一文给你讲明白 发动机扭矩和转速的关系

最近写了一些文章，发现许多朋友还搞不明白四冲程活塞式内燃机扭矩和转速到底是什么关系，琢磨着还是要把这个基础概念给大家讲一下。本文几乎纯理论，图文无关。

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以直列四缸汽油内燃机来说明。

四冲程活塞式内燃机实在太普遍了，我不放图相信大家也都知道其构造。这种原动机的做功形式就是在气缸内点燃汽油和空气的混合气体，气体爆炸后剧烈膨胀推动活塞做功。通过活塞连杆和曲轴，将活塞的直线运动转变为旋转运动。

发动机曲轴的输出扭矩，就是活塞的推力*曲轴旋转半径得到的。

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对于同一台发动机来说，曲轴的旋转半径是固定值，可以说扭矩就是活塞推力的体现。再严谨一些，曲轴输出扭矩就是单个气缸活塞推力的体现（四缸以上发动机，在曲轴上存在推力叠加，四缸及以下不存在）。

而气缸活塞推力大小，就取决于燃烧的油气混合气的量了，烧得越多，推力越大。

所以，单个气缸在单次做功行程中烧掉的汽油量决定了扭矩大小。

在整个做功行程中，随着气缸内气体的不断膨胀，气缸内压力是不断变小的，活塞推力和扭矩自然也是不断减小的。

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如果各位明白了扭矩是咋回事，下面我再解释扭矩和转速的关系。

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活塞推动曲轴旋转，推力越大，曲轴旋转越快，即扭矩决定转速。

1. 曲轴未连接负载（即发动机空转或N挡）时，

β（曲轴旋转的角加速度）= M（扭矩）/ J（曲轴转动惯量）

β越大，曲轴旋转越快；J（曲轴转动惯量）取决于曲轴质量和形状，是一个

定值，则M（扭矩）越大，旋转越快。

2. 曲轴连接负载时，负载会阻碍曲轴旋转，称为阻力矩。

β（曲轴旋转的角加速度）= [M1（扭矩）-M2（阻力矩）]/ J（曲轴转动惯量）

此时β取决于M1（扭矩）和M2（阻力矩）之间的大小关系：

2.1 M1=M2，β=0，曲轴维持当前转速，即车辆匀速行驶。

2.2 M1＞M2，β为正，曲轴转速升高。M1-M2差值越大，β越大，转速攀升得越快。超车时，踩油门是提高M1，降挡是减少M2，所以发动机转速会迅速提升，输出功率快速提高。

2.3 M1＜M2，β为负，曲轴转速会降低。差值越大，转速降低得越快。

由于曲轴端的阻力矩M2是不可控的，所以发动机是【无法控制】转速的。发动机只能控制喷油量，甚至都不能完全地控制进气量（因为进气量和转速相关），ECU（发动机控制单元）只能控制【在当前转速下】的输出扭矩。

发动机输出扭矩后，转速怎么变化，就看阻力矩了。

最最基础的原理讲完了，讲一些结论。

1. 假设一辆汽车的低配是1.5L自吸发动机，高配是1.5T涡轮增压发动机，两

种动力配置的变速箱相同。则两车在相同的道路条件下，以相同的时速匀速行驶时，发动机输出扭矩一定相等。因为相同的道路条件和时速意味着行驶阻力f一致，相同的变速箱意味着传动比i一致，则变速箱输入轴的阻力矩M2也一致（M=f/i）。根据匀速行驶时扭矩M1=阻力矩M2，得出两车发动机输出扭矩相同。

2. 发动机不是CPU，外频和倍频分开控制。同样达到2.0GHz主频，AMD K8用

200Mhz外频，10.0倍频；Intel P4 用100Mhz外频，20.0倍频，都是可以的。但发动机不是，曲轴输出30N.m可以在无风平路上以60km/h匀速行驶时，若曲轴扭矩增大到100N.m，则车辆一定不能在无风平路上以60km/h匀速。自动挡车辆会通过升挡让车辆匀速在100km/h或120km/h；如果不升挡，则车速会维持到当前挡位的最高车速，发动机转速会继续攀升到断油转速。如果想100N.m也能匀速在60km/h行驶，那必须要增加70N.m的阻力矩来和扭矩平衡。

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我没讲功率，因为搞明白了扭矩和转速，就不需要讲功率了。扭矩代表单次做功能力大小，转速代表做功频次，这两个都是可以测量得到的物理量。

而功率只是用来【描述】发动机做功能力的参数。

【但是】虽然我全文都在说扭矩，但“发动机扭矩决定加速”这句话是不对的，改成“轮边扭矩决定加速”也是不对的。

功率的积分决定加速能力，必须要把做功频次考虑进来。随手举个例子吧：1.5L三缸发动机，由于单缸容积大，进气量也就更大、喷油量大，扭矩也大，难道会比1.5L四缸发动机加速快？如果把1.5L排量做成一个缸，那扭矩会更大！但加速不会快！