先说为什么要降挡超车,再说发动机扭矩和转速的关系。
降挡超车的目的是:通过提高传动比,以降低变速箱输入轴的阻力矩,使曲轴转速可以更快地攀升,发动机输出功率也随之快速提高。发动机输出功率越大,车辆动能增加的越多,车速越快。
为什么不是放大扭矩?
降挡提高传动比,既可以说是扭矩放大了,也可以说是阻力矩减少了,一个事情的两种说法。关键看离合器在什么位置。
下图是某汽车教材上纵置后驱载货汽车的传动系统图,乘用车通用。
乘用车的离合器是装在发动机和变速箱之间的:离合器脱开,变速箱换挡结束后,离合器再重新结合时,发动机曲轴要克服变速箱输入轴的阻力矩。此时,曲轴转速如何变化,取决于曲轴扭矩和变速箱输入轴阻力矩的大小关系:
1. 曲轴扭矩大于阻力矩:发动机转速攀升;扭矩比阻力矩大得越多,攀升得越快!
2. 曲轴扭矩小于阻力矩:发动机转速会下降。降到低转速保护就熄火,手动挡起步熄火就是这个原因。
3. 曲轴扭矩等于阻力矩:发动机转速不变,汽车匀速行驶。
所以,我们深踩油门加速时,发动机开大节气门,增大扭矩输出;同时,变速箱降挡,减少阻力矩。结果就是发动机转速“唰唰”地从1500rpm匀速巡航转速瞬间拉到4000rpm以上,功率输出大大提高,车速也快速提高了。
如果,变速箱是装在离合器的后面,例如下图(我乱画的,没这种构型):
那我们可以把发动机和变速箱看作一个整体,变速箱是扭矩放大器。
说完为什么降挡超车,再讲扭矩和转速的关系:
曲轴转速是由扭矩决定的。
驾驶员踩油门给出动力指令,发动机就按指令加空气、喷油,使活塞推力达到动力请求的目标。
活塞连杆推动曲轴旋转,曲轴输出扭矩=推力*半径
曲轴半径是不能变的,则扭矩越大,旋转加速度越大!曲轴也就转得越快。
所以大部分人幻想的 300N.m@1500rpm的状态,不可能是个稳态,只能是发动机加速过程中的一个瞬态。也就是发动机转速指针从800rpm向6000rpm攀升过程中会经过这个状态,但无法在这个状态停留,因为扭矩太大了!
这句话希望大家品一下。可能有人问,我能不能以300N.m@1500rpm的状态匀速行驶在60km/h?
有可能,但正常情况下很难。上面说了,匀速行驶就等于扭矩和阻力矩平衡,大部分乘用车变速箱最高挡减速比是0.7~0.6,主减速比是3.5~4.5,就算你挂到最高挡,300N.m的扭矩一样可以轻易克服阻力矩。所以想大扭矩,低转速匀速行驶,要么改造变速箱,把最高挡减速比减少到0.1;要么就是增大行驶阻力,比如后面拖拽一辆开启最高档位动能回收的小鹏汽车爬陡坡,由于行驶阻力很大,说不定可以和300N.m的扭矩平衡。
其实活塞发动机原理很简单,驾驶员能控制的就是油门,你踩油门,发动机就多进气、多喷油,活塞力气就越大,活塞力气大了就可以带动曲轴越转越快,车速越来越高。
控制流程:油门决定扭矩,扭矩决定转速。