馬力與扭力的差別?
0
馬力和扭力的發揮時機是什麼時候呢?<br>為什麼要分2種呢?謝謝各位大大解答
#2
0
唉，老掉牙的問題.........
若不嫌棄的話，
以下轉貼小弟老得掉牙的拙作「馬力與扭力之解釋」供您參考.......
***********************************
引擎的扭力(Torque)輸出值，其實就是作用於引擎輸出軸(通常是「飛輪」Flying Wheel)上的力矩大小。
假設作用於輸出軸圓周方向(切線方向)上的力(Force)為 f，輸出軸的半徑為 r，則引擎的扭力值 T = f * r
扭力的常用單位為 Nt.m (牛頓.米)或 Kgw.m (公斤.米)，雖與「功」(Work)的單位相同，但其物理意義並不相同。
通常，在不同的引擎轉速(rpm)下，會有不同的扭力輸出值。
待測的引擎會被架在扭力機上，測得每一轉速下的扭力輸出值，以繪出「扭力 - 轉速曲線」。
該曲線的頂點(極大值)，即所謂的「扭力峰值」，e.g. 19Kgw.m@4000rpm
另一方面，假設引擎的轉速為 N rps (每秒轉 N 轉)，則
每秒所做的功 = f * (2πr * N) = (f * r) * 2π* N = T * 2π* N，
此即為引擎的輸出功率，常用單位為 Hp (Horse Power，馬力)。
1 英制 Hp = 745.7 Watt = 745.7 J/s = 745.7 Nt.m/s = 76 Kgw.m/s
經過單位換算之後，得出下式：
馬力值(Hp) = 扭力值(kgw.m) * rpm值 / 726.6
因此，馬力值可以不必直接測得，而可根據「扭力 - 轉速曲線」，再經上式運算，繪出「馬力 - 轉速曲線」。
該曲線的頂點(極大值)，即所謂的「馬力峰值」，e.g. 150Hp@6400rpm
另外，引擎的輸出扭力，在經過變速箱與終傳齒輪之兩次放大後 (部分SUV尚有加力檔之放大)，
再經Differential (差速器)分配至各個驅動輪。
若某2WD車以某檔位直行，假設該檔減速比為 3，終傳齒比為 4，
當時轉速下的引擎扭力輸出值為 20 Kgw.m，則作用於每個驅動輪上的扭力
= 20 * 3 * 4 / 2 = 120 Kgw.m
假設驅動輪的半徑為 0.3 m，且不考慮所有的機件摩擦損失與胎面打滑，
則當時此車受其動力系統所作用的力 F = (120 / 0.3) * 2 = 800 Kgw
假設該車的車速為 V，質量為 M，風阻係數為 Cd，且正在仰角為α度的上坡道上；
若不考慮所有的機件摩擦損失與胎面打滑，則當時此車所受的合力
Ft = F - M*g*sinα - Cd*k*(V^2)
其中 k = (1/2)*A*ρ
( A 為正向投影面積，ρ 為空氣密度 )
再依牛頓第二運動定律 a = Ft / M，便可算出此時該車的加速度。
此種算法，不但麻煩也十分困難；因此有所謂的「馬力重量比」，
以較簡略的方法來「揣測」一部車的加速能力與爬坡能力；且詳述於下。
假設當時的引擎輸出馬力為 P，動能 Ek=(1/2)*M*(V^2)，位能為 Ep=M*g*H，
若不考慮所有的機件摩擦損失與胎面打滑，則：
P = d(Ek)/dt + d(Ep)/dt + Cd*k*(V^3) ，即：
P = M*V*(dV/dt) + M*g*(dH/dt) + Cd*k*(V^3) -------------(式一)
在車速低時，可忽略(式一)中的 Cd*k*(V^3) 項，則：
P/M = V*(dV/dt) + g*(dH/dt) -------------(式二)
而 P/M 即為所謂的「馬力重量比」；
(dV/dt)即為加速度；(dH/dt)即為爬坡能力。
問題是，P/M 值(馬力重量比)會隨著引擎轉速(rpm)之不同而異；
而只憑「馬力峰值」單一數值所算出的「最大馬力重量比」，往往出現於引擎轉速5000 ~ 6000 rpm以上，
並不足以評估起步加速與前中段加速的能力........失望吧？
另外，假設此車在平路上行駛，則(式一)中的 M*g*(dH/dt)項為 0；
若該車已達「極速」Vm，則 (d Vm / dt) =0，如此，(式一)將變成：
Pm = Cd * k * (Vm ^3) ， Pm 為馬力峰值。
因此，若已知一部車的馬力峰值與Cd值，理論上應可依上式推算出其極速；但實際上卻不盡然。
因終傳齒比與變速箱檔位齒比的選擇，
馬力峰值出現時的引擎轉速(rpm)所對應的車速，未必剛好是 Vm ........失望吧？
以上所述，乃小弟無業書以一己淺薄之物理知識，苦思良久後之心得。
倘有謬誤之處，還望各方高手包涵、指正。
若不嫌棄的話，
以下轉貼小弟老得掉牙的拙作「馬力與扭力之解釋」供您參考.......
