谈谈功率和扭矩(九)：再讲一点发动机

先请看旧贴：
谈谈功率和扭矩(序)：为什么要谈马力和扭力
谈谈功率和扭矩(一)：理论先行，先讲一点物理
谈谈功率和扭矩(二)：再谈金科玉律的公式
谈谈功率和扭矩(三)：变速箱到底变了什么？
谈谈功率和扭矩(四)：来看发动机的马力扭矩曲线
谈谈功率和扭矩(五)：马力的几种确切定义
谈谈功率和扭矩(六)：驱动力怎样算？
谈谈功率和扭矩(七)：驱动力取决于发动机的马力，而不是扭矩
谈谈功率和扭矩(八)：如何获得最大的驱动力


我们已经得出结论，最大驱动力取决于引擎的马力，和引擎的最大扭矩无关。而要想获得最大的驱动力，只要换档让发动机工作在最接近最大功率的条件下就可以了。变速箱的档位越多，越容易满足这个要求。从理论上讲，可以连续变换速比的CVT可以使得这个要求完全满足。

话说回来，大家还记得我在一开始提出过的问题吗？‘解放’牌卡车只有90 马力，载重四吨，挂个拖车，还能拉四吨。现在随便拿一辆轿车来，象Corolla那样大家认为很‘面’的轿车都有一百多马力。直觉告诉我们，Corolla的发动机放在‘解放’牌卡车上，即使有合适的变速箱，一定是不行的。再举一个例子，看这辆自卸卡车，1996 Mack CL713，



可以拉20多吨的土石，巨大的发动机‘只有’350马力。可是我们先前例子里面的2008年Corvette Z06的LS7发动机最大功率有505hp，远大于350马力。可Z06的发动机体积和重量可是小多了。显然不能把Z06的发动机安在卡车上。


要回答这个问题，就要稍微谈一点发动机了。

发动机的扭矩，好比直线运动作功时的力，基本上是由发动机的排气量决定的。排气量越大，每次汽油和空气的混合气体爆发的力就越大，发动机的扭矩就越大。而 功率=扭矩x转速。所以为了提高发动机的马力，只有两个途径，提高扭矩或者加大转速。

提高扭矩最简单的方法就是加大排量，但是这不可避免地造成发动机体积、重量和油耗的增加。这样作的最大好处，就是制造相对简单，可靠性好。发动机可以持久稳定地发出符合设计要求的功率，所谓的HEAVY DUTY发动机。由于转速有限，发动机的可用转速范围就变得很小，这就需要有很多速比的变速箱。象上面的Mack CL713，变速箱有13档。这样的发动机，非常适合重型卡车。马力不求很大，但要持久。

另一个方法，就是增加发动机的转速，但是增加转速以后，由于汽油和空气的混合气总是有质量的，增大了转速，发动机每个冲程的可用的时间就会相应减少，吸气冲程吸进汽缸的混合气就会减少，这样爆发作的功就会减少，导致扭矩下降，但是由于转速增加了，所以扭矩和转速的乘积，也就是功率还是会增加的。加大了转速，发动机各个部件的运动速度加快，对活塞，曲轴，连杆，特别是进排气机构的精度，强度和轻量化都有更加高的要求，这对发动机制造水平是一个考验。高转速下的润滑也比低转速发动机有更加严格的要求。最主要的，高转速的发动机，由于在很小的体积里烧掉很多的燃料，发动机的冷却也是一个非常棘手的设计课题。一般情况下，高转速发动机，是不能持久地维持在最高功率上运行的。不信，可以问问老大，看他敢不敢把他的Corvette这样狠开：急加速到80mph，接着急煞车到停，再加速，这样一直开30分钟，看看发动机会不会过热、冒烟。其实煞车时发动机还不是开到大马力呢。也就是说大马力没有办法持久。可是，这样的发动机，恰恰适合轿车和跑车。轿车和跑车绝大多数是在匀速行驶，这时需要的发动机功率很小，在转速低的工作状态，马力已经够了。当面临加速，超车的需求，我们降挡，狠踩油门，让发动机工作在高转速的状态，大马力就产生了。大马力只是偶尔为之，其高油耗也就是次要的问题了。平均的油耗主要取决于低转速时的表现。轿车跑车的大马力，寻常看不见，偶尔露峥嵘。

而轻卡和SUV，则是重型卡车和轿车之间的调和。

增加发动机的马力，还有一个很重要的方法，就是设法增加混合气的压力，让发动机吸进更多的燃料，提高扭矩。具体又有两种途径：涡轮增压和机械增压，两者各有优缺点。

增加发动机的马力的另一个途径，就是从气门着手，比如控制进气凸轮轴，调整高转速下气门开毕的时间，或者再加上调整气门的升程，从而优化发动机在所有转速范围内的动力性和燃油经济性。

我们不妨打个比喻，学校里的径赛。要想跑得快，一个方法就是提高步幅，换一个长腿的大个子。这相当于增大发动机的排量以增大扭矩。另一个方法就是增大步频，即小腿紧着叨赤，相当于增大转速。而既有大步幅又有高步频，主要就要靠科学的训练了。

最后请大家注意，根据以上的分析，我们得出一个重要的结论：卡车之所以能拖很重的东西，不但是因为发动机的马力大，更重要的是这个马力能持久。逻辑上讲，能拖车不是因为发动机扭矩大，而是因为发动机马力大且能持久。而一般情况下能满足这个要求的发动机，恰恰是排量大，扭矩大，运转在低速。如果有一天发动机技术有了革命性的飞跃，发动机能够持久地在小扭矩，高转速的工作状态运转，那么它是一定能够胜任重型卡车的任务的。


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