Чим відрізняється крутний момент від кінських сил?

Дуже основне запитання - чим відрізняється крутний момент і кінські сили? Це все в Google, але я дуже розгублений і не можу отримати задовільних відповідей. Я скажу вам свою плутанину:

Крутний момент - це ознака прискорення, правда? Отже, для пошуку пікапа автомобіля з кривою крутного моменту на 0-60 миль / год слід використовувати. Тоді чому для цього використовується крива кінських сил. Що означає кінські сили?

Якщо я скажу, щоб переключити передачі (скажімо, від 1-2) для найкращого пробігу, перемкніть на 10 км / год, тоді як для отримання максимальної потужності, перемкніть на 22 км / год. Який користувач повинен використовувати і чому?

Я дійсно розгублений, де використовувати криву крутного моменту і де криву потужності? Яке їх значення? Який їхній внесок у автомобіль для користувача?

Потужність <-> крутний момент

Загалом, співвідношення між потужністю крутного моменту є простою формулою:

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

це означає, що ви завжди можете обчислити одну криву від іншої на діаграмах крутного моменту / потужності (це також те, що робить динамометр)

Отже, чому завжди обидві криві накреслюються, якщо вони більш-менш однакові?

Ця діаграма показує кілька кривих з п'яти теоретичних двигунів:

Кожен мотор має крутний момент 350 Нм при 8000 об / хв (і так само однакова пікова потужність при цьому оборотах в хвилину), і кожен мотор має піковий крутний момент 450 Нм.

Звичайний водій використовує дальність до 3000 об / хв на вулиці, тому його найкращим вибором є мотор №2, а за ним - №1. Вони давали б найкраще прискорення при помірних оборотах в хвилину.

У гонці, де мотор працює на дуже високому оберті, вам краще вибрати №5.

Ця оцінка може бути здійснена за допомогою обох кривих - потужність і крутний момент, оскільки вони показують більш-менш однакову кількість. АЛЕ криві крутного моменту показують відмінності набагато чіткіші, ніж криві потужності!

Однак криві потужності (можуть) показують деякі цікаві деталі. Потужність №4 зменшується від 4000 до 5000 об / хв. Інший момент полягає в тому, що зазвичай максимальна потужність не на макс. Оборотах в хвилину, і ви хочете знати, що це оберт, і як він поводиться навколо цього оберта.

Чому потужність як і раніше збільшується, хоча крутний момент вже зменшується при обертанні в якийсь момент?

Уявіть, що у вас є вага 50 кг, яку ви піднімаєте, натягуючи мотузку, яка проходить через шків у стелі. Сила, яку потрібно докласти зусиль, - це лише гравітаційна сила ваги, коли ви тягнете її з постійною швидкістю. Оскільки 50 кг досить важка, ви будете піднімати її дуже повільно. Якщо вага легший, то вам потрібно менше сил, і ви можете підняти його швидше. Скажімо, ви піднімаєте 25 кг за 1/3 часу. Це означає, що за той же час, коли ви піднімаєте важку вагу на 50 кг, ви також можете підняти загалом 3x25 кг = 75 кг. Оскільки потужність працює за один раз, і ви можете підняти 75 кг замість 50 кг за один і той же час, потужність на 50% більша, хоча ви вкладаєте лише половину сили.

Це приблизно те саме для двигуна: при високому оберті, він може мати менший крутний момент (силу) під час оборотів, але оскільки він робить більше оборотів за той же час, він може доставити більше потужності.

Що відбувається в коробці передач?

Як було сказано, влада робиться за раз. Оскільки енергія зберігається, потужність на валу двигуна дорівнює потужності на колесах. З наведеної вище формули можна обчислити, що відбувається, коли співвідношення коефіцієнта колеса двигуна різне (нехтуючи будь-якими втратами):

Wheel_torque = Motor_torque * Motor_RPM / Wheel_RPM

У наступній схемі я побудував крутний момент колеса та обертів мотора для шести передач BMW M3 (365 нм @ 4900RPM; 252 кВт @ 7900RPM):

Але також можна отримати потужність і крутний момент проти швидкості:

Так, 365 Нм двигуна перетворюється майже на 6000 Нм (4400 фунтів футів) на першій передачі. Це показує величезний вплив передавальних коефіцієнтів, а також розмірів коліс. З іншого боку, потужність завжди однакова в заданому обороті.

