谁能很全面的解释一下汽车的排量、马力、功率、扭矩之间的关系以及作用？

显示全部楼层 · 2022-7-17 21:35:20

这现在是男生里很常见的问题，可是大多数人都搞不清。

一个过程2017 · 2022-7-18 08:37:44

在我们开始所有的介绍之前，我们先明确一个概念：
一台发动机的输出能力，取决于他的进气能力。

我们再说一遍：
一台发动机的输出能力，取决于他的进气能力。

好好理解这句话，能帮助你理解很多汽车发动机的概念。
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汽车发动机是一种内燃机，是燃料在缸内燃烧，形成高温高压气体推动活塞做功，并将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动，从而输出机械能的一种机械。
我们经常说的一个词，叫做加油。这让人产生一种错觉，当我们需要提升发动机动力的时候，只要往缸内多喷油就好了。
然而实际上，当我们踩下汽车油门的时候，实际调节的是发动机节气门体的开度，这个东西的作用是让发动机进入更多的空气。而只有当发动机确认进气已经变多了之后，才会增加喷油量，然后让你感觉到动力的提升。

当你理解了这一点，我们的讨论才能继续下去，因为后面的所有内容，都是在讨论发动机的进气问题。
<hr/>首先我们谈排量。

发动机的排量是一个纯物理空间的概念，

而

具体的物理意义就是活塞从上止点移动到下止点，之间发动机缸内的物理空间，就是排量。
有回答认为排量代表的“每行程或每循环吸入或排出的流体体积”。这个观点从某种意义上来说是错误的，或者至少是定义不完全的。因为对于气体来说，体积这个概念必须要与温度和压力的概念同时存在。

排量仅仅是一个物理空间定义，并不等于实际吸入空气的量，更不等于排出燃烧后气体的量。
最简单的例子：2.0T和2.0L排量都是2.0L，可是2.0T比2.0L的功率高50%左右。这里面的差别的根本来源并不是2.0T比2.0L多喷了50%的油，而是实际多进了50%的空气。

充量系数的定义：将每循环吸入气缸的空气量，换算为进气管状态（压力/温度）的体积V1，这个体积与单缸物理排量的比值，叫做充量系数。
进气管系数的定义：将进气管状态（温度/压力）下的单位空气量，换算为环境大气压/环境温度下的体积，将后者除以前者，得到的数值就是进气管系数。
简单的图解如下：

<hr/>如果我们把环境大气压/温度等同于标准大气压和温度，那么我们就可以把新鲜空气的体积和空气量建立标准的对应关系。那么排量对于发动机做功能力的影响，以及我们能够做的事情就一目了然了。

再次回忆一开始我说的话：一台发动机的输出能力，取决于他的进气能力。

发动机的排量，是一台发动机做功能力的物理基础。在相同的技术配置下，排量越大，发动机的功率扭矩输出能力越大。
但是，排量只决定了体积，再回忆一下前面我说的：
对于气体来说，体积这个概念必须要与温度和压力的概念同时存在。

看看这张图：

V2的大小受到了Vs的直接影响。但是V0的大小不仅取决于V2或者Vs，还取决于P2和T2与环境温度与压力之间的差异。
简单的来说，在相同的排量下，发动机每循环实际吸入缸内的空气量，还和进气的温度T2，和进气的压力P2相关。进气温度越低，进气压力越高，实际进气量就越多，发动机的做功能力就更强。

首先我们谈进气压力。

对于自然吸气发动机来说，吸气的所有动力都来自于发动机吸气冲程形成的真空度，所以优雅的设计进气歧管，千方百计地减少进气阻力，特别是充分利用进气谐振，且避免进气脉冲对进气效率地干扰变得非常重要。一般来说1.5L以上的发动机就会采用可变长度进气歧管来进行优化。
这就是为什么，自然吸气发动机往往有一个很复杂和体积看起来很大地进气歧管结构，而增压发动机则比较简单。

增压发动机就简单粗暴了，直接增压就完了，减少了很多在进气歧管方面做的气流方面的研究。

机械增压器

废气涡轮增压器

此外，阿特金森循环与米勒循环这类通过调节气门机构，从而令进气门在进气冲程提前关闭，或者排气门在压缩冲程开始后继续打开，从而实现减少实际进气量，并进而实现膨胀比大于压缩比的这类情况也会带来实际进气量的不足，或者说排量与实际进气量的差异扩大的情况发生。
接下来我们谈温度T2的控制

