2018年4月7日 星期六

淺談馬力機選購 (慣性馬力機vs渦電流馬力機)

擁有一個功能完善的動力測試實驗室,大概是每一個改裝店老闆的夢想
圖中的機種為Dyna Pro S68-LC複合式馬力機,價值百萬以上

自從DynaSports DS-01開賣以來,香魚見了不少車行老闆,講了不少電話。發現「感覺」自己需要馬力機的老闆不少,但是對馬力機有明確概念的卻不多。所以趁著放春假,寫了這篇文章。雖然香魚也是從2016決定要開發,才開始認真研究馬力機。下面粗淺的經驗和看法,對於入門來說,大概也足夠參考。若有寫得不好,或不對之處,請同行先進不吝指正。

測功理論簡介

雖然馬力機種類很多,然而所有的馬力機都遵循一個相同的公式:


馬力 = 扭矩 x RPM / 常數k 
(k =公制:716.2kg-m/min   英制:5252.1 ft-lb/min) 

定義
公制馬力 (Metric)
1秒鐘內能把75 kg的物體移動1公尺  75 kg-m/sec = 4500 kg-m/min = 735.49875Watt
英制馬力 (Mechanical)
1秒鐘內能把550 lb的物體移動1呎  550 ft-lb/sec = 33000 ft-lb/min = 745.6999Watt

也就是說,測量馬力所需要收集的最主要數據,就是「引擎轉速」以及「扭矩」。不過實務上,馬力機能夠同時收集的,絕對不僅如此。還可以包括測試當下的氣候資料、引擎機油溫度、水溫、排氣溫度、空燃比AFR、加速度。若能連線ODB或是CAN BUS,就能同時取得ECU的資料做比對。甚至是能夠主動控制油門、模擬風阻、路阻、上下坡進行複雜的長時間行路測試。才使得馬力機如此的「萬能」。 

不同結構的馬力機

目前,在二輪界最常聽到的馬力機種類,就是「慣性馬力機」(Inertia)和「渦電流剎車馬力機」(Eddy Current Retarder),及其複合式(Compound)。
但根據阻力提供的方式來區分,其實還有很多種。譬如水力剎車式(Water Brake)、液壓泵浦式(Hydraulic)、最古老的普羅尼剎車式(Prony Brake)…等等。不過偏離主題太多,在此就不討論。

 Inertia 慣性馬力機

良好的滾輪是慣性馬力機的核心
慣性馬力機的主要結構就是一個已知,具有足夠慣量,並且低滾動阻力的滾輪,做為車輛的加速負載。當引擎以全油門進行加速測試時,藉由記錄引擎在每個轉速(RPM)滾輪的角加速度變化,可以推算出扭矩變化,以及馬力數據。

慣性馬力機最大優點是結構簡單、體積小、造價低、省電(若不算冷卻風扇,系統功耗大約等於一台PC)、不主動發熱、壽命長(正常保養幾乎不可能會壞)、也不需要校正。所以是目前最普及的馬力測試裝置。而其主要缺點,是只能透過加速進行測試,無法執行定轉速/時速測試。

不過,做為調整電噴參數所需要的模擬道路,慣性馬力機也已足夠勝任。所以除非是「主要」以電噴改裝調校為主要營業項目的店家,慣性馬力機已經足夠應付營業上絕大多數的測試需求。這也是為何DynaSports一開始要推出DS-01這台入門級慣性馬力機的主要原因,就是要讓大多數店家都買得起。

Eddy Current Retarder 渦電流剎車馬力機

坊間通稱渦電流馬力機,其實並不正確,正確說法是渦電流剎車馬力機。
渦電流剎車是一種利用電磁物理「楞次定律」的可控轉動阻力裝置,用途很廣。用在馬力機上,做為精確的能量吸收器。

由於渦電流剎車可以透過驅動電流,精密控制阻力大小,所以能精確的測量引擎在固定轉速下的扭力。這也就是渦電流剎車馬力機最大的優點,對於電噴系統的供油表精密校正來說,非常的便利。 此外,渦電流剎車因為可以提供穩定的阻力,所以也適合進行長時間的可靠度模擬測試。不過,雖然有這麼多優點,渦電流馬力機也是有缺點,包括了造價高、較佔空間,以及耗電。

渦電流剎車是精密的電磁機械,造價不斐
精確的剎車電流控制,需要仰賴精密的控制電路,和專用的可控電源供應器。除了原本的滾輪以外,要在加上一組高扭力渦電流剎車,這是非常高價的組件。此外,一個渦電流剎車將近100kg重量,體積也不小,所以渦電流馬力機台的寬度,一般都在160cm以上,大概相當於要在店裡多放一台汽車這樣的空間,對很多場地不大的店家,是不小的空間負擔。

耗電和發熱量也是渦電流系統附帶條件。粗略的計算,測試100PS的動力大約需要耗費2kW的電力,也同時產生2kW的熱量。300PS就需要約6kW的電力,相當於於一台五噸冷氣耗電量。加上車輛本身運轉產生的熱量,若要進行長時間可靠度測試,實驗室的供電、通風和冷卻系統都必須要足夠對應才可以。這也是為何高階渦電流馬力實驗室的整體造價、維護費用會這麼高。 

