什么是扭矩

扭矩：扭矩是使物體發生轉動的力。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。

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、爬坡能力以及懸掛等。它的準確定義是：活塞在汽缸里的往復運動，往復一次做有一定的功，它的單位是牛頓。在每個單位距離所做的功就是扭矩了。是這樣的，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。舉個通俗的例子，比如，像人的身體在運動時一樣，功率就像是身體的耐久度，而扭矩是身體的爆發力。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。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。現在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，扭矩的最高指數在汽車2000－4000／分的轉速下能夠達到，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。

扭矩在物理學中就是力矩的大小，等于力和力臂的乘積，國際單位是牛米Nm，此外我們還可以看見kgm、lb-ft這樣的扭矩單位，由于G=mg，當g=9.8的時候，1kg＝9.8N，所以1kgm＝9.8Nm，而磅尺lb-ft則是英制的扭矩單位，1lb=0.4536kg;1ft=0.3048m，可以算出1lb-ft＝0.13826kgm。在人們日常表達里，扭矩常常被稱為扭力（在物理學中這是2個不同的概念）。現在我們舉個例子：8代Civic 1.8的扭矩為173.5Nm@4300rpm，表示引擎在4300轉/分時的輸出扭矩為173.5Nm，那173.5N的力量怎么能使1噸多的汽車跑起來呢？其實引擎發出的扭矩要經過放大（代價就是同時將轉速降低）這就要靠變速箱、終傳和輪胎了。引擎釋放出的扭力先經過變速箱作“可調”的扭矩放大（或在超比擋時縮小）再傳到終傳（尾牙）里作進一步的放大（同時轉速進一步降低），最后通過輪胎將驅動力釋放出來。如某車的1擋齒比（齒輪的齒數比，本質就是齒輪的半徑比）是3，尾牙為4，輪胎半徑為0.3米，原扭矩是200Nm的話，最后在輪軸的扭力就變成200×3×4＝2400Nm（設傳動效率為100%）在除以輪胎半徑0.3米后，輪胎與地面摩擦的部分就有2400Nm/0.3m＝8000N的驅動力，這就足以驅動汽車了。
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，自排變速箱較慘，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×最終齒輪比×機械效率
驅動力= ————————————————————
輪胎半徑（單位：米）

小結：1kgm＝9.8Nm 1lb-ft＝0.13826kgm 1lb-ft＝1.355Nm

一般來說，在排量一定的情況下，缸徑小，行程長的汽缸較注重扭矩的發揮，轉速都不會太高，適用于需要大載荷的車輛。而缸徑大，行程短的汽缸較注重功率的輸出，轉速通常較高，適用于快跑的車輛。簡單來說：功率 正比于 扭矩×轉速

補充一點：為什么引擎的功率能由扭矩計算出來呢？

我們知道，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，在弧度制中一個派代表180度、“扭矩”和“功率”是表征發動機動力性能的重要指標。
發動機通過飛輪對外輸出的扭矩稱為有效扭矩，用Te表示，單位為N·m。有效扭矩與外界施加于發動機曲軸上的阻力矩相平衡。發動機通過飛輪對外輸出的功率稱為有效率，用Pe表示，單位為kW。它等于有效轉矩與曲軸角速度的乘積。
發動機的有效功率可以用臺架試驗方法測定，即用測功器測定有效轉矩和曲軸角速度，然后運用以下的公式便可計算出發動機的有效功率。
Pe＝Te·(2∏·n／60)／1000＝Te·n／9550(kW)
其中：Te——有效轉矩，N·m n——發動機轉速，r／min
有效扭矩的最大值稱為最大轉矩，有效功率的最大值稱為最大功率。
報刊上在介紹某一車型時，其技術參數中的扭矩和功率通常就是最大扭矩和最大功率。而發動機銘牌上標明的功率及相應轉速則稱為額定功率和額定轉速，額定功率一般要小于最大功率，按照汽車發動機可靠性試驗方法的規定，汽車發動機應能在額定工況下能連續運行300—1000h。
關于扭矩和功率的含義，通俗一點講，扭矩好比百米賽跑選手在起跑點蹲撐，蓄勢待發，準備沖向前那一剎那的沖勁；而功率就是維持這股勁可以越跑越快，一直跑到終點的能力。增大發動機的排量，就能提高Te和Pe。為了增大發動機排量，可增加氣缸數(如3缸變4缸)，或者增加單位氣缸的容積(如增大氣缸內徑)。

