问题

为什么轿车发动机不能装到卡车里,通过变速箱解决动力问题?

回答
你的问题很有意思,触及了汽车工程里一些核心的原理。简单来说,轿车发动机之所以不能直接装到卡车上,并且仅仅依靠变速箱来解决动力问题,是因为它们在设计理念、工作环境、耐久性需求以及输出特性上有着本质的区别,这些区别不是靠一两个变速箱就能完全弥补的。

咱们就来掰扯掰扯,为什么这事儿没你想的那么简单:

1. 工作环境和耐久性:一个天壤之别

轿车发动机: 轿车发动机,顾名思义,是为相对平稳、舒适的城市通勤和高速公路巡航设计的。它们通常在转速相对较高(比如20004000 RPM)的环境下工作,并且负载变化相对平缓。发动机舱的空间也有限,散热主要依靠风扇和空气流通。为了轻量化和燃油经济性,轿车发动机的许多部件(比如活塞、连杆、曲轴、缸体)材料强度和加工精度会比卡车发动机略低一些,以降低制造成本和重量。它们追求的是运行平顺、噪音小、低排放和燃油效率。

卡车发动机: 卡车发动机,特别是重型卡车,则是为了承受高负荷、长里程、恶劣工况(爬坡、满载、低速行驶、频繁启停)而生的。它们需要长时间在低转速(比如10002000 RPM)和高扭矩输出的状态下工作。这意味着卡车发动机的内部零件需要承受巨大的应力,对材料强度、加工精度、散热能力都有极高的要求。
材料强度: 卡车发动机的活塞、连杆、曲轴、缸体等关键部件通常采用更坚固、更耐磨的材料,并且经过热处理强化,以抵抗持续的高温和高压。
散热系统: 卡车发动机的散热系统也更加强大,通常配有更大的散热器、更强的风扇,并且有专门的油冷却器,以保证在极端负荷下发动机温度不会失控。
密封性: 卡车发动机的缸体和缸盖结构更坚固,密封性也更好,以承受更高的燃烧压力。

简单比喻: 想象一下,轿车发动机就像一个跑马拉松的运动员,追求的是匀速、耐力。而卡车发动机则更像一个举重运动员,需要在短时间内爆发巨大的力量,并且要能承受反复的重压。你不能指望马拉松运动员能轻松举起几百公斤的杠铃,反之亦然。

2. 动力输出特性:扭矩与马力的差异

轿车发动机: 轿车发动机的功率输出曲线更倾向于在高转速区间。也就是说,它能在较高的转速下输出最大的马力,这使得车辆在加速和高速行驶时表现更好。但它们的低转速扭矩相对较弱,尤其是在低速起步或者爬坡时,感觉力不从心。

卡车发动机: 卡车发动机则强调的是低转速高扭矩。这意味着在发动机转速不高的时候,它就能输出巨大的扭矩。扭矩是让车辆“拉动”东西的力,对于起步、爬坡、拉重物至关重要。卡车需要的是持续的、强大的拉力,而不是瞬间的高速。

3. 变速箱的角色:它能做什么,不能做什么

变速箱的核心作用是将发动机的转速和扭矩进行匹配,以适应不同的行驶工况。

高低速档位: 变速箱通过不同的齿轮比,可以改变车轮的转速和扭矩。低速档位(比如一档)会放大发动机的扭矩,让你更容易起步和爬坡。高速档位(比如最高档)则会降低车轮转速,让你在高速公路上更省油。
减速增扭: 变速箱本质上是将发动机的高转速、低扭矩(相对而言)转换成车轮的低转速、高扭矩。

但是,变速箱有它的极限:

扭矩承受能力: 变速箱内部的齿轮、轴、离合器等部件也有自己的承受能力。卡车发动机产生的巨大扭矩,如果直接通过一个设计给轿车发动机的变速箱传递,会很容易导致变速箱的过载、损坏。即使是专门为轿车设计的“加强版”变速箱,其设计强度也远不如卡车变速箱。
散热能力: 变速箱在传递大扭矩时会产生大量的热量。卡车变速箱通常有独立、强大的冷却系统,以应对长时间高负荷下的工作。轿车变速箱的散热能力往往不足以应对卡车发动机带来的巨大热负荷。
齿比范围: 轿车变速箱的齿比范围通常是为了优化高速公路巡航和城市驾驶而设计的。它们可能没有足够“低”的一档,也可能没有足够“密”的齿比来在低速时维持发动机在一个高效且有力的转速区间。换句话说,即使强行用轿车变速箱,它可能也无法提供卡车所需的极低速和极高扭矩的组合。

4. 发动机冷却与进排气系统:配合也很重要

冷却: 卡车发动机产生更多热量,所以需要更大、更高效的冷却系统,包括水箱、风扇、油冷却器等。轿车发动机的冷却系统设计更紧凑,散热能力相对较弱。
进排气: 卡车发动机需要更大的空气流量来满足燃烧需求,进气歧管、排气歧管的尺寸和设计也与轿车发动机不同。

总结一下,为什么不能简单地靠变速箱来解决:

1. 根本性耐久性差异: 轿车发动机的内部零件强度和材料,不足以承受卡车工况下持续的、巨大的负载和应力。
2. 动力输出特性不匹配: 轿车发动机擅长高转速,而卡车需要低转速高扭矩。变速箱虽然能调整,但无法凭空“创造”发动机本身不具备的扭矩。
3. 变速箱自身的限制: 轿车变速箱的扭矩承受能力、散热能力和齿比范围,都无法满足卡车发动机的巨大需求。强行连接,很可能导致变速箱在短时间内报废。
4. 协同匹配问题: 发动机、变速箱、传动轴、驱动桥等整个动力总成需要协同工作。一个环节的性能和设计理念与其它环节严重不匹配,整体的性能和可靠性就会大打折扣。

