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(fēng)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(yù)算買車上6萬匹，看到這里小編也挺好奇這一部《極速風(fēng)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(xué)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(xué)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(dāng)?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(fēng)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(dāng)屬往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，也就是目前的汽車發(fā)動機。看完上頁的例子之后，想必大家也清楚了“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(fù)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(dāng)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(dǎo)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(fù)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(dāng)燃料提供的能量變大了，推動活塞的力也就大了，使得往復(fù)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(xí)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(fù)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(dāng)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(dǎo)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，有著非常苛刻的要求。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）