Зауважте, що при переключенні на другу передачу на рівні близько 4900 об / хв (максимальний крутний момент) ви зменшуєте крутний момент колеса приблизно на 50%. (А пізніше, коли ви переходите на третє місце, ви знову втрачаєте приблизно 50%).

Це означає, що в гонці ви зміститеся якомога пізніше, навіть якщо також потужність уже впаде, адже зміна означає велику втрату потужності / крутного моменту. (Червона зона в моєму сюжеті просто позначає діапазон обертів від 4900 до макс в першій передачі, щоб зробити це зрозумілим). Однак у змаганнях з прискорення, де ви починаєте з нуля, допоможе високий крутний момент при низькому обороті в хвилину, адже важливо максимально швидко дістатися до високої швидкості, і це не має великого значення, якщо ви все-таки трохи прискоритеся на останньому метрів.

Звичайно, насправді є затягування і таке, що збільшується зі швидкістю, і єдиний спосіб подолати його - це ще більше потужності. Таким чином, потужність, безумовно, визначає максимальну швидкість, але цей приклад показує, що потужність вже грає роль у діапазоні 50 км / год / 30 миль на годину, що не дуже швидко.

Тож порівняйте різні машини за потужністю чи крутним моментом?

Ви бачили величезний вплив коефіцієнтів частоти обертів за рахунок передачі, а окружність колеса також грає роль. Тому неможливо порівняти два автомобілі, просто подивившись на їх криву моторного моменту. Це працює лише для автомобіля з кількома варіантами двигуна, але однаковою трансмісією. Потужність трохи (!) Краща. Зауважте, що BMW M3 забезпечує більш-менш постійну максимальну потужність понад 125 км / год на 3-й передачі, коли ви переходите із запізненням.

Економія палива

Крутний момент також є мірою роботи, яку робить двигун протягом одного оберта. Точніше:

Work_per_rev[J]= torque[Nm] * 2π

Якщо ми вважаємо, що мотор спалює завжди однакову кількість палива на об / хв (не цілком реально, але добре), тобто вивільняється однакова хімічна енергія (робота), співвідношення хімічної / механічної роботи найкраще, коли крутний момент є максимальним . Отже, машина працює найбільш ефективно, коли крутний момент високий.

Але майте на увазі, найкраща економічність палива не дорівнює найкращому пробігу! У випадку BMW M3: Рух у 2000RPM замість 4000RPM означає зниження крутного моменту з 340Nm до 290Nm, що є втратою лише на 15%, але витрата палива зменшується на 50%.
Ось чому для найкращого пробігу рекомендується їздити на дуже низьких оборотах в хвилину, хоча економія палива там не найкраща. Однак: Високий крутний момент при меншій обороті напевно точно означає кращий пробіг.

Висновок

Взагалі, потужність і крутний момент - це дві міри одного і того ж: Сила мотора. Якщо у вас одна крива, ви можете обчислити іншу.

Потужність визначає гоночну здатність та максимальну швидкість автомобіля, а також можливість прискорення, коли мотор досяг більшого оберта в хвилину

Крутний момент показує набагато зрозуміліше, яку здатність прискорення має мотор при низьких оборотах, але крутний момент у колеса залежить від передаточного числа та розміру колеса, тому порівняти це не так просто. Нормальний водій хотів би мати високий крутний момент при низьких оборотах в хвилину.

І зауважте, що я зробив кілька припущень та спрощень тут.

Про мої дані

Я отримав криві двигуна з сайту прес-служби BMW . І цей (на жаль, німецький) сайт бере розмір шин, набір оборотів в хвилину і модель BMW для передавальних коефіцієнтів (або спеціальних коефіцієнтів), і обчислює швидкість в оборотах в хвилину. У моєму випадку окружність колеса дорівнює ~ 2м, а швидкість - 7,5; 12,9; 19.3; 25,6; 30,1 та 35,1 км / год у передачах 1-6. Це дозволяє обчислити обертів колеса для даного оберта мотора в заданій передачі.

Кінські сили - це скільки потужності може виробляти двигун (скільки роботи виконано за певний час), крутний момент - це величина повороту, яку він може зробити (скільки роботи виконано). Ці два дуже хитро пов'язані між собою, так що ви не можете мати одне без іншого.

