1.輪胎充氮氣
前幾天看電視,看到記者說氮氣是惰性氣體,輪胎充氮氣可以減少熱脹冷縮...BulaBulaBula...害我差點把口水噴出來...國中理化不有教過了嗎?!怎麼現在還一堆人搞不清楚啥是惰性氣體?!小孩子教育不能等呀!
惰性氣體就氦氖氬氪氙氡,國中畢業都幾十年了,這六個字我還背得出來,當年考試都會考呀...這裡有氮嗎?!沒有呀!
簡單講為啥這六個是惰性氣體,因為外層電子是穩定數目,沒有多的電子或多的空位,很不容易跟別的物質化合,這才叫惰性氣體呀!
氮氣呢?!它有七個電子,第一層2個,第二層5個,但第二層的穩態是8個,所以氮原子最外層電子有三個空位,可以跟別種物質化合...氮的化合物就不要太多種,一氧化氮,一氧化二氮,二氧化氮,三氧化二氮...氮化鎵,氮化鋁,氮化鉀,氮化矽,氮化硼...這種東西叫惰性氣體?!你瞎說也要有個程度吧?!
另外氮氣的確會熱脹冷縮,但它受熱時膨脹會比其它氣體要少嗎?早兩三百年前科學家就已經實驗證明...所有氣體的熱脹冷縮都一樣,溫度每升高1度C,氣體體積膨脹約0度C時體積的1/273(約0.36%),不管是氮氣,氫氣,氧氣,二氧化碳...都一樣,這就是Charles's /Gay-Lussac's law...如果你證明氮氣的熱脹冷縮跟其它氣體不一樣,恭喜!!!這是物理界的大發現呀!趕快去申請諾貝爾獎!
但輪胎充氮氣,的確要比充空氣要來得好,溫升胎壓變化較少,以前每個月跑掉3psi,充氮氣後每個月只跑到不到1psi.
實測把氮氣跟普通空氣都加熱升溫後,會發現的確氮氣體積膨脹比空氣要少一點...真正原因是普通空氣中帶有水份,台灣依氣溫相對濕度等條件,每一立方米的空氣含有10-30克的水份...而水變水蒸氣體積則膨脹了1600倍左右...也就是說真正造成胎壓因溫度變化而有大變化的,其實是空氣中的水份...如果輪胎裡打入的是乾燥空氣,表現就會跟氮氣相差無幾!
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2.日制馬力(JIS)/德制馬力(DIN)
這幾乎是最多最難糾正的錯誤迷思,大部份人都覺得德制馬力比日制馬力大...但並沒有!
首先幾個基本觀念要建立一下...
馬力這一詞是蒸汽機發明家的詹姆斯瓦特,為了量化他的蒸汽機跟當時常被當為動力工具的馬匹之間的一個比較...他計算一匹馬平均一分鐘拉動100磅重量升高330英尺,就定義33,000 ft·lbf/min為一馬力HoursePower(HP).
HP換算成國際通用的功率單位(W)
33,000 ft.lbf/min
= 550 ft.lbf/s
= 550 x 0.3048 x 0.45359237 m.kgf/s
= 76.0402249 kgf.m/s
= 76.0402249 kgf.m/s x 9.80665 m/s^2
= 745.7W
我知道有人看數學計算式眼睛會很花,所以逐行解釋...
33,000 ft.lbf/min 一分鐘拉動330磅的重物升高100尺或100磅的重物升高330尺.
= 550 ft.lbf/s 除上60,變成秒,也就是一秒內拉動550磅重物升高1尺.
= 550 x 0.3048 x 0.45359237 m.kgf/s 把磅/尺換算成公斤/公尺
= 76.0402249 kgf.m/s 一秒內拉動76.0402249公斤的重物升高1公尺
到這邊應該都很容易理解,就是分鐘換算成秒,英制換算成公制,基本上小學生都會算.接下來要換算成國際通用的功率單位瓦W.
