Jaka jest różnica między momentem obrotowym a mocą?

Bardzo podstawowe pytanie - jaka jest różnica między momentem obrotowym a mocą? Jest w całym Google, ale jestem naprawdę zdezorientowany i nie mogę uzyskać satysfakcjonujących odpowiedzi. Powiem ci moje zamieszanie:

Moment obrotowy wskazuje na przyspieszenie, prawda? Tak więc, aby znaleźć odbiór samochodu od 0-60 mil na godzinę, należy zastosować krzywą momentu obrotowego. To dlaczego używa się do tego krzywej mocy. Co oznacza moc?

Jeśli mówię, aby zmienić bieg (na przykład 1-2), aby uzyskać najlepszy przebieg, należy zmienić bieg z prędkością 10 km / h, a dla uzyskania maksymalnej mocy - z prędkością 22 km / h. Z którego powinien korzystać użytkownik i dlaczego?

Naprawdę jestem zdezorientowany, gdzie użyć krzywej momentu obrotowego i gdzie krzywej mocy? Jakie jest ich znaczenie? Jaki jest ich wkład w samochód dla użytkownika?

Relacja mocy <-> momentu obrotowego

Zasadniczo zależność między mocą a momentem jest prostą formułą:

Power[kW] = Torque[Nm] * RPM * π / 30,000

co oznacza, że ​​zawsze możesz obliczyć jedną krzywą z drugiej na wykresach momentu obrotowego / mocy (tak też robi dynamometr)

Dlaczego więc zawsze wykreślane są obie krzywe, jeśli są mniej więcej takie same?

Ten schemat pokazuje kilka krzywych pięciu teoretycznych silników:

Każdy silnik ma moment obrotowy 350 Nm przy 8000 RPM (a więc taką samą moc szczytową przy tym RPM), a każdy silnik ma szczytowy moment obrotowy 450 Nm.

Normalny kierowca używa na ulicy zakresu do 3000 obr./min, więc jego najlepszym wyborem jest silnik nr 2, a następnie nr 1. To dawałoby najlepsze przyspieszenie przy umiarkowanych obrotach.

W wyścigu, w którym silnik pracuje przy bardzo wysokich obrotach, lepiej wybrać nr 5.

Oceny można dokonać dla obu krzywych - mocy i momentu obrotowego, ponieważ pokazują one mniej więcej tę samą ilość. ALE krzywe momentu obrotowego pokazują różnice znacznie wyraźniej niż krzywe mocy!

Jednak krzywe mocy (mogą) pokazują kilka interesujących szczegółów. Moc # 4 spada między 4000 a 5000 RPM. Inną kwestią jest to, że zwykle maksymalna moc nie jest osiągana przy maksymalnych obrotach na minutę, a chcesz wiedzieć, co to jest obroty i jak się zachowuje wokół tych obrotów.

Dlaczego moc wciąż rośnie, chociaż moment obrotowy już maleje wraz z prędkością obrotową?

Wyobraź sobie, że masz 50 kg masy, którą podnosisz, ciągnąc linę biegnącą nad kołem pasowym na suficie. Siła, którą musisz wysilić, to siła grawitacji ciężaru, gdy ciągniesz ją ze stałą prędkością. Ponieważ 50 kg jest dość ciężki, podnosisz go bardzo powoli. Jeśli waga jest mniejsza, potrzebujesz mniejszej siły i możesz ją podnieść szybciej. Załóżmy, że podnosisz 25 kg w 1/3 czasu. Oznacza to, że w tym samym czasie, gdy podnosisz ciężki ciężar 50 kg, możesz również podnieść łącznie 3 x 25 kg = 75 kg. Ponieważ moc to praca wykonywana w danym czasie i można jednocześnie podnieść 75 kg zamiast 50 kg, moc jest o 50% wyższa - chociaż wkładasz tylko połowę siły.

Podobnie jest w przypadku silnika: przy wysokich obrotach może mieć mniejszy moment obrotowy (siłę) podczas obrotów, ale ponieważ robi więcej obrotów w tym samym czasie, może dostarczyć więcej mocy.

Co dzieje się w skrzyni biegów?

