初探發動機的馬力和扭矩（扭矩篇）

上一篇文章，探討了發動機馬力，這次探討下發動機扭矩。

什麼是發動機的扭矩（也有其它的叫法：轉矩，轉勁，扭力？）？

扭矩是力矩的一個特例， 所以要先搞清楚什麼是力矩，

物理學上的定義：力矩是指作用力使物體繞著轉動軸或支點轉動的趨向。

力矩等於轉動半徑與切向作用力的乘積。

M=F*L

M為力矩（向量），單位：N*M （牛頓*米） ； F是作用力（向量），單位：N （牛頓）； L稱為力臂（向量，方向由支點指向力的作用線），單位：M （米）

由定義可知力矩的幾個關鍵點：1，力矩用於描述和分析轉動物體。

研究轉動物體的物理規律，單純用力來描述和分析，不方便。 引入力矩這個物理量，能更方便的研究轉動物體的物理規律。

類似於，當人們掌握了加法計算方法，但為了方便計算，引入乘法計算方法，雖然乘法都能用加法來完成。

2，力矩是一種“轉動趨向”，兩個向量的積，所以它也是個向量（

有大小，且有方向的量，叫向量

）。它的數值等於“轉動半徑與切向作用力的乘積”，因此，這種趨向的強弱，與兩個物理量相關：“轉動半徑”和“作用力”。

3，“轉動軸，支點”。 力矩既然是為研究轉動物體的物理規律而設立的物理量。那麼轉動物體必然有轉動軸或支點， 不同的轉動軸或支點，將決定不同的轉動半徑。也就決定不同的力矩。

圖1

如圖1。 F1， F2是作用力，L1 ，L2為力臂 ，O為支點。

其中F1為動力， L1為動力臂， F2為阻力 ， L2為阻力臂。

槓桿原理：

當F1 X L1 = F2 X L2 時，

槓桿處於靜止狀態或者勻速轉動的狀態。

省力槓桿：

L1>L2時 ，F1

如拔釘子用的羊角錘、鍘刀，開瓶器，軋刀，動滑輪，手推車 剪鐵皮的剪刀及剪鋼筋用的剪刀等。

費力槓桿：

L1F2，費力、省距離。

如釣魚竿、鑷子，筷子，船槳裁縫用的剪刀 理髮師用的剪刀等。

等臂槓桿

L1=L2時 ，F1=F2，既不省力也不費力，又不多移動距離，

如天平、定滑輪等。

我們常說的發動機的扭矩，是力矩的一個特例。

力矩與扭矩的區別：二者所涵蓋的範圍不同，力矩的範圍更寬泛，一切力乘以力臂的結果

都可以稱之為力矩。

但是扭矩一般指旋轉的物體所受到的力矩，

舉例來說，活塞推動曲軸旋轉，可稱為扭矩。

扳手扭動螺母，可稱之為扭矩。它們都是力矩的一種。

而用瓶起子開啤酒瓶，一般稱之為力矩，而不能說是扭矩。

發動機曲軸輸出的力矩，我們稱之為發動機的扭矩。

下面看看發動機扭矩從何而來。

發動機曲軸連桿機構裡，同樣遵守這些物理定律，如圖：

圖2

圖2中，曲柄兩個中心點的距離“R”就是力臂長度。

作用力由爆炸力對連桿產生的分力傳遞過來。

發動機中，力的傳遞如下：

混合氣在氣缸內燃燒爆炸，產生推動活塞下行的力F

G

， F

G

的部分分力，透過連桿，傳遞到曲軸曲柄上的連桿軸頸上，這樣，主軸頸和連桿軸頸之間就形成一個槓桿，支點是主軸頸，動力臂就是R（曲柄兩個中心點的距離）。

假設爆炸力透過連桿軸頸產生的旋轉切向分力為F

t

發動機此時此缸的扭矩T = F

t

*R （注意，是此時。每個瞬間，扭矩值T都是不同的，是變化的）

多缸發動機若此時N個缸同時做功，扭矩就是T=N* F

t

*R

圖3

看完以上的介紹，可以發現，發動機扭矩（單位：牛頓*米 ，N*M）是力矩的特例， 是表示發動機曲軸旋轉輸出的力矩， 這個力矩的大小由爆炸力和曲柄長度決定。曲軸旋轉輸出的力矩就是發動機扭矩，這個力矩越大，代表轉動趨向越強，最終輸出到車輪，產生的牽引力就越大。

扭矩和馬力的區別在於，馬力表示的是發動機功率大小，是發動機單位時間內能做多少功。 而發動機要做功，是透過扭矩來完成的。 發動機扭矩，透過各種變速機構，最終輸出到車輪，產生牽引力，使汽車前進。

馬力和扭矩，一個是度量功率的單位，一個是物理名詞，表示轉動趨向的強度。

那麼，馬力和扭矩的關係是什麼呢？

扭矩作用在物體上，使物體發生了轉動，我們就說，扭矩做了“功”。單位時間做功的多少用“馬力”來表示。

有扭矩是做功的前提，但是，有扭矩不一定做功。兩頭牛一起拉磨，如果方向相反，磨就拉不動了，這時是光有扭矩沒做功。

扭矩大是不是功率（馬力）就大呢？不一定。

大車的行駛阻力比較大，小車的行駛阻力比較小，顯然大車需要更大的扭矩，但是大車走100公里用了兩小時，小車走同樣的路程只要半小時，小車的功率就可能比大車大。

想一想用軲轆打井水，用大吊桶，需要的扭矩大，用小吊桶，需要的扭矩小。

但是，如果用小吊桶的人，轉動軲轆的速度快，在同樣的時間裡，小吊桶打上來的水的總量也可以超過用大吊桶的。

圖4

圖5

所以，對於發動機來說，不能單純的說，馬力大，扭矩就大或者說扭矩大，馬力就大。

要有個附加條件，才能這樣說，這個條件就是：在相同轉速下。

只有在同樣轉速下，才能說扭矩大的發動機， 它的馬力就大。 反過來說也一樣，同樣轉速下，馬力大的的發動機，扭矩就大。

類似於上面軲轆打井水，只有在軲轆轉速相同情況下，才可以說，同樣時間內，大桶打的水比小桶多。

不限定軲轆轉速的話，就不能這樣說，

因為用小吊桶的人，如果轉動軲轆的速度快，在同樣的時間裡，小吊桶打上來的水的總量也可以超過大吊桶。

發動機的扭矩和功率，

遵循以下的公式：

T=9550P/n

（T為扭矩，單位：牛*米 ；P為功率，單位：

千瓦

； n為轉速，單位：轉/分鐘。 可見，轉速一定時，功率和扭矩成正比，功率越大，扭矩越大，反之亦然。）

汽車引數表裡，通常標註 某轉速下的最大扭矩，如下圖：

圖6

從表裡可知，此車在3500轉時，能達到最大扭矩110 N*m。

由上面的公式，我們可以算一算，在最大扭矩時，功率是多少？

T=9550P/n =》

P=T*n / 9550 = 110*3500/9550≈40。31 千瓦

上表可見該車最大功率是63千瓦。 當轉速超過最大扭矩轉速3500轉後，功率還在增加，但扭矩卻在下降了。

下一篇文章將探討，為何發動機超過最大扭矩轉速後（上表是3500轉），馬力（功率）在升高， 而扭矩反而開始下降。