2020-03-24 23:11:48 佚名

陳德霖

這是一個比較不好回答的問題，涉及到發動機的基本設計理論，汽車設計定型出廠到了用戶手中以後，實際上並沒有什麼太好的辦法大幅度來提升低速扭矩，不外乎刷ECU、改進排氣、加裝機械增壓等有限的幾種，不過後果也不太好預測，後果有可能會影響發動機使用壽命。但是對於發動機廠商來說，在設計過程中，可以通過優化設計來提升發動機扭矩。

什麼扭矩？

扭力是物體轉動時所產生的力，“矩”實際上表示的是“曲尺”，也就是尺子，顧名思義就是扭力＋距離的意思，扭矩就是單位長度上力的大小。當用於發動機上的解釋就是曲軸迴轉時產生的力矩，實際上就是曲軸中心軸到飛輪半徑距離上所產生力的大小。

扭矩的計算公式：扭矩=力 X 力臂

因此，從發動機角度來說，扭矩與兩個參量有關：曲軸迴轉力和飛輪的半徑。對於發動機來說，要想提升低速扭矩輸出，就需要從這兩個方面來做文章。

一、增加發動機曲軸輸出的扭力:

通過減小氣缸直徑、增大氣缸行程來增加扭力

發動機排氣量的計算公式是：

排氣量=（π×缸徑×缸徑）÷4÷1000×行程x氣缸數

根據上面的公式，氣缸半徑和氣缸行程呈反比，也就是說在不改變發動機單個氣缸排氣量的前提下，氣缸缸徑增大，活塞的行程就會變小，反之，行程就會增大，如下圖所示，為了提升發動機的低速扭矩，可以通過減小氣缸直徑的方法來增加氣缸行程，也就是通常所說的“小缸徑大行程”，氣缸行程增大以後，曲柄長度就會增加（紅線部分），根據扭矩的公式：扭矩=力X力臂，力臂增大，扭矩自然也會增大。同時，曲柄長度增大以後，曲軸的迴轉慣性也會增大，作用在軸心的扭力也會增加。這種發動機設計一般用於越野車、城市SUV等強調發動機低速扭矩的應用場合。

副作用：發動機的最大功率會有所降低，由於曲軸的慣性增加，推動曲軸轉動所需要的功就會增大，發動機的最大轉速就會降低，進而影響發動機的最大功率。實際上這也是高轉速發動機和低轉速發動機的設計的一個比較明顯的區別。

二、改善進氣效率，增加燃燒效率

發動機是通過燃料燃燒推動活塞往復運動帶動曲軸旋轉實現做功的，如果進氣量增加，燃燒量增大，自然所做的功也會增大，現代的電噴系統可以根據發動機的進氣量，通過ECU的計算，控制噴油嘴噴出相應的燃油，實現燃料完全燃燒，因此，增加進氣量可以實現發動機輸出功率的增加，進而增加發動機低速扭矩。

1、使用動態可變氣門提升進氣效率：

作為發動機廠商來說，發動機普遍安裝有動態可變氣門系統，改善進氣效率，這套系統可以根據發動機的運行工況，調整氣門開合時間、角度，使進入的空氣量達到最佳值，提高燃燒效率。

2、使用增壓系統，增大進氣量

為了進一步提升發動機的低扭，還可以通過利用增壓的方式來提升進氣量，比如渦輪增壓、機械增壓、電子增壓，無論是哪種增壓，其本質目的就是為了在不改變物理排氣量的前提下，增加進氣量，實際上也就是增加了同時燃燒做功總量。

3、使用缸內直噴技術，提升升功率

缸內直噴技術，可以更加精確的控制噴油量，由於汽油在霧化噴射過程中可以降低一部分熱量，因此，有利於降低發動機爆震，這樣就允許使用更高的發動機壓縮比，而實際上發動機的壓縮比的提升也會帶來活塞行程的增加，進而提升發動機的升功率，增大低速扭矩。

4、使用高流通量的空氣濾芯，增加進氣量

很多車友都聽過汽車改裝應用最廣的兩個詞：“改進氣”、“改排氣”，實際上其本質目的也就是為了增加發動機的進氣量。比如改裝界很流行的高通量空氣濾芯“冬菇頭”，就是為了降低進氣阻力提升進氣量。進氣量增大，再通過ECU控制噴油量，也可以達到些許提升功率、扭矩的作用。

三、增加發動機主減速比：

理論上來說，當發動機功率輸出一定的前提下，想要增加發動機的低速扭矩，就需要增加發動機的主減速比，也就是增大發動機飛輪的半徑，飛輪半徑增大相當於增加了力臂，此時扭矩也就相應的會增加。

