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解密摩托車發動機參數

作者:佚名 時間:2019/10/31 10:23:58
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當人類首次將汽油引擎裝置在自行車上,便為這最為機動且便宜的交通工具揭開了序幕,人類的生活從此開始不同。引擎,是摩托車不同于其他二輪交通工具之處,也是決定一臺車的性格之最大因素。接下來帶來一系列針對摩托車動力心臟的介紹,從馬力及扭力的概念出發,再介紹常見的各種引擎。掌握一輛車,就從動力開始。

引擎馬力為大多數人購車一定會參考的項目,但馬力是什么?你真的了解嗎?

馬力(horsepower)

馬力是引擎的最重要性能指標:每一臺車在出廠時,必定會標明本車所搭載引擎的馬力輸出,給予買家作為基本的參考。馬力是什么,又該如何看待這項數據呢?對于汽油引擎來說,進氣、壓縮、燃燒、排氣是最基本的四大行程,在燃燒的過程中,儲存在汽油中的化學能量便以燃燒的方式釋放,直接施予活塞壓力,并借由機械元件曲軸輸出轉動的能量。

引擎以化學能的方式轉換為動能推動活塞,再借由曲軸傳輸動能。

這里所說的轉動能量,是否就是馬力了呢?非也!馬力是帶有單位時間之內的概念,正確的說法是在某一段時間內,引擎所爆發的能量。舉例來說,從甲地移動至乙地必須耗費五百單位的能量;若一臺裝置A引擎的車能在一小時內完成,而另一臺相同的車裝置B引擎卻只要三十分鐘便可到達。雖然輸出的能量是相同的,但是能在較短時間內完成的引擎便具有較大的馬力。

一般摩托車在販售時,車廠便會為車輛標注引擎的最大馬力數據。以寶馬當家跑車S1000RR為例,經過實測,該車的最大馬力值182.65hp,同時注明了輸出轉數為13,850rpm。這也意味著182.65匹馬力的最大值只會在超過一萬三千轉時輸出,在低于八千轉時,本引擎所輸出的馬力值甚至僅有最大馬力的一半或不及。這便是汽油引擎的基本特性:高轉速域有高馬力輸出的特征。同時也造就了許多人所認知的騎乘樂趣之一:動力的掌控。正是因為引擎的動力如此難以捉摸,因此了解動力特性,也成為操控摩托車的基礎。

2020 寶馬 S1000RR之動力實測曲線圖。

許多人也許曾經被多種的馬力單位弄得暈頭轉向,例如德制馬力、日制馬力及PS、HP等等名詞。其實,不同的馬力單位源自于各國不同的測試標準,例如日本便是采用JIS所制訂的測試標準,而美國則是采用SAE所制訂的測試標準。以目前的狀況,世界各國的測試標準已經幾乎接近統一,僅剩下德國所采用的測試標準較為不同,但實際數據仍相差不多。在計較不同單位的馬力數據時,不如參考實際加速性能表現,會更加直接。

扭力(torque)

既生于何生亮,都有了馬力作為引擎動力的計算數據,為何還要有個“扭力”來參一咖呢?事實上馬力是由扭力與引擎轉速相乘而得來的功率單位,扭力則是在引擎測試時,實際得到的力量單位。而這個力量其實就是當燃燒室油氣燃燒推動活塞,進而以活塞連桿帶動曲軸運轉所產的動能。引擎擁有越大的扭力,代表著車輛有著較好的加速性能。

活塞連桿帶動曲軸運轉所產生的力量為“扭力”。

扭力常見的單位是牛頓米(Nm)及公斤米(Kgm),兩者在摩托車的規格表中皆能找到,也能通過簡單的計算來作換算,只要將公斤米的數據乘以9.8,便可以得到以牛頓米為單位的扭力數據。例如:杜卡迪當家跑車Panigale V4,其最大扭力為124 Nm,或是12.6Kgm。

數據解密

再深入一步看看杜卡迪 Panigale V4這臺超級跑車的扭力數據,其所公布的最大扭力124Nm是在高達10,000rpm的引擎轉速所發揮的。不論是低于10,000rpm或是高于10,000rpm,引擎皆無法輸出比124Nm更大的扭力。扭力可以說是引擎燃燒燃燒情形的代表,燃燒狀況越好、燃燒所產生的力量越充足,活塞獲得的推動力量也就越大,經過曲軸的旋轉,輸出的扭力自然也就越大。每顆引擎除了依照排氣量會有扭力大小的不同之外,也因為調教的不同其最大扭力所輸出的引擎轉速也會略有不同。例如YAMAHA YZF-R1便于高達11,500rpm處才輸出11.6kgm的最大扭力。而同樣搭載CP4引擎卻不同調教的街車MT-10則在9,000rpm時,便可輸出最大扭力11.3kgm,相較之下,轉速低了許多,也代表最大扭力出現的時機相對的早。