简单的来说，就是要尽可能的降低进气的温度，从而提升进气的密度。
特别是对于增压发动机，整车从环境中吸取的空气，在被废气涡轮增压的过程中，会被废气温度所加热，导致进气温度高，并进而导致进气的密度不够，相同体积下的实际进气量少。所以需要进行冷却，发动机的这个结构叫做中冷器。
一般的发动机的中冷器采用的是空空中冷，就是用空气冷却的中冷器冷却进气。这个东西一般是归属于整车前舱结构。大概长这个样子：

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空气冷却的效果肯定没有水冷的好，对于高性能发动机来说，这几年水冷的比例越来越高，进一步提升了扭矩响应。（下图右上角）

我们总结一下：
单缸的排量是发动机活塞上下行程之间缸内物理空间，它是一台发动机进气量的基础。通过增压、减少进气阻力，调整进排气的气门型线本身及相位策略等方式来改变实际进气压力，通过中冷器等方式来改变进气温度，可以进一步的改变实际的进气量。而实际进气量决定了发动机的性能。

<hr/>接下来我们来说说马力、功率和扭矩。

马力是一个功率单位

最早的马力的定义是：一匹拉力为180磅的马能在一小时之内将一架半径12英尺的水车拉动144圈，计算为33000英尺•磅/分钟，他就命名其为1马力，换算成现在就是746W。

功率和扭矩的定义：

其实学术叫法应该是发动机的有效功率，定义是：发动机在单位时间内所作的有效功。
发动机的有效功率是通过测功机测试在特定工况下，发动机输出的扭矩Ttq和发动机的转速n而得到的。功率=扭矩*转速
如果有效功率Pe的单位是kW，而扭矩Ttq的单位是Nm，转速n的单位是rpm（转/分钟），那么公式是

扭矩是一种旋转力矩，而功率要考虑的是单位时间的做功的总量。

很多人纠结功率和扭矩，本质是不理解看一辆车子的性能怎么样，到底是看功率还是看扭矩。

2019年，当时的38号车评专门就这个问题和很多人进行了讨论，他想要说明的是：车辆的零百加速主要由功率而不是扭矩决定。发生这个讨论的原因，是德系的车辆一般采用增压等方式来提升低速扭矩响应，但是功率一般并不高（这几年更是快速下降），但是很多大排量自吸发动机是功率更高。国内的很多车企也在学习德系的方法。但是38号认为，功率才是决定车辆性能，尤其是零百加速的表现。
这个问题看起来简单，但是由于车辆存在变速箱变速换挡策略，以及发动机是需要将最高功率、最高扭矩以及扭矩曲线结合来看才能得到结果，所以其实是很难回答的一个问题。

我结合我们的实际开发经验，给出2个简单粗暴的结论：
0-40加速，扭矩优先；40-100加速，功率优先。0-100加速，功率优先。

扭矩不仅要看最高扭矩，还要看扭矩随转速的扭矩曲线。将扭矩和峰值和扭矩曲线的平台宽度结合在一起来看，就能够将功率和扭矩与车辆性能挂上钩了。

其实德系为什么对低扭这么执着，是由德国的国情带来的，因为我曾经有一款发动机，是原计划到欧洲销售的，欧洲的同事当时给我发了一些欧洲市场需求。其中有一个我印象很深刻，欧洲市场有差不多10%的份额来自于公司用车，公司用车的司机很关心在启动后一脚油门的加速响应，这是低速扭矩的主要作用范围，所以不断地要求改进最高扭矩的最低转速以及扭矩响应性。
以我之前写的为通用全新1.5T与市场同级性能对比文章可以作为一个更加详细的参考：

