將活塞、進(jìn)排氣門的材質(zhì)與重量予以強(qiáng)化與輕量化，才能將引擎轉(zhuǎn)速提高。扭矩與功率的換算公式推導(dǎo)假設(shè)一圓的半徑為r(單位為m)，扭矩為T(單位為N-m)，則圓周上切線方向的力F=T/r，由于功率的定義為每秒鐘所作的功，對于圓周運(yùn)動而言，每旋轉(zhuǎn)一圈所作的功為：F×圓周總長2r，將F=T/r代入計(jì)算，每一圈所作的功W=F×2r=(T/r)×2r=2T，再乘上引擎轉(zhuǎn)速rpm就是每分鐘所作的功，但功率P的單位是N-m/sec ，所以需除以60，轉(zhuǎn)換成每秒所作的功。代入公式：