汽车术语(马力）

● 汽车驱动理论 　　马力与扭力哪一项最能具体代表车辆性能？有人说：起步靠扭力，加速靠马力，也有人说：马力大代表极速高，扭力大代表加速好，其实这些都是片面的错误解释，其实车辆的前进一定是靠引擎所发挥的扭力，所谓的“扭力”在物理学上应称为“扭矩”，因为以讹传讹的结果，大家都说成“扭力”，也就从此流传下来，为了更正错误，本文以下均称为“扭矩”。 　　扭矩的 观念从时候的“杠杆原理”就说明过了，定义是：垂直方向的力乘以到旋转中心的距离，公制单位为牛顿-米(N-m)，除以重力加速度 9.8m/sec2之后，单位可换算成大家熟悉的公斤-米(kg-m)。英制单位则为磅-尺(lb-ft)，这种单位在美国的车型录上较为常见，若要转换 成公制，只要将lb-ft的数字除以7.22即可。 ● 汽车驱动力的计算方式： 　　将扭矩除以车轮半径，也可以从发动机马力与扭矩输出曲线图中发现，在每不同转速下都有一个相对的扭矩数值，这些数值要如何转换成实际推动汽车的力量呢？答案很简单，就是除以一个长度，便可获得“力”的数据。举例说一下，一台1.6升的发动机大约可发挥15.0kg-m的最大扭矩，此时若直接连上185/60 R14尺寸的轮胎，半径约为41厘米，则经车轮所发挥的推进力量为36.6公斤（事实上公斤并不是力量的单位，而是重量的单位，须乘以重力加速度9.8m/sec2才是力的单位“牛顿”）。 　　但36公斤的力量怎么能推动一吨多的汽车呢？而且动辄数千转的发动机转速更不可能恰好成为轮胎转速，幸好聪明的人类发明了“齿轮”，利用不同大小的齿轮相连搭配，可以将旋转的速度降低，同时将扭矩放大。由于齿轮的圆周比就是半径比，因此从小齿轮传递动力至大齿轮时，转动的速度、降低的比率、以及扭矩放大的倍数，都恰好等于两齿轮的齿数比例，这个比例就是所谓的“齿轮比”。 『上图为车辆的加速曲线，改变变速箱尺比也可以使这条曲线更加锋利』 　　举例说明：以小齿轮带动大齿轮，假设小齿轮的齿数为15齿，大齿轮的齿数为45齿。当小齿轮以3000rpm的转速旋转，而扭矩为20kg-m时，传递至大齿轮的转速便降低了1/3，变成1000rpm；但是扭矩却放大了三倍，成为60kg-m。这就是发动机扭矩经过变速箱可降低转速并放大扭矩的基本原理。 　　在汽车上，发动机将动力输出至轮胎共经过两次扭矩放大的过程，第一次是由变速箱的档位作用而产生，第二次则取决于最终齿轮比（或称最终传动比，也可称为尾牙）。扭矩的总放大倍率就是变速箱齿比与最终齿轮比的相乘倍数。     举例来说：一辆手动档的思域，一档齿轮比为3.250，最终齿轮比为4.058，而引擎的最大扭矩为14.6kgm/5500rpm，于是我们可以算出第一档的最 大扭矩经过放大后为14.6×3.250×4.058=192.55kgm，比原引擎放大了13倍。此时再除以轮胎半径约0.41m，即可获得推力约为470公斤。然而上述的数值并不是实际的推力，毕竟机械传输的过程中必定有磨耗损失，因此必须将机械效率的因素考虑在内。 　　论及机械效率，每经过一个齿轮传输，都会产生一次动力损耗，手动变速箱的机械效率约在95%左右，自动变速箱较惨，约剩88%左右，而传动轴的万向接头效率约为98%，各位可以自己计算一下就知道实际的推力还剩多少。整体而言，汽车的驱动力可由下列公式计算：          　扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率 驱动力= ———————————————————— 　　　　　　　　轮胎半径（单位为公尺） ● 马力亦非“力”属于“功率”的一种 　　了解如何将扭矩经由变速箱的齿比放大成为实际推力之后，接着可以研究什么叫做“马力”。马力其实也不是一种“力”，而是一种“功率”的单位，定义为单位时间内所能做“功”的大小。尽管如此，我们不得不继续使用“马力”这个名字，毕竟已经用太久了，讲“功率”恐怕大多数消费者都听不懂？ 　　功率是由扭矩计算出来的，而计算的公式相当简单：功率(W)﹦2π×扭矩(N-m)×转速(rpm)/60，简化计算后成为：功率(kW)=扭矩(N-m)×转速(rpm)/9549，。然而功率“kW”要如何转换成大家常见的“马力”呢？下面还要给大家分析两种不同的马力，英制与公制。公制：1PS=735W；英制：1hp=746W 　　谈到发动机的马力，相信有些人会下意识的想到DIN、SAE、EEC、JIS等等不同测试标准，但由于英制与公制的不同，对“马力”的定义就不一样。     