开车为什么要换挡？

驾照考试教换挡，换来换去迷得慌。换挡究竟是为何？不如剖开来说说。

换挡在今日，依然是个逃不掉的概念。

虽然手动挡不多了，但自动挡车型中，依然存在手自一体、拨片换挡、S档这些功能概念。

什么时候用？怎么用？为什么要控制档位？

新手司机经常带着困惑换挡，主要因为没人来解释：“换挡”究竟是为了解决什么问题？

为了让新手，早日掌握换挡诀窍，更快发挥变速箱全部潜力，特撰本文，希望能对驾考朋友，与初学的车友们，微献助益。

⚠️ 本文经特殊编排，以方便理解，与教科书顺序不同。为了简洁地讲清楚，无关细节全部简化省略，用词规避专业术语，故请专业人士谅解。

⚠️ 本文示例数据，仅适用于家用车，不适用于改装车，或赛道车。

换挡原因先总结

一，仅固定设1个档不行，发动机转速不能无限高。

二，发动机“最高效转速”只局限在一部分转速区间，例如4000~5500转。

三，其它转速要么扭力低，要么易积碳，要么太费油。

四，摩托发动机直接输出的力量，挺弱的，难以满足提速载人需求。

所以，搞一个“变速换挡装置”，无论时速是30kmph还是120kmph，发动机都能工作在“最经济/最大力/最健康”的转速上，就能解决上述问题。

带着这几个结论，去理解后面内容，就会非常容易。

发动机挑转速？因为它确实矫情！

既然换挡是因为发动机转速区间受限，便简单解释下发动机出力特性。

低转弱鸡高转叫，炸缸开锅路人笑。

发动机是很难伺候的，各转速下，力量与耗油经济性大不相同，请看下图。

这是四缸发动机的透视图，其中3号缸正在点火爆燃，产生大量高温气体，推动气缸向下，将燃油能量变成机械的运动和转动。

发动机能健康地长期“低转速”行驶吗？不行。

转速过低时，比如700~1500转/分钟，抽入空气速度较慢，抽入氧气不足，汽油燃烧不充分，便会产生积碳，对火花塞、活塞环都不好。

低转时为了克服机油阻力和摩擦阻力，ecu喷油量会稍高，进一步加剧了燃烧缺氧，这也是不推荐长时间怠速的原因。

低转还要拉大米，脑中想想拖拉机。抖动又大车又摇，黑烟熏得满脸漆。

如果低转还要高负荷，就更需要强行喷射更多的汽油。这虽能增加燃烧剧烈度，增加出力，也会让更多的燃油因缺乏氧气，无法充分燃烧，形成大量积碳，并排出黑烟。

这时候，虽然转速低、耗油少，但出力也低，很多油没法充分爆燃，而浪费掉了。

低转燃烧不充分，冒烟见过吗？

那么高转速时，发动机能长期健康运转吗？比如7000到9000转，是不是燃烧特别充分，力特别大呢？

不是的，请看下图

转速太高，磨损加剧，本身就不适用于吃苦干活的家用轿车。

此外，高转速还有几个坏处：

1，油气还未燃烧完毕，就已经被活塞推出发动机了，这些油气会在高温排气管里继续燃爆，产生噼里啪啦的爆震，甚至带燃烧着排出，俗称喷火

2，油气燃爆速度，不太赶得上活塞本身已有的运动速度，导致“燃爆和活塞齐头并进”，难以赶超并继续推动活塞。

于是大量的燃油“浪费”在了“维持当前转速”上，想继续加速，继续推背感，还要更多的油。

但是，更多的油没烧完就喷出去了... 结合这两条，大致解释了，高转又费油又乏力的原因。这种现象在摩托车上见的更多，因为摩托车普遍转速高很多。

3，持续高转产生高温，可能冷却液沸腾，甚至拉缸，炸缸。目前民用金属材料，还达不到那么高的耐热强度。

低转高转都经不起长时间考验，那什么时候发动机运转得最好，最有力，最省油呢？？？

只要避开低转的进气不足，避开高转的燃烧不及，发动机状况就会很大改善。 一般来说，在3500~5500转，燃烧都比较充分。对于增压机型而言，一般2500转以上的燃烧就已经很充分了。

