如何衡量一臺引擎的動力表現：功率與扭矩轉速的關係
車技君時常能看到汽車論壇中爭論自吸高轉速和渦輪大扭力誰加速更厲害的話題。關於扭矩，轉速的爭論，往往到最後都沒有答案，雙方各執一詞，喋喋不休。關於動力效能指標，功率本來就是轉矩和轉速的函式，只抓著大扭矩和高轉速討論，都是耍流氓。
先引入大家在物理課上就學過的方程，知悉的朋友可以略過這段：
P=FV
功率（Power）=力（Force）*速度（Velocity）-----------公式1
轉矩（Torque）=扭力（Force）*作用半徑（Radius）
由上式可以推出：
扭力(Force)= 轉矩(Torque)/ 作用半徑(Radius)-------公式2
由速度（Velocity）=距離（Distance）/時間（Time）
可以推出：
線速度（V）= 2πR（距離）*n（轉每秒）=2πr（周長）*rpm（轉每分）/60
=πr*rpm（轉每分）/30——————公式3
將公式2和公式3代入P=FV，即得
P=F*V=轉矩（Torque）/作用半徑（Radius）*π*作用半徑（Radius）*rpm（轉每分）/30
=π/30*Torque*rpm
將π的近似值代入得到
P= Torque*rpm/9.549297
上式中P的單位為瓦特（W）
如果以千瓦（KW）為單位，則
P(KW)= Torque*rpm/9549.297
關於馬力，公制馬力（ps）的定義是每秒將75kg物體提升1m，英制馬力（HP）的定義是每分鐘將100lb的物體提升33ft。
1HP=33000ft-lbs/min
HP=torque*2π*rpm/33000
將π的近似值代入得到
HP=torque*rpm/5254。771
1HP=735瓦
亦可反推出
P(KW)= Torque*rpm/9549.297
以上推導即功率，轉矩，轉速的函式：
Pe＝Ttq * （2π*n／60）／1000＝Ttq*n/9550 （kW）
功率（Pe）：內燃機單位時間內做的有效功。
轉矩（Ttq） ：力與力臂之積，Torque
轉速（n）：內燃機每分鐘的轉數=rpm。
這個公式對於自然吸氣或是增壓發動機，同樣適用。
如果一臺自吸引擎和一臺渦輪引擎的Pe功率輸出值在任何轉速下都相等，那麼給他們匹配一臺理想的變速器，裝載在同一臺車上，兩臺車的加速效能和極速表現都應該是相同的。
所以，拋開轉速談功率，拋開扭矩談功率，都是無稽之談。
扭矩/轉速和功率的關係，需要引入發動機外特性曲線來展現：
發動機的外特性曲線，功率Pe通常都是這樣一個類似拋物線的曲線。當轉速由低逐漸升高時，由於Ttq、n同時增加，所以Pe增加很快。在達到最大扭距轉速ntq後，再提高轉速，由於Ttq開始下降，使Pe上升緩慢。某一轉速時Ttq n達最大值（最大功率點出現）。此後，再增加轉速，由於扭距下降超過轉速上升的影響，Pe反而下降。導致渦輪和自吸引擎外特性曲線有所差異的原因，正是兩者Ttq在不同轉速下有差異所導致。
而影響Ttq曲線隨轉速的因素，則取決於指示熱效率ηi、機械效率ηm、充氣效率ηv。充氣效率與過量空氣係數α隨n的變化。在節氣門開度一定時，過量空氣係數φat可視為常數。
如果發動機沒有氣門升程可變裝置，則充氣效率ηv在某一中間固定轉速時最大。因為一定的配氣相位僅對一種轉速最適合，此轉速下能最好地利用氣流慣性。其餘轉速時ηv均降低， 曲線為上凸形。 當發動機加入了可變氣門升程控制，則充氣效率ηv能在某一個轉速區間範圍內保持較高水平，曲線的峰值會變得更加平坦，最終對Ttq產生正面影響。
指示熱效率ηit：當發動機轉速低時，進氣流速低，紊流減弱，使霧化、混合狀態較差，火焰傳播速度降低，散熱及漏氣損失增加，ηit較低。當發動機轉速高時，燃燒過程所佔曲軸轉角較大，燃燒在較大容積下進行，ηit也較低。但變化比較平坦，所以指示熱效率對Ttq影響較小。
機械效率 ηm： 隨著轉速增加，機械損失功增加，這其中包括活塞與活塞環的摩擦損失，軸承與氣門機構的摩擦損失，驅動附屬機構的功率消耗，風阻損失，掃氣泵氣損失及增壓裝置的損失。因此，隨轉速升高，機械效率ηm明顯下降。製造越優良的引擎，隨著轉速增加，機械效率ηm的下降越小。
