[科普中国]-扭矩

物理原理

对于家用轿车而言，扭矩越大加速性越好；对于越野车，扭矩越大其爬坡度越大；对于货车而言，扭矩越大，车拉的重量越大。车子的扭矩越大就越好，在行驶的时候也是这样，在排量相同的情况下，扭矩越大说明发动机越好。在开车的时候就会感觉车子随心所欲，想加速就可加速，“贴背感”很好。扭矩是评价一款车性能的主要参数之一。评价一款车有一个重要数据，就是该车在0－100公里/小时的加速时间。而这个加速时间就取决于汽车发动机的扭矩。

一般来讲，扭矩的最高指数在发动机转速相对比较低的情况下能够达到，就说明这款车的发动机工艺较好，力量也好。有些汽车在5000r/min的转速左右才达到该车扭矩的最高指数这说明“力量”就不是此车所长。可以这样说，我们追求的驾驶乐趣主要来自扭矩，也就是所谓的“推背感”如果某台车的发动机最大扭矩出现在我们经常使用的转速范围内，那么这样的车绝对可以带给你非凡的驾驶乐趣。对于家用轿车来说，完美的发动机最大扭矩应该在很低转速出现，而最大功率在相对比较高的转速出现。

发动机扭矩发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下它与发动机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。

在某些场合能真正反映出汽车的“本色”，例如启动时或在山区行驶时，扭矩越高汽车运行的反应便越好。以同类型发动机轿车做比较，扭矩输出愈大承载量愈大，加速性能愈好，爬坡力愈强，换挡次数愈少，对汽车的磨损也会相对减少。尤其在轿车零速启动时，更显示出扭矩高者提升速度快的优越性。

扭矩和功率一样，是汽车发动机的主要指数之一，它反映在汽车性能上，包括加速度、爬坡能力等。它的准确定义是位矢(L)和力(F)的叉乘(M)，物理学上指使物体转动的力乘以到转轴的距离，它能表示发动机所输出的力的大小（因为发动机中曲轴的半径一定）。通俗点讲，扭矩是衡量一个汽车发动机好坏的重要标准，一辆车扭矩的大小与发动机的功率成正比。1

计算方式计算方法在每一个转速下都有一个相对的扭矩数值，这些数值除以一个长度，便可获得力的数据。举例而言，一部1.6升的引擎大约可发挥15.0kg·m的最大扭力，此时若直接连上185/60R14尺寸的轮胎，半径约为41公分，则经由车轮所发挥的推进力量为15/0.41=36.6kg的力量(事实上千克并不是力量的单位，而是质量的单位，须乘以重力加速度9.8m/s²才是力的标准单位是牛顿)。

利用不同大小的齿轮相连搭配，可以将旋转的速度降低，同时将扭矩放大。由于齿轮的圆周比就是半径比，因此从小齿轮传递动力至大齿轮时，转动的速度降低的比率以及扭矩放大的倍数，都恰好等于两齿轮的齿数比例，这个比例就是所谓的齿轮比。

举例说明以小齿轮带动大齿轮，假设小齿轮的齿数为15齿，大齿轮的齿数为45齿。

当小齿轮以3000rpm的转速旋转，而扭矩为20kg·m时，传递至大齿轮的转速便降低为1/3，变成1000rpm；但是扭矩反而放大三倍，成为60kg·m。这就是引擎扭矩经由变速箱可降低转速并放大扭矩的基本原理。

在汽车上，引擎输出至轮胎为止共经过两次扭矩的放大，第一次由变速箱的档位作用而产生，第二次则导因于最终齿轮比（或称最终传动比）。扭矩的总放大倍率就是变速箱齿比与最终齿轮比的相乘倍数。举例来说，手排六代喜美的一档齿轮比为3.250，最终齿轮比为4.058，而引擎的最大扭矩为14.6kg·m/5500rpm，于是我们可以算出第一档的最大扭矩经过放大后为14.6×3.250×4.058=192.55kg·m，比原引擎放大了13倍。此时再除以轮胎半径约0.41m，即可获得推力约为470kg。然而上述的数值并不是实际的推力，毕竟机械传输的过程中必定有磨耗损失，因此必须将机械效率的因素考虑在内。