發動機功率和扭矩的關係如下：功率=扭矩×轉速/9550，根據上面的公式，9550是一個常數，因此，在發動機輸出功率一定的前提下，發動機的扭矩增大，相應的轉速會降低。很多小排量發動機，為了彌補發動機扭矩小、特別是低扭小的缺點，往往會通過增大飛輪半徑的辦法增加減速比，以獲得更好的扭矩輸出表現，增加汽車提速性能，這樣設計對於提升汽車的加速性能是有好處的。缺點是汽車發動機的轉速攀升比較快，對於汽車的高速性能和油耗有影響。

四、加大變速箱的傳動比：

汽車的最終加速性能還取決於變速箱傳動比的設計，變速箱起到的作用就是改變扭矩以及改變傳動方向的作用，在發動機輸出功率一定的前提下，通過在低速檔加大傳動比的方法，讓汽車的扭矩輸出有所提升，以愛信的6AT自動變速箱為例,1-6擋的減速比分別為4.148、2.370、1.556、0.859、0.686,倒擋的減速比則為3.394，減速比大於1的是減速檔，此時起到放大扭矩降低轉速的作用，小於1的是加速檔，起到提升速度、降低扭矩的作用，當減速比越大，扭矩放大的作用越大，反之越小。

發動機功率、扭矩和汽車加速性能的關係：

經常能聽到這樣一種表述：“極速看功率，提速看扭矩”，實際上這句話是片面的，一般來說，發動機功率決定著汽車的最高速度，而汽車的加速能力和扭矩有一定關係，但是最終還是取決於發動機的功率。下圖的1.5T渦輪增壓發動機的功率輸出曲線和老款2.4L自然吸氣發動機持平，提速性能自然差不了。

有人說那為什麼渦輪增壓發動機的車型提速快？這主要是由於渦輪增壓發動機可以提供更寬扭的矩輸出範圍，為發動機和變速箱的匹配提供了較大的選擇餘地，在發動機低轉速時，渦輪增壓發動機的升功率更大，可以提供更充足的功率，因為有變速箱的存在，扭矩大小轉換完全不是問題。並不是發動機低扭大提速就一定快，柴油發動機的扭矩遠遠大於同排量的汽油發動機，如果真的是扭矩決定加速的話，使用柴油車的性能豈不是吊炸天了？

渦輪增壓發動機給人提速快的感覺另一個原因是由於渦輪增壓發動機在輸出同樣功率時，低轉速時就可以提供較大扭矩，相應的發動機轉數就比較低，而如果輸出同樣的功率，自然吸氣發動機的轉數攀升比較高，這就會給人一種沒勁的感覺。

眾口說車

汽車如何實現低速高扭？

這一問題想要得出答案首選要對扭矩有的概念有充分理解：扭矩指物體發生轉動時產生的力矩，對於發動機而言可以理解為轉矩，名稱不同但是概念相同；內燃機通過曲軸飛輪輸出的力矩是轉矩，力矩的單位是N·m（牛頓·米），計算方式為【力×力臂】，這些是結構對於參數的影響。

在結構固定的前提下想要提升扭矩則要依靠“動力源”的調整，機械結構在沒有外力推動下是不會運轉的，那麼內燃機的“外力”則為氣缸內熱能與機械能轉換，說白了就是燃油燃燒產生的有效功基數。熱機不論是外燃式還是內燃式，其輸出扭矩的基礎是燃料燃燒產生的化學能轉換，首先轉化為內能之後轉化為機械能，那麼只要燃燒產生的基數大澤轉換為機械能的數值也會變大。

但是發動機在低轉速時的進氣量是很小的，即使是渦輪增壓發動機也沒有大幅提升總量，看似低轉速是無法實現大扭矩的。不過以渦輪增壓發動機為例，增壓機的作用是以高壓壓縮空氣的體積，常溫常壓下空氣中的氧含量為21%，而在壓縮後比如把1.2L空氣壓縮為1升大小，那麼實際進氣中的氧含量則為23.1%，這種比例已經達到了富氧燃燒的狀態。

富氧燃燒的火焰溫度會與整車氧含量的溫度高，而熱機的基礎是燃燒化學反應產生的熱能轉化為機械能，所以燃燒溫度增加則能升高扭矩輸出的基數，問題已經得出答案了。

內燃機在不改動結構的前提下想要提升低轉速運行時的輸出扭矩，唯一的方式是增壓進氣提升氧含量；不過已經是渦輪增壓機的發動機沒有必要調整，不論是參數標準的是【1500~4000】還是【3000-6000】，這只是發動機不同的調教狀態，前者以極快的速度達到增壓器的最高轉速、實現最強增壓，這種駕駛體驗偏向全時性能體驗；後者以比較慢的速度在3000轉才能實現增壓器的最高轉速，這種設計並不會讓低扭明顯變弱。