Jak powiedziano, moc to praca wykonywana na czas. Ponieważ moc jest zachowana, moc na wale silnika jest równa mocy na kołach. Na podstawie powyższego wzoru można obliczyć, co dzieje się, gdy stosunek silnika do stosunku kół jest inny (pomijając wszelkie straty):

Wheel_torque = Motor_torque * Motor_RPM / Wheel_RPM

Na moim następnym wykresie nakreśliłem moment obrotowy koła w funkcji obrotów silnika dla sześciu biegów BMW M3 (365Nm przy 4900 RPM; 252 kW przy 7900 RPM):

Ale możliwe jest również czerpanie mocy i momentu obrotowego w zależności od prędkości:

Tak, 365 Nm silnika jest przekształcane na prawie 6000 Nm na pierwszym biegu. To pokazuje ogromny wpływ przełożeń oraz wymiarów kół. Z drugiej strony moc jest zawsze taka sama przy danym obr./min.

Należy pamiętać, że podczas zmiany biegu na około 4900 obr./min (maksymalny moment obrotowy) zmniejsza się moment obrotowy koła o około 50%. (A po przejściu na 3. miejsce tracisz ponownie około 50%).

Oznacza to, że w wyścigu będziesz się przesuwać tak późno, jak to możliwe, nawet jeśli moc już spadnie, ponieważ zmiana biegów oznacza znaczną utratę mocy / momentu obrotowego. (Czerwony obszar na moim wykresie oznacza po prostu zakres obrotów na minutę od 4900 do maksimum na pierwszym biegu, aby to wyjaśnić). Jednak w konkursie przyspieszania, w którym zaczynasz od zera, wysoki moment obrotowy przy niskich obrotach pomoże, ponieważ ważne jest, aby osiągnąć dużą prędkość tak szybko, jak to możliwe, i nie ma to większego znaczenia, jeśli nadal trochę przyspieszasz metrów.

Oczywiście w rzeczywistości występuje opór, który zwiększa się wraz z prędkością, a jedynym sposobem na pokonanie go jest jeszcze większa moc. Tak więc moc określa oczywiście prędkość maksymalną, ale ten przykład pokazuje, że moc już odgrywa rolę w zakresie 50 km / h / 30 mil na godzinę, co nie jest naprawdę szybkie.

Więc porównaj różne samochody pod względem mocy lub momentu obrotowego?

Widziałeś ogromny wpływ współczynników obrotów na minutę ze względu na przekładnię, a obwód koła również odgrywa pewną rolę. Nie można więc porównać dwóch samochodów, patrząc tylko na krzywą momentu silnika. Działa to tylko w przypadku samochodu z kilkoma silnikami, ale z tą samą skrzynią biegów. Moc jest trochę (!) Lepsza. Pamiętaj, że BMW M3 zapewnia mniej więcej stałą moc maksymalną powyżej 125 km / h na 3. biegu, gdy wybierasz się późno.

Oszczędność paliwa

Moment obrotowy jest również miarą pracy silnika wykonanej podczas jednego obrotu. Dokładniej:

Work_per_rev[J]= torque[Nm] * 2π

Jeśli weźmiemy pod uwagę, że silnik spala zawsze taką samą ilość paliwa na obrót (nie w pełni realistyczny, ale OK), tj. Uwalniana jest ta sama energia chemiczna (praca), stosunek pracy chemicznej / mechanicznej jest najlepszy, gdy moment obrotowy jest maksymalny . Tak więc maszyna pracuje najbardziej wydajnie, gdy moment obrotowy jest wysoki.

Pamiętaj jednak, że najlepsze zużycie paliwa nie jest równoznaczne z najlepszym przebiegiem! W przypadku BMW M3: Jazda z prędkością 2000 RPM zamiast 4000 RPM oznacza zmniejszenie momentu obrotowego z 340 Nm do 290 Nm, co stanowi stratę tylko o 15%, ale zużycie paliwa jest zmniejszone o 50%.
Dlatego zaleca się jeździć z bardzo niską prędkością obrotową, aby uzyskać najlepszy przebieg, chociaż wydajność paliwa nie jest najlepsza. Jednak: Wysoki moment obrotowy przy niższych obrotach z pewnością oznacza lepszy przebieg.

