同样都是“马力”,但不要被数字大小“蒙蔽了双眼”

同样都是“马力”,但不要被数字大小“蒙蔽了双眼”

10月13日


有一些小伙伴们在看车的时候,会看看这台车的功率有多大,或者说看看马力有多大。应该说,中国绝大部分车迷对于“马力”这个数字是盲目的,而且当中绝大部分人甚至不知道“马力”到底是怎么出现的,以至于“不学无术”地单纯看到“匹”或者“千瓦”这些词句后就喜欢拿来简单地对比一番。


可能有的人会很疑惑,虽然内燃机和电机不是一回事,但是在计算功率的时候,都会以马力或者千瓦来作为单位。所以有些人会认为电机的马力和内燃机的马力是一回事,但真的是这样吗?


先抛结论:电驱车和燃油车这两样东西的“马力”,根本就不是一回事。



首先要明确一点,马力这个东西并非在自然界实质存在的物理量,所以我们人类以及其他动物的神经系统,均无法感知马力的存在。“开开车就说这台车马力很大或者很小”,你蒙谁呢?


对于外燃机和内燃机来说,马力是通过扭力和转数测算出来的、以每分钟为单位的一串数字,换句话说,所谓的多少匹马力,大前提是“这一分钟内能做多少功”,所以,这也是生物Senser无法感知的原因,它跟热不热、冷不冷不是一个概念。


18世纪初,英国工程师Thomas Savery(托马斯·萨弗里)发明了一台蒸汽动力抽水泵并获得专利。但是在使用的过程中,Savery发现水井里的水只能被抽到12m的高度,然后就上不去。根据这个现象,Savery认为他的蒸汽机可以不间断完成两匹马可完成的工作,便将这个等效的工作能力,定义为“10匹马力”,所以马力可以视为一个效率单位,而不是物理单位。


图:工程师Thomas Savery(托马斯·萨弗里)发明的蒸汽动力抽水泵。不过Savery提出来的Horsepower概念,虽然没有经过实验的论证,但这个叫法已经为后世留下了习惯,直至今天。


将马力这个概念、以实验方式论证并提出公式的人,是苏格兰发明家James Watt(詹姆斯·瓦特)。是的,就是现在功率计算结果里出现的那个“瓦特”,但严格说,他出名的贡献不是“瓦特”,而是给"马力"作出了定义,这个历史别搞混了。Watt在1750年前往啤酒厂参观时,发现酒厂需要雇佣20匹马,这些马需要拉动圆形石磨,并不断绕圈。Watt在仔细观察后计算得出,一匹马可以在1小时内,拉着12英尺长的木杆(约3.7米)磨绕着石磨转了144圈,也就是一分钟2.4圈。根据马匹走过的距离以及公式算,Watt得出一匹马能够产生32,572 lb.ft/min,取整为33,000 lb.ft/min(44742N·m/min)。



Watt后来在定义“蒸汽机马力”的时候,借用了Savery的“Horsepower”概念以及用词,即缩写HP,中文里将之简化为“匹”。1782年,Watt得出了理论:一匹马以2.5 mph的速度向前奔跑,可以拉起100 lb(100磅,约等于45.35kg)的重物。换算后得到的值是22,000 lb.ft/min,但为了弥补蒸汽机的摩擦损失,Watt便将这个值再拉大50%,来到了33,000lb.ft/min,相当于550lb.ft/s。换句话说,1HP = 33,000 lb.ft/min = 550 lb.ft/s = 745.6998 W。


敬请那些使用HP标称作为马力单位表示的车媒小编,记得写发动机扭力参数时,对应的单位应该用 Ib·ft 磅·尺,那才专业嘛!


图:苏格兰发明家、工程师James Watt(詹姆斯·瓦特)除了改良蒸汽机以外,最被人们熟知的事情是定义了马力(HP)和瓦特(W)这两个单位。


至于公制马力(Pferdestärke,缩写PS,又称为德制马力),1公制马力被标定为“一匹马在1秒钟内将75kg的重物拉到1米的高度所做的功”。所以在测算公制马力的时候,应当采用kg·m(公斤·米)或者N·m(牛·米)作为力矩单位,至于公斤与牛顿之间的单位换算,可以翻阅中学物理课本。


与上文同理地,如果使用PS作为马力单位的话,那么扭力单位应该用公斤·米或者牛·米来表示。


图:换言之,一匹马将75公斤的重物拉动1米得到的数值就是1 PS(又称为公制马力)。1公制马力与其他单位之间的关系大致如下:1 PS = 75 kg·m/s ≈ 542.4760 lb.ft/s = 735.4987 W。


现在测算内燃机马力的公式是:P(HP) = T(扭矩,单位lb.ft)× N(发动机转数)÷ 5252;如果扭力单位是公制“N·m”的话,那么这个常数经过换算后是÷9549。至于5252这个常数,则是是在经典发动机理论当中,马力和扭力会在5252转交汇。所以说扭矩才是真实存在的物理量,而马力只是扭力乘以转速再除5252这个系数得到的值。


图:转数点的扭力,决定了每个转数点的马力大小。另外内燃机的转数在达到5252转之前,发动机的扭力比转速要大;在5252转之后,内燃机的马力要通过不断下降的扭力和不断升高的转数获得。


说完了内燃机的马力是怎么来的,大家相信也大概明白了原理:汽车发动机的动力参数,首先是通过测量飞轮端的扭矩,然后再通过计算机计算出来的参数,所以,马力不是一个实际存在的物理现象,而是计算出来,用来表示效率的数学单位。


说完了内燃机,然后到电驱车上的电动机“马力”、“功率”了。对于电动机来说,它的最大输出功率基本上是额定功率,并且是在出厂时就已经设定好。额定功率的计算公式非常简单:W = V × A,也就是电压(V)乘以电流(A)得到功率值,而且这个值通常以“瓦(W)”和“千瓦(kW)”为单位。不过在一些国家,电机的功率仍旧以马力(HP)为单位;例如美国,1 HP = 746 W。所以,内燃机的马力与电动机的马力,完全就是风马牛不及的两个参数,如果生硬拿出来对比高低,是不是有点儿犯傻了?


还有一点,电机的工作原理与内燃机有着根本性的不同。试想一下,你家里所有带电机的家电,例如洗衣机、电风扇,以及四驱车玩具的马达,是不是一启动就能够瞬间进入工作状态。就算这些电机能够变速,那也是通过变频控制器(VFD)来控制电力输出。一如踩下电驱车“电门踏板”的时候,实际上是通过变频控制器来调节电机的电力输出,从而达到控制电机扭力输出的效果。


图:Tesla Roadster和Chevrolet Camaro RS的扭力值对比。从图中我们可以发现Tesla Roadster的电机能够在瞬间达到最大扭力;反观Camaro RS,虽然这款车的发动机扭力也比较大(很可能经过升级),但由于发动机需要通过“吸、压、爆、排”四个冲程来产生扭力,所以Camaro RS的扭力相较于Tesla,存在缓慢上升的过程。


总的来说,电驱车的“马力”和燃油车的“马力”根本就不是一回事。电驱车的马力是出厂时就被定好的额定功率。而燃油车的马力,则需要通过扭矩和转数计算得出。所以这两者,真的不是一个东西,不要再搞混了。算法都不一样了,还拿电机的功率和内燃机的功率做对比,真的是贻笑大方。






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