（文章來源：百家號(hào)）

想要理解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為什么需要變速箱，首先要理解不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)有什么特點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)指能夠?qū)⒁环N能量形態(tài)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的機(jī)器，是一種籠統(tǒng)的概念性定義，并不特指某一種動(dòng)力元。能定義為發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)器有：外燃式發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、蒸汽輪機(jī)以及電動(dòng)機(jī)等，其中內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)則是一般理解的發(fā)動(dòng)機(jī)，是燃油動(dòng)力汽車使用的動(dòng)力元。普通家用汽車使用的內(nèi)燃機(jī)為汽油動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，這種機(jī)器的運(yùn)行步驟為：進(jìn)氣噴油、壓縮蒸發(fā)、爆燃做功、排出廢氣。

第一步無須贅述，內(nèi)燃機(jī)需要變速箱的核心因素是第三步爆燃做功，燃油與空氣混合進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室（氣缸）后，通過活塞上行壓縮空氣產(chǎn)生高溫蒸發(fā)了汽油，汽油與空氣混合后被火花塞高壓電弧引燃，混合油氣則會(huì)瞬間爆燃。所謂燃油燃燒的本質(zhì)是一種高溫化學(xué)反應(yīng)，能量分子在明火的作用下開始劇烈的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的勢能可理解為宏觀判斷有規(guī)則但細(xì)節(jié)無規(guī)則的不斷撞擊，這一撞擊力會(huì)推動(dòng)活塞下行驅(qū)動(dòng)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)，曲軸帶動(dòng)的飛輪是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出端，分子運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)參考下圖。

那么大量的能量分子在固定容積的氣缸內(nèi)無規(guī)則劇烈碰撞（運(yùn)動(dòng)），這一過程中必然產(chǎn)生震動(dòng)，震動(dòng)則必然產(chǎn)生噪音。內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力的基礎(chǔ)正是這種會(huì)產(chǎn)生噪音的分子運(yùn)動(dòng)（震動(dòng)），提升動(dòng)力則需要讓噴入更多的燃油產(chǎn)生強(qiáng)度更大的分子運(yùn)動(dòng)，那么高轉(zhuǎn)速運(yùn)行的震動(dòng)勢必更大，噪音勢必非?？鋸?，夸張到長時(shí)間運(yùn)行會(huì)損壞聽覺系統(tǒng)。其次高強(qiáng)度的震動(dòng)會(huì)造成活塞與氣缸物理接觸強(qiáng)度的增大，物理接觸嚴(yán)重則活塞與氣缸磨損嚴(yán)重，內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)并不適合長時(shí)間高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，否則耐用性會(huì)很差。

發(fā)動(dòng)機(jī)通過轉(zhuǎn)速高低可以自由控制車速，但高轉(zhuǎn)速等于高轉(zhuǎn)速又等于高磨損，那么通過變速箱提供不同的齒輪比，在不同的動(dòng)力需求狀態(tài)下則能實(shí)現(xiàn)高車速低轉(zhuǎn)速。比如5MT五檔手動(dòng)變速箱，在起步時(shí)車輛需要大扭矩則用1擋大齒輪比，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪驅(qū)動(dòng)動(dòng)力輸出的大直徑齒輪，發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周N圈小齒輪才會(huì)旋轉(zhuǎn)一圈，這樣能實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速大馬力起步，重要的是能讓起步后的車速很低，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高但小齒輪（驅(qū)動(dòng)輪）轉(zhuǎn)得慢。馬力的計(jì)算公式為【（轉(zhuǎn)速×扭矩÷9549）×1.36】，在低速時(shí)扭矩小的狀態(tài)則通過齒輪比以高轉(zhuǎn)速獲得大馬力。

而車輛在高速行駛中的行駛阻力比靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的起步小得多，這種狀態(tài)下不用大馬力也能驅(qū)動(dòng)車輛正常行駛。那么此時(shí)以5擋齒輪比，讓發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)大直徑的齒輪，該齒輪旋轉(zhuǎn)一周、動(dòng)力小齒輪能旋轉(zhuǎn)N圈，這就實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速小馬力輸出同樣能實(shí)現(xiàn)高車速。內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)為了控制磨損和噪音音強(qiáng)而不得不使用多擋變速箱，電機(jī)是不是也同理呢？

電動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理不同，內(nèi)燃機(jī)依靠燃油爆燃產(chǎn)生動(dòng)能，而電機(jī)是依靠電流輸入電機(jī)的電磁線圈形成磁場力，利用電磁場和永磁體相斥的特性輸出動(dòng)力，這種能量轉(zhuǎn)換不存在震動(dòng)，與燃燒燃油相比是靜態(tài)的實(shí)現(xiàn)動(dòng)能。靜態(tài)則不會(huì)考慮振動(dòng)與噪音，其動(dòng)能轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)也只是簡簡單單的一組轉(zhuǎn)子軸承，只要電機(jī)通電后則能直接旋轉(zhuǎn)，簡單的結(jié)構(gòu)也幾乎不存在震動(dòng)，否則軸承會(huì)快速的磨損損壞。

那么不用考慮震動(dòng)以及噪音的電動(dòng)機(jī)則能實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，而且電流形成電磁場、電磁場形成動(dòng)能的能量轉(zhuǎn)化效率極高，內(nèi)燃機(jī)能實(shí)現(xiàn)40%能量轉(zhuǎn)化率就算高水平機(jī)器，而電動(dòng)機(jī)能輕松實(shí)現(xiàn)90%以上。電流的傳輸效率高，在高轉(zhuǎn)速時(shí)動(dòng)力不會(huì)明顯的衰減，而內(nèi)燃機(jī)高轉(zhuǎn)運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)進(jìn)氣量下滑導(dǎo)致功率下降。所有有絕對優(yōu)勢的電動(dòng)機(jī)可以輕松實(shí)現(xiàn)萬轉(zhuǎn)以上的高轉(zhuǎn)速，這種能夠依靠發(fā)動(dòng)機(jī)自身轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)車速的電動(dòng)機(jī)，還有必要使用變速箱嗎？

理論上是沒有必要的，但是電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)速太高如果直接則車速太快，為了把車速控制在合理的區(qū)間，所以電動(dòng)機(jī)往往配合一臺(tái)單速變速箱進(jìn)行減速，也就是利用1AT自動(dòng)變速箱將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速拉低以實(shí)現(xiàn)合理的車速。但如果是中低速大扭矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)則無需變速箱，很多直驅(qū)電動(dòng)大巴車是連減速都沒有的，電機(jī)轉(zhuǎn)速是多少則能通過車輪直徑對應(yīng)形成多高的轉(zhuǎn)速，這就是電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢所在。

除無噪音、震動(dòng)、高轉(zhuǎn)速以外，電動(dòng)機(jī)還有恒扭矩的優(yōu)勢，指起步瞬間可以爆發(fā)最大扭矩。因?yàn)殡娏鞯膫鬏斔俣葍H次于光速，踩下油門（電門）的瞬間電流即可達(dá)到電動(dòng)機(jī)形成最大扭矩，這點(diǎn)是任何內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)都做不到的，低扭很強(qiáng)的柴油機(jī)也要在1000轉(zhuǎn)以上才能爆發(fā)最大扭矩，所以電動(dòng)機(jī)的低速牽引力很強(qiáng)，這也是高鐵、無軌電車以及某些類型的特車都以電驅(qū)為主的原因。