График мощности и крутящего момента: График мощности и крутящего момента

Содержание

График мощности и крутящего момента

График мощности и крутящего момента - о чем он говорит?


Пример графика мощности и крутящего момента, полученный со стенда для испытания двигателей PowerTest.

Начнем с определений:

МОЩНОСТЬ (POWER, HORSEPOWER)  - это работа, проделанная за единицу времени. Речь идет в данном случае о механической мощности, которая при вращении вала вокруг своей оси описывается выражением:


Где

  • ω - угловая скорость вращения вала
  • M - крутящий момент
  • π - число ~ 3.1416
  • n - частота вращения, измеряемая в оборотах в единицу времени (в данном случае  одна минута).

Важно отметить что  мощность в этой формуле получается в ваттах, для получения результата   в  лошадиных силах мощность в кВт необходимо умножить на коэффициент 0,735499.

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ (TORQUE) - это произведение  силы в Н, которая приложена к валу не напрямую, а через рычаг (плечо)  длиной 1 м, прикрепленный к валу (точка измерения крутящего момента), отсюда и единица измерения Н*м.

При такой нагрузке происходит деформация вала ,только не изгиб, который был бы при нулевой длине плеча, а скручивание, при котором отдельные сечения вала не повторяют друг друга, а оказываются повернутыми друг относительно друга  на определённые углы, тем большие, чем больше   приложенная сила, или чем больше рычаг при одной и той же силе. По этой причине момент называют крутящим. Не следует ожидать, что вы увидите эту закрутку стального вала диаметром, например, 20 мм, нанеся перед нагрузкой на поверхность вала линии, параллельные его оси. Величина закрутки будет в реальности настолько мала, что её непросто измерить даже с помощью специальных приборов, измерителей крутящего момента.


ОБОРОТЫ (RPM - Revolutions Per Minute) - здесь все еще проще, это число оборотов, которое совершает ВАЛ за одну минуту. Измеряется в об/мин.

Часто кажется, что люди не вполне понимают разницу между МОЩНОСТЬЮ и МОМЕНТОМ, тем более, последние связаны друг с другом через еще один ключевой параметр, как на стенде испытаний двигателя, так и в условиях реальной эксплуатации.

 Это угловая скорость вращения вала.


Ответить на этот вопрос можно, но это не гарантирует что заказчик получит желаемый результат. Потому что в вопросе отсутствует информация о скоростных режимах испытываемого на стенде двигателя.

И вопрос обычно задается так, как будто мощность и крутящий момент понятия  если не взаимоисключающие, то по меньшей мере не связанные друг с другом.


На самом деле, все наоборот, и необходимо принимать во внимание данные факты:
  • МОЩНОСТЬ (скорость выполнения РАБОТЫ) зависит от МОМЕНТА и СКОРОСТИ  ВАЛА(ОБОРОТОВ В МИНУТУ).
  • МОМЕНТ и ОБОРОТЫ В МИНУТУ - ИЗМЕРЕННЫЕ параметры, однозначно определяющие мощность двигателя.
  • Мощность рассчитывается из крутящего момента и оборотов, по следующей формуле:
  • МОЩНОСТЬ в Л.с. = КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ х ОБОРОТЫ ÷ 5252

Почему это важно?

При выборе нагружающего устройства это критически важно, так как одну и ту же мощность  двигатель может выдавать на стенде как при 1500 об/мин (дизельный двигатель), так  и на 20 000 об/мин (двигатель гоночного мотоцикла).

Для каждого типа двигателя необходимо подбирать соответствующее нагружающее устройство. А иногда даже не одно, а тандем из двух, первое из которых работает при низких оборотах, а второе при высоких. Если речь идет об испытаниях вновь создаваемых двигателей с широким скоростным диапазоном  вращения вала.

Дизельный двигатель и двигатель гоночного мотоцикла.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) превращает энергию, выделившуюся при сгорании топлива в работу движения поршня, тот в свою очередь передает ее на коленчатый вал, который может создавать определенный КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ при заданных оборотах. Величина крутящего момента, который может создать двигатель, обычно существенно зависит от оборотов. 

Для разных двигателей эти параметры будут разными в зависимости от геометрических параметров КШМ (кривошипно-шатунного механизма), типа топлива, массы деталей, формы распределительных валов, системы впрыска топлива и управления зажиганием и т.д.

Для маленьких и мощных двигателей необходимо использовать высокооборотистые гидротормоза и индуктивные тормоза

Ниже представлены графики различных гидротормозов для испытания двигателей.

Кривая нагружения для высокооборотистого гидротормоза.

А для больших дизельных двигателей используются гидротормоза, выдающие максимальное тормозное усилие и мощность на низких оборотах

Кривая нагружения гидротормоза для испытания мощных дизельных двигателей.

