排气量、功率和扭矩的关系是怎样的?

排气量、功率和扭矩的关系是怎样的?
 

 我们在买车时，往往第一个关注的是这辆车装备了怎样的动力装置。平时我们所知的衡量一台发动机动力水平的参数主要是排量、功率和扭矩，比如雪佛兰科帕奇装备的2.4升发动机最大功率100千瓦（约136马力），最大扭矩220牛米，而雪佛兰科鲁兹装备的1.8升发动机最大功率达到105千瓦（约143马力），最大扭矩177牛米。
    把这两台发动机摆在一起会发现一台2.4升发动机怎么还没有一台1.8升发动机的功率大呢？这就是今天我们要说的关于排量、功率和扭矩的问题，有些读者可能已经对三者关系很清楚了，那就当复习一下吧。

『一台2.4升发动机功率和1.8升发动机相当？』

    普通汽车发动机以四个冲程为一个循环，此技术是由德国科学家尼古拉斯·奥托于1876年发明的，所以又叫奥托循环。一个奥托循环分为四个步骤：进气、压缩、做工、排气。这个问题我就不再详述，各位看动画就明白了。

    通过这一巧妙的设计，一部分热能被转化为机械能，驱动车辆，这就是我们平时所说的“动力”，那么要扭矩和功率做什么用呢？

 扭矩

    什么是扭矩？扭矩是怎样产生的？百度百科里写道：“扭矩在物理学中就是力矩的大小，等于力和力臂的乘积，国际单位是牛米Nm...”。好了，我们知道了扭矩通俗点、不那么严谨点说就是力。有力才能推动车辆前进。

    为了更好的说明这个问题，我举个简单的例子：在换轮胎的时候如果我们想把车轮上的螺丝拧下来，只靠手的力量一般人是不可能做到的，解决办法就是用脚去踩扳手。其实这是个很简单的道理，无非就是初中学过的力和力臂的关系，这样的例子很多，总而言之，如果施加的力不变，想增加力矩，唯一的办法就是增长力臂。

『汽车方向盘就是典型的通过增加力臂而增大转矩的例子』

    在活塞发动机中，活塞做往复运动，曲轴做旋转运动，他们之间由连杆相连。在做工冲程我们可以发现，其实可以把连杆和曲轴的连接轴中心到曲轴旋转中心的距离看做是力臂，这样以来就很容易理解扭矩是怎样产生的了，跟我们平时拧螺母是一个原理。气缸做工向下运动就是力，力经过连杆施加到曲轴上，驱动曲轴旋转，也就成了我们所说的扭矩。

功率：

    在我们汽车之家的术语库里功率是这样解释的：“功率是指物体在单位时间内所做的功。功率越大转速越高，汽车的最高速度也越高,常用最大功率来描述汽车的动力性能。最大功率一般用公制马力(PS)或千瓦(kW)来表示，1PS等于0.735kW。”

    物理中我们学过公式：W=F·s，它告诉我们做工需要具备两个条件，一是有力，二是沿着力的方向发生位移。而功率是单位时间内做的功，P=W/t，也就是说P=F·s/t，而s/t就是速度，所以这样看来，如果力相同的情况下，想得到更大的功率关键在速度。

  扭矩和功率的关系

    通过P=F·s/t这个公式我们已经能够得出扭矩和功率的关系了，这个公式中的F就是力，简单说就是扭矩，s/t可理解为转速，所以功率就是扭矩和转速的乘积。

  排量和扭矩、功率的关系

    然后我们说排量和扭矩功率的关系。排量就是气缸容积，气缸容积越大也就意味着能吸入更多的油气混合汽，做工时的爆炸能量就更强，曲轴输出的扭矩也就越大。

    此外还设计到缸径和冲程的问题。汽车之家术语库对缸径和冲程有介绍：

    缸径是气缸的直径，行程（也就是冲程）是活塞运动行程上止点和下止点的距离。

    举个例子：

    一个汽车发动机，缸径80毫米，行程90毫米，四缸的。那么排量这么算：

    一个汽缸排量：

    40（半径）平方x3.14x90=452160立方毫米=0.45升，发动机总排量=0.45X4=1.8L

『福克斯1.8L发动机缸径83毫米，冲程83.1毫米』

    显而易见，同样排量的发动机，缸径和冲程可能会有所不同，比如上面这个例子，行程距离明显大于气缸直径，也有一些发动机的直径大于冲程，而最终的气缸容积可能相同，那么不同的缸径和冲程意味着什么呢？

    事实证明，行程相对较短的发动机注重高转速、大马力，而长行程发动机能输出更大扭矩。我们可以想象一下，冲程越大，活塞的位移量就越大，连杆的运动幅度同样增大，如果我们把曲轴旋转中心看做圆心，那么显然长行程发动机所画出的圆要比短行程发动机更大，也就是说这个圆的半径要更大。之前我们已经说过了，可以把连杆和曲轴的连接轴中心点到曲轴旋转中心的距离看做是力臂，所以长行程发动机的力臂更长，输出的扭矩自然更强了。

    然而，同样是曲轴旋转一周，长冲程发动机活塞往复运动的距离比短行程发动机活塞更远，因此相对于短冲程发动机来说长冲程发动机的转速偏慢，转速慢就意味着功率相对偏低。在这方面短行程发动机有更大的优势，因为它的转速相对更高，活塞位移的速度更快，单位时间内能做更多的功。

    回到文章开头的问题。相比之下，科鲁兹的1.8L发动机能够在6200转/分钟时输出105千瓦（约143马力）的最大功率，而科帕奇的2.4L发动机最大功率转速只有5000转，输出功率自然不会很高。当然，大排量发动机的扭矩优势是小排量发动机无法实现的（除非采用增压技术）。

    关于发动机的扭矩和功率，很多人得出这样的结论：日常驾驶中还是大扭矩更实用，因为扭矩大代表加速快，而最大功率只在最高转速输出，平时很少会用到。其实仔细想想，大扭矩也不一定是经常能用到，除非你经常全油门起步。所以说判断一辆车的动力是否够用，最简单的方法还是要亲自试驾一下，仅看参数是不行的。