所以,把轿车发动机塞到卡车里,即便换上一个可以承受巨大扭矩的变速箱(那这样的变速箱本身就更接近卡车变速箱的设计了),发动机本身也很有可能因为无法承受卡车工况的“折磨”而过早报废。这就像让一个短跑运动员去跑全程马拉松,他不仅会很吃力,而且很可能因为身体承受不了而受伤。

简单地说,不是换个变速箱就能解决所有问题,而是发动机本身的设计就决定了它的“使命”不同,承受能力和输出特性也不同。卡车发动机是为“力量”而生,轿车发动机则是为“速度”和“平顺”而生。

网友意见

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非汽车专业,如果专业术语用错,请懂行的指正。

————一下为答案————

可以。问题是经济性不好。

卡车作为生产工具,对经济性的要求是非常苛刻的,几乎所有跟省油有关的技术,都是最先在重卡上出现的。

可能你跟我五年前一样,听说重卡十几升的排量,才四五百马力,怎么这么菜?要知道现在神2.0T都超过200马力了!而且一台小车发动机两三万搞定,他娘的一台重卡发动机要十万以上,这不是明抢吗?

首先科普一个知识,发动机是存在一个最经济的工况的,就是说在某个转速和扭矩下,经济性最好,最省油,偏离这个转速扭矩越多,经济性就越差。一般来说一款发动机经过车厂的优化后,最经济工况的范围已经尽可能扩大了,但是终究有限。然后给发动机划定一个工况范围,超出这个工况的,发动机就不再加大功率了。这个工况范围里面转速和扭矩乘积的最大值就是发动机最大输出功率,如果这个范围画大点,发动机就有了更大的最大功率,当然在最大功率那个位置也就更加费油。所以说尽管奥迪的2.0T比大众的2.0T最大功率要大,但实际上他俩的最经济工况是一样的,奥迪发动机就是能在地板油的时候通过更猛烈的烧油来得到更高的功率而已,所谓的通过刷发动机ECU来提高功率,其实就是把发动机的工况范围画大了一点。(这个范围叫做发动机的外特性曲线)

科普完。


小车发动机尽管有很高的最大功率,但是最经济的功率值是很低的。大部分小车在经济时速匀速行驶的时候,仅需要20~40马力的功率(要看车的大小,有些A级或A0级轿车可能有15马力就够了),动力系统也是按照这个动力需求来匹配的,这就是为啥你在高速跑90最省油的原因。所以小车拥有充足的后备功率用来爬坡和加速,只不过爬坡加速的时候经济性下降了。

而重卡的发动机,看上去最大功率不是很高,但他的经济功率非常高,四五百马力的重卡发动机,经济功率至少在150,有些六七百马力的发动机经济功率会放到300以上。这样重卡才能经常工作在它的经济工况下。所以实际上重卡发动机是有很大的功率提升空间的(只要把允许的工况范围画大点就行了),只不过继续提高最大功率会导致整车成本上升(例如,变速箱要承受更高的扭矩,车身要能够承受更大的冲击),因此将最大功率限制下来了,以获得更好的经济性。

你要问重卡有多省油。一般概念上,四十几吨(车货总重)的重卡,如果以八九十公里的时速匀速行驶,百公里油耗在30左右,如果超过35,车老板就骂娘了。我见过比较高的油耗是接近满载(车货总重三十几吨),跑山区的国道,油耗在60到80之间。如果按照后面这个60到80,折算到你家那台1.8吨重的SUV上,百公里油耗就是3~4升。如果按照前面那个最经济的匀速来跑,折算到你家那台1.5吨的B级轿车上,百公里油耗就只有1升左右!

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问题太大了,我提一点想法

——————————————

两台车,一台搭载1.6升EA211引擎的大众,另一台搭载1.6升伽马引擎的现代,同样的排量,3000转以内大众跑起来比现代有劲,3000转以后都差不多,其原因很大程度是发动机的缸径和冲程不同,想象一个一升装的可乐瓶,如果瓶子粗,那必然要矮点,如果瓶子细,那就会高一些,发动机燃烧室也是一样的,简单来说,冲程长缸径小相当于省力杠杆,冲程大缸径大相当于费力杠杆,一个是低扭发动机,一个是高转发动机。

引申一下:

为什么不把雅马哈R1上的0.998升引擎装到轿车里?

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卡车是干啥的?

拉货的

一卡车拉的货重吗?

那是相当重

轿车人坐满了都能明显感觉到动力比空车弱,更不要说拉个几吨货了

柴油机转速不高,速度拉的是不快,但是柴油机扭矩大啊,不然你以为路上的百吨王怎么跑起来的?就凭汽油机拉的动?

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随便来一款,国内某工程机械巨头的新货,不过据说他家的卡车水平比较emmm

当然这不是重点。

注意工作状态和性能参数,一般的轿车发动机要这么输出估计油耗能上天,寿命得落地……

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睿智啊,你不知道轿车的发动机在高负荷下的燃油消耗率(克每千瓦小时)比卡车的柴油机高多了么?

卡车可以做到十万公里换一次机油,轿车呵呵呵。

卡车可以100万公里大修,轿车呵呵呵。

现在好的进口卡车,满载40吨总重,80kmh车速,油耗在22-24。

以现在轿车发动机的尿性。估计得35-40。

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