汽车的发动机个头那么大,为什么产生的扭矩才几百牛米?一个电动扳手产生的扭矩都有几百牛米到上千牛米!?
谢邀。自己也开一台 2.0T 的高尔夫 R,发动机、变速箱的零件数据天天在手里过。这个问题我拆开讲。先说结论:发动机的扭矩不是「小」,是它的输出方式跟电动扳手根本不是一回事——一个靠转速,一个靠减速箱。
电动扳手那个上千牛米是怎么来的?你去拆开看就明白了,手柄里藏着一组行星齿轮,减速比一般 20:1 左右。电机本身扭矩其实就几牛米,转得飞快,两万转。经过行星齿轮一减速,转速掉到一千转,扭矩翻 20 倍,输出轴上就有上千牛米了。说白了,电动扳手是把减速箱塞进了手柄里。
发动机不一样,它的扭矩是曲轴直接输出的,中间没有齿轮放大。它敢不放大,是因为转速高。比力气要看功率,功率 = 扭矩 × 转速。你拿一把 1000 牛米的电动扳手算算:输出轴转速大概每分钟 15 转,功率才 1.5 千瓦。我那台车的发动机,350 牛米在 6000 转的时候是 220 千瓦。差了得有一百多倍。
而且发动机内部其实一点都不温柔。气缸里的压力峰值能到 100 bar 左右,2.0T 的活塞面积大概 53 平方厘米,算下来活塞顶上瞬间压着大概 5 吨的力。但曲柄半径只有 4 到 5 厘米,扭矩等于力乘力臂,5 吨乘 5 厘米,峰值也就 2500 牛米左右。再加上四个冲程里只有做功冲程在发力,力还是脉冲的,摊到全周期平均下来,就是 350 牛米这个数。
那为什么发动机不把扭矩直接做大呢?因为不划算。扭矩做大了,曲轴、连杆、缸体全得加粗加重,整台发动机变成铁疙瘩。而提高转速,只需要把活塞连杆做轻一点就行。所以主流涡轮机都走「中转速 × 中等扭矩」路线,扭矩不够的地方,让变速箱来凑。
你车上那个变速箱,其实就是发动机的减速箱。一挡齿比 3.46,主减速 4.06,乘起来 14 倍放大,轮上扭矩轻轻松松几千牛米。起步的猛劲,就是这么来的。
所以把话说透:发动机负责转得快,变速箱负责把快变成有力。电动扳手是把减速箱做进了手柄里,汽车是把减速箱放在了底盘上。原理是同一个,只是位置不同。