扭矩与功率之间的区别和联系
扭矩与功率之间的区别和联系
功率和扭矩，你知道它们是什么意思呢？
“功率是您的汽车在全油门下撞到墙壁的速度有多快，扭矩是撞击后墙壁移动的距离。”这是我最近听到的两个单元的描述。不幸的是，这种解释并不完全准确，而是一种简单理解这些概念的方法。尽管汽车狂热者随着这些发动机性能指标的发展而增进了解，但很少有人了解其含义或如何对其进行测量。通过这篇文章，我们打算解决其混乱的问题。
扭矩
直线力的概念很容易掌握。曾经推过一辆用完燃料的汽车吗？您必须在车辆上施加力才能移动它。力以牛顿（N）为单位。要了解牛顿，您只需踏上测量的磅秤。以千克为单位的质量读数（例如80千克）乘以地球的重力常数（9.81平方米），就可以知道施加在测量设备上的力是什么（80 x 9,81 = 784,8 N）。
扭矩实质上只是与中心点相切的作用在对象上的力，从而导致扭矩力矩试图旋转对象。尽管这听起来有些陌生，但我们大家每天都在使用扭矩。例如，打开瓶盖。需要扭矩（在盖的中心周围产生力矩的力）来破坏密封并释放盖。
直线上的力的不同之处在于，切向力到中心的距离有助于转矩的大小。以一个长度为一米的专用车轮扳手为例。如果如图所示，在末端施加了784,8 N的力（同样80公斤的人站立在尖端），则车轮螺母将承受784,8牛顿米（Nm）的扭矩。因此，将切向力乘以距离即可计算出扭矩值，这也说明了单位Nm
对于内燃机，扭矩输出是在发动机的输出轴（或曲轴）上测量的。该扭矩是燃烧过程中活塞顶部的缸内压力迫使其向下进入气缸的结果。通过连杆和曲柄投掷连接将这种线性运动转换为旋转。在发动机测力计，制动-通常是涡流装置或电动交流电动机连接到所述输出轴被用来制动所述发动机和保持速度恒定。然后，通过连接至制动器（测力计）的称重传感器测量扭矩反作用力。当发动机处于全油门时，可以通过从怠速到最大发动机转速的增量间隔制动发动机来生成发动机的整个最大扭矩曲线。
功率
当我们解释扭矩时，时间没有进入方程式。我们从来没有问过拧开瓶盖要花多长时间，或者拧紧/拆卸轮螺母要花多长时间。扭矩和功率之间的联系是时间。因此，有意义的是，当涉及到秒表时，功率是重要的量（实际上，功率重量比是加速的关键）。在内燃机的情况下，时间是指发动机转速或输出轴的转速。如果已知特定负载点的扭矩值和发动机转速，则可以轻松计算发动机功率（请参阅下文）。当产生扭矩曲线时，这就是在发动机动力上发生的情况。功率不直接测量；它是计算出来的。它有助于将功率视为能量的比率，而不是力量。
计算例子：发动机以8400 r / min的速度产生426 Nm。开发了多少功率？
P =2NπT/ 60
其中：P =功率（W），π= Pi的常数，N =发动机转速（r / min），T =扭矩（Nm）
例如：p=( 284003.14426)/ 60 = 374 730瓦或375千瓦（4.0升保时捷911 Speedster发动机的最大功率）
传动比与扭矩和功率的关系
变速箱有时有充分的理由被称为扭矩倍增器。如果您是骑自行车的人，您已经知道这个事实。通过向下倾斜，踏板曲柄中的扭矩（由于您施加在踏板上的力）将倍增至后轮毂。这与链接在一起的齿轮对的大小有关。如果骑自行车的人能够在踏板曲柄处产生300 Nm的扭矩，并且齿轮比使得前齿轮的尺寸是后齿轮的一半（也意味着齿数），则后轮毂将承受600 Nm的扭矩，则第一齿轮传动比很容易为3：1，而最终传动比又为3：1。如果最大发动机扭矩为200 Nm，则从动轴将经历200 Nm x 3 x 3 = 1800 Nm如果第二档齿轮比为2：1，则在选择第二档齿轮时驱动桥扭矩会降至1200 Nm。
但是，功率不会乘以齿轮，而是保持恒定（接受一些效率损失）。这很容易理解，因为当通过齿轮传动使扭矩倍增时，转速以相同的比率降低。再次，骑自行车的人（具有固定的最大功率输出）将意识到，齿轮会大大降低骑行速度。这也解释了为什么拖拉机中的30 kW发动机（仅产生150 Nm）可以拉出树桩。通过非常低的传动比，扭矩可以成倍增加，从而产生巨大的树桩牵引力，但是由于30 kW保持恒定，因此锻炼的速度非常慢。
汽油与柴油的扭矩
如前所述，ICE产生的扭矩是缸内压力的结果。汽油发动机受到爆震限制，这意味着如果缸内压力升高得太高，发动机会遭受自燃的有害事件，在这种情况下，燃料会自燃而不产生火花。另一方面，柴油发动机的缸内压力仅受部件强度的限制，因为燃烧是利用压缩点火发生的。涡轮汽油发动机已经缩小了涡轮柴油发动机上的差距，但是最终，具有类似容量（和进气；例如涡轮增压）的柴油发动机将因此在扭矩竞争中取得胜利。
容量类似（和感应式）汽油发动机可以产生更多动力的原因是因为发动机转速更高。由于柴油喷射和压缩点火过程需要时间，因此柴油的速度限制在约5000 r / min。但是，汽油发动机可以轻松超过5000 r / min（保时捷Speedster的发动机可以转至9000）。下面是两个相同容量的理论发动机的扭矩和功率曲线的比较。一种是柴油，可以输出400 Nm，但最高只能达到5000 r / min。另一个是汽油发动机，只能输出300 Nm，但最高输出速度为8 000 r / min。显然，汽油发动机提供了更大的功率（251 kW和209 kW），并最终提高了加速度
在类似的车辆中。初始加速度较高的柴油机版本必须以5 000 r / min的速度切换至第二档（较低的扭矩倍增系数导致从动轴上的牵引力减小），而汽油发动机则可以在一档继续前进至8 000 r / min并获得优势。
电动机扭矩
电动汽车（EV）是汽车的未来。从扭矩可用性的角度来看，这是个好消息。电动机轴处的力矩是由零转速时已经存在的磁力产生的。因此，与需要运行以产生扭矩的ICE相比，几乎从单词go即可获得最大扭矩。电动机的典型转矩曲线描述了该特性，由于反电动势（EMF），转矩仅在较高速度时下降。在此无需赘述反电动势的细节，因为在线圈中产生的电压极性与电源电压相反，因此实际上是与转子在转速上相反旋转的力。电动机最令人满意的方面是，当驾驶员要求扭矩要求时，没有滞后。这甚至会让顽固的汽油头讨好。