所以Ttq的變化趨勢就是：當轉速由低開始上升時，ηv，ηit同時增加的影響大於ηm下降的影響，使Ttq增加，對應於某一轉速時，Ttq達到最大值。隨著轉速繼續增加，由於ηv、ηit、ηm均開始下降，因此Ttq隨轉速升高而較快的下降，即Ttq曲線變化較陡。而新生代引擎由於可變氣門升程技術的應用，充氣效率ηv能夠在更寬廣的轉速範圍內持續，並減少泵氣損失，所以Ttq下降會相對更慢一些。
在自然吸氣時代，各大廠商的同排量發動機，其實Ttq曲線都大同小異，所以影響最大功率表現的最大因素就是轉速了。在Ttq相差不大的情況下，轉速越高則Pe越高，也就是升功率越高。這就是為什麼自然吸氣時代會將升功率作為衡量一臺NA引擎技術水準的標尺，而那些稱霸升功率排行榜的名機全是高轉速引擎的原因。在提升可用轉速的同時，為了減少高轉速區間Ttq下降的幅度，讓Pe表現更優秀，各家廠商也是做出了各種方案，比如本田VTEC技術的出現，就以5000rpm為界，保證了相當廣泛的轉速區間都有較高的充氣效率ηv，讓中低轉速和中高轉速的Ttq曲線能呈現出兩個“峰值”，而不是像普通自吸引擎那樣在高轉速下Ttq就嚴重下滑。
各種大同小異的可變氣門技術的出現，改善了高轉速下的充氣效率，讓高轉速pe得以持續增長，從而提升了升功率。
在自吸時代，要在成本控制下製造一臺可靠性耐用性合格的高轉速引擎，只有實力雄厚的車企可以做到。極限轉速每往上提升100rpm，對發動機的設計，材質，工藝都提出了更高的要求。而到了渦輪時代，升功率的榨取，變得廉價了許多。
渦輪時代，
渦輪增壓將Ttq曲線的中間轉速區間數值抬升，讓中轉速區間的Pe表現好於同排量自然吸氣引擎，而到了高轉速區間，Ttq的下降幅度則快於同排量自然吸氣引擎。
這也就是為什麼說渦輪增壓引擎不如自然吸氣長氣的原因，就是指高轉速區間Ttq下降率高於同等排量的自吸引擎。有心的朋友也可以去查詢一些目前主流的渦輪引擎的外特性曲線，其最大功率轉速點往往落在4500rpm～5500rpm之間，比起過去自吸時代的引擎，提早了2000rpm-1000rpm左右
寫到這裡則可以引出另外一個爭議話題：經過一些的媒體宣傳和廣告宣傳，當下人們評判一臺渦輪引擎好不好，先不先進的關鍵性指標變成了“XXX轉速”進入最大扭矩平臺（越低越先進）。當然，這對於買菜代步車的小排量渦輪引擎而言，渦輪遲滯現象明顯與否確實挺重要的。但這並不能片面的評價一臺渦輪引擎優不優秀。渦輪葉片轉動慣量和中冷系統的效率，這不僅決定渦輪遲滯的嚴重程度，足以影響低轉速下渦輪發動機的Ttq曲線，而影響一臺渦輪引擎升功率表現，最大功率表現，油門響應，平均有效壓力，熱效率等特性，則由強度和製造材質，進排氣設計等更多因素決定，這些因素往往更具技術含量和成本。
舉個例子，日規斯巴魯十代目翼豹WRX 的FA20 DIT與GOLF GTI的VW EA888 2。0TFSI，前者2000rpm才進入最大扭矩平臺（350牛。米），後者約1500rpm即可進入最大扭矩平臺，同樣為350牛。米。低轉速錶現，顯然EA888的Ttq曲線比FA20DIT好看，但EA8882。0TFSI超過4200rpm Ttq即開始急劇下降，而F20DIT一直延續到5200rpm，延後了1000rpm。
由於Torque的延後，導致了FA20DIT直到5600rpm才出現功率峰值258馬力，由於在高轉速區間相同轉速下Ttq表現比EA888更好，取向的區別也直接導致了兩臺引擎的最大功率表現相差了40多HP（258vs211，最大增壓值1。1bar VS 0。9bar）。
Subaru的工程師犧牲了500rpm的低轉速扭力表現，換來了1000rpm的高轉速優勢，如果你是一位經驗老道的駕駛者，你認為哪臺引擎更有吸引力？哪臺車會更有樂趣開起來更盡興？
希望這篇CarTech車技（微訊號：cartech911）的短文能夠幫助大家對發動機的功率，扭矩和轉速產生更深的認識。
