馬力大、扭力強,到底誰的加速快?

2023/05/10閱讀時間約 7 分鐘
看到這標題可別急著認為筆者老調重彈,其實無論從前或現今這個資訊傳播相對發達的時代,均不難發現車壇當中存在些許似是而非的觀念,本篇文章探討的主題除了正是容易陷入迷思代表之一,甚至偶爾還能掀起議論,然而究竟車輛的馬力或扭力誰更攸關性能?咱們廢話不多說,下面接著「開講」!
一切先讓原廠數據來「說話」
在文章一開始,也就是筆者分析理論層面之前,我們先看以下3組例子:
▲此為現行德國當地Audi Q5 40TDI quattro及40TFSI quattro的動力性能數據,前者的最高輸出及官方0~100km/h加速成績分別來到204hp/40.8kgm、7.6秒,後者則分別為204hp/32.7kgm、7.3秒。
▲此為現行歐規Volvo XC90 B5 4WD汽柴油車型的動力性能數據(如今歐洲當地Volvo旗下汽柴油動力名稱開頭字母均相同),柴油版本的引擎最高輸出及官方0~100km/h加速成績分別來到235hp/49.0kgm、7.6秒,汽油版本則分別為250hp/35.7kgm、7.7秒。
▲此為現行台灣販售Mercedes-Benz GLE的規格表節錄,動力性能數據方面,GLE300d 4Matic的引擎最高輸出及官方0~100km/h加速成績分別來到272hp/56.1kgm、6.8秒,GLE450 4Matic則分別為367hp/51.0kgm、5.7秒。
看完上方3組對照之後,相信螢幕前的你應該已留意到,各別組合的廠牌、車款均相同,亦均為2023年式,而變速箱及驅動方式則大致接近,最顯著的差異即內燃機型式及動力輸出水平。第1組為2.0升四缸汽柴油動力的對決,且兩者最大馬力相同;第2組雖然同樣是2.0升四缸汽柴油引擎的對決,但汽油心臟的馬力略高些許,兩者最大扭力輸出差異也更為明顯;第3組則為2.0升四缸柴油與3.0升六缸汽油內燃機互別苗頭,雙方的馬力水平存在顯著差距(汽油優於柴油),但扭力則是柴油勝出。
有沒有發現什麼結果?在這3個組合當中,僅有第2組的原廠0~100km/h加速成績柴油「略勝」汽油,其餘兩組的結果均呈現相反態勢,由於前述提及,兩兩車款之間的品牌完全相同,因此這裡大致可先排除測試誤差。回歸正題,綜觀3個組合的原廠0~100km/h加速勝負趨勢,基本上「加速看扭力,極速看馬力」這句話可說已不攻自破,畢竟若參照各別組合的最大扭力水準,顯然兩者的走向並不相符(前述3個組合的最大扭力均為柴油勝出),反倒是與馬力數據較具關聯性(更精確的說法是「馬力重量比」,但這裡我們先將問題單純化),既然如此,筆者接著就來解釋,為何車輛性能指標看的是馬力?
▲其實攸關車輛性能表現的參數不僅有馬力、扭力值,本文內容主要為便於理解並聚焦重點,暫時將其它因素排除。
不用懷疑,性能就是看馬力!
進入重點理論環節,首先筆者簡單解釋何謂「扭力」(即力矩)?而這裡我們可以從它的單位來看。扭力在台灣車壇中常見的單位為「kgm」、「Nm」,也就是「力與力臂(長度)的乘積」,更直白的形容就是一股造成物體旋轉趨勢的力(對車輛來說大致可視為引擎或馬達的「作功」,也就是引擎或馬達每次推動車子的力量),而扭力愈大,則造成物體旋轉的趨勢自然就愈強。看到這裡可能有些網友會產生疑問,既然扭矩大致可理解為引擎或馬達每次推動車輛的力量,那為何扭力跟加速快慢並沒有任何關聯?答案其實顯而易見,便是力矩這項物理量並不包含「時間因子」(從上述單位及定義便可輕鬆看出)。
▲無論NA或渦輪、汽油或柴油引擎,有開過車的網友應該都知道,當駕駛者瞬間油門到底全力衝刺的那一刻,「降檔拉轉」絕對是ECU回應你的第一個動作,如果加速看的是扭力,那試問為何每個車廠都這麼設定(特別是時下汽油渦輪引擎的扭力峰值帶多位於中低轉速域)?
