引擎動力的數字關係 - 機車

我自認無法寫出比wisdom還要好的文章，

所以想看詳細進階版的請利用以下傳送門：
https://www.ptt.cc/man/biker/DE63/DB15/M.1272407376.A.7EE.html


前天有人提到的問題：

『轉速、馬力和速度的關係』

最簡單的說法是，

轉速越高、馬力越大，速度也就越快，

但這根本就是廢話(?


撇開變速形式的差別，

會提到動力的不脫底下幾個項目：

排氣量、缸徑、行程、汽缸數、扭力、馬力、轉速等等，

計算排氣量用的是氣體容積的公式，

也就是圓柱體計算：

汽缸半徑平方*行程(高)*pi*汽缸數

而扭力視引擎曲軸在轉動的過程中、能夠產生多大的扭矩力而定，

再乘上瞬時的引擎轉速就會得到馬力數據；

最古早的馬力...... 對，就是相對於用幾匹馬能夠得到的功率，

所以我們說一個人、就是一匹人力(?

但馬有好壞、有狀況差異，

總不可能一直用一個狀況不定的數字當作單位，

因此之後才會訂立國際標準功率單位，

諸如公制馬力、英制馬力等。


在力矩的計算公式中，

會用到『轉動慣量』這個項目，

而行程越長、造成的轉動慣量會越大，

相對產生的扭力就會越大，

也就是一般我們說的：長行程的引擎會有較好的扭力。

另一方面，

同樣行程的曲軸、再給予不同的加速度時，

產生的力矩也會越大，

轉換到引擎的狀況就會是：

越大的缸徑能夠容納越多的油氣混合、點火爆炸時能夠推動活塞的動能就越大，

造就更好的動力表現。


但是這裡就會產生矛盾了，

理論上，

是不是可以有一顆無敵大的缸徑、搭配輕巧短小的曲軸行程，

來壓榨出我需要的扭力？

嗯，

請想像一下，

一個腿細沒肌肉的胖子在跑馬拉松，

請問他的膝蓋受得了嗎？

那個膝蓋就是曲軸。

所以實務上，

我們可以有較長行程的曲軸、但少有過大缸徑的引擎。


另一方面，

之前有提過的 『馬力＝扭力×轉速』

如果要得到越高的引擎功率輸出，

除了提高扭力之外、是不是還可以提高引擎的可用轉速，

藉由拉高轉速來得到更好的功率？

答案是肯定的，

而我們知道，

質量越輕的物體、能夠越輕易地被移動，

講白一點就是：越輕的曲軸能夠轉得越快，

因此長行程的曲軸和短行程的曲軸，

短行程的能夠造就的可用引擎轉速就會越高；

也因此在不同用途定位的引擎、會有不同的動力表現，

如果是需要低轉就要能提供強大扭力的商用車款，

通常會選擇較長行程的設定，

而如果是偏向競賽的車款，

為了得到更好的功率輸出，

就會選擇較短的曲軸行程並且拉高引擎轉速，

同時會為了更加降低曲軸的重量、而使用多汽缸來分攤單一曲軸連桿的重量。


舉例來說，

同樣是市售250cc的車款，

代號4DN YAMAHA SRV250 最大馬力 27hp@8500rpm 最大扭力 2.5kgf-m@8500rpm(推斷)

代號3LN YAMAHA FZR250R 最大馬力 45hp@14500rpm 最大扭力 2kgf-m@11500rpm

一個是街車、一個是仿賽競技車款，

雖然SRV250明顯有著更好的扭力值，

但是在最大馬力的表現上、FZR250R就是壓倒性的勝出，

至於為什麼？

一個是雙缸 49mm缸徑*66mm行程、

一個是四缸 48mm缸徑*34.5mm行程，

雖然在初中速SRV所提供的扭力是壓倒性的勝出，

但是根據馬力的公式『扭力×轉速』之下，

因為轉速帶來的提升不及扭力衰退的趨勢、導致最終的功率輸出不及FZR250R。



總結：

長行程的引擎設定的確可以提供較佳的扭力表現，

但也同樣的會造就較陡的動力曲線、導致末端的馬力輸出較低；

而短行程的引擎提供較平緩的扭力曲線、換取更高的可用轉速，

而能夠得到較好的引擎輸出功率。


以上這些東西都可以用圖片輕易解決說明，

如果有興趣的人可以自行Google 『engine power and torque curves』、

配合文字說明自然會有清楚的解答。


文中如果對物理的部分有解釋錯誤還請指教，

因為是個從高中就開始讀社會組的、難免有不專業...

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