Что это означает на практике?

Если отойти от теории, то график мощности и крутящего момента - это основные характеристики двигателя. Когда вы въезжаете на своем автомобиле в горку и пытаетесь поддерживать одну и ту же скорость, вам приходится сильнее нажимать на педаль газа. Многим при этом кажется, что мощность останется та же, т.к. скорость не меняется. Но это не так!

При движении в горку двигатель выдает большую мощность при тех же оборотах.
(при неизменной передаче). Это легко проверить, взглянув на текущий расход топлива.

Также это объясняет, зачем двигателю нужна коробка передач, ведь для эффективного разгона  и преодоления подъёмов нам необходимо поддерживать обороты в диапазоне максимальной мощности двигателя.

А вот электромобили обходятся без нее. Кривая крутящего момента и мощности у электродвигателя намного более линейна, и  к тому же электродвигатель выдает куда большую мощность на низких оборотах.

Зачем измерять мощность и крутящий момент?

Во-первых это необходимая процедура при разработке и сертификации любого нового двигателя.

Во-вторых эти данные помогут  при дальнейшей настройке и доработке двигателя, чтобы добиться наилучших эксплуатационных характеристик.

В третьих кривая мощности и крутящего момента, если её сравнить с паспортной - это прямой показатель технического состояния любого двигателя.

Графики мощности дизельного двигателя до ремонта и после ремонта, полученные с испытательного стенда на базе гидротормоза, который можно приобрести в нашей компании.

Мощность и крутящий момент | Тюнинг ателье VC-TUNING

Мощность и крутящий момент…  Эти термины часто вводят в ступор многих посетителей автомобильных форумов. Энцо Феррари однажды сказал: «Лошадиные силы продают автомобиль, крутящий момент выигрывает гонки».

 

Мы не собираемся представлять здесь все уравнения и формулы, позволяющие рассчитать мощность и крутящий момент: объяснить многие вещи в одной статье достаточно трудно. Да это вам и не понадобится, если, конечно, вы не планируете стать крупным специалистам в данной области. Но мы постараемся доступным языком объяснить, как мощность и крутящий момент соотносятся друг с другом и как они влияют на производительность автомобиля.

 

Лошадиная сила

Термин «лошадиная сила» был впервые использован Джеймсом Уаттом, британским изобретателем, чье имя неразрывно связано с созданием парового двигателя. Строго говоря, лошадиная сила – это скорость, с которой может быть выполнена работа. Уатт использовал этот термин для сравнения мощности парового двигателя с мощью рабочей лошадки.

Наравне с лошадиными силами сегодня используется и системная единица измерения мощности – ватт (Вт).

1 л.с. = 746 Вт

Эффективная мощность двигателя измеряется на коленчатом валу с помощью динамометра. Производители автомобилей, как правило, используют для ее обозначения термин «пиковая мощность» (максимальная мощность при определенном числе оборотов в минуту).

 

Мощность рассчитывается путем умножения крутящего момента двигателя на число оборотов и последующего деления на 5252. Откуда взялась последняя цифра? Если вы не хотите скучных и путаных объяснений, просто поверьте на слово и запомните эту константу.

                         крутящий момент * угловая скорость (RPM)

мощность =      —————————————————

                                                    5252

Здесь не мешало бы упомянуть о динамометрических роликовых стендах, но из-за большого разнообразия стендовых динамометров, мы опишем основные из них в другой статье. Следует отметить, что существует немало причин, по которым цифры, наблюдаемые при езде по дороге, оказываются ниже полученных на стенде.

Автомобиль на стенде неподвижен, а на открытой дороге свой вклад вносят давление воздуха, перепады температуры и многие другие факторы, которые сложно учесть при испытаниях, хотя многие пытаются компенсировать их отсутствие с помощью вентиляторов и т.д.

 

  

Крутящий момент

Крутящий момент – вращательное усилие, которое будет применено к ведущим колесам автомобиля. Крутящий момент можно рассматривать в качестве меры способности двигателя выполнить работу. Единицы измерения крутящего момента – фунт*фут и Ньютон*метр (Нм). Один фунт*фут крутящего момента представляет собой усилие, необходимое для поворота 1-футовой оси, на конце которой прикреплен груз весом 1 фунт. Если на конце 1-футовой оси находится груз весом 200 фунтов, крутящий момент будет составлять 200 фунтов*фут. Очевидно, что чем больше это число, тем больше вращательное усилие на колесах.