***********************************
引擎的扭力(Torque)輸出值，其實就是作用於引擎輸出軸(通常是「飛輪」Flying Wheel)上的力矩大小。
假設作用於輸出軸圓周方向(切線方向)上的力(Force)為 f，輸出軸的半徑為 r，則引擎的扭力值 T = f * r
扭力的常用單位為 Nt.m (牛頓.米)或 Kgw.m (公斤.米)，雖與「功」(Work)的單位相同，但其物理意義並不相同。
通常，在不同的引擎轉速(rpm)下，會有不同的扭力輸出值。
待測的引擎會被架在扭力機上，測得每一轉速下的扭力輸出值，以繪出「扭力 - 轉速曲線」。
該曲線的頂點(極大值)，即所謂的「扭力峰值」，e.g. 19Kgw.m@4000rpm
另一方面，假設引擎的轉速為 N rps (每秒轉 N 轉)，則
每秒所做的功 = f * (2πr * N) = (f * r) * 2π* N = T * 2π* N，
此即為引擎的輸出功率，常用單位為 Hp (Horse Power，馬力)。
1 英制 Hp = 745.7 Watt = 745.7 J/s = 745.7 Nt.m/s = 76 Kgw.m/s
經過單位換算之後，得出下式：
馬力值(Hp) = 扭力值(kgw.m) * rpm值 / 726.6
因此，馬力值可以不必直接測得，而可根據「扭力 - 轉速曲線」，再經上式運算，繪出「馬力 - 轉速曲線」。
該曲線的頂點(極大值)，即所謂的「馬力峰值」，e.g. 150Hp@6400rpm
另外，引擎的輸出扭力，在經過變速箱與終傳齒輪之兩次放大後 (部分SUV尚有加力檔之放大)，
再經Differential (差速器)分配至各個驅動輪。
若某2WD車以某檔位直行，假設該檔減速比為 3，終傳齒比為 4，
當時轉速下的引擎扭力輸出值為 20 Kgw.m，則作用於每個驅動輪上的扭力
= 20 * 3 * 4 / 2 = 120 Kgw.m
假設驅動輪的半徑為 0.3 m，且不考慮所有的機件摩擦損失與胎面打滑，
則當時此車受其動力系統所作用的力 F = (120 / 0.3) * 2 = 800 Kgw
假設該車的車速為 V，質量為 M，風阻係數為 Cd，且正在仰角為α度的上坡道上；
若不考慮所有的機件摩擦損失與胎面打滑，則當時此車所受的合力
Ft = F - M*g*sinα - Cd*k*(V^2)
其中 k = (1/2)*A*ρ
( A 為正向投影面積，ρ 為空氣密度 )
再依牛頓第二運動定律 a = Ft / M，便可算出此時該車的加速度。
此種算法，不但麻煩也十分困難；因此有所謂的「馬力重量比」，
以較簡略的方法來「揣測」一部車的加速能力與爬坡能力；且詳述於下。
假設當時的引擎輸出馬力為 P，動能 Ek=(1/2)*M*(V^2)，位能為 Ep=M*g*H，
若不考慮所有的機件摩擦損失與胎面打滑，則：
P = d(Ek)/dt + d(Ep)/dt + Cd*k*(V^3) ，即：
P = M*V*(dV/dt) + M*g*(dH/dt) + Cd*k*(V^3) -------------(式一)
在車速低時，可忽略(式一)中的 Cd*k*(V^3) 項，則：
P/M = V*(dV/dt) + g*(dH/dt) -------------(式二)
而 P/M 即為所謂的「馬力重量比」；
(dV/dt)即為加速度；(dH/dt)即為爬坡能力。
問題是，P/M 值(馬力重量比)會隨著引擎轉速(rpm)之不同而異；
而只憑「馬力峰值」單一數值所算出的「最大馬力重量比」，往往出現於引擎轉速5000 ~ 6000 rpm以上，
並不足以評估起步加速與前中段加速的能力........失望吧？
另外，假設此車在平路上行駛，則(式一)中的 M*g*(dH/dt)項為 0；
若該車已達「極速」Vm，則 (d Vm / dt) =0，如此，(式一)將變成：
Pm = Cd * k * (Vm ^3) ， Pm 為馬力峰值。
因此，若已知一部車的馬力峰值與Cd值，理論上應可依上式推算出其極速；但實際上卻不盡然。
