隱藏在扭力和馬力數據后的秘密大揭秘

相信所有接觸過汽車的朋友都知道，通常衡量一台汽車的引擎動力大小，往往都會使用馬力（功率）和扭力（扭矩）兩個指標。坊間對這兩個性能指標都有不同說法，比較多人接受的是「馬力代表極速，扭力代表加速」。也有比較資深的車迷朋友信奉「Horsepower for sale，Touque for Race」（馬力用來賣車，扭力用來賽車）。那究竟扭矩和馬力之間有什麼關係，它們又代表著汽車的什麼性能。關鍵是，它們之間誰更能說明汽車性能呢？這篇文章就為大家簡單介紹一下。

大家都知道引擎的工作是通過燃油在氣缸內燃燒推動活塞，而活塞通過連桿將曲軸轉動，從而輸出動力。而這部分輸出的就是曲軸扭力。可以說，汽車是由引擎產生的扭力傳遞到輪胎上來推動和加速的。而功率，就是在單位時間內引擎所做的功的大小，簡單理解就是可以在一定時間內將一定重量的車推多遠。扭矩和馬力可以使用一個簡單的公式來轉換：

功率（千瓦）= 扭矩（牛米）*引擎轉速（轉/分鐘）÷9550

實際上，汽車引擎輸出的馬力是不能直接測定的，而扭矩則是可以直接測定的。因此無論是實驗室還是馬力機，所測定的均是扭矩輸出，而馬力就是使用上述的公式通過扭矩輸出和當時的引擎轉速換算而得。而實際上引擎除了輸出扭矩以外，還輸出了引擎轉速，而引擎轉速是和汽車的速度以及功率息息相關的。結合扭矩和引擎轉速得出的引擎功率，更多的是描述在某轉速下引擎改變曲軸轉動速度的能力大小。

圖：引擎輸出的除了扭力，還有轉速。而馬力數據則是通過公式換算出來的。而輪上馬力就是輪上扭矩和輪上轉速的換算而得，基本等於引擎的功率輸出。

內燃機是一樣很有趣的機器，由於各種惰性的原因（包括進排氣的惰性、氣缸內部件的摩擦和重量造成的運動惰性等等），內燃機的效率並不是一成不變的，而是隨著轉速的改變而發生改變，因此在不同轉速下輸出的扭矩也會發生變化，從而形成不同的引擎輸出特性，於是就產生了我們所說的扭矩曲線和馬力曲線。譬如兩副排氣量相同的引擎，可能會產生相同的最大扭矩，但其最大馬力卻會有較大的差異；或者說產生相同最大馬力的引擎，最大的峰值扭矩也會發生差異，這一切都源於引擎不同轉速下輸出的扭矩差異。因此我們在討論引擎馬力和扭矩數據的時候，如果脫離了轉速而單獨討論峰值的話，是沒有任何意義的。

圖：由於設計相當多的原因，引擎輸出是呈現曲線的形式，因此不同的扭力馬力都和引擎轉速的變化息息相關。

雖然說扭矩是引擎產生的最根源的力量，但是由於它和轉速的關係，所以對汽車的性能產生了不同的影響。通常討論汽車的動力性能，會從極速和加速兩個方面去描述。

我們知道，加速度=力/質量，因此汽車的加速力是由扭矩決定的。但是大家往往忽略了一個問題，讓汽車加速的扭矩是輪端的扭矩，而不是由發動機的扭矩直接驅動。由於發動機的扭矩實在比較小，於是聰明的汽車設計師設計了「變速箱」這個東西。變速箱是在描述馬力和扭力時最重要的參與部分，變速箱扮演的就是將引擎的轉速降低，將扭矩提升的角色。因此在將引擎的扭矩放大變成輪上扭矩的同時，也將引擎轉速降低變成輪上轉速。輪上轉速越低，極速越低，因此可以知道，齒輪比越大，極速越低，加速力越高。一些引擎扭矩比較小的汽車，也能通過使用較大變速比的變速箱去提升輪上扭矩，來獲得較好的加速力量。而扭矩較大的汽車，也可以使用較低的減速比來獲得更高的極速表現。因此，決定這台汽車實際加速力的並非發動機的最大扭矩。

圖：變速箱是在馬力扭力裡面最重要的參與部分。變速箱就是將引擎的轉速降低，將扭矩提升的角色。因此在將引擎的扭矩放大變成輪上扭矩的同時，也將引擎轉速降低變成輪上轉速。

圖：通常我們說扭矩決定汽車的加速力，但忽略了實際上「扭矩」是指輪上扭矩而非發動機扭矩。

圖：由於有變速箱的原因，輪上扭矩可以通過變速箱放大，因此單獨談論引擎的最大扭矩其實並不能充分說明汽車的加速性能。引擎扭力較小的汽車也能使用像「大尾牙」這樣的大減速比齒輪，來獲得和扭力較大的汽車一樣的輪上扭矩。

圖：引擎扭力和馬力較小的汽車也能通過使用相當大的減速比，獲得更強的加速能力，缺點就是要放棄引擎轉速，換句話說就是極速降低。實際上，由於要保證有基本的極速表現，因此在高速域的齒比不能放大，因此實際高速域的輪上扭矩輸出並不大，加速能力也就逐漸降低。因此很多小馬力的汽車使用大齒比，雖然在頭段的加速能力能媲美馬力更大但齒比更疏的車款，但速度越高，兩者加速能力的差距就會越明顯。

那是什麼決定了汽車的加速力呢？我們知道，要討論汽車加速力，往往說的並不是「同一檔位上」的加速力，而是「同一速度」下的加速力（我們討論加速通常都會採用0-100公里/小時，或者是0-400米這種規格，而不會是在掛一檔情況下的加速比賽）。上面說過，討論汽車的加速力，實際上是以同一速度下作為基準衡量的。在沒有打滑的情況下，汽車的速度等於驅動輪的輪上轉速，而處於某一輪上轉速時，輪上施加的扭矩的大小決定了當時汽車的加速度。大家都知道，功率=扭矩*引擎轉速÷9550，因此輪上扭矩*輪上轉速÷9550=輪上功率，也就是我們常說的輪上馬力。忽略掉引擎和變速箱內部的所有損耗，該速度下的輪上功率就等於引擎當時的功率。因此決定汽車加速力的實際上是發動機的功率。比較好理解的就是我們經常說的「推重比」實際上是「馬力重量比」（Power-to-weight ratio），而不是扭力重量比，就是這個原因（嚴格來說是功率曲線，這裡下面詳細說明）。

圖：我們討論加速能力，實際是討論「同等速度下的加速能力」，也就是相同輪上轉速上的輪上扭矩的差別，綜合來看就是輪上功率的比較。而在不同速度下的加速力比較是沒有任何意義的。

圖：柴油引擎雖然扭矩巨大且較早出現，但由於柴油引擎天生不擅長高轉速運作，普遍運行轉速都較低，馬力並不大。因此大部分的柴油汽車為了照顧極速表現而使用相對比較疏的齒比，實際輪上扭矩和輪上的功率沒有想象中這麼大；因此雖然大部分柴油汽車的標稱扭矩驚人，但加速能力，尤其是高速加速能力都不及汽油汽車。

圖：F1引擎的扭矩普遍都不大，但由於擅長動輒過萬轉速的高轉區域運行，馬力十分大。簡單舉個例子，普通車上的引擎在時速100公里的時候是引擎轉速為2000rpm，而F1上時速100公里的時候引擎轉速為12000rpm，可見此時F1上的減速比為普通汽車的6倍，換而言之，F1的輪上扭矩的放大倍數是普通汽車的放大倍數的6倍。相比普通的汽車而言其減速比非常大，輪上的扭矩變得很大，加上車身比較輕，因此加速能力非常驚人。

我們都知道，當汽車前進的動力等於前進的阻力的時候，汽車將停止加速。一般而言，汽車的阻力來自於空氣阻力和由於車重、輪胎、內部摩擦等存在的阻力。而汽車的空氣阻力是隨著車速的增加而呈平方式增長。因此要獲得更高的極速，就必須讓汽車在高速的時候也有足以克服當時阻力的驅動力，也就是輪上的扭矩，這就要求引擎在高轉速的時候也能輸出更大的扭力，結合 功率= 扭矩*引擎轉速÷9550，相同一台汽車和相同變速箱的情況下，更高的功率能夠獲得更高的極速。

圖：現在的路上最速量產車紀錄保持者Hennessey Venom GT，創下270.49MPH的紀錄，其馬力高達1,451bhp。

圖：「火箭車」2015 Brabus Rocket 900，最大馬力高達900匹，極速350公里小時，比僅有621匹的同款S65 AMG高不少。

貌似極速和加速都是由引擎的馬力決定的，那引擎的最大扭矩究竟在表達什麼？實際上，引擎的扭矩必須結合引擎最大扭矩的轉速來看。首先舉個例子：如下圖

圖中A、B兩副引擎都擁有相同的最大扭矩，A引擎最大扭矩在3000轉出現，B引擎最大扭矩在5000轉出現。由於B引擎的扭矩在高轉速湧現，因此B引擎的馬力比A引擎更大。但由於A引擎的扭矩在中轉速湧現，因此在引擎大部分轉速域（Rank A）前者的實際功率都會比B引擎更大，因此在大部分轉速域（Rank A）以內其加速力會比B引擎更好。對於一般使用者來說，這個常用轉速域下A引擎的活躍度更高，使用更輕鬆。而對於賽車的使用來說，由於長期使用最高的轉速域部分(Rank B)，B引擎在高轉速域部分(Rank B)功率更大，加速力也更大，因此賽車的話更趨向於使用B引擎。因此，並不能單純的說：扭力決定加速力，功率決定極速。

（注1）：由於引擎B的最大扭矩在高轉速域爆發，而該轉速在相同的齒比下對應的輪上轉速也會更高。於是在實際應用上，可以使用更大的減速比讓在高轉速下的輪上速度和引擎A一致。這時候引擎B帶動的汽車實際上輪上扭矩會變得比引擎A更大，而加速力也會更強。所以實際上，最大扭力越在高轉爆發，馬力也越大的引擎，性能潛力也會更大。但因為要保持發力狀態就要將引擎轉速維持在高轉，日常使用會變得不太便利。

圖：這是柴油引擎的馬力圖，可見扭矩巨大，但馬力偏小；而且峰值馬力在非常低的轉速就出現，極限轉速在4000轉。雖然扭矩巨大，但由於引擎的轉速較低，因此變速箱的齒比要非常小才能滿足正常的行駛速度。因此輪上的扭矩實際上並不大，加速能力也沒有想象中這麼強。

最後總結一下，相同一台汽車，最大功率決定了汽車的極速表現和加速表現，最大扭矩和其轉速表達的是引擎的活躍範圍。前者表示的是性能，後者表示的是實用程度。下次看到扭力和馬力的時候，就不會再被忽悠了。

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