Вам потрібно буде придумати кілька рівнянь фізики:

Сила = Маса x Прискорення

Потужність = Робота виконана (крутний момент) / час

Щоб обчислити одне від іншого, ви можете використовувати деяку підстановку деякими рівняннями обертового руху:

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

Взагалі, двигун буде найбільш ефективним, коли він працює з піковим моментом (отже, чому промислові дизелі працюють дуже повільно), а Крутний момент більше впливає на те, як швидко прискорюється машина, особливо на менших швидкостях. HP приносить більше користі на більш високих швидкостях, де він дає вам змогу вказувати на те, наскільки здатність автомобіль має досягти і підтримувати більш високу швидкість.

Як приклад, порівняйте двигун на кораблі, який генеруватиме величезну кількість крутного моменту (рухати дуже важку річ повільно) при дуже низькому обороті в хвилину (всього кілька сотень), з таким у гоночному мотоциклі, який генеруватиме багато потужності (дуже швидко рухати легку річ) при високому оберті (10-12 тис.)

Крутний момент - це робота, кінські сили - швидкість роботи

У контексті двигунів:

• Крутний момент вказує на те, як багато навантаження двигун може нести на певну відстань в певний проміжок часу.

• Потужність вказує, наскільки швидко двигун може перенести навантаження на цю відстань.

Ще деякі речі, які можуть допомогти пояснити різницю між ними:

• Крутний момент - це те, що прискорює транспортний засіб з простою

  ▲ Torque = ▲ Acceleration
  

  Тут дуже важливе слово зупинка , оскільки це єдиний час, коли сили аеродинамічного перетягування не обмежуватимуть прямолінійне прискорення автомобіля. Це також тому, що крутний момент має домінуючий ефект при менших швидкостях - сили тягування порівняно невеликі.

• Крутний момент працює; це тягне вантажі

  Скажімо, у вас є два однакові транспортні засоби у змаганнях з перетягуванням з двома різними двигунами, які розвивають однакові максимальні кінські сили, але з різною швидкістю двигуна. Автомобіль з меншою швидкістю обертання двигуна матиме більше крутного моменту на колесах, ніж у інших. Це також буде двигуном, який виграє змагання з перетягування.

• Максимальна швидкість буде управляти максимальною швидкістю

  Power = Resistive Forces x Vehicle Speed
  

  Кінські сили - це лише одиниця виміру потужності або швидкості роботи, тому:

  ▲ Horsepower = ▲ Top Speed
  

Крутний момент - це кількість сили, яку чинить ваш двигун при певному оберті. У двох автомобілях з рівною передачею і в одній передачі автомобіль, що робить вдвічі більше крутного моменту, прискориться рівно вдвічі швидше.

Кінцева потужність обчислюється із крутного моменту та об / хв. Дана кількість крутного моменту при малих об / хв дорівнює меншій кінській силі, ніж стільки ж крутного моменту при більшій об / хв.

Кінські сили важливі, тому що величина сили, яка досягає задніх коліс для прискорення транспортного засобу, є комбінацією крутного моменту та передач . Взагалі кажучи, чим вище обороти автомобіля, тим жорсткіше це можна орієнтувати. Чим щільніше ви керуєте автомобілем, тим швидше він розганяється за задану кількість крутного моменту. Оскільки кінські сили представляють комбінацію крутного моменту та RPM, це насправді є досить хорошим показником того, як більшість автомобілів з добре обраними коефіцієнтами передачі прискоряться.

Скажімо, ми маємо надзвичайно високий оборотний двигун (як двигун формули 1). Це робить 250 футових моментів крутного моменту, але він підтримує цей крутний момент до піку кінських сил 20 к.с. / хв, що робить майже 800 к.с. З іншого боку, у нас є двигун з великим об’ємом, але відносно низькою червоною лінією. Скажімо, що цей гіпотетичний обертовий автомобіль робить максимальний крутний момент 600 фунтів і обертів до 6 к / хв, роблячи трохи більше 600 к.с. Зауважте, що автомобіль з більшою кількістю к.с. робить значно менший крутний момент. На першій передачі скажімо, що автомобіль з високою частотою обертання приведений у три рази на міцніше, ніж обертовий автомобіль - автомобіль з високим оборотом буде мати швидкість 60 км / год і 18000 об / хв, а крутний момент - 6000 об / хв при 60 км / ч. Це змушує автомобіль з високим оборотом фактично знижувати більше крутного моменту в цій передачі, тому він прискориться швидше. А оскільки у нього ще залишається 2000 об / хв швидкості двигуна, коли обертовий автомобіль закінчується з обороту в хвилину, він продовжуватиме прискорювати минулу 60 км / год на першій передачі, поки інший автомобіль зміняється. І та ж драма повториться і на більш високих передачах - і вищий автомобіль HP, як правило, прискорюватиметься швидше, оскільки він може дозволити собі зупинитися на більш низьких передачах, які можуть дозволити собі орієнтуватися більш щільно.