因終傳齒比與變速箱檔位齒比的選擇，
馬力峰值出現時的引擎轉速(rpm)所對應的車速，未必剛好是 Vm ........失望吧？
以上所述，乃小弟無業書以一己淺薄之物理知識，苦思良久後之心得。
倘有謬誤之處，還望各方高手包涵、指正。
#4
0
我看中文汽車雜誌─其中扭力的單位寫成 kg.m
對於這點我很懷疑! torque 單位應該是 N.m (牛頓。米) 或有人也成 kgw.m (公斤重。米)，但你不能講 kg.m (公斤。米)
http://pei.cjjh.tc.edu.tw/nature/force/force.htm
請多多指教了!! (P.S. 1 Nm = 0.737 lb-ft 這個是可接受的，但絕對不是 kg.m)
對於這點我很懷疑! torque 單位應該是 N.m (牛頓。米) 或有人也成 kgw.m (公斤重。米)，但你不能講 kg.m (公斤。米)
http://pei.cjjh.tc.edu.tw/nature/force/force.htm
請多多指教了!! (P.S. 1 Nm = 0.737 lb-ft 這個是可接受的，但絕對不是 kg.m)
#5
0
另外我提供下列網站，給有興趣的人參考：
詳細介紹引擎原理: (各種你想知的汽車原理) http://science.howstuffworks.com/fpte4.htm
一些不錯的汽車原理動畫:
http://www.innerauto.com/main.html
公制單位:
http://web-server.moeabciq.gov.tw/2/mes02m.htm
詳細介紹引擎原理: (各種你想知的汽車原理) http://science.howstuffworks.com/fpte4.htm
一些不錯的汽車原理動畫:
http://www.innerauto.com/main.html
公制單位:
http://web-server.moeabciq.gov.tw/2/mes02m.htm
#6
0
loujiing (loujiing) 於 2004/08/31 16:19 回應
我看中文汽車雜誌─其中扭力的單位寫成 kg.m
對於這點我很懷疑! torque 單位應該是 N.m (牛頓。米) 或有人也成 kgw.m (公斤重。米)，但你不能講 kg.m
===================================
loujiing兄說的沒錯 !!
不過，若要期待國內汽車雜誌編輯們搞清楚
「質量」(kg) 與「重量」(kgw) 或「力」(kgw) 的差別，
那可能是一種「奢求」……
1 kgw = 1kg * 9.8 m/s^2
= 9.8 kg*m/s^2
= 9.8 Nt
我看中文汽車雜誌─其中扭力的單位寫成 kg.m
對於這點我很懷疑! torque 單位應該是 N.m (牛頓。米) 或有人也成 kgw.m (公斤重。米)，但你不能講 kg.m
===================================
loujiing兄說的沒錯 !!
不過，若要期待國內汽車雜誌編輯們搞清楚
「質量」(kg) 與「重量」(kgw) 或「力」(kgw) 的差別，
那可能是一種「奢求」……
1 kgw = 1kg * 9.8 m/s^2
= 9.8 kg*m/s^2
= 9.8 Nt
#7
0
感謝 無業書兄的正面回應，這樣我知道我大概沒錯了。
在此我還是提供一下 馬力 v.s 扭力 (horsepower v.s torque)一些資料:
http://science.howstuffworks.com/fpte5.htm
一台大型載重車(Caterpillar C-12)和福特野馬(Mustang)之間馬力(一種功率)和扭力(一種力)兩者的比較。
另外有個差速器(differential)原理，我個人覺得對汽車原理非常有啟發的，在此一併提供參考:
http://auto.howstuffworks.com/differential3.htm
(記得前後文章、動畫順道看一看!!)