英制的马力(hp)定义为：一匹马于一分钟内将200磅(lb)重的物体拉动165英呎(ft)，相乘之后等于33,000ft-lb/min；     公制的马力(PS)定义为：一匹马于一分钟内将75公斤的物体拉动60公尺，相乘之后等于4500kg-m/min。经过单位换算，(1lb=0.454kg;1ft=30.48cm)最终我们发现英制的1hp=4566kg-m/min，与公制的1PS=4500kg-m有些许差异，而如果以功率W(1W=1Nm/sec= 9.8kgm/sec)来换算的话，可得1hp=746W;1PS=735W两项不一样的结果。 『上图为某车的发动工况图，红色曲线为输出功率，蓝色曲线为扭矩曲线』 　　到底世界上为什么会有英制与公制的分别，就好像为什么有的汽车是左舵，有的却是右舵一样，是人类永远难以协调的差异点。若以大家比较熟悉的几个 测试标准来看，德国的DIN与欧洲共同体的新标准EEC还有日本的JIS是以公制的PS为马力单位，而SAE使用的是英制的hp为单位，但为了避免复杂， 国内一率将马力的单位标示为hp。而现在越来越多的汽车厂家已经采用绝无争议的kw（千瓦）作为发动机动力输出的功率数值。 　　不过话说回来，1PS与1hp之间的差异仅1.5%，每一百匹马力差1.5匹，差异并不大。一般自然吸气发动机的房车多半仅在200匹马力以 下，两者由于定义的差异也仅3匹马力左右，因此如果真要斤斤计较的话，就把SAE标准的数据多个1.5%吧！不过SAE、JIS、DIN、EEC各种测试 标准之间亦有些许差异，单位之间不能真正划上等号，然而在差别不大的情况之下，就当作相同吧！管他是英制还是公制，都差不多可以视为相等。 　　终于可以做结论了！将上述获得的马力与功率换算方式代入功率与扭矩的换算公式，并且将扭矩的单位换算为大家熟悉的kg-m之后，可得下列结果： 英制马力hp=扭矩(kg-m)×引擎转速(rpm)／727 公制马力PS =扭矩(kg-m)×引擎转速(rpm)／716 ● 简单的改装件并不会给车辆动力带来明显改善 　　知道这些公式之后有什么用呢？从「马力hp=扭矩×转速/727」看来，如果能增加引擎转速，扭矩不变的情况下，便能增加马力。例如若能将转速从6000rpm增加到8000rpm，等于增加了33%，但因为凸轮轴的角度限制使得8000rpm时扭矩下降了10%，而这种情况下仍能使马力增加19.7%，这说明了时下改装计算机为何能在解除断油后大幅增加马力。所以希望大家在改装电脑是更加谨慎。    　　让我们从另外一个角度来想：如果在同样的转速下，增加20匹马力，代表能增加多少推力呢？以最大扭矩点发挥于5000rpm的情况下，将公式稍微变换一下，可发现增加的扭矩=20hp×727／5000rpm=2.9kgm。再将这个结果代入汽车驱动力的公式，同样以思域的 一档计算，2.9×3.250×4.058/0.41=93公斤。对于一吨重的车身而言，影响似乎也不怎么大；再者如果相差5匹马力的话，推力更仅增加 23公斤，可见相差5匹马力，根本也没差多少，所以能“增加5匹马力”的产品，到底应该花多少钱去改装，您自己会拿捏了吧？ 大马力决定真性能！ 　　到底大马力的车子跑得快，还是大扭矩的车子跑得快？从公式可以知道大马力的原因是：高转速的时候仍保有高扭矩数值，也就是说要有大马力，不只是低转速的扭矩要好，连高转速的扭矩都得继续维持，这表示扭矩与马力的争论根本是多余的，只要能做到高马力，除了表示各转速区域的扭矩都很大之外，更代表材料技术的优越性，将活塞、进排气门的材质与重量予以强化与轻量化，才能将引擎转速提高。 扭矩与功率的换算公式推导 　　假设一圆的半径为r(单位为m)，扭矩为T(单位为N-m)，则圆周上切线方向的力F=T/r，由于功率的定义为「每秒钟所作的功」，对于圆周运动而言，每旋转一圈所作的功为：F×圆周总长2πr，将F=T/r代入计算，每一圈所作的功W=F×2πr=(T/r)×2πr=2πT，再乘上引擎转速rpm就是每分钟所作的功，但功率P的单位是N-m/sec ，所以需除以60，转换成每秒所作的功。代入公式：P=T2πrpm/60，将常数整理后，则可得P(kW)=Trpm/9545。    　　由上文可见，一台车的动力由发动机传输到车轮，需要经过多组齿轮因此有所损耗，如果德制马力测的是传递到车轮上的动力，那么同样发动机用在不同车型上的动力输出应该不同，试拿bmw330和bmw530做比较，其功率均是225hp/5900rpm；结论，要么bmw在数据上造假，要么它测的是发动机曲轴飞轮上的输出净值。