因為增壓器的運行依靠的是發動機運行排出的廢氣，壓力只要稍微大一些增壓機既可以開始運行，一般增壓機會發動機1000轉左右開始增壓，到3000轉才能達到最高轉速目的是讓1000~3000轉之間的加速足夠線性，這一轉速是正常代步駕駛時最常使用的，所以這種調教能讓用車體驗更加理想，而且敢於如此調教的發動機也會有相當大的扭矩。那麼渦輪增壓機不用再考慮調整，經過嚴格計算設計製造的發動機已經是最理想的狀態。

至於自然吸氣發動機只能考慮加裝增壓機，廢氣渦輪增壓改裝的難度很大，而且會有破壞性的改裝，一般不建議考慮；自吸發動機改裝比較多的類型為機械增壓，增壓器通過皮帶與發動機曲軸連接，只要啟動後曲軸一定是旋轉的，那麼增壓機也就是在啟動後開始全時增壓；只是機械增壓的轉速比較慢，在高速駕駛中效果很遺憾，但在低速時增壓進氣富氧燃燒對動力提升還是相當明顯的。

改裝禁區：刷機

提升低扭的方式可以通過刷機改變點火提前角，正常的量產發動機點火提前角往往是滯後的，在活塞上行達到上止點瞬間開始點火，點火後燃油充分燃燒時活塞已經下行，爆燃產生的有效功會損耗一部分才能開始為活塞加力。

而修改了參數後點火提前角則不再滯後，在活塞沒有達到上止點時即開始點火，在達到上止點後燃油充分爆燃產生有效功會以最大比例推動活塞下行通過連桿帶動曲軸輸出扭矩。

這種改變原機參數的調整雖然能增強低扭表現，但是提前角的修改也會讓爆燃產生的震動影響活塞的穩定性，與氣缸缸壁的磨損會嚴重的多，發動機使用壽命大幅縮短。所以一般的刷機不建議考慮，增壓機不建議改動、自吸發動機可以考慮機械增壓，但都沒有換車更直接。

想要低速扭矩更理想，最好的辦法是換一臺大功率純電動或混動汽車，因為電動機是恆扭矩發力，不依靠燃油爆燃而是依靠地磁場推重轉子旋轉，那麼只要在起步瞬間最大電門輸出電流則電場強度最高，在起步的第一轉即可爆發最強的扭矩。

這是所有內燃機都做不到，所以今天的性能車往往都是插電式混合動力，也許在技術成熟後燃油車改裝電機也是不錯的性能提升方式，供參考。

（上文由天和Auto撰寫，僅代表個人觀點；禁止站外轉載，平臺內歡迎轉發。）

天和Auto

前些年渦輪增壓發動機還不是這麼流行的時候人們總喜歡把自吸發動機分為兩種，一種是高轉速發動機，一種是低轉速發動機。其實說白了就是最大扭矩轉速的高低。最大扭矩轉速來得早的被稱為低轉速發動機。最大扭矩來得晚的被稱為高轉速發動機。低轉速發動機平時穩著開很舒服，油耗也低。高轉速發動機適合跑快，轉速拉起來後動力源源不斷。那究竟低轉速大扭矩是怎樣實現的呢？今天咱們就來說說這個話題。

扭矩怎麼來的

扭矩可以理解為發動機有多大力氣。這個力氣來自混合氣燃燒膨脹對活塞產生的推力。比如上圖，混合氣膨脹推動活塞，而活塞又推動連桿，連桿推動曲軸，力量就這麼產生了。

所以我們知道想要提升扭矩有兩個個要素：

提高混合氣膨脹力量。

增加連桿推動曲軸的力矩。

提高混合氣膨脹力量的方法

1、提高混合氣數量

簡單來說就是增加低轉速時的進氣量，進氣多了活塞就能壓縮更多的空氣，壓力就更大。而且混合氣多了能多噴油，燃燒膨脹力量也更大。渦輪增壓發動機就是這個套路。提高混合氣數量就又牽扯到很多因素了，比如進氣道形狀、進氣門形狀、氣門重疊角、進排氣正時、燃燒室形狀等。

2、提高壓縮比

這個好理解，壓縮比越大混合氣壓縮程度越大，壓縮衝程末端燃燒室壓力就更大，做功衝程混合氣燃燒對活塞的反作用力也越大。

3、增大點火提前角

我們普遍認為發動機工作時活塞到達上止點開始向下運行時火花塞才開始點火。而實際上活塞在壓縮衝程末端火花塞就開始點火了，這就叫提前點火。提前點火是可以增加發動機輸出扭矩的。因為提前點火可以增加活塞壓縮壓力，這樣在做功衝程反作用力也更大。