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-------以下为引文---------

在动力性对比方面我想要谈3点： 1. 动力性功率优先还是扭矩优先？ 2. 低扭响应受到什么影响；3. 扭矩是光看一个最高扭矩吗？

为了直面问题，我们先从第3点：扭矩曲线的调教来谈起：

我们将这四款发动机连同本田1.5T的扭矩数据放在一起，可以看的更明显：

解读一下这张表代表了什么：

橙黄色的是奇瑞1.6T，在扭矩方面排量优势给了它峰值扭矩上的一些优势，但是峰值扭矩的出现时间比较晚，峰值扭矩平台为2000-4000rpm。排量给了总扭矩的优势，但又带来了增压器扭矩爬升迟缓的问题，进气端没有做太多的优化。总体表现来说中规中矩。（奇瑞数据来自于奇瑞发布1.6T的PPT图，原图就表现出峰值扭矩290Nm@2000rpm 后轻微下飘到4000rpm@285Nm左右的情况，这和长城在1750rpm扭矩数据轻微上漂到285Nm，整体扭矩平台在280-283Nm附近情况差不多。）
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红色是奔驰1.5T的数据，这个扭矩曲线看起来很奇怪，主要我确实没有找到其他的M264的功率扭矩图。这张图对应其本次官方数据中峰值扭矩仅出现在3000-4000之间这个信息，这个信息是正确的。和奇瑞一样，尽管在1.5T上压榨出了280Nm扭矩，出现时间太晚，持续时间太短。
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长城1.5T则是另一个极端，低速时候扭矩随着转速的提升很快，但是不到3000转就泄了。这个表现在车辆上就是起步感觉好，但是中高速竞速驾驶过程中会出现频繁换挡，没有稳定的扭矩平台就意味着更大的变速箱调整需求。这一点和长城的增压器选择以及整车调教方向有关系，看起来其实有点把汽油机调出柴油机的味道来了。
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这里我没有列长安蓝鲸NE 1.5T 300Nm版的数据，因为我没有找到长安发布的扭矩图。只知道蓝鲸动力和长城1.5T类似，扭矩随转速提升的速度很快，官宣的扭矩平台为1250 - 3500rpm。不过考虑到蓝鲸的最大额定功率只有132kW，预计转速提升后的扭矩衰退曲线介于长城和奇瑞之间。
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将功率和扭矩都低于通用新1.5T的本田1.5T高功率版加进来的原因是，通用新1.5T发动机的调教理念和本田1.5T高功率版颇有点异曲同工的意思。通用新1.5T在1500rpm达到95%扭矩，接近本田1.5T高功版峰值扭矩，而对比行业水平超级宽广的峰值扭矩平台对应的是车辆在中高速竞速中充沛且持续的动力，避免在关键提速中触发冲击换挡和动力中断！

更重要的是，通用1.5T的高功版是配合48V系统开发的，目前上汽通用还没有官方公布电机数据，但是参考类似BSG电机的水平，预计峰值扭矩可以达到50Nm左右，作为发动机的低速扭矩补偿，快速介入。

本田1.5T的260Turbo版上市后在北美的口碑很好，目前通用汽车和本田公司在发动机开发和汽车的动力调教方面其实有很好的技术交流合作模式。在2020年9月两家公司签署了不具约束力的战略合作协议，共同开发汽油动力和纯电动汽车。
通用汽车近年来在中大扭矩强力推进9AT/10AT，在中小扭矩采用CVT和部分6AT，将日系平顺性动力调教与美系的高性能调教相结合的意味非常明显。变速箱方面的上汽通用9AT的表现就是最好的证明。通用汽车最新一代的研发体系采用了更加全面的ARM1驾驶质量，就是要把发动机的动力输出与变速箱的调教相结合，结合整车驾驶质量联合开发，这就不是一个简单的刷一个点的峰值的问题，而是更加重视实际的驾驶品质。

接下来我们回过头来谈第1点，动力性是功率优先还是扭矩优先？

这个问题在几年前由38号重点“辟谣”0-100加速到底看功率还是扭矩开始，从微博到知乎发生过很长时间的辩论。这篇文章篇幅所限我无意讨论过程，直接抛出结论：整车的动力性表现是发动机和变速箱结合输出的结果，一般来说，0-40kph的动力表现更看重扭矩，40-100kph的动力表现更看重功率，车速更高自然功率的影响更大。
紧接着是第2点：低速扭矩的表现受到什么影响？

为了能够实现更强劲的功率扭矩输出，那么就需要更大的增压进气量，而当发动机转速提升后，每缸的进气时间快速减少，要保持稳定的功率扭矩输出，就必须要更加强大的进气。所以各位一定要明白这个道理：实际真正决定发动机动力的不是喷油器，而是包括增压器在内的进气系统。如果只是从增压器端的设计考虑这个问题，要么你选择一个比较大的增压器，但是低转速段的响应会比较慢，要么你选择一个小一点的增压器，但是到转速提升后就会遭遇增压不足过早泄扭的问题。要获得峰值扭矩平台那就更难了，要么就是直接把峰值扭矩做低，但是大家可以看看如果按照通用1.5T的1750-5500rpm的标准来划扭矩平台，那么这些高扭矩发动机的峰值扭矩就不能看了。

