此馬力非彼馬力 千匹動力的漫長之路

　　【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】汽車工業(yè)自19世紀末誕生以來，人類就一直沒有停止過對速度、對動力的追求，這也使得人們對作為汽車唯一動力輸出的發(fā)動機有了更多的研發(fā)投入。發(fā)動機發(fā)展至今日，成熟的內(nèi)燃機技術(shù)早已普及人類社會，同樣也給一些執(zhí)著的匠人提供了追逐機械工藝極限的機會。

　　最近一部名叫《極速風云》的作品，讓一些觀眾對動力產(chǎn)生了極大的興趣。在微博上，一位觀眾便私信了@工匠派-曉彤，目的只有一個，13萬預算買車上6萬匹，看到這里小編也挺好奇這一部《極速風云》究竟說了什么，能讓一位還在考慮買車的用戶如此自信喊出“6萬匹”這個數(shù)字。因為這個私信，@工匠派-曉彤也希望可以嘗試挑戰(zhàn)一下改造出千匹馬力的車型，不過在此之前，還是有必要去聊聊內(nèi)燃機產(chǎn)生動力的一些關(guān)鍵點。

　　內(nèi)燃機是發(fā)動機其中的一種，其動力是通過燃料在內(nèi)燃機內(nèi)部燃燒產(chǎn)生熱能，并推動機械結(jié)構(gòu)做功產(chǎn)生的。所以kW（千瓦）這一個國際通用功率單位肯定是繞不開的，那么我們平時說的發(fā)動機動力HP（housepower英制馬力）與PS（PferdeStarke公制馬力）與kW（千瓦）又有什么關(guān)系呢？

　　首先說說平時大家最常聽到的一個詞匯——馬力，馬力是根據(jù)英國物理學家瓦特為了測定新制造出來的蒸汽機的功率而定義的單位。瓦特根據(jù)馬在一分鐘里，把1000磅重（約合453.59千克）的重物提高33英尺（約10米），規(guī)定這匹馬的功率為1馬力，所以一馬力，其實指的并不是一匹馬的拉力，而是功率單位。而HP這個單位也就是Horse Power馬力的簡稱了。

（英制馬力  一馬力示意圖）

　　馬力（HP）是英國科學家對數(shù)據(jù)量化的指定的一個單位，但這個量化單位的計算是使用英制單位（磅、英尺）來定義和計算的，與國際標準單位之間的換算很麻煩，因此人們就用國際標準單位（米、千克）定義了在數(shù)值上與英制馬力大體相當?shù)?ldquo;馬力（PS）”，而PS這個單位最早是在德國使用，即德語的Pferde（馬） Starke（力）兩個單詞的簡稱。

（公制馬力  一馬力示意圖）

　　盡管使用了國際認可的標準單位進行計算，但HP、PS這兩個功率單位依然被不同的組織所使用著，不過隨著世界全球化的開始，有越來越多的廠家開始提供毫無爭議的國際標準單位千瓦kW作為發(fā)動機的輸出功率單位，這也大大方便了不同車企之間所需要的數(shù)據(jù)換算。

　　如果對這些單位數(shù)據(jù)還沒有一個很清晰的概念，且往下看，小編準備了一些機械工業(yè)的大作，以供大家參考。PS：這里展示的例子只看其產(chǎn)生的功率，其余數(shù)據(jù)不計入?yún)⒖挤秶?/p>

　　波音777是目前大家所熟知的民航客機之一，它搭載了通用電氣公司為其開發(fā)的GE90渦輪風扇發(fā)動機，干重8.3噸。每秒噴氣1.4噸，制造極限推力57噸，轉(zhuǎn)換成功率大約是11萬馬力左右。

　　遼寧號航空母艦是中國第一艘服役的航空母艦，4臺蒸汽輪機、8臺增壓鍋爐、4軸推進、總功率20萬馬力。

　　德國利勃海爾礦山卡車T282滿載600噸，裝備一臺德國MTU柴油發(fā)動機，20缸，排量90升，極限功率3650馬力。

　　目前全球最頂尖的賽車賽事世界一級方程式錦標賽，其賽車所采用的引擎是1.6T V6渦輪增壓發(fā)動機，最大功率可達1000馬力

　　號稱具有地表最強動力的布加迪Divo，采用了Chiron上的8.0T W16四渦輪增壓發(fā)動機，最大功率1087kW(1479馬力)。

　　看完上述幾個例子，想必各位對馬力也有一個實際的理解了，“6萬匹”這一個詞并不是隨隨便便就可以說出口的。馬力對于內(nèi)燃機這類機械結(jié)構(gòu)而言，要想提升并不只是動動某些因素就可以得到的，還需要多方面的配合。

　　對于我們大眾而言，平時接觸得最多的當屬往復活塞式內(nèi)燃機，也就是目前的汽車發(fā)動機?？赐晟享摰睦又螅氡卮蠹乙睬宄?ldquo;6萬匹”是一個什么量級，那么對于我們熟知的發(fā)動機而言，它有沒有可能達到呢？在此之前，想先簡單聊聊發(fā)動機輸出動力的原理。（以往復活塞式內(nèi)燃機作為例子）