YZF-R1與MT-10是YAMAHA唯二使用CP4引擎的車款。不過兩者因為定位的不同,引擎部分零件與調教的差異造成了動力上的不同。

既然引擎的扭力輸出與燃燒燃燒情形息息相關,那么也和引擎的設定有關,YZF-R1的引擎本質及最終調校皆針對高轉速域的動力而來,在破萬轉時輸出最大扭力。而MT-10則針對中速轉速域的動力發揮做出調校,使引擎在中轉速域的燃燒條件相對較好。每顆引擎都有其相對較好的燃燒時機,若希望能兼顧高轉速域及低轉速域,便需要靠著可變機構來達成,例如可變氣門正時、可變進氣歧管等,將兩種引擎設定放于同一顆引擎,制造寬廣的高扭力輸出帶。

杜卡迪所使用的連控軌道汽門系統,由凸輪控制氣門的開啟與關閉。軸動力vs.輪動力

在拿到一臺新車的馬力、扭力數據之前,必須先了解這數據是屬于所謂的軸輸出或輪輸出動力。這里所稱的軸輸出動力便是指從曲軸量測的動力數據,而輪輸出則是指從輪胎量測的動力數據。一般而言,若是沒有特別強調說明,則車廠所提供的動力數據皆是從曲軸量測得到的,是將引擎直接連接動力測試機,直接跑出數據。軸輸出的動力,不會經過傳動系統,完全只是屬于引擎的性能表現。以馬力來說,若是經過傳動系統而從輪胎測得輪輸出馬力,則不論是齒輪傳遞或是皮帶傳遞都會有一定比例的損耗。

經過傳動系統而得到的輪輸出馬力,都會有一定比例的損耗。

而扭力部分,經過傳動系統的傳遞之后,至少會有兩次以上的減速放大,造成輪輸出扭力雖然會比軸輸出有所耗損,但經過減速之后,數據反而會被放大。整體而言,輪胎雖然轉的沒有引擎這么快,但扭力卻因此被放大了。若將一臺檔車放上馬力機,來測試輪輸出動力,則會發現在低檔位時,后輪輸出的扭力明顯要比高檔位來得更高,而馬力部分則是較為接近。

當車廠開發一顆引擎時,是將引擎取軸直接連接動力機,進行各項測試。

高轉速大馬力

若要談起高轉速大馬力的車款,便要再來談談杜卡迪的Panigale V4系列的車款,例如V4R使用V型四缸的引擎,排氣量為998cc,在引擎完全輕量化及零件強化之后,將出力轉速調至一萬轉以上。同時也將缸徑及沖程設定為81mm及48.4mm,其48.4mm的沖程相對于81mm的活塞直徑而言,顯得相當的短,也就是俗稱的短沖程引擎,更有利于高轉速域出力。最后經過進氣及排氣系統的調校,將引擎的最大扭力調校至11,500rpm,最大馬力更延伸至15,250rpm,可爆發221.5ps馬力。

比起1,103c.c.的Panigale V4,盡管V4R僅有著較小的排氣量,卻有著更大的馬力,因為較短的沖程,得以高轉速換取大馬力。

同時要說明的是扭力與馬力的關系:馬力=扭力×轉速。在任何引擎轉速之下,當時所輸出的馬力即等于扭力乘上當時的引擎轉速,再乘上一個單位換算的系數。以上所談到的V4R為例,便是希望引擎的最大扭力在高轉速域時爆發,乘以引擎轉速之后,便能得到較大的引擎馬力。

當高轉速域可以爆發大馬力之后,接著便可利用變速箱的減速效果,使得高轉的馬力可轉換為各車速的加速扭力(輪輸出扭力)。同樣的狀況也發生于Moto3廠車之上,雖然引擎規格僅為單缸250cc,但經過調校之后,可在超過一萬轉之后輸出50匹馬力以上之動力,再經過計算嚴密的變速箱傳遞及風阻測試后,極速依然可突破245km/h。

2013年所發布的KTM RC250R Moto3賽車,采用短沖程高轉速的設定。

編輯:Tracy
關鍵字:摩托車 發動機 參數

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