Wniosek

Ogólnie rzecz biorąc, moc i moment obrotowy są dwiema miarami tego samego: siły silnika. Jeśli masz jedną krzywą, możesz obliczyć drugą.

Moc określa zdolność wyścigową i maksymalną prędkość samochodu, ale także zdolność przyspieszania, gdy silnik osiągnie wyższą prędkość obrotową

Moment obrotowy pokazuje znacznie wyraźniej, jakie możliwości przyspieszenia ma silnik przy niskich obrotach, ale moment obrotowy na kole zależy od przełożeń i wymiarów koła, więc porównanie nie jest takie łatwe. Normalny kierowca chciałby mieć wysoki moment obrotowy przy niskich obrotach.

I proszę zauważyć, że poczyniłem tutaj kilka założeń i uproszczeń.

O moich danych

Mam krzywe silnika ze strony prasowej BMW . I ta (niestety niemiecka) strona przyjmuje wymiar opon, zestaw obrotów na minutę i model BMW dla przełożeń (lub niestandardowych) i oblicza prędkość przy obr / min na biegach. W moim przypadku obwód koła wynosi ~ 2 m, a prędkość 7,5; 12,9; 19,3; 25,6; 30,1 i 35,1 km / h na biegach 1-6. Pozwala to obliczyć RPM koła dla danego RPM silnika na danym biegu.

Moc to moc, jaką silnik może wytworzyć (ile pracy wykonano w danym czasie), a moment obrotowy to ilość siły, jaką może wytworzyć (ile pracy jest wykonanej). Oba są dość ściśle powiązane, więc nie możesz mieć jednego bez drugiego.

Musisz pomyśleć o kilku równaniach fizyki:

Siła = masa x przyspieszenie

Moc = praca wykonana (moment obrotowy) / czas

Aby obliczyć jeden z drugiego, możesz użyć podstawienia z pewnymi równaniami ruchu obrotowego:

HP = (2 x pi x Torque x RPM) / 33000 = (Torque * RPM) / 5252

Zasadniczo silnik będzie najbardziej wydajny, gdy będzie pracował z maksymalnym momentem obrotowym (dlatego też diesle przemysłowe pracują bardzo wolno), a moment obrotowy ma większy wpływ na szybkość przyspieszenia samochodu, szczególnie przy niższych prędkościach. HP ma większe zastosowanie przy wyższych prędkościach, gdzie daje wskazanie, ile zdolności samochód musi osiągnąć i utrzymać wyższą prędkość.

Na przykład porównaj silnik na statku, który wytworzy olbrzymi moment obrotowy (aby powoli poruszać bardzo ciężką rzecz) przy bardzo niskich obrotach (tylko kilkaset), z silnikiem w motocyklu wyścigowym, który wygeneruje dużo mocy (bardzo szybko poruszać lekką rzeczą) przy wysokich obrotach (10-12 tys.)

Moment obrotowy to praca, moc to szybkość pracy

W kontekście silników:

• Moment wskazuje, jak wiele obciążenie silnika może prowadzić do pewnej odległości w określonym czasie.

• Moc wskazuje, jak szybko silnik może przesunąć ten ładunek na tę odległość.

Kilka innych rzeczy, które mogą pomóc wyjaśnić różnicę między nimi:

• Moment obrotowy przyspiesza zatrzymanie pojazdu

  ▲ Torque = ▲ Acceleration
  

  Słowo przestój jest tutaj bardzo ważne, ponieważ jest to jedyny czas, w którym siły oporu aerodynamicznego nie ograniczą przyspieszenia pojazdu w linii prostej. Dlatego też moment obrotowy ma dominujący wpływ przy niższych prędkościach - siły oporu są stosunkowo niewielkie.

• Torque działa; ciągnie ładunki

  Załóżmy, że masz dwa identyczne pojazdy w rywalizacji o przeciąganie liny z dwoma różnymi silnikami o takiej samej maksymalnej mocy, ale o różnych prędkościach obrotowych. Pojazd o niższej prędkości obrotowej silnika będzie miał większy moment obrotowy na kołach niż inne. Będzie to także silnik, który zwycięży w rywalizacji o przeciąganie liny.