　　引用一段百度百科對內(nèi)燃機的解釋“內(nèi)燃機將燃料和空氣混合，在其汽缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使汽缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃氣。燃氣膨脹推動活塞作功，再通過曲柄連桿機構(gòu)或其他機構(gòu)將機械功輸出，驅(qū)動從動機械工作。”從上述描述當中，可以知道，內(nèi)燃機的輸出能量是燃料所提供的，轉(zhuǎn)化為前進動力的是機械結(jié)構(gòu)提供的。

　　所以內(nèi)燃機要想獲得更大的動力，燃料提供的能量要更大、燃燒的效率要更高。PS：這里僅對于內(nèi)燃機輸出功率而言，并非指最終體現(xiàn)在車輛的表現(xiàn)，畢竟汽車是一個綜合體。

　　縱觀內(nèi)燃機所采用的燃料，從一開始的火藥、煤氣，到后來隨著石油的開發(fā)而獲得的柴油與汽油，再到釋放能量更加巨大的混合燃料，人類一直在尋找能提供更多能量的燃料，以供內(nèi)燃機輸出動力。

　　正如火藥一般，小量的火藥提供了子彈的發(fā)射能量，數(shù)量再往上加，還有大號子彈，炮彈，導彈等等，在內(nèi)燃機的燃燒室中，量變等于質(zhì)變是存在的。

　　燃料提供動力推動活塞做往復運動，連帶著曲柄連桿機構(gòu)運動輸出動力，這就是一個能量轉(zhuǎn)化的過程。那么當燃料提供的能量變大了，推動活塞的力也就大了，使得往復運動的頻率加快，帶動機械機構(gòu)輸出就更加多。

　　想象一下在健身房騎著健身自行車的你，一開始悠閑的騎著，沒用什么力，車輪也沒有什么聲音，后來教練過來敦促你要認真練習了，你開始加大力度蹬踏板，車輪開始發(fā)出呼呼的聲音，隨著你不斷加力的蹬踏，車輪轉(zhuǎn)動的越來越快，呼嘯聲也越來越大。這就是燃料能量加大后最終得到的結(jié)果。

　　看到這里，你是否覺得內(nèi)燃機的動力提升好像挺容易理解的，也挺簡單的，其實并不然。上述的說法，是忽略了許多因素，在一個十分理想的前提條件下簡單的、大致的把往復活塞式內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)化解釋一下。

　　就燃料釋放能量這一塊而言，空燃比、燃點、壓力等等一系列的要素是需要經(jīng)過測試，達到平衡才可以放心使用，當需要提高動力的時候，一個要素的變動，需要重新進行調(diào)試才可以達到另一個平衡。

　　作為能量轉(zhuǎn)化的另一環(huán)節(jié)，機械結(jié)構(gòu)的影響更是多樣，比如活塞面、缸徑、連桿、曲軸、密封等等設(shè)計，每一個環(huán)節(jié)都是影響內(nèi)燃機正常運轉(zhuǎn)的因素，還有最直接的要素，就是機械結(jié)構(gòu)的材質(zhì)，目前內(nèi)燃機大多以單一金屬或者合金作為材質(zhì)，而不同的金屬有不同的特性，并且在持續(xù)高溫、激烈運動的情況下，金屬疲勞、膨脹等的都會影響正常運作，從而導致內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。

　　除了上述這些因素以外，在動力加強的情況下，車輛本身的結(jié)構(gòu)也會受到?jīng)_擊，像懸架部份能否提供足夠支撐，車架剛性是否足以抵抗動力的增強，剎車能否提供足夠制動力，還有輪胎、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等等板塊，都需要根據(jù)修改的動力重新調(diào)整，所以提升動力并不是那么簡單就可以達到的。

四缸改造千匹，可能嗎？

　　那么回歸開頭所說，@工匠派-曉彤即將改造一臺普通的車，將其打造成千匹怪獸，按照小編的理解，最低的要求起碼是一臺四缸發(fā)動機吧？難不成拿三缸發(fā)動機去改造？

四缸發(fā)動機要完成千匹的改造，有著非?？量痰囊?。相對于多于四缸的發(fā)動機而言，而相比于四缸機，更多氣缸的設(shè)計意味著更高的表面積與排氣量之比。意味著在同等排氣量下，甚至于可以成倍乃至數(shù)倍的提高燃燒室表面積。從而讓同樣的熱量有成倍的通道可以流通，顯著的降低了燃燒室表面溫度。這也就是等排氣量下，更多氣缸數(shù)會更適合長時間輸出高功率的本質(zhì)原因。

　　另一方面，隨著燃燒室內(nèi)部溫度的不斷提高。一系列活動部件的運行狀態(tài)也在發(fā)生顯著改變，由于缸內(nèi)燃燒壓力的等比例增加，缸體承受的燃燒壓力也在等比例增加，所以四缸發(fā)動機想要改造千匹，首先是要解決的是整臺發(fā)動機的承受熱負載能力。

　　內(nèi)燃機經(jīng)歷了這么多年的發(fā)展，已經(jīng)是一個十分成熟的技術(shù)。在增加氣缸的情況下，1000匹這樣的動力對于內(nèi)燃機來說不再是限制的上限。但就四缸發(fā)動機而言，這依舊是一個十分困難的操作。（文：太平洋汽車網(wǎng) 高子健）