4、增加活塞行程

增加活塞行程可以充分利用混合氣膨脹的能量，增加推動活塞的時間，從而提高扭矩。

提高連桿驅動曲軸的力矩

比如上圖，綠色箭頭代表連桿對曲軸的推力，而L是推力的力矩。推力相同的情況下力矩L越大最終在曲軸上產生的作用力越大。這就像我們用撬槓撬東西，撬槓越長力量越大。而增加力矩的方法就是提高曲軸回轉半徑，而這又導致活塞需要更長的衝程，也就是我們所說的小缸徑長衝程，這一點跟柴油機是一個道理。

其實一臺發動機結構定型後其最大扭矩轉速基本上已經確定了，因為機械結構決定了最大進氣量轉速，而工程師要做的就是針對硬件特性去合理控制各種因素來提升扭矩。

愛車大家說

關於發動機的參數，有三個大家普遍都很關心的數值，即：功率、馬力和扭矩。這三個名詞如果用最直白的語言來解釋那就是：功率代表動力動力的持久力；馬力代表汽車的速度極限；扭矩則代表汽車的爆發力。

那麼一輛車的扭矩越大，它在單位時間內的動力輸出和加速能力也就越大，換句話說此時汽車就越有勁，提速也就越快。所以我們在拉重物、爬坡或者進行越野的時候，都需要在低檔位來實現正常的駕駛。

一般來說我們家用車的扭矩，它達到最高峰值時的轉速大致是在2000-4000的範圍，也有些水平較好的小排量發動機可以在1500-1750左右，就可以讓發動機達到峰值扭矩的80%，例如大眾的1.4T發動機。

那麼發動機是怎樣實現低速高扭呢？

實現低速高扭最基本的原理就是變速箱的齒輪比變化，這個原理大致和我們騎變速自行車是一個道理。就是當你用較小直徑的主動輪去帶動較大直徑的從動輪時，由於主從動齒輪之間的直徑比例很大，因此主動輪就需要用很大的力才能帶動從動輪跟著轉動，而這個過程就是最基礎的低速高扭原理。

當隨著速度的上升，此時物體已經具有了一定的行駛慣性，因此如果主從動齒輪之間的尺寸比例還是不改變的話，那麼我們在行駛的過程中就會白白浪費很多的動力，同時也會極大增大發動機或人的負載。

所以當我們升高檔位後，隨著主從動齒輪之間的齒輪比變小，在汽車自身慣性的作用下，我們就不需要很多的動力便能保持汽車的高速行駛狀態，而此時發動機輸出功率的降低，就勢必意味著扭矩輸出也會隨著降低。

此外根據功率=扭矩×轉速的公式也可以看出，當發動機的轉速恆定時，功率的輸出和扭矩的大小是正比關係，而當發動機的功率恆定時，轉速的高低和扭矩的大小則是反比關係，所以汽車的“低速高扭”狀態，可以說是發動機的基本狀態。

上面說了汽車最基本的低速高扭原理-變速箱齒輪比原理，那麼在這個基礎上，工程師們還可以會在其他方面去加強發動機的“低速高扭”輸出範圍，例如：

1、\t增大發動機的進氣量，方法之一就是添加渦輪增壓器，讓燃油在燃燒室內達到更佳的空燃比，使之燃燒更加充分，因此發動機就可以在同等轉速的情況下，進一步提高自己的輸出功率，那麼隨之而來的扭矩輸出就必然會增大。

2、\t使用低慣量的渦輪增壓器，做法就是減小增壓器的渦輪和泵輪的尺寸，降低它們的轉動慣量，讓渦輪增壓器在較低轉速時就可以快速進入到自己的最大工作狀態。這樣做的好處是能在低速時儘量壓榨出發動機的最大扭矩，但缺點是在高速或高轉速狀態下的扭矩持續爆發性，會容易出現較為明顯的下降。

3、\t調整節氣門的開閉時間，簡單地說就是將進氣節氣門的開閉時間適當延長，它的目的同樣是進一步增加發動機的進氣量，提高燃油的燃燒效率，這可以讓自然吸氣車也能在低轉速的情況下，獲得更多的發動機功率輸出，從而增大發動機的扭矩爆發性。而我們常聽到的那些VVT技術、DVVT技術、VVT-i技術等等，都是為了調整進排氣節氣門的開閉合時間而設定的。

4、\t發動機的燃燒技術，這方面涉及到的技術就要比起前面所說的那些都更加複雜，但這些技術例如：缸內直噴、分層燃燒、汽油壓燃等都是為了一個相同的目的-提高燃油的燃燒效率，增大發動機輸出功率，提高發動機的扭矩輸出。