另外我引述 marx(哈比)兄於2003/12/10 22:47 回應 如下:
------------------------------
您覺得140hp和75hp的馬力輸出何者性能較優？馬力不代表一切，例如我覺得開75p的R-9手排在山路上的動力輸出比A32更源源不絕，更覺得日系車的馬力數據雖大，但在台灣道路上好像始終都用不到，所以日系車的馬力數值好像都看得到但感覺不到。比如一部日系2.0的扭力是19.8/5500rpm，但vw bora2.0的扭力是17/2400rpm，你就會明白會何開起來感覺不同了，大家有可能一路上在5500rpm的狀態下行車嗎？，但2400rpm是卻是一般行車時的轉速。
於是就有一個問題：到底是日本高轉速輸出引擊還是歐洲低轉速輸出引撃的製造技術較高？
在此我還是提供一下 馬力 v.s 扭力 (horsepower v.s torque)一些資料:
http://science.howstuffworks.com/fpte5.htm
一台大型載重車(Caterpillar C-12)和福特野馬(Mustang)之間馬力(一種功率)和扭力(一種力)兩者的比較。
另外有個差速器(differential)原理，我個人覺得對汽車原理非常有啟發的，在此一併提供參考:
http://auto.howstuffworks.com/differential3.htm
(記得前後文章、動畫順道看一看!!)
另外我引述 marx(哈比)兄於2003/12/10 22:47 回應 如下:
------------------------------
您覺得140hp和75hp的馬力輸出何者性能較優？馬力不代表一切，例如我覺得開75p的R-9手排在山路上的動力輸出比A32更源源不絕，更覺得日系車的馬力數據雖大，但在台灣道路上好像始終都用不到，所以日系車的馬力數值好像都看得到但感覺不到。比如一部日系2.0的扭力是19.8/5500rpm，但vw bora2.0的扭力是17/2400rpm，你就會明白會何開起來感覺不同了，大家有可能一路上在5500rpm的狀態下行車嗎？，但2400rpm是卻是一般行車時的轉速。
於是就有一個問題：到底是日本高轉速輸出引擊還是歐洲低轉速輸出引撃的製造技術較高？
#8
0
屁股想也知道歐洲的引擎製造技術比較高,相同汽缸與排氣量的引擎比較下,可以在越低轉速輸出最多功率的引擎絕對是最佳傑作.利用高轉速來達到動力輸出不是一種技術,這是天經地義的事情,也就是不變的定律.
#9
0
Galant2004 (Sean) 於 2004/08/31 20:53 回應
屁股想也知道.........
===================================
偏偏，有些事情「用屁股想」，
就是會想錯！！！
目前歐日各大車廠的引擎技術能力，
其實都在「伯仲之間」，
並沒有那麼大的差距！
i.e. 以他們的技術能力，要把引擎
做成「高轉速取向」或「低轉速取向」，
都不是難題，
甚至有些時候只須改變調校或設定即可；
所以，決定因素在於他們的「意願」，
或者說是各車廠的「風格」吧！
而這些「風格」，
也是與當地消費者在長年「互動」之下的產物..........
屁股想也知道.........
===================================
偏偏，有些事情「用屁股想」，
就是會想錯！！！
目前歐日各大車廠的引擎技術能力，
其實都在「伯仲之間」，
並沒有那麼大的差距！
i.e. 以他們的技術能力，要把引擎
做成「高轉速取向」或「低轉速取向」，
都不是難題，
甚至有些時候只須改變調校或設定即可；
所以，決定因素在於他們的「意願」，
或者說是各車廠的「風格」吧！
而這些「風格」，
也是與當地消費者在長年「互動」之下的產物..........
#10
0
無業書大大,你這樣說我也只好同意了.不過日本與歐洲的引擎製造技術差不多,我到不認為.我只能說日本擁有製造歐洲引擎的能力,卻沒有設計歐洲引擎的能力.雙方的落差就是在這裡,所以你說是誰比較行?
引擎製造確實是以客戶反應來決定引擎的設計,製造商也是從中去累計經驗值,畢竟製造商最終目的是要賺錢.可是日本廠一向有個癖好,就是喜歡製造利用高轉速輸出高馬力的引擎,因為日本設計師認為這樣才是對的.就單以設計理念來說,這是一個致命傷,因為設計師會為了滿足個人的幻想,通常會捨去原設計可以擁有更好效果的念頭,反弄成濁.