那么上汽通用新1.5T的做法比较聪明，它实际上是采用的集成优化的形式来实现实际驾驶工况的低速扭矩响应的提升。

扭矩图中扭矩随着发动机转速的提升效果只是实际驾驶中低速扭矩响应的一部分，它只代表了发动机本身的性能表现。

水冷中冷进气系统一般是出现在重视低扭的德系上，它通过降低进气温度实现空气密度更大，在相同的增压器风扇的作用下可以更快，更多的压入新鲜空气。水冷不仅可以提升最大功率，而且它使得进气系统的所需容积大大降低，增压器的响应改进超过17%。3 x2 J7 @4 y4 k
基于35Mpa的高效燃烧系统是神器。这个我们在第2点在讲。简单的来说，这套系统和基于先进喷射算法的控制逻辑可以让燃烧控制避开很多排放与安全性的限制，实现更加迅速的燃烧控制响应。0 j0 y) @; M& j+ } r- e& i
Dual Fast相位调节器是通用汽车和供应商战略合作联合开发的产品，全球首发，实现了进排气气门的开闭相位切换速度提升了1倍。发动机能够更快的进入目标状态。4 R9 I3 Y! N# V
响应性优化的低排气压力高响应排气系统，而且这套排气系统是包含了高集成GPF，当法规和整车性能要求需要GPF时，这种布置方式使得即便是在低负荷工况下，GPF能够尽快进入合适的温度正常工作，结合35Mpa系统和智能燃烧控制带来的良好原排，最大限度的减少客户处的风险。6 k" v t7 x( ]0 l1 a6 i8 d

卡卢斯捎 · 2022-7-18 16:34:10

什么是排量？

排量就是发动机每行程或每循环吸入或排出的流体体积，简单理解比如2.0L 4缸发动机，每个气缸的容量就是0.5L，发动机有4个气缸，发动机排量就是0.5L*4=2.0L。具体每个气缸的排量是活塞从最上面（上止点）到最下面（下止点）的行程，乘以圆的面积，就是单缸排量了。由于排量税的存在，一般排量都小一点，比如2.0L实际是1998mL，这样排量税就是1.5L-2.0L的那个档次。

什么是马力？

马力是历史遗留问题，又分为英制马力（hp）和公制马力(ps)。它们有以下换算关系：1hp=0.746kw，1ps=0.735kw，1hp=1.014966ps，实际马力就是一匹马的运动功率（估计英制马力和公制马力的马估计不一样，结果也不一样。。。）。

英制马力：一匹马一分钟内将200磅重的物体拉动165英尺，这个能力就是1英制马力。
公制马力：一匹马一分钟将75宫颈物体拉动60米，这个能力就是1公制马力。
什么是功率？

功率是初中物理概念，物体在单位时间内做功多少，单位是kW，1kW的功率其实不小，顶尖男子自行车运动员极限冲刺速度下，最大输出功率大概1.5kW，我们平时骑车的功率大概就是0.2kW。

汽车的马力和功率其实是一个意思，只是表达的方式不同而已。
什么是扭矩？

扭矩的单位是Nm，扭矩1Nm是通俗的说是在1米长的杠杆施加1N的力产生的扭矩。扭矩是使物体发生转动的一种特殊力矩。可以简单的理解为扭矩就是驱动能力，扭矩越大代表车辆的加速爆发能力越强。

功率和扭矩的关系？

对于发动机来说，比较关键的是功率和扭矩的关系。功率可以简单的理解为扭矩乘以转速。
功率（W）＝2π×扭矩（Nm）×转速（rpm）/60
简化计算后成为：功率（kW）=扭矩（N-m）×转速（rpm）/9549
扭矩就是Nm，可以等效理解为每次燃烧爆炸的推力；转速就是发动机的旋转速度，是一个时间的概念，转速越高，代表单位时间燃烧次数越多，单位时间做工越多。因此实现马力主要就是控制两个变量，扭矩和转速。比如相同的2.0L发动机，在最高功率点的转速和扭矩是不一样的，导致了最大马力不一样。
比如下图，是可以计算的，大家自己根据功率可以换算到扭矩，根据扭矩也可以叔换算到功率。

谁能很全面的解释一下汽车的排量、马力、功率、扭矩之间的关系以及作用？

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