二、正確理解發動機的“扭矩”和“功率”關系
簡單的說：發動機的扭矩象征其氣缸一口氣所能吸進的油氣量，這個吸氣量是會隨油門開度的加大和發動機轉速的逐漸升高而增加的，但是它不會一直變大上去，到了某一轉速它就會達到顛峰，這就是平時人們所說的最大扭矩。發動機的轉速再上升，它就會逐漸下降，這是汽油發動機等內燃機在扭矩上的特色，也是最不理想的地方。 功率等于扭矩乘以轉速，它象征在單位時間里發動機可吸進的油氣量。所以，當發動機轉速逐漸上升到最大扭矩點時，每口氣吸進的油氣量和單位時間里的吸氣次數都在增加，因此功率一直上升；當轉速超過最大扭矩點后，盡管每口氣吸進的油氣量減少，但由于降幅不大且吸氣次數在增加，所以一直增加到最大功率點為止；當轉速超過最大功率點后，每口氣吸進的油氣量減少幅度要大于吸氣次數的增加幅度，所以功率開始減少。

三、如何比較不同發動機的優劣或強化程度
汽車所要求的發動機動力性指標Te和Pe是在一定轉速下得到的。不同汽車的使用要求不一樣，車速也不一樣(如載貨汽車和轎車使用的車速就不一樣)，所對應的發動機轉速就不一樣，因此不同用途的發動機，即便在有效功率相等的情況下，它們所對應的轉速也是不一樣的，反言之即功率相等的發動機并不能符合所有車型的要求，還必須在考慮功率和扭矩的同時看其所對應的轉速，這樣才能全面看出發動機的動力性能指標Te和Pe是否符合要求。
而Te和Pe這兩項動力性指標并不能直接用來評價不同排量發動機的優劣或強化程度，即不是功率和扭矩大的發動機就好或強化程度就高，而是要看單位氣缸工作容積所發出的功率和扭矩。
TL和PL就是表示單位氣缸工作容積的扭矩和功率，使用這兩項指標才能比較出不同發動機的優劣或強化程度。
汽車發動機TL和PL的范圍：
汽油機：TL＝600kPa—1000kPa PL＝22kW／L—55kw／L
柴油機：TL＝600kPa—900kPa PL＝11kW／L—26kw／L
在額定工況下，發動機每升氣缸工作容積所發出的功率叫升功率。
PL＝Pe／(Vh·i)(kw／L) 其中：Vh——氣缸工作容積(L) i——氣缸數
升功率標征單位氣缸工作容積的利用率，PL越大表示單位氣缸工作容積發出的功率越大，那么當發動機功率一定時，PL越大發動機就越小，材料質量越小。
提高升功率的途徑主要有4個：
(1)增加充氣量燃料燃燒需要空氣，相對燃料而言，空氣更難進入氣缸。采用增壓技術或改善換氣過程(如減少進氣阻力)可提高充氣量。
(2)改善混臺氣質量和燃燒質量在一定的空氣量下，空氣與油料混合均勻，燃燒充分，單位氣缸容積供熱量增多。
(3)提高發動機機械效率 減少機械損失才能增加有效功率的輸出。減少機械損失主要是減少各摩擦副的摩擦損失，其次是減少輔助機構的功率消耗和泵氣損失。
(4)適當提高轉速 主要是增加作功(或充氣)頻率，即增加單位時間的充氣量。但是提高發動機轉速除應考慮機械強度外，轉速增加，每循環的充氣量減少、機械損失增大、燃燒過程難以組織，即轉速提高，會使Pe下降，因此，增加轉速也要適度。