1 фунт*фут = 1.36 Н*м

 

 

Однако важно понимать, что по мере увеличения крутящего момента вашего двигателя возрастает вероятность самопроизвольного поворота колес. Это довольно частое явление у мощных переднеприводных (FWD) автомобилей с большим крутящим моментом. Поскольку в данном случае передние колеса задействованы также и в управлении автомобилем, вы можете столкнуться с эффектом, называемым паразитным силовым подруливанием. В принципе проблема «непослушания» приводных колес свойственна не только переднеприводным машинам, а любым мощным автомобилям с большим крутящим моментом. Однако, разделив крутящий момент на все четыре колеса (в случае полноприводных (4WD) автомобилей), вы можете уменьшить этот эффект и больше мощности передать дороге.  Хотя есть еще много факторов (например, размер и структура шин, настройка подвески и ходовой части, передаточные числа), которые могут помочь переднеприводным (FWD) или заднеприводным (RWD) автомобилям эффективно использовать свою мощность.

 

Сравнение мощности и крутящего момента

(Как мощность и крутящий момент влияют на производительность)

Причина недопонимания ряда вопросов автолюбителями кроется в том, что в качестве характеристики двигателя автомобиля производители, как правило, приводят пиковые показатели мощности. Это ведет к путанице, люди пытаются сравнивать производительность автомобиля с его мощностью. «Моя машина имеет большее количество лошадиных сил, поэтому она будет быстрее вашей» – некорректное, но достаточно распространенное сравнение.

Есть много факторов, влияющих на производительность автомобиля, и крутящий момент, безусловно, один из них. Кроме того, и мощность, и крутящий момент будут зависеть от передаточных чисел. И, конечно же, большую роль играет то, как и для чего используется автомобиль.

Если вы когда-либо управляли машиной с высоким крутящим моментом (например, автомобилем с большим объемом двигателя или турбодизелем), вы, вероятно, заметили, что способны с легкостью ускоряться на большинстве передач.

Это является результатом того, что имеется достаточно мощности в виде крутящего момента, чтобы автомобиль двигался при более широком диапазоне оборотов. Ускорение прямо пропорционально крутящему моменту, т.е. машина, будет ускоряться в соответствии с кривой крутящего момента.

Однако, если вы используете численно более высокое передаточное отношение для увеличения крутящего момента, вы на самом деле уменьшаете максимальную скорость вращения привода. Это может привести к тому, что автомобиль с высоким крутящим моментом (допустим, 680 НМ) достигнет своего предела уже при 30 км/ч.

При всем этом разговоры о крутящем моменте не просто игра слов. Следует понять, что лошадиная сила – просто другой способ измерения мощности (вспомните приведенное выше уравнение: лошадиная сила – это крутящий момент, умноженный на угловую скорость и деленный на 5252). Однако двигатель может быть рассчитан на более высокие обороты и более высокую мощность и, таким образом, на создание большего крутящего момента.

Из всего вышесказанного следует, что лошадиные силы и крутящий момент связаны друг с другом, однако это не одно и то же. Автомобиль с большим крутящим моментом будет ускоряться иначе, чем автомобиль с большим числом лошадей под капотом, с разными точками переключения передач и диапазонами оборотов в минуту. Автомобили с меньшим крутящим моментом (большим числом лошадиных сил), как правило, набирают больше оборотов, но максимальная мощность достигается только на больших оборотах. Машины с большим крутящим моментом (меньшим числом лошадиных сил) имеют меньшую мощность, но сравнительно более широкий диапазон оборотов. Все очень запутано: вроде бы крутящий момент и лошадиные силы – это одно и то же, но разгоняют машину по-разному. Хорошим автомобилем можно считать тот, что имеет оптимальное соотношение крутящего момента и лошадиных сил и возможность повышения обоих параметров.

Что еще влияет на ускорение

  • Вес автомобиля. Многие ошибочно полагают, что чем больше весит машина, тем больше нужно энергии, чтобы сдвинуть ее с места.
  • Аэродинамика. Снова требуется много энергии, чтобы машина могла преодолевать сопротивление встречным потокам воздуха.
  • Сопротивление качению. Шины и привод (шестерни, приводные валы, оси и т.д.) требуют энергии, чтобы они могли вращаться с контактирующими поверхностями.
  • Шестерни/передачи. Чтобы автомобиль мог разгоняться и ускорятся, он оборудован коробкой передач. Шестеренки в коробке влияют на крутящий момент, передаваемый на ведущие колеса, но они не могут изменить количество лошадиных сил в машине. В коробке передач все начинается с шестерни, которая запускает крутящий момент. Он позволяет ускоряться в относительно умеренном темпе, но избежать быстрых оборотов двигателя. Каждая последующая передача помогает развить скорость. Вот почему автомобиль, например, может разогнаться от 0 до 96 км/час за 5 секунд, но от 0 до 160 км/час разгон уже займет 13 секунд, поскