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變速箱為什麼不可以用油門代替?

2018年02月27日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 30 ℃ 次

【羅夢宇的回答(22票)】:

該問題要用發動機的特性上說起。

一、內燃機的萬有特性告訴我們:

1、轉速低的輸出扭矩較低,中等轉速的輸出扭矩基本不變,轉速再高就扭矩就開始下降,綜合起來就是發動機的輸出功率隨著轉速升高而升高到一個極值後開始下降。

2、燃油消耗率最低的區域只在某一個轉速和油門區域內。

3、內燃機內燃機調速範圍有限,常用的低速柴油機從怠速600RPM~最高轉速2600RPM,一般汽油機怠速800RPM~最高6000RPM(一般發動機)8000RPM~10000RPM(性能較好的),F1發動機怠速1000RPM(大概)~最高19000RPM(大概)。

二、我們需要車的特性。

1、可以足夠慢,大概和人走路差不多,可以足夠快,上得了高速路。還要能爬上足夠的陡坡。

2、低速盡量的加速快,為了盡快加速,還要克服車的慣性需要更大的驅動力。還要能爬上足夠的陡坡。

3、原動機的輸出功率從低速到高速基本不變吧。

4、省油。

三、所以我們需要變速箱。

1、結合一.3和二.1。如果整車只有一個傳動比,就現有的內燃機轉速範圍不能滿足調速要求。滿足低速能上坡,高速就達不到。高速達到了,低速驅動力就不夠。

2、已經需要變速箱了,就把整個內燃機變速器做成一個低速到高速輸出功率都差不多的吧。看下面那個圖,各顏色連線是不是和恆功率差不多了?

3、省油啊,有了變速器就可以讓發動盡量的在省油區間工作了。

四、有沒有滿足二大點要求的原動機呢?

有!

1、外燃機。包括往複式活塞式蒸氣機(就是瓦特改進的那種,沒聽說過火車有變速箱的吧),不過這個不省油。斯特林發動機,這個雖然理論上很有前景,但是商品化的路上還有很大的距離。蒸氣渦輪發動機Turbine。

2、燃氣渦軸發動機(en.wikipedia.org/wiki/T)注意是壓氣機是單獨驅動。美軍M1A1坦克就用的這種。(直升機用的一種壓氣機和輸出軸固連的渦軸,那是因為直升機不需要發動機低速性能,只需要高速能出大功率)

3、電動機。電動機的基本力矩只受機械和線圈流過電流產生熱量的限制(所以超導材料才有那麼大的前景)

【崔磊的回答(1票)】:

題主這麼問,肯定比我更不懂技術。建議自行百度一下變速箱。

而我想說的是,題主的要求技術上早已實現並投入量產了,沒錯,就是傳說中的純電動車。

油門直接控制電機動力輸出,省去了傳統的變速箱。

【知乎用戶的回答(0票)】:

跟變速自行車有點像,另外電動汽車是不用變速箱的。

【知乎用戶的回答(0票)】:

高中物理告訴我們,發動機輸出功率等於牽引力乘以速度。如果去掉變速箱(保持發動機到輪胎的單一齒輪比),為了讓車子能發動起來,克服臨界靜摩擦,我們需要提供足夠的牽引力。常見車1檔正常運行的速度大概是20km/h或更低,這就意味著在城市路況下(40km/h)發動機需要提供近兩倍輸出,而在高速上這個數字達到近5倍。也就是說,在這個最簡單的模型下,我們需要發動機的最大輸出功率是常用功率的兩三倍。相反,因為車輛平穩運行時的動摩擦較小,多餘的牽引力往往沒有意義。這時就可以通過改變齒輪比降低輸出牽引力,以達到在同樣發動機輸出功率的情況下,獲得更高速度的目的。這種考慮其實是受到了內燃機效率和功率的局限。

【杉姍的回答(0票)】:

簡單的說,第一,每款發動機轉速都是在一定範圍內的,是油門控制從最低和最高轉速,這個範圍滿足不了我們平時開車需要的速度範圍。第二,光靠發動機自己最大扭矩也是滿足不了我們行駛中是比如上坡啊克服阻力啟動車子啊的需要的。1檔不是單純的讓車子變慢哦,而是能通過輸出大齒輪發出能大的扭矩,滿足車子克服阻力起動和上坡的需求。

只用通過不同傳動比的齒輪組,才可以進行調整,你是需要更快的速度呢,還是需要更大的力量(扭矩)呢。如果把汽車想像成一個人,低擋,就讓你的車變成大力士,可以爬坡,可以克服起動阻力讓車子跑起來。高檔,就讓你的車子變成飛毛腿,自由自在的奔跑起來~~~~還有一點,發動機無法倒著轉哦,你還需要倒檔。

【陸遙的回答(0票)】:

說一下我的淺顯的理解:

理論上來說,通過油門直接控制速度而不使用變速箱是可以的,比如其它回答中的電動汽車。但是,對於燒油的發動機而言,如果沒有變速箱,那麼:

加速車輛的唯一途徑是通過油門提高發動機轉速,這樣會提高耗油量、增加噪音,並且減少發動機壽命。

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那麼變速箱到底幹了什麼?

Well,我們可以簡化一下汽車的傳動系統:

齒輪A直接安裝在發動機的輸出軸上:A的角速度等於輸出軸的角速度。

齒輪B直接安裝在輪子的動力軸上:B的角速度等於輪子的角速度。

齒輪A和齒輪B相連:A的線速度等於B的線速度。

以上是簡化後的模型。

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如何加速?

使輪子轉得更快。

提高輪子的線速度 = 提高輪子的角速度(因為輪子的半徑不可變) = 提高B的角速度。

Wait a minite...

提高B的角速度有三種方式:

1. 減小B的半徑

2. 增大A的半徑

3. 增大A的線速度,既:A的半徑不變的話,只能提高A的角速度,也就是提高發動機轉速。

好吧,如果你來設計汽車,你選哪種?反正不是第3種,因為這會增加油耗,提高噪音,減少發動機壽命。

那麼,增大A的半徑或者減小B的半徑?

是滴!

變速箱可以把A換成一個更大的齒輪或者把B換成一個更小的出輪呀。

怎麼換?

Well,離合器先使A和B分開,然後換大或者換小,離合器再將齒輪鏈接在一起。

就這麼簡單,so simple~

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那什麼時候選3?

Well,比如,為了平衡動力性和油耗,規定發動機在3000rmp之前我們用第3種方案,發動機超過這個轉速後我們換擋咯,也就是選1或者2。

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電動車呢?

電動機這種設備貌似比較高端:

電動機轉的快不一定更耗電,只要提高電壓就行;

電動機轉的快也不一定噪音就大,說不定它的噪音你在車裡根本聽不見;

壽命呢?

這個腦部一下:

安靜而唯美的電流只是在線圈中平穩地流淌,不像汽柴油機內部是真的存在點火爆炸這個過程的。

因此,電動機可以不需要變速箱。

【錢星的回答(0票)】:

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