在車輛的世界裡,最常用來形容行駛當下性能的物理指標便是速度及加速度,慣用的單位分別為「km/h」、「km/h/s」(後者口語化的表示就是0~100km/h需XX秒),就定義來看則分別是「單位時間內車輛移動的距離」及「單位時間內車速的變化量」,而前述定義均可歸納出一個共同點,即這兩項物理指標都包含「時間因子」。結合先前內容,白話來說就是即便知道引擎或馬達每次用多少力量推動車子(即已知軸輸出扭力),但如果不知道多久推它一次(欠缺時間因子),自然無法得知車輛行駛當下的性能表現。
基於上述觀點,那豈不是只要將扭力與時間因子結合,就能計算或呈現車輛性能?答案還真是如此!而在車輛的世界裡,這裡的時間因子就是指引擎或馬達的轉速。轉速常見的單位為「rpm」,譯做每分鐘多少轉,而將扭力與轉速乘積後,物理上大致可定義為引擎或馬達「單位時間內對車輛所作的功」,這也正是「功率」的定義。功率常見的單位為「hp」或「kW」,沒錯,熟悉的馬力出現了!這就是為何筆者在本節標題提及,只要牽涉到車輛性能(跑得快不快、加速猛不猛…等),不用懷疑就是看馬力的由來。
▲在相同馬力輸出的情況下,扭力與轉速之間為此消彼長的關係,兩者變化的趨勢亦可相互轉換,因此若一具引擎或馬達擁有很高的扭力但容許轉速相當低,單位時間內累積推動車輛的能量依然不大,所以馬力才能代表車輛的動力性能水平而非扭力。
▲在物理學當中,加速度意指單位時間內速度的變化量,那既然極速看的是馬力,要說加速看扭力這完全毫無邏輯,而且多少轉速以下看的是扭力?亦或多少轉速以上該看馬力?科學上根本無法定義,關於加速度大致該看的是「單位時間內馬力輸出的變化量」。
▲馬力即扭力與轉速的乘積,因此在相同轉速條件下,扭力愈大意味著當下輸出的馬力也愈大,只是最大扭力輸出區間多較馬力來的提前,久而久之便造成部份車迷存有「低速看扭力,高速看馬力」的誤解。
▲上下圖分別為典型柴油引擎及現今汽油渦輪機體的最大動力曲線,最大扭力曲線除了大致可看做該引擎或馬達的出力特性(亦能理解為引擎或馬達的「個性」),也攸關最大馬力變化的趨勢。
「最大」這兩個字,才是動力數據該留意的重點
前面聊了那麼多馬力、扭力的定義及關聯,最後筆者要再釐清一個常被忽略的觀念,那就是車廠提供的動力數據,你該如何正確「使用」。相信不少人現今仍可在網路上的文章或影片中,看到類似「因為它有○○kgm的扭力,所以油門踩起來很輕快」(前面已提及,相同轉速下大扭力等同大馬力)的形容,然而這裡筆者要強調的是,這類觀點的表達可以說完全錯誤!有開過車的網友應該都知道,車輛的加速踏板並不是一個非On即Off的兩段式開關,中間的踩踏行程乃為無段設計,駕駛者可藉此控制動力輸出比例,絕非僅能於0%或100%之間二選一。
既然如此,我們回頭觀察車廠所公佈的動力數據,便可發現都會標註「最大」這兩個字,意即如果一具引擎的最大扭力數據為40.0kgm/1,600~4,000rpm,則只有在油門踩到底這個前提下,你才能夠確定在1,600~4,000rpm這個轉速區間,引擎曲軸正輸出40.0kgm的扭力(這裡以扭力舉例,換成馬力也是相同概念)。至於日常行駛情況下,油門踩多少比例能使引擎輸出多大的動力?這得看車廠工程團隊的「調校」,也就是說欲了解一輛車常規使用時動力輸出的「脾氣」,仍得親自登門試駕,如果光憑規格表就能得知多數車輛相關資訊,那買車選車這事就簡單多了。
▲別看這些性能車款的動力數據不俗,主要得益於現今高度電子化架構搭配車廠的調校,只要避免亂踩一通,實現讓多數人輕鬆駕馭並非難事。
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