当人类首次将汽油发动机安装在脚踏车上,为这最为灵活且经济的交通工具揭开了序幕,人类的生活从此开始有所不同。
发动机,是摩托车与其他二轮交通工具不同的地方,也是决定一辆车性格的最重要因素。
以前在文章中也给大家介绍了各种各样的发动机,今天想和大家说的是如何理解发动机的动力参数,也就是:马力、扭力还有轴上动力和轮上动力。
马力是发动机的最重要性能指标:每一辆车在出厂时,必定会标明本车所搭载发动机的马力输出,给予买家作为基本的参考。
马力是什么?又该如何看待这项数据呢?对于汽油发动机来说,进气、压缩、爆炸、排气是最基本的四大行程,在爆炸的过程中,储存在汽油中的化学能量便以燃烧的方式释放,直接施予活塞压力,并借由机械元件曲轴输出动能。
这里所说的转动能量,是否就是马力了呢?非也!
马力是带有单位时间内的概念,正确的说法是在某一段时间内,发动机所爆发的能量。
举例来说,从甲地移动至乙地必须耗费五百单位的能量;若一台装置A发动机的车能在一小时内完成,而另一台相同的车装置B发动机却只要三十分钟便可到达。虽然输出的能量是相同的,但是能在较短时间内完成的发动机便具有较大的马力。
一般摩托车在销售时,车厂会标注发动机的最大马力数据。以BMW旗舰跑车S1000RR为例,经过实测,该车的最大马力值为182.65hp,同时注明输出转数为13,850rpm。
这也意味着182.65匹马力的最大值只会在超过一万三千转时输出,在低于八千转时,这台发动机所输出的马力值甚至仅有最大马力的一半或不及。
这便是汽油发动机的基本特性:高转速域有高马力输出的特征。同时也造就了许多人所认知的骑行乐趣之一:动力的掌控。正是因为发动机的动力如此难以捉摸,因此了解动力特性,也成为操控摩托车的基础。
许多人或许曾被多种的马力单位弄得头晕目眩,例如德制马力、日制马力及PS、HP等名词。其实,不同的马力单位源自各国不同的测试标准,例如日本采用JIS所制定的测试标准,而美国则采用SAE所制定的测试标准。
目前,世界各国的测试标准已几乎接近统一,仅剩下德国所采用的测试标准稍有不同,但实际数据仍相差不多。在比较不同单位的马力数据时,不如参考实际加速性能表现,会更为直接。
既然已经有了马力作为发动机动力的计算数据,为何还需要有个“扭力”来参一脚呢?
事实上,马力是由扭力与发动机转速相乘而得来的功率单位,扭力则是在发动机测试时实际得到的力量单位。这个力量实际上是当燃烧室油气爆炸推动活塞,进而以活塞连杆带动曲轴运转所产生的动能。
发动机拥有越大的扭力,代表着车辆有着较好的加速性能。
扭力常见的单位是牛顿米(Nm)及公斤米(Kgm),两者在摩托车的规格表中都能找到,也可以通过简单的计算来进行换算,只需将公斤米的数据乘以9.8,即可得到以牛顿米为单位的扭力数据。
例如:DUCATI旗舰跑车Panigale V4,其最大扭力为124 Nm,或者12.6 Kgm。
再深入了解DUCATI Panigale V4这款超级跑车的扭力数据,它公布的最大扭力为124 Nm,是在高达10,000rpm的引擎转速下发挥的。无论是低于还是高于10,000rpm,发动机都无法输出比124 Nm更大的扭力。
扭力可以说是发动机爆炸燃烧情况的代表,燃烧状况越好,爆炸所产生的力量就越充足,活塞获得的推动力量也就越大,经过曲轴的旋转,输出的扭力自然也就越大。
每颗发动机除了依照排气量会有不同大小的扭力外,也因为调教的不同,其最大扭力输出的发动机转速也会略有不同。
例如,YAMAHA YZF-R1在高达11,500rpm处才输出11.6kgm的最大扭力。而同样搭载CP4发动机但调教不同的街车MT-10则在9,000rpm时,就能输出最大扭力11.3kgm。相较之下,转速低了许多,也代表最大扭力出现的时机相对较早。
由于发动机的扭力输出与爆炸燃烧情况密切相关,也与发动机的设置有关,YZF-R1的发动机本质和最终调校都针对高转速领域的动力设计,在破万转时输出最大扭力。
而MT-10则针对中速转速领域的动力发挥进行调校,使发动机在中转速领域的燃烧条件相对较好。
每颗发动机都有其相对较好的燃烧时机,若希望能兼顾高转速领域和低转速领域,就需要依靠可变机构来实现,例如可变气门正时、可变进气歧管等,将两种引擎设置放于同一颗引擎,制造宽广的高扭力输出带。
在获取一辆新车的马力和扭力数据之前,必须先了解这些数据是属于所谓的轴输出还是轮输出动力。这里所说的轴输出动力指的是从曲轴测量的动力数据,而轮输出则是指从轮胎测量的动力数据。
一般来说,如果没有特别强调说明,车厂提供的动力数据都是从曲轴测量得到的,即将发动机直接连接到动力测试机,直接测量出数据。轴输出的动力不会经过传动系统,完全只是属于发动机的性能表现。
就马力而言,如果经过传动系统而从轮胎测得轮输出马力,无论是齿轮传递还是皮带传递都会有一定比例的损耗。
在扭力部分,经过传动系统的传递之后,至少会有两次以上的减速放大,造成轮输出扭力虽然会比轴输出有所损耗,但经过减速之后,数据反而会被放大。
整体而言,轮胎虽然转的没有发动机这么快,但扭力却因此被放大了。若将一台档车放上马力机,来测试轮输出动力,就会发现在低档位时,后轮输出的扭力明显要比高档位来的更高,而马力部分则是较为接近。
要谈论高转速大马力的车款,就不得不提到DUCATI的Panigale V4系列,比如V4R采用V型四缸引擎,排气量为998cc。
在对发动机进行完全轻量化和零件强化后,将输出转速调至一万转以上。同时,将缸径和冲程设定为81mm和48.4mm,48.4mm的冲程相对于81mm的活塞直径而言显得相当短,也就是俗称的短冲程引擎,更有利于高转速领域的输出。
最后经过进气和排气系统的调校,将引擎的最大扭力调校至11,500rpm,最大马力更延伸至15,250rpm,可爆发221.5ps马力。
扭力与马力之间的关系可以表示为:马力=扭力×转速在任何发动机转速下,当时所输出的马力即等于扭力乘以当时的发动机转速,再乘上一个单位换算的系数。以前面提到的V4R为例,希望发动机的最大扭力在高转速领域爆发,乘以发动机转速之后,便能得到较大的发动机马力。当高转速领域可以爆发大马力之后,接着便可利用变速箱的减速效果,使得高转的马力可以转换为各车速的加速扭力(轮输出扭力)。
我们以老款的2013年KTM RC250R Moto3赛车举例来说,虽然发动机规格仅为单缸250cc,但经过调校之后,可在超过一万转之后输出50匹马力以上的动力,再经过计算严密的变速箱传递及风阻测试后,极速依然可突破245km/h的记录。