这里要注意，所谓“最适宜转速”，特点是扭矩大，有力，不容易积碳，燃油更多消耗在推动活塞上，而非浪费在“追赶”活塞上，正所谓：

适宜转速真的好，燃烧充分积碳少。

爆燃更比活塞快，踩着活塞往下踹。

“最适宜转速”在“燃烧经济性”与“发动机养护”间取得了均衡。

当然，不同车型，适宜转速不同。比如我的摩托车，310cc，高压缩比单缸，属于中高转速街车发动机，说明书建议不要长期低于5000转运行，易积碳。

上述各转速的特性，总结下来，便解释了常见的“发动机特性曲线图”，如上所示。

蓝色最大扭力只集中在一个小区间，另外转速太高性能反倒下降，油都飙出去了。。。

不是说2000转以下省油么？？？

是省油，但积碳呀。中国驾驶员的日常2000转习惯，是城市拥堵、车辆密集、油价高升、收入缩水共同作用的结果，是一种不得已的妥协，各大车企为了应对，甚至专门有一种“中式驾驶工况”内部测试标准，可见我国的驾驶习惯，并不能代表车辆的全部情况。本文不谈社会问题，只从机械的角度讲讲发动机的工况。

对于转速，总结来看，发动机最佳运转速度，只有一部分区间，那么如何让车子任何速度下，发动机都能以4000~9000转速运行呢？换挡是怎么来的呢？

直观感受，只有一档为何不行？

我们用最简洁的动力结构举例，比如摩托车，能否只靠1个档位，就维持最佳的摩托发动机转速4000转？：

好么，这家伙真容易维修！一个离合器，一条油封链，没别的了。 但劣势也非常明显，起步只有200~300转，这时摩托发动机转速太低，一点力气都没有，容易熄火。

那调整链条和齿轮，让起步2000转，勉强有力了吧？

但这时开100公里每小时，就需要2万转/分钟。上几个小时高速，不但要花大把油钱，还可能提前高温炸缸结束旅程。

后轮直连变速，这台发动机只能以50kmph速度匀速行驶。

不然，要么积碳+黑烟+顿挫+熄火，要么喷火+拉缸+炸膛+开锅。

难，真的难。

如何变速，才能应对街区低速行驶？

为了支持30kmph的市区低速巡航，而且发动机也能4000转，省油又平顺，又有点力气，可以如下制造摩托车：

像上图搞两个齿轮，像杠杆一样，就可以了。 看下面这张图，更能理解，为何后轮胎速度变慢了。

高速巡航如何变速？换个齿轮即可上路：

想在德国高速上以 120kmph 速度骑车巡航？此时如何让摩托发动机维持在“健康省油”的4000转呢？请看下图：

这其中的原理如下所示

各种速度都要跑？所有齿轮装在一起即可

那么既要支持10~20公里时速， 也要支持30~50时速，

还要支持70~90时速， 又要支持90~120时速，

摩托发动机，还必须保持在4000到8000转，怎么办？

事真多，那就多搞些齿轮备用吧，如下图所示：

一堆齿轮怎么切换？排在箱里就成了变速箱。

把上面那一堆齿轮封在一个铁箱子里备用，就成了变速箱，如下图。

换挡，也就是在这些齿轮间进行选择。

这些变速箱齿轮，与发动机的结合如下图所示：

除了照顾发动机，换挡还有什么用？

换低挡还可以放大发动机的力量, 换高档还可以省油。

原理很简单，还记得低档时画的杠杆图吗：

如果没有变速箱，发动机起步简直要难死。

一部1.6升4缸汽车引擎，大约可发挥150牛·m的最大扭力，若直连 185/60R14 轮胎，则轮上的推进力仅为 15/0.41= 36.6公斤 的力量， 这是什么概念？这就是肉得要死！

但是，若经过一档齿轮杠杆放大，这个力量可以变为8000牛，相当于800公斤的力量，足以推动小轿车灵活起步了。

结语

换挡原理很容易，都是照顾发动机。

升档转低省油费，降档超车能给力。

以上。