引擎製造確實是以客戶反應來決定引擎的設計,製造商也是從中去累計經驗值,畢竟製造商最終目的是要賺錢.可是日本廠一向有個癖好,就是喜歡製造利用高轉速輸出高馬力的引擎,因為日本設計師認為這樣才是對的.就單以設計理念來說,這是一個致命傷,因為設計師會為了滿足個人的幻想,通常會捨去原設計可以擁有更好效果的念頭,反弄成濁.
#12
0
馬力值(B-Hp) = 扭力值(kgw.m) * rpm值 / 726.6 ------(式A)
而所謂「高轉速取向」與「低轉速取向」的引擎，
差別就在其「扭力 - 轉速曲線」的特性；
簡單的說：
「高轉速取向」-- 扭力峰值(曲線頂點)出現在較高轉速域
「低轉速取向」-- 扭力峰值(曲線頂點)出現在較低轉速域
假設某B引擎屬於「高轉速取向」，扭力峰值= 19kgw-m @ 4800 rpm；
再假設某A引擎屬於「低轉速取向」，扭力峰值= 19kgw-m @ 3000 rpm，
而當轉速超過3000 rpm之後，A引擎的扭力輸出值便開始衰減；
那麼，當轉速大於5000 rpm時，
A引擎的扭力輸出值就小於 B引擎了。
( 而根據(式A)，此時 A引擎的馬力輸出值也小於 B引擎 )
至於吾人日常生活中，
何時會遇到「轉速大於 5000 rpm」的狀況呢？
---- 在高速公路上大腳kick-down時便用得上！
就小弟個人而言，
每逢剛過收費站時的起步加速路段，
往往將轉速拉過 5000 rpm，
此時「高轉速引擎」便佔盡優勢了！
至於「低轉速引擎」的優勢，
是在：載重、越野、市區道路、山路彎道上。
例如，歐洲大陸「多山」的地理背景，
便是多數歐洲人偏好「低轉速引擎」的原因之一。
所以，「高轉速取向」與「低轉速取向」引擎，
可說是「各有千秋」、「各擅其長」；
到底孰優孰劣？不可一概而論！
當然，另外還有一種特別「高檔」的引擎，
擁有寬廣的「扭力高原帶」，能兼顧高低轉速域；
這種引擎，多半利用「可變汽門正時/行程」的技術。
以目前而言，
對歐日各大車廠的技術人員來說，
「可變汽門正時/行程」也不是什麼難事；
i.e.「是不為也，非不能也」，
做與不做，其實只決定於
各車廠的「風格取向」或「成本考量」而已！
而所謂「高轉速取向」與「低轉速取向」的引擎，
差別就在其「扭力 - 轉速曲線」的特性；
簡單的說：
「高轉速取向」-- 扭力峰值(曲線頂點)出現在較高轉速域
「低轉速取向」-- 扭力峰值(曲線頂點)出現在較低轉速域
假設某B引擎屬於「高轉速取向」，扭力峰值= 19kgw-m @ 4800 rpm；
再假設某A引擎屬於「低轉速取向」，扭力峰值= 19kgw-m @ 3000 rpm，
而當轉速超過3000 rpm之後，A引擎的扭力輸出值便開始衰減；
那麼，當轉速大於5000 rpm時，
A引擎的扭力輸出值就小於 B引擎了。
( 而根據(式A)，此時 A引擎的馬力輸出值也小於 B引擎 )
至於吾人日常生活中，
何時會遇到「轉速大於 5000 rpm」的狀況呢？
---- 在高速公路上大腳kick-down時便用得上！
就小弟個人而言，
每逢剛過收費站時的起步加速路段，
往往將轉速拉過 5000 rpm，
此時「高轉速引擎」便佔盡優勢了！
至於「低轉速引擎」的優勢，
是在：載重、越野、市區道路、山路彎道上。
例如，歐洲大陸「多山」的地理背景，
便是多數歐洲人偏好「低轉速引擎」的原因之一。
所以，「高轉速取向」與「低轉速取向」引擎，
可說是「各有千秋」、「各擅其長」；
到底孰優孰劣？不可一概而論！
當然，另外還有一種特別「高檔」的引擎，
擁有寬廣的「扭力高原帶」，能兼顧高低轉速域；
這種引擎，多半利用「可變汽門正時/行程」的技術。
以目前而言，
對歐日各大車廠的技術人員來說，
「可變汽門正時/行程」也不是什麼難事；
i.e.「是不為也，非不能也」，
做與不做，其實只決定於
各車廠的「風格取向」或「成本考量」而已！