1W=1焦耳/秒
1焦耳=1牛頓.米
1牛頓=讓質量1公斤的物體產生1m/s^2加速度的力
1公斤力=9.80665牛頓
地球的標準重力(1G)等於9.80665 m/s^2...也就是東西從高空掉落時,一開始速度為0,第一秒後速度約9.8m/s(時速35.28公里),第二秒後的墜落速度就達時速70公里了,第三秒後速度就破百了...但速度一快會受空氣阻力影響,重力加速度會變慢,看物體型狀風阻而定,最終落地約時速兩百到三百公里左右...重力加速度這詞不知道為啥一直被濫用...經常聽車禍報導時說...小轎車因重力加速度撞擊造成車頭全毀...重你的頭啦!又不是高空掉落,哪來的重力加速度?!兩車相撞就動能作用力跟反作用力而已.
OK...回主題...
1HP=76.0402249 kgf.m/s
= 76.0402249 kgf.m/s x 9.80665 m/s^2
= 745.7焦耳/秒
= 745.7W
= 0.7457KW
為計算方便,常以746W來替代1HP.
另一個常見定義Metric horsepower(公制馬力PS),它並不是英制單位轉公制單位計算,單位轉換可以取到小數點後四位五位,換算出來誤差都低於1%...DIN 66036(德國工業標準)定義的1PS(Pferdestarke)=75 kgf.m/s=735.49875W=0.986HP.
到這裡我們可以對HP/KW/PS三者進行換算.1HP=0.7457KW=1.0138PS
1KW=1000W
1HP=745.7W
1PS=735.5W
HP/PS兩種馬力單位,其實有點困擾,所以1972年ECC(European Chamber of Commerce歐洲商務協會)就排除了PS馬力單位,採以國際通用功率單位KW取代...現在還在標PS的車廠,多半為了數字比較好看.
再來要知道的觀念是...內燃機引擎輸出因週邊搭配跟量測不同,會有不同的馬力數字,甚至使用的燃料辛烷值不一樣,測出的馬力就不一樣!
馬力測試差異最大的地方是引擎要不要掛負載...如果不搭載發電機風扇發縮機動力方向盤等等,測出的馬力數比較多,這稱為毛估馬力(Gross),但這的確是引擎本身可以輸出的馬力,只是實際上路你絕對享受不到...如果把週邊負載全部掛上再測,測出的馬力數比較少,但是比較接近實際使用情況,稱為淨馬力(Net).
很多人信誓旦旦說德制馬力是淨馬力(Net),日制馬力是毛估馬力(Gross)!
很可惜,這說法是不是很正確...
的確內燃機初期發展時,馬力測試的標準沒有定義很嚴格時,有些車廠測Net,有些車廠測Gross,甚至有車廠測試時還在排氣管加裝真空機,加速排氣,可以測到Gross更高的馬力數字...只能說民族性關係,德國大部份車廠比較實在,標示Net淨馬力,美日車廠作生意比較不老實,商場如戰場,各種手段無所不用其極,Gross看起來比較多,那就標Gross吧!也有美國跟日本車廠採德制馬力測法(為了銷歐洲),標Gross來打腫臉充胖子.但這不是代表德制馬力比較大,只能說大部份德國車廠標示比較實在,美日少部份車廠喜歡標多一點混淆視聽...
日本或台灣並沒有對引擎馬力測試定義一個標準,很多工業規範都遵循或照抄美制標準,所謂的日制馬力(JIS),其實就等於美制馬力(SAE).後來DIN,ECC,SAE,JIS等各標準,全部規定測淨馬力(Net),這種亂象就慢慢消失了!
