老侯汽车讲堂-12：说说发动机的转速、扭矩与功率

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功率与扭矩，应该是大家最关心的发动机参数了，今天我们来说说发动机的转速、扭矩与功率这三个物理量的含义以及它们之间的关系。

首先大家要明确一点：发动机的转速是可以直接测量的，扭矩是可以直接测量的，它们是实实在在、看得见摸得着的物理量，但是发动机的功率却是无法直接测量的，因为功率是一个计算值，它与发动机的扭矩与转速的乘积成正比，用公式表示如下。具体的推导过程就不演示了，大家可以自行推导，或者看看高中物理书。

首先来说说转速。所谓的发动机转速，是指发动机曲轴的转动速度，一般用转/分钟来表示。很多人都忽视了转速这个参数，认为这是一个无关紧要的数据。其实转速是重要的发动机动力性参数，发动机的各种性能都与转速有直接的关系，比如速度特性、负荷特性及万有特性等，同时转速还是发动机工作状态的晴雨表，从它可以看出发动机的工作状态以及发动机与变速箱的配合默契程度。

转速其实表示的是发动机做功速度的快慢。普通的家用车，发动机最高转速一般在6000~7000转/分钟之间；柴油机的最高转速较低，一般在2500~4000转/分钟之间。显然，转速越高，发动机做功越快，功率也就越高。大家看F1赛车的发动机，排量只有1.6L，并且是自然吸气的，但是却可以发出800~900马力的功率，就是因为F1发动机有超高的转速，普遍都在12000转/分钟以上，宝马的F1发动机转速甚至能达到19000转／分钟以上。因此，有一位汽车界的知名人士说过，提升发动机功率是非常简单的，只要提高发动机转速就行了。

那么我们普通的家用车为什么不能通过提升转速来大幅度地提高发动机功率呢？这主要是因为，发动机高转速运行，对硬件的要求是非常高的。转速越高，个运动部件产生的离心力就越大，对零部件的强度以及动平衡要求就越高。并且转速越高，发动机磨损就越 严重，发动机使用寿命很短，进排气噪音也越大。大家看F1比赛，发动机的轰鸣声，是我们根本不能接受的。所以，家用车限制最高转速，是一个综合平衡的结果。

再来说说发动机扭矩。所谓的扭矩，是使物体发生转动的力，它等于力和力臂的乘积，国际单位是牛米N.m。发动机扭矩就是通过飞轮对外输出的扭矩，它的最大值就是发动机的最大扭矩。

那么发动机扭矩是如何产生的呢？

在往复活塞式发动机中，活塞做上下往复直线运动，曲轴做旋转运动，它们之间用连杆连接起来。当发动机做功时，在活塞顶部产生巨大的气体压力，这个力通过连杆作用在曲轴上，连杆与曲轴的连接轴中心到曲轴旋转中心的距离可以看做是力臂。这样有了力，有了力臂，扭矩就产生了，这就是发动机扭矩的由来。

可以看出，发动机扭矩的大小与两个因素有关。一个是作用在活塞顶部的气体压力，一个是曲轴旋转的半径，也可以看做是活塞的行程。

作用在活塞顶部的气体压力越大，作用力越大，产生的扭矩就越大。活塞顶部的气体压力是由燃料燃烧产生的。显然，同时燃烧的燃料越多，产生的爆炸力越大。当我们踩油门“加油”时，其实是让节气门有更大的开度，让更多的空气进入发动机气缸，同时再喷入更多的燃油，发动机发出的扭矩就更大了。而进气增压技术，可以让更多的空气进入发动机，是增大发动机扭矩的良好途径。

活塞的行程是在发动机设计时就确定了的。显然，活塞的行程越大，推动曲轴旋转的力臂越长，产生的扭矩就越大。一般来说，柴油机的活塞行程是比较大的，所以柴油机一般都有比较大的扭矩，但是活塞行程大的发动机转速一般都不高。在发动机设计时有一个参数叫做“缸径行程比”，会根据发动机性能要求设计成不同的数值。比如高转速的发动机会把气缸直径设计得大一些，活塞行程设计得小一些；中低转速发动机一般会把活塞直径设计得比活塞行程小；而著名的丰田86发动机，其实是指它的发动机缸径和活塞行程都是86mm，这是一个比较均衡的发动机，兼顾了高中低速的性能。

最后再来说说发动机功率。如果你明白了发动机的转速和扭矩，对功率自然就明白了。因为功率等于发动机转速与扭矩的乘积，它其实是由这两个物理量决定的。功率是指物体在单位时间内所做的功，是表示物体做功快慢的物理量，它的单位是千瓦(kW)或公制马力(PS)。

P=Mn/9550

P：功率

M：扭矩

n：转速

发动机最大功率，就是发动机最高性能的体现。可以看出，要想提高发动机功率，一个途径是提高发动机扭矩，采用进气增压就可以将更多的空气送入燃烧室，再喷入更多的燃油，活塞顶部的气体压力提高，发动机扭矩就增大了，这也是很多小排量发动机能发出更大功率的原因；另一个途径是提高发动机转速，但是提高转速有很多副作用，现在普通的家用车基本上把转速限制在六七千转，只有一些性能车才会提高转速。

以上就是发动机转速、扭矩与功率的含义以及它们之间的关系。在日常生活中，我们通常都以功率来表征发动机的最高性能，它是一个综合指标，包含了扭矩和转速。在表述功率和扭矩时必须说明相应的转速，否则是没有意义的。