• Maksymalna moc będzie rządzić maksymalną prędkością

  Power = Resistive Forces x Vehicle Speed
  

  Moc jest jednostką miary mocy lub szybkości pracy, więc:

  ▲ Horsepower = ▲ Top Speed
  

Moment obrotowy to siła wywierana przez silnik przy określonej prędkości obrotowej. W dwóch samochodach o jednakowym przełożeniu i na tym samym biegu, samochód wytwarzający dwa razy większy moment obrotowy przyspieszy dokładnie dwa razy szybciej.

Moc obliczana jest na podstawie momentu obrotowego i obrotów na minutę. Dana wartość momentu obrotowego przy niskich obrotach równa się mniejszej mocy niż ta sama wartość momentu obrotowego przy wyższych obrotach.

Moc jest ważna, ponieważ siła, która dociera do tylnych kół w celu przyspieszenia pojazdu, jest kombinacją momentu obrotowego i przekładni . Mówiąc ogólnie, im wyższe obroty samochodu, tym bardziej można go ustawić. Im ściślej biegniesz samochodem, tym szybciej przyspiesza on dla określonego momentu obrotowego. Ponieważ moc stanowi połączenie momentu obrotowego i prędkości obrotowej, jest to całkiem dobry wskaźnik tego, jak przyspieszy większość samochodów o odpowiednio dobranych przełożeniach.

Na przykład, powiedzmy, że mamy silnik o bardzo wysokiej prędkości obrotowej (jak silnik Formuły 1). Moment obrotowy wynosi 250 funtów, ale utrzymuje ten moment aż do maksymalnej mocy 20k RPM, co daje prawie 800 KM. Z drugiej strony mamy silnik o dużej pojemności skokowej, ale stosunkowo niskiej czerwonej linii. Powiedzmy, że ten hipotetyczny samochód z momentem obrotowym osiąga maksymalny moment obrotowy 600 funtów i przyspiesza do 6 000 obr / min, co daje nieco ponad 600 KM. Zwróć uwagę, że samochód o większej mocy wytwarza znacznie mniejszy moment obrotowy. Na pierwszym biegu powiedzmy, że samochód o wysokiej prędkości obrotowej jest ustawiony trzy razy bardziej szczelnie niż samochód napędzany momentem obrotowym - samochód o wysokiej prędkości będzie pracował z prędkością 60 mil na godzinę i 18000 obrotów na minutę, podczas gdy samochód o wysokiej prędkości będzie miał prędkość 6000 obr./min przy prędkości 60 km / h. To sprawia, że ​​wysokoobrotowy samochód faktycznie obniża większy moment obrotowy koła na tym biegu, dzięki czemu przyspiesza szybciej. A ponieważ nadal ma jeszcze 2000 obr / min prędkości obrotowej silnika, gdy samochód z momentem obrotowym skończy się, będzie on nadal przyspieszał na pierwszym biegu do 60 mil na godzinę, podczas gdy drugi samochód będzie się zmieniał. Ten sam dramat powtórzy się również na wyższych biegach - samochód o wyższym HP będzie na ogół przyspieszał szybciej, ponieważ może sobie pozwolić na pozostanie na niższych biegach, co może pozwolić na ściślejszy bieg.

Przekładnia - dlatego moc jest ważna. Wąskie biegi oznaczają, że samochód musi zwiększyć prędkość, aby osiągnąć określoną prędkość na drodze. Długie biegi oznaczają, że samochód nie musi obracać się tak wysoko, aby osiągnąć określoną prędkość. Kompromisem jest przyspieszenie. Tak więc pierwszy bieg w większości samochodów jest bardzo ciasny i kończy się przed 30 mil na godzinę w wielu małych samochodach. Z drugiej strony, bieg nadbiegowy ma zapewniać bardzo słabe przyspieszenie, ale pozwala na utrzymanie prędkości obrotowej na biegu jałowym przy prędkościach na autostradzie, oszczędzając gaz. W przeciwnym razie identyczne samochody mogą mieć różne przełożenia końcowe, co wpłynie na ich ogólne przyspieszenie i prędkość maksymalną. Tak więc samochód z przełożeniem tylnym 3,00 przyspieszy wolniej do wyższej prędkości maksymalnej niż ten sam samochód z przełożeniem tylnym 4,10.