Шестірня - ось чому важливі кінські сили. Потужність передач означає, що автомобіль повинен обертатися вище, щоб досягти заданої швидкості на дорозі. Довга передача означає, що автомобіль не повинен обертатися так високо, щоб їхати певну швидкість. Компроміс - це прискорення. Тож перша передача у більшості автомобілів дуже щільна, і закінчується до 30 миль / год у багатьох малих автомобілях. З іншого боку, привід із надмірним проїздом мав на увазі запропонувати дуже погане прискорення, але це дозволяє автомобілю підтримувати майже холості обороти в обороті на швидкості шосе, економлячи газ. Крім того, інакше однакові машини можуть мати різні кінцеві коефіцієнти приводу, що впливатиме на їх загальне прискорення та максимальну швидкість. Тож автомобіль із заднім співвідношенням 3,00 прискориться повільніше до вищої максимальної швидкості, ніж той самий автомобіль із заднім співвідношенням 4,10.

У найпростіших умовах:

Крутний момент = Lbs / Ft. Конкретне, реальне вимірювання сили скручування, що виробляється двигуном.

Кінські сили = Довільна, складена одиниця роботи . Одиниця кінських сил визначається за припущенням, що кінь може тягнути з силою трохи більше 180 фунтів.

Помилка більшості людей, беручи участь у цій дискусії, розглядає кінські сили та крутний момент самостійно. Майже кожен сперечається так, ніби це окремі, не пов'язані між собою цінності. Вони ні.

Кінські сили = (крутний момент x об / хв) / 5252

Це рівняння є другим найважливішим на цій сторінці, і це є причиною того, що той, хто скаже вам, що кінські сили і крутний момент слід розглядати однаково і окремо, є суттєво невиправданим. Справа в тому, що кінські сили - це продукт крутного моменту та ще одна величина - об / хв (поділена на 5252). Це не пов'язане між собою, окремим чи різним.

Насправді, не існує жодної машини, яка вимірює кінські сили автомобіля. Це рукотворний номер. Коли перевіряється продуктивність автомобіля, його крутний момент вимірюється за допомогою динамометра. Мірою продуктивності двигуна є крутний момент. Кінські сили - це додаткове число, яке досягається множенням крутного моменту на оберти.

Взаємозв'язок між кінськими силами, моментом та прискоренням

Типова аналогія: Потенційна енергія: Крутний момент :: Кінетична енергія: Кінська потужність

Крутний момент може існувати без руху. Це здатність виконувати роботу.
Кінські сили можуть існувати лише в русі. Це швидкість виконання роботи.

Потужність двигуна = Крутний момент * Швидкість;

Для відновлення двигуна, що працює при постійному навантаженні, для отримання максимальної потужності використовується посилання на потужність.
. Для позначення двигуна, що працює при змінних навантаженнях (зміна передач, наприклад), Крутний момент є більш доцільним.

Криві:
крива крутного моменту: крутний момент, що створюється двигуном проти об / хв двигуна, при різному навантаженні на двигун.
Крива потужності: потужність, що виробляється від двигуна проти обертів двигуна при різному навантаженні двигуна. Це буде отримано шляхом множення кривої крутного моменту на швидкість. Отже, це буде зміщена + подовжена версія на криву крутного моменту. Приклад кривої крутного моменту див. Приклад Крива
економії палива буде перекрита вище кривими для кращого розуміння.

Ви плутаєтесь між кривою потужності / кривою крутного моменту та кривою економії палива.

Враховуючи криву потужності, ми можемо отримати криву крутного моменту і навпаки.
Крива економії палива повинна бути представлена ​​явно у вигляді перекриваючого графіка.

Тепер має бути очевидним, коли використовувати що.
Щоб отримати найкращий пробіг, дотримуйтесь кривої пробігу.
Щоб отримати максимальну потужність, зверніться до кривої потужності.

Крива крутного моменту зазвичай буде використовуватися як орієнтир для систем управління передачею, щоб знати, яка наступна найкраща передача для переключення.

Ще не зрозуміло? Перевірте приклад у реальному світі

Примітка: Криві задаються лише при певних умовах навантаження. Отже, реальна поведінка двигуна залежить від поточного навантаження на двигун, а також від різних обмежень, накладених через законодавчі норми / норми викидів / захист від пошкоджень.