還有人信誓旦旦說德制馬力是測輪上輸出馬力,美制/日制是測軸輸出馬力,所以德制馬力比較大...這說法也不對,因為很多內燃機根本沒有輪子,比如直升機,小飛機,船...沒輪子我還要另外訂一個馬力標準嗎?!並沒有!DIN,ECC,SAE,JIS等各標準全都是定義測量軸輸出馬力...同樣一顆引擎也會搭配手排自排不同變速箱或二輪四輪不同驅動方式,輪上輸出就不一樣,車廠有標不同馬力值嗎?!也沒有!統一就是標軸輸出馬力值!
OK...所以謂的德制馬力或日制馬力,就是在規定的環境下,引擎該有的負載都掛上去,量測輸出軸的淨馬力(Net).
各制馬力不一樣的地方是測試環境!測試環境會不會影響內燃機馬力?!會!!!氣溫高空氣密度小,海拔高氣壓低空氣密度也小,空氣密度小進氣量也變小,測出的馬力也會比較小.
我們就看一下各制馬力的測試環境標準:
德制 DIN: at 101.3kPa and 20°C.
美制 SAE: at 99kPa and 25°C.
日制 JIS: at 99kPa and 25°C.
歐盟 EEC: at 99kPa and 25°C.
引擎在101.3kPa氣壓下(海平面,海拔高度=0公尺),氣溫20°C時測試,所得到的馬力值,稱作德制馬力.
引擎在99 kPa氣壓下(大約是陸地平地,海拔約200公尺),氣溫25°C時測試,所得到的馬力值,稱作美制馬力/日制馬力,多以HP為單位...ECC歐盟規範也一樣的設定,但採KW單位,不過PS/HP/KW都可以直接換算.
重點來了...
101.3kPa 20°C的空氣密度=1.204656085 公斤/立方米
99 kPa 25°C的空氣密度=1.157557759 公斤/立方米
也就是說德制測試環境下,空氣密度要比美制/日制多出約4%...按內燃機基礎,進氣密度大進氣量多,引擎馬力就會比較大,視引擎設計條件,多出的馬力大約也是4%.
所以同一顆引擎在ECC下測試得到100KW功率,可以直接換算美制/日制馬力(因環境條件相同):
ECC=100 KW
SAE=100 KW / 0.7457KW = 134.1 HP
JIS=SAE= 134.1 HP
再把環境設成德制馬力條件,大約可以多出4%的馬力.
ECC=100KW
DIN=100KW*104% / 0.7457KW = 139.5 HP
DIN=100KW*104% / 0.735KW = 141.5 PS
看起有爭議,但這數字可能很接近真實情況...有人說氣壓溫度不同,無法換算,應該說無法直接換算,如果先換算成空氣密度/進氣量,依內燃機基礎理論計算,接近上面數字,不可能說在德制較低氣溫較高氣壓下,引擎馬力反而下降,這違反內燃機基礎原理...多出的4%進氣量,實測可能依不同引擎設計出現+5.6%,+4.2%,+3.3%,+2.8%之類的數字,但絕對不會出現馬力還衰退的情況.
A車為DIN 100PS,B車為JIS 100HP...B車有較大的馬力,但最大馬力只呈現在引擎最高轉數下,只在大直路油門踩死衝刺時有幫助,不見得可以跑出較高時速,還得看變速箱齒比/風阻系數等等.
B車也不見得加速比較快,這還得看車重/檔位數/各檔齒比等條件.
日常用車B車也不見得比較有力好開,有可能它只為最高轉最佳化,中低轉速扭力沒有很好,開起來沒力.
但純以功率比較 JIS 100HP > DIN 100 PS,也就是日制馬力要比德制馬力要大,雖然也大不多,開起來不見得有感覺!
總結...
1.所有官方馬力測量制度都是測掛負載/輸出軸處的淨馬力...輪上馬力是改裝車界在玩的東西.
2.各制為引擎在不同氣壓/溫度環境下的測試馬力值,按內燃機原理,在低溫高氣壓可獲較大進氣量產生較大馬力.
3.在德制標準及PS為單位下,可獲最高馬力數字,因馬力值最高,德制馬力每單位功率反而是最小的.
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