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當人類首次將汽油引擎裝置在腳踏車上,便為這最為普遍的交通工具揭開了序幕,人類的生活從此開始不同。引擎,是摩托車不同於其他二輪交通工具之處,也是決定一台車的性格之最大因素。Moto7將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,介紹動力曲線以及常見的各式引擎。掌握一輛車,就從動力開始!

引擎馬力及扭力為大多數人購車一定會參考的項目(圖為DUCATI Panigale V4S四缸引擎)。

 

馬力

馬力是引擎的最重要性能指標:每一台車在出廠時,必定會標明本車所搭載引擎的馬力輸出,給予買家做為基本的參考。馬力是什麼,又該如何看待這項數據呢?對於汽油引擎來說,進氣、壓縮、爆炸、排氣是最基本的四大行程,在爆炸的過程中,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,並藉由機械元件曲軸輸出轉動的能量。

汽油引擎的行程包含了進氣、壓縮、爆炸、排氣。

這裡所說的轉動能量,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;若一台裝置A引擎的車能在一小時內完成,而另一台相同的車裝置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。

DUCATI Panigale V4S可以輸出216匹馬力。

馬力單位

許多人也許曾經被許多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。通常歐洲與日本車廠多使用PS,而美國品牌則多使用HP。唯一的例外是部分義大利車廠(如DUCATI)會使用義大利舊式的馬力單位CV(Cavallo Vapore),至於電動車則慣用kW。若把HP當成比較單位,那彼此的換算公式如下:1HP= 1.015PS=0.746kW=1.0142CV,也就是說PS、HP、CV三者在換算上是相當接近的。其實,不同的馬力單位源自於各國不同的測試標準,例如日本便是採用JIS所制訂的測試標準,而美國則是採用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,僅剩下德國所採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。

DUCATI在歐歐洲官網上,以CV做為Panigale V4S的馬力計算單位。

動力曲線

一般摩托車在販售時,車廠便會為車輛標註引擎的最大馬力數據。以DUCATI仿賽車款Panigale V4S為例,根據官方資料顯示,該車的最大馬力值為216CV(216.1PS、158.9kw),同時註明了輸出轉數為13,500rpm。這也意味著216匹馬力的最大值只會在13,500轉時輸出,在低於7,000轉之下時,這顆引擎所輸出的馬力值甚至不到最大馬力的一半,高轉速域有高馬力輸出的特徵,這便是汽油引擎的基本特性。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。

2025 DUCATI Panigale V4S。

Panigale V4S之動力實測曲線圖。(紅線為馬力、灰線為扭力)



在先前的段落中,說明了馬力是引擎最重要的性能參考指標,那麼扭力究竟又是扮演什麼角色呢?簡單地說,扭力便像是所謂的力量,只是用於轉動之上。在引擎中,不論是曲軸、離合器、變速箱、甚至輪胎都是以轉動的方式輸出動力,因此必須以扭力來表示輸出力量的大小。

本次將以Panigale V4S為例,進行扭力的介紹。

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,也能透過簡單的計算來作換算,只要將公斤米(Kgm)的數據乘以9.8,便可以得到以牛頓米(Nm)為單位的扭力數據。例如DUCATI頂級仿賽Panigale V4S,其最大扭力為120.9Nm,或是12.33Kgm。

DUCATI頂級仿賽Panigale V4S(圖為2025年式)。

數據解密

再深入一步看看Panigale V4S這台頂級仿賽的扭力數據,其所公布的最大扭力120.9Nm是在高達11,250rpm的引擎轉速所發揮的。不論是低於11,250rpm或是高於11,250rpm,引擎皆無法輸出比120.9Nm更大的扭力。扭力可以說是引擎爆炸燃燒情形的代表,燃燒狀況越好、爆炸所產生的力量越充足,活塞獲得的下壓力量也就越大,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,其最大扭力所輸出的引擎轉速也會略有不同。例如Panigale V4S便於高達11,250rpm處才輸出最大扭力,而DUCATI旗下排氣量相仿的街車Diavel V4則在7,500rpm時,輸出最大扭力126Nm,相較之下,轉速低了許多。

引擎的基礎設定對於動力輸出特性有著決定性的關聯性。(圖為Panigale V4S引擎)

街車設定的Diavel V4,在7,500rpm時便爆發出最大扭力。

既然引擎的扭力輸出與爆炸燃燒情形息息相關,那麼也和引擎的設定有關,Panigale V4S的引擎本質及最終調校皆針對高轉速域的動力而來,在超過萬轉時輸出最大扭力。而Diavel V4則針對中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、可變進氣歧管等,將兩種引擎設定放於同一顆引擎,製造寬廣的高扭力輸出帶。

Panigale V4S的引擎是針對高轉速做為動力調校。

軸動力VS 輪動力

在拿到一台新車的馬力、扭力數據之前,必須先瞭解這數據是屬於所謂的軸輸出或輪輸出動力。這裡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,是將引擎直接連結動力測試機,直接跑出數據。軸輸出的動力,不會經過傳動系統,完全只是屬於引擎的性能表現。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。

從曲軸量測的動力為軸輸出動力。(圖為Panigale V4S反向曲軸)

而扭力部分,經過傳動系統的傳遞之後,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,但經過減速之後,數據反而會被放大。整體而言,輪胎雖然轉的沒有引擎這麼快,但扭力卻因此被放大了。若將一台檔車放上馬力機,來測試輪輸出動力,則會發現在低檔位時,後輪輸出的扭力明顯要比高檔位來的更高,而馬力部分則是較為接近。

當車廠開發一顆引擎時,是將引擎曲軸直接連接動力機,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Panigale V4S,其使用排氣量為1,103c.c.的V型四缸的引擎,缸徑及衝程設定為81mm及53.5mm,其53.5mm的衝程相對於81mm 的活塞直徑而言,顯的相當的短,也就是俗稱的短衝程引擎,更有利於高轉速域出力。最後搭配優化的氣門直徑和揚程等細節,讓引擎在13,500rpm時爆發出216匹強勁馬力,並在11,250rpm湧現120.9Nm最大扭力。

Panigale V4S歷經多次改款,馬力也持續攀升。

同時要說明的是扭力與馬力的關係: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於扭力乘上當時的引擎轉速,再乘上一個單位換算的係數。以上所談到的Panigale V4S為例,便是希望引擎的最大扭力在高轉速域時爆發,乘以引擎轉速之後,便能得到較大的引擎馬力。

Panigale V4S的引擎是為高轉速設定。

當高轉速域可以爆發大馬力之後,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)。同樣的狀況也發生於GP125廠車之上,雖然排氣量僅有125c.c.,但經過調校之後,可在超過一萬轉之後輸出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後,極速依然可高達220km/h以上。



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