Mówiąc najprościej:

Moment obrotowy = Lbs / Ft. Konkretny, rzeczywisty pomiar siły skręcającej wytwarzanej przez silnik.

Moc = dowolna, wymyślona jednostka pracy . Jednostka mocy opiera się na założeniu, że koń może ciągnąć z siłą nieco ponad 180 funtów.

Błąd, jaki popełniana jest przez większość ludzi podczas debaty, polega na niezależnym rozważeniu mocy i momentu obrotowego. Prawie wszyscy twierdzą, że są to odrębne, niepowiązane wartości. Nie są.

Moc = (Torque x RPMs) / 5252

To równanie jest drugą najważniejszą rzeczą na tej stronie i dlatego każdy, kto mówi ci, że moc i moment obrotowy powinny być traktowane jednakowo i osobno, jest znacznie poza bazą. Faktem jest, że moc jest iloczynem momentu obrotowego i innej wartości - obr / min (podzielonej przez 5252). To nie jest niezwiązane, oddzielne ani różne.

W rzeczywistości nie istnieje żadna maszyna mierząca moc samochodu. To sztuczna liczba. Podczas testowania osiągów samochodu moment obrotowy mierzy się za pomocą dynamometru. Miarą wydajności silnika jest moment obrotowy. Moc to dodatkowa liczba, która jest osiągana poprzez pomnożenie momentu obrotowego przez RPM.

Związek między mocą, momentem obrotowym i przyspieszeniem

Typowa analogia: energia potencjalna: moment obrotowy :: energia kinetyczna: moc konia

Moment obrotowy może istnieć bez ruchu, jest to zdolność do pracy.
Moc może istnieć tylko w ruchu. To tempo wykonywania pracy.

Moc silnika = moment obrotowy * prędkość;

Aby skierować silnik pracujący przy stałym obciążeniu, do obliczenia maksymalnej mocy wykorzystuje się odniesienie mocy.
. W odniesieniu do silnika pracującego przy zmiennych obciążeniach (np. Zmiana biegów) moment obrotowy jest bardziej odpowiedni.

Krzywe:
Krzywa momentu obrotowego: Moment obrotowy wytwarzany przez silnik względem obrotów silnika przy różnych obciążeniach silnika.
Krzywa mocy: moc wytwarzana przez silnik w stosunku do prędkości obrotowej silnika przy różnym obciążeniu silnika. Zostanie to uzyskane poprzez pomnożenie krzywej momentu obrotowego przez prędkość, więc będzie to wersja przesunięta + wydłużona na krzywej momentu obrotowego. Patrz przykład Krzywa mocy momentu obrotowego Krzywa
oszczędności paliwa będzie nakładać się na powyższe krzywe, aby lepiej zrozumieć.

Czujesz się zagubiony między krzywą mocy / krzywą momentu obrotowego a krzywą zużycia paliwa.

Biorąc pod uwagę krzywą mocy, możemy uzyskać krzywą momentu obrotowego i odwrotnie.
Krzywa zużycia paliwa musi być wyraźnie podana jako nakładający się wykres.

Teraz musi być oczywiste, kiedy z czego korzystać.
Aby uzyskać najlepszy przebieg, postępuj zgodnie z krzywą przebiegu.
Aby uzyskać maksymalną moc, zapoznaj się z krzywą mocy.

Krzywa momentu obrotowego będzie na ogół stosowana jako odniesienie dla układów sterowania przekładnią, aby wiedzieć, który z nich będzie najlepszy do zmiany biegów.

Nadal nie jest jasne? Sprawdź przykład z prawdziwego świata

Uwaga: Krzywe są określone tylko w określonych warunkach obciążenia, więc rzeczywiste zachowanie silnika zależy od aktualnego obciążenia silnika, a także różnych ograniczeń nałożonych przez przepisy prawne / normy emisji / ochronę przed uszkodzeniami.