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解密摩托车发动机参数

作者:佚名 时间:2019/10/31 10:23:58
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当人类首次将汽油引擎装置在自行车上,便为这最为机动且便宜的交通工具揭开了序幕,人类的生活从此开始不同。引擎,是摩托车不同于其他二轮交通工具之处,也是决定一台车的性格之最大因素。接下来带来一系列针对摩托车动力心脏的介绍,从马力及扭力的概念出发,再介绍常见的各种引擎。掌握一辆车,就从动力开始。

引擎马力为大多数人购车一定会参考的项目,但马力是什么?你真的了解吗?

马力(horsepower)

马力是引擎的最重要性能指标:每一台车在出厂时,必定会标明本车所搭载引擎的马力输出,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?对于汽油引擎来说,进气、压缩、燃烧、排气是最基本的四大行程,在燃烧的过程中,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转动的能量。

引擎以化学能的方式转换为动能推动活塞,再借由曲轴传输动能。

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之内的概念,正确的说法是在某一段时间内,引擎所爆发的能量。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引擎的车能在一小时内完成,而另一台相同的车装置B引擎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引擎便具有较大的马力。

一般摩托车在贩售时,车厂便会为车辆标注引擎的最大马力数据。以宝马当家跑车S1000RR为例,经过实测,该车的最大马力值182.65hp,同时注明了输出转数为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,本引擎所输出的马力值甚至仅有最大马力的一半或不及。这便是汽油引擎的基本特性: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乘乐趣之一:动力的掌控。正是因为引擎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。

2020 宝马 S1000RR之动力实测曲线图。

许多人也许曾经被多种的马力单位弄得晕头转向,例如德制马力、日制马力及PS、HP等等名词。其实,不同的马力单位源自于各国不同的测试标准,例如日本便是采用JIS所制订的测试标准,而美国则是采用SAE所制订的测试标准。以目前的状况,世界各国的测试标准已经几乎接近统一,仅剩下德国所采用的测试标准较为不同,但实际数据仍相差不多。在计较不同单位的马力数据时,不如参考实际加速性能表现,会更加直接。

扭力(torque)

既生于何生亮,都有了马力作为引擎动力的计算数据,为何还要有个“扭力”来参一咖呢?事实上马力是由扭力与引擎转速相乘而得来的功率单位,扭力则是在引擎测试时,实际得到的力量单位。而这个力量其实就是当燃烧室油气燃烧推动活塞,进而以活塞连杆带动曲轴运转所产的动能。引擎拥有越大的扭力,代表着车辆有着较好的加速性能。

活塞连杆带动曲轴运转所产生的力量为“扭力”。

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皆能找到,也能通过简单的计算来作换算,只要将公斤米的数据乘以9.8,便可以得到以牛顿米为单位的扭力数据。例如:杜卡迪当家跑车Panigale V4,其最大扭力为124 Nm,或是12.6Kgm。

数据解密

再深入一步看看杜卡迪 Panigale V4这台超级跑车的扭力数据,其所公布的最大扭力124Nm是在高达10,000rpm的引擎转速所发挥的。不论是低于10,000rpm或是高于10,000rpm,引擎皆无法输出比124Nm更大的扭力。扭力可以说是引擎燃烧燃烧情形的代表,燃烧状况越好、燃烧所产生的力量越充足,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。每颗引擎除了依照排气量会有扭力大小的不同之外,也因为调教的不同其最大扭力所输出的引擎转速也会略有不同。例如YAMAHA YZF-R1便于高达11,500rpm处才输出11.6kgm的最大扭力。而同样搭载CP4引擎却不同调教的街车MT-10则在9,000rpm时,便可输出最大扭力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的早。

YZF-R1与MT-10是YAMAHA唯二使用CP4引擎的车款。不过两者因为定位的不同,引擎部分零件与调教的差异造成了动力上的不同。

既然引擎的扭力输出与燃烧燃烧情形息息相关,那么也和引擎的设定有关,YZF-R1的引擎本质及最终调校皆针对高转速域的动力而来,在破万转时输出最大扭力。而MT-10则针对中速转速域的动力发挥做出调校,使引擎在中转速域的燃烧条件相对较好。每颗引擎都有其相对较好的燃烧时机,若希望能兼顾高转速域及低转速域,便需要靠着可变机构来达成,例如可变气门正时、可变进气歧管等,将两种引擎设定放于同一颗引擎,制造宽广的高扭力输出带。

杜卡迪所使用的连控轨道汽门系统,由凸轮控制气门的开启与关闭。轴动力vs.轮动力

在拿到一台新车的马力、扭力数据之前,必须先了解这数据是属于所谓的轴输出或轮输出动力。这里所称的轴输出动力便是指从曲轴量测的动力数据,而轮输出则是指从轮胎量测的动力数据。一般而言,若是没有特别强调说明,则车厂所提供的动力数据皆是从曲轴量测得到的,是将引擎直接连接动力测试机,直接跑出数据。轴输出的动力,不会经过传动系统,完全只是属于引擎的性能表现。以马力来说,若是经过传动系统而从轮胎测得轮输出马力,则不论是齿轮传递或是皮带传递都会有一定比例的损耗。

经过传动系统而得到的轮输出马力,都会有一定比例的损耗。

而扭力部分,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耗损,但经过减速之后,数据反而会被放大。整体而言,轮胎虽然转的没有引擎这么快,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,则会发现在低档位时,后轮输出的扭力明显要比高档位来得更高,而马力部分则是较为接近。

当车厂开发一颗引擎时,是将引擎取轴直接连接动力机,进行各项测试。

高转速大马力

若要谈起高转速大马力的车款,便要再来谈谈杜卡迪的Panigale V4系列的车款,例如V4R使用V型四缸的引擎,排气量为998cc,在引擎完全轻量化及零件强化之后,将出力转速调至一万转以上。同时也将缸径及冲程设定为81mm及48.4mm,其48.4mm的冲程相对于81mm的活塞直径而言,显得相当的短,也就是俗称的短冲程引擎,更有利于高转速域出力。最后经过进气及排气系统的调校,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。

比起1,103c.c.的Panigale V4,尽管V4R仅有着较小的排气量,却有着更大的马力,因为较短的冲程,得以高转速换取大马力。

同时要说明的是扭力与马力的关系:马力=扭力×转速。在任何引擎转速之下,当时所输出的马力即等于扭力乘上当时的引擎转速,再乘上一个单位换算的系数。以上所谈到的V4R为例,便是希望引擎的最大扭力在高转速域时爆发,乘以引擎转速之后,便能得到较大的引擎马力。

当高转速域可以爆发大马力之后,接着便可利用变速箱的减速效果,使得高转的马力可转换为各车速的加速扭力(轮输出扭力)。同样的状况也发生于Moto3厂车之上,虽然引擎规格仅为单缸250cc,但经过调校之后,可在超过一万转之后输出50匹马力以上之动力,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。

2013年所发布的KTM RC250R Moto3赛车,采用短冲程高转速的设定。

编辑:Tracy
关键字:摩托车 发动机 参数

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