先讲我们所追求的发动机特性是什么样的：所有工程师毕生的最求就是5个字：低速大扭矩。为什么呢？因为从动力学的角度来说，转速越低扭矩越大才是最适合车辆使用的，所以从某种意义上来说，电动机比内燃机要适合做车辆的动力源，就是因为他的输出特性是大扭矩点可以出现在0转速，随着转速的升高，可以有一段区间都维持最大扭矩，到某一个点后转速升高，扭矩下降，而此时功率达到最大值。这样做的好处就是可以省略掉变速箱。
内燃机由于没有这种特性，在低速段内燃机的扭矩远比高速段要低。试想一个情况，当车辆行驶途中遇到一个上坡，这时车辆速度会降低，发动机的转速也会降低，而由于发动机的转速降低，其输出扭矩进一步降低，从而导致车速进一步下降。这样就形成一个恶性循环，最终导致熄火。因此内燃机的车辆就需要一个变速箱在这种情况下通过更换齿轮比来维持或提高发动机转速，从而维持或提高输出扭矩，保证车辆正常运行。那发动机的这种特性是怎么造成的呢？我们先来看决定发动机输出扭矩的有哪些因素。发动机的输出扭矩本质上来源于缸内气体燃烧膨胀推动活塞做功。那首先就是可燃气体的多少就是一个很关键的因素，很简单的道理，烧得多了，温度就越高，气体膨胀得久越厉害。
我们这里讨论的是节气门全开的情况。很多人会问了，既然节气门都全开了，那各转速下的进气量不应该是一样的么？ 可惜不是...举个最简单的例子，当气门打开的时候，其实对气体流动是有阻力的，虽然在各转速下气门的升程都是一样的，但是由于气流速度不同，从而导致了流阻不同，由于流阻不同，也导致了进气量不同。类似流阻的情况其实是贯穿在整个气路当中的，从而导致了在不同转速下进气量的不同。除此之外，例如进气道谐振效应等都对进气量有着显著的影响。因此我们可以得到一个结论，不同转速下，进气量都会不一样。可燃气体的多少是一个因素。我们再举一个因素。那就是火焰传播速度，简单点说就是可燃气体的燃烧速度。通常来说，相同组分的可燃气体的燃烧速度总是相同的。
我们知道随着可燃气体的燃烧，释放的热量就越多，气体膨胀得就厉害。通过无数前辈工程师总结的经验表明，当缸内最大压力出现在活塞转到某一位置时，发动机做功可以达到最大。但是我们的点火时间基本是确定的，通常来说在活塞到达上止点前的某一位置，因此就出现了这种情况，并不是在所有的转速下缸内最大压力都会出现在最合适的位置。通常的现象就是在低速的时候，气体燃烧的过快，而在高速的时候，气体燃烧得过慢（这里说的是相对曲轴转角的速度，不是指的是绝对速度，气体燃烧的绝对速度总是一样的）以上两点是造成内燃机各转速下最大扭矩都不同的最大原因，当然还有其他一些实际工程当中的原因，但这两点是最主要的。对于早期的发动机来说，由于控制技术和一些机构的缺失，导致了无法兼顾所有的点都可以输出最大扭矩，因此只能考虑某个最常用的区间，对于发动机（汽油机）来说，常用的点是2k~3k，到考虑爬坡的时候是需要最大扭矩的，这个时候通常发动机在3.5k到5.5k，因此早期的发动机都将最大扭矩点定在这个区间，同时保证2k到3k这个范围内的最大扭矩尽可能大，至于低速段，实在是无力再兼顾了。但是，凡事都有但是...随着科技的发展，工程师们的辛勤劳动对以上的问题都提出了非常有效的解决方案。例如，进气量不同，那我们在高速段的时候气门多开一会时间就好了嘛，于是就有了变正时气门，或者开大一点，这就是变升程气门。进气谐振效应也充分得到利用，可变进气道长度可以保证在不同转速段的谐振效应基本相同。对于燃烧速度，我们改变下点火时间不就行了么，低速的时候推迟点火，高速的时候提前点火，这些在现代ECU的控制下都已经不难做到了。
