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汽車排量與功率的關系

一般情況下，發動機的排量與功率比不會超過50KW/L，但在一些摩托跑車的發動機上，卻見到了排量不超一升而功率又上一百多KW的，比如YAMAHA R1 的發動機就是個例子。我也曾在相關資料上見到有關轎車發動機要提高功率動用到航空發動機的鋁合金的鑄造技術，要動用此類技術來提高發動機功率可見其難度之大。可摩托車上的發動機一般使用風冷而非水冷，按理說此類冷卻方法在發動機高功率的工作環境下會堆積熱量在發動機上，理論上說此種工作環境更不適宜高功率比發動機技術的應用。而摩托車發動機為何又能在此條件下發出如此高的功率呢？？？麻煩各位幫忙解決一下。: 問提問者：網友 | 2020-05-08

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功率：什么是功率？功率就是表示物體做功快慢的物理量，物理學里功率P＝功W/時間t，單位是瓦w，我們在媒體上常常看見的功率單位有kw、ps、hp、bhp、whp等，還有意大利以前用的cv，在這里邊千瓦kw是國際標準單位，1kw＝1000w，用1秒做完1000焦耳的功，其功率就是1kw。日常生活中，我們常常把功率俗稱為馬力，單位是匹，就像將扭矩稱為扭力一樣。在汽車上邊，最大的做功機器就是引擎，引擎的功率是由扭矩計算出來的，而計算的公式相當簡單：功率(w)＝2π×扭矩(Nm)×轉速(rpm)/60，簡化計算后成為：功率(kw)=扭矩(Nm) ×轉速(rpm)/9549。然而功率kw要如何轉換成大家常見的多少匹馬力的呢？由于英制與公制的不同，對馬力的定義基本上就不一樣。英制的馬力(hp)定義為：一匹馬于一分鐘內將200磅(lb)重的物體拉動165英呎(ft)，相乘之后等于33,000lb-ft/min；而公制的馬力(ps)定義則為一匹馬于一分鐘內將75kg的物體拉動60米，相乘之后等于4500kgm/min。經過單位換算，(1lb=0.454kg;1ft=0.3048m)竟然發現1hp=4566kgm/min，與公制的1ps=4500kgm/min有些許差異，而如果以瓦作單位(1w=1Nm/sec=9.8kgm/sec)來換算的話，可得1hp=746w;1ps=735w，兩項不一樣的結果，相差1.5%左右。到底世界上為什么會有英制與公制的分別，就好像為什么有的汽車是右舵，有的卻是左舵一樣，是人類永遠難以協調的差異點。若以大家比較熟悉的幾個測試標準來看，德國的DIN與歐洲共同體的新標準EEC有日本的JIS是以公制的ps為馬力單位，而SAE使用的是英制的hp為單位，但由于世界一體化經濟的來臨和為了避免復雜換算，越來越多的原廠數據已改提供毫無爭議的國際標準單位千瓦kw作為引擎輸出的功率數值。小結：1hp=0.746kw 1ps=0.735kw 1hp＝1.014966ps 與hp計算毛馬力不同，whp和bhp則是用不同方法測得的以hp為基礎的功率單位，就是wheel horse power（車輪馬力）和brake horse power（制動馬力），whp是dyno（俗稱跑步機，測功率用的）測出的車輪輸出功率，bhp則是引擎加上發電機，水泵等附件從engine shaft測量出來的功率數值，用bhp作單位，bhp和hp的差別很小。扭矩：扭矩在物理學中就是力矩的大小，等于力和力臂的乘積，國際單位是牛米Nm，此外我們還可以看見kgm、lb-ft這樣的扭矩單位，由于G=mg，當g=9.8的時候，1kg＝9.8N，所以1kgm＝9.8Nm，而磅尺lb-ft則是英制的扭矩單位，1lb=0.4536kg;1ft=0.3048m，可以算出1lb-ft＝0.13826kgm。在人們日常表達里，扭矩常常被稱為扭力（在物理學中這是2個不同的概念）。現在我們舉個例子：8代Civic 1.8的扭矩為173.5Nm@4300rpm，表示引擎在4300轉/分時的輸出扭矩為173.5Nm，那173.5N的力量怎么能使1噸多的汽車跑起來呢？其實引擎發出的扭矩要經過放大（代價就是同時將轉速降低）這就要靠變速箱、終傳和輪胎了。引擎釋放出的扭力先經過變速箱作“可調”的扭矩放大（或在超比擋時縮小）再傳到終傳（尾牙）里作進一步的放大（同時轉速進一步降低），最后通過輪胎將驅動力釋放出來。如某車的1擋齒比（齒輪的齒數比，本質就是齒輪的半徑比）是3，尾牙為4，輪胎半徑為0.3米，原扭矩是200Nm的話，最后在輪軸的扭力就變成200×3×4＝2400Nm（設傳動效率為100%）在除以輪胎半徑0.3米后，輪胎與地面摩擦的部分就有2400Nm/0.3m＝8000N的驅動力，這就足以驅動汽車了。若論及機械效率，每經過一個齒輪傳輸，都會產生一次動力損耗，手動變速箱的機械效率約在95%左右，自排變速箱較慘，約剩88%左右，而傳動軸的萬向節效率約為98%。整體而言，汽車的驅動力可由下列公式計算：扭矩×變速箱齒比×最終齒輪比×機械效率驅動力= ———————————————————— 輪胎半徑（單位：米）小結：1kgm＝9.8Nm 1lb-ft＝0.13826kgm 1lb-ft＝1.355Nm 一般來說，在排量一定的情況下，缸徑小，行程長的汽缸較注重扭矩的發揮，轉速都不會太高，適用于需要大載荷的車輛。而缸徑大，行程短的汽缸較注重功率的輸出，轉速通常較高，適用于快跑的車輛。簡單來說：功率正比于扭矩×轉速補充一點：為什么引擎的功率能由扭矩計算出來呢？我們知道，功率P＝功W÷時間t 功W＝力F×距離s 所以，P＝F×s/t＝F×速度v 這里的v是線速度，而在引擎里，曲軸的線速度＝曲軸的角速度ω×曲軸半徑r，代入上式得：功率P＝力F×半徑r×角速度ω ；而力F×半徑r＝扭矩得出：功率P＝扭矩×角速度ω 所以引擎的功率能從扭矩和轉速中算出來角速度的單位是弧度/秒，在弧度制中一個派代表180度: 回答者：網友

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