Compound複合式系統

由於以上兩種系統各有優缺點,因此也有廠商設計出了混合式的系統,也就是慣性滾輪搭配渦電流剎車的組合。

在單純測試馬力的需求時,可以將渦電流系統關閉,只用慣性滾輪測試即可。當有精確的校正需求時,才使用渦電流剎車系統。而且能夠測試的最大馬力,是兩複合系統的總和,所以能夠執行更大馬力的測試。

這樣的系統普遍受到產業界的歡迎,優點不少,但其實也並非理想。由於慣性大的滾輪會影響渦電流系統的運作和計算,所以這種系統在進行定轉速調校時的響應速度會比較慢,不如純渦電流的系統。如果是專門以調校電噴系統的需求,採用輕量化滾輪的純渦電流系統,反而會更適合。  

馬力機精確度的迷思

哪一家的,哪一種馬力機比較準? 這也是很多人會問的問題。要直接一句話回答很困難,香魚把自己認為最重要的兩個點,概述如下:

1. 輪馬力vs軸馬力 – 在滾輪上所能測得的,叫做輪上馬力。引擎馬力都是推算出來的,因為從引擎曲軸上的輸出,到滾輪之間存在著許多的傳動損失、熱損失、摩擦損失等等。這些損失很難逐一被精確估計,只能透過補償參數去修正。譬如檔車的傳動損失較少,速克達CVT系統的損失較多等等。
正確的補償參數,必須透過多次的複雜實驗去比對證明。實務上不會浪費時間去做這個,都只抓個大概就好。然而,一旦補償參數的比例設的太過,就會變成水份過多的「快樂馬力機」。
就算是相同品牌型號的馬力機,在不同的店家參數設定和使用方式下,光是綁帶的鬆緊調節不同,跑出來的結果就不會一樣。所以才說,對於數字的高低太過在意,是沒有意義的。

2. 有效性 – 馬力機設計的好壞,從測試的有效性可以看出。一個有效的測試結果,是可以被重複執行的。也就是說,在馬力機設定不變,測試條件相同的情況下,對同一車輛反覆進行多次測試得到的曲線數據,應該是要能夠幾乎重疊。反之,無法被重現的測試記錄,是無意義的。
換句話說,馬力機設定不變的情況下,同一台車維修/調校前/後的測試結果差異,能夠明確的反映出維修/調校的效果,就是一台好的馬力機。

綜合以上兩點,我們的建議是,不要太在乎誰的測試值比較大或比較小,誰得更準一點。一台馬力機,做為調校維修的工具,測試數值的「有效性」才是更重要的規格。

事實上,在賽車場上充斥著宣稱高馬力數,卻跑輸低馬力車子的「現實」。影響競賽結果的因素太多,引擎動力只是諸多環節之中的一環。而馬力機,更只是一個提供調校維修便利性的工具,太過介意工具的差別,而忽略了調校、維修本質的技術和經驗,就是捨本逐末了。
無論採購甚麼等級的馬力機,功能和預算能夠符合需求最重要
超過店家現有需求或技術能力的產品,只是徒增經濟負擔
圖中產品為DynoStar D50

馬力機的採購

無論是二輪三輪四輪,馬力機的基本原理相同,只要能把驅動力進行測量即可。為了達到這個目的,使用的結構種類有很多。然而,天底下沒有白吃的午餐,一分錢一分貨,永遠是硬道理。渦電流馬力機雖然好用,但是進口產品破百萬的採購成本,也讓規模較小的車行望之卻步。

DynaSports目前還只有慣性馬力機,不過渦電流機種也已經在開發中。目標仍是以同級進口商品的半價供應為目標。有興趣的車行老闆們請持續關注我們的更新。此外,更簡潔好用的Lite版馬力機也正在開發中,目標是讓馬力機不再是馬力機,而是所有車行必備,協助老闆維修保養抓客戶的好幫手。

雖然,馬力機在車行的應用設備當中,可算是「神兵」等級。但是,擁有馬力機也並非賺錢的保證。就好像不是甚麼人拿了把神兵,就一定能成為大將軍。使用者本身的學習心態和經營手法,願意深入了解如何應用這個工具來賺錢,才是關鍵。

除非您本身已經具備相關經驗,預算也不會負擔太重。否則先弄清楚自己營業的基本需求以及預算,採購一台入門級的。賺了錢,有更多需求時,再來準備預算進行升級,才是務實之道。一次花大錢買了超高等級的產品,還沒賺錢先背了一身債,萬一沒做起來要賣也很尷尬,這個狀況在業界已經看過很多。

先詢問供應商,弄清楚可有幾種取得的方案和價格等級。若真的沒把握,也可詢問是否有長期租賃方案。如果先購買入門等級,往後若要升級或是要退出,廠商是否有保證回收舊品的換機或是購回規則? 弄清楚規則,想好最糟狀況下的退場機制,先求立於不敗之後再下手。幾十萬雖然不是甚麼鉅款,但用來養家活口也能用很久。

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