若论及机械效率，每经过一个齿轮传输，都会产生一次动力损耗，手动变速箱的机械效率约在95%左右，自动变速箱较惨，约剩88%左右，而传动轴的万向节效率约为98%。整体而言，汽车的驱动力可由下列公式计算：驱动力=扭矩×变速箱齿比×主减速器速比×机械效率/轮胎半径（单位：米）。

公式计算公式

驱动力=扭矩×变速箱齿比×主减速器速比×机械效率÷轮胎半径（单位：米）

计算

为什么引擎的功率能由扭矩计算出来？

因为功率P = 功W ÷ 时间t，功W = 力F × 距离s，所以P = F×s/t = F×速度v。这里的v是线速度，而在引擎里，曲轴的线速度v = 曲轴的角速度ω×曲轴半径r，代入上式得：功率P=力F×半径r×角速度ω；而力F × 半径r=扭矩，故得出：功率P=扭矩×角速度ω。所以引擎的功率能从扭矩和转速中算出来。

角速度的单位是弧度/秒，在弧度制中一个π代表180度

定义：φ-------截面间相对转角；

γ -------切应变；

τ --------切应力；

T----------扭矩;

r-----------半径；

l-----------材料长度。

切应变与相对转角的关系为：

切应变与切应力满足剪切胡克定律： （G为材料的切变模量）

扭矩与切应力之间的关系为： （ 为点乘）

最大扭矩最大扭矩一般出现在发动机的中、低转速的范围，随着转速的提高，扭矩反而会下降。扭矩的单位是牛顿·米（N·m）或公斤·米（kg·m）。

发动机的最大扭矩与发动机的进气系统、供油系统和点火系统的设计有关，在某一转速下，这些系统的性能匹配达到最佳，就可以达到最大扭矩。另外，发动机的功率、扭矩和转速是相关联的，具体关系为：功率=K×扭矩×转速，其中K是转换率。选择发动机时也要权衡一下怎样合理使用、不浪费现有功能。比如，北京冬夏都有必要开空调，在选择发动机功率时就要考虑到不能太小；只是在城市环路上下班交通用车，就没有必要挑过大马力的发动机。尽量做到经济、合理选配发动机。

车尾标识自2015年起，大众汽车品牌将在中国市场逐步启用全新“基于发动机扭矩”的车尾标识体系。启用“基于发动机扭矩”的车尾标识体系，是大众汽车品牌在中国市场的一次重要革新，不仅让大众汽车的扭矩性能一目了然，进而使消费者更加关注发动机的实际性能，而不是仅仅关注排量。2

为此，大众汽车品牌将其发动机的扭矩值（牛·米）划分为若干个“扭矩类别”，例如180、230、280、330和380牛·米。车尾标识体系将通过“以牛·米为单位的扭矩类别标记值”加“发动机技术类型”的形式，在搭载了TSI和TDI发动机的大众汽车品牌乘用车和轻型商用车的右后车尾呈现。例如，新标识“230TSI”所代表的意义是：该车型配备的发动机是扭矩类别为230牛·米的TSI发动机。3

大众汽车品牌旗下逐步采用全新的车尾标识的车型将涵盖A0至B级乘用车、SUV以及MPV商用车。上海大众汽车的凌渡和一汽-大众新速腾成为了首批采用大众汽车品牌全新车尾标识的车型。4

数值及说明奥拓的最大扭矩只有60.5，是在发动机为3000-4000转的范围，由于其排量只有0.8L，在国产微型车中，奥拓的最大扭矩也是相当小的，其他微车较高的能达到110-120；中高排量车的范围特别大，从110-700多，一般国产中档车多为200-350，其中迈巴赫exelero在轿车扭矩中登顶，达到1020/2500转。跑车则普遍较高，400、500是很常见的，现代酷派FX2.0的最大扭矩只能达到185/6000，越野车中，国产的一般在180-300之间（当然国产的排量也比较小），进口则高一些，欧美的一般为400/4800，路虎神行者2004只有240/3000，其卫士也只有400/1950。布加迪威龙16.4以1250/2200 的恐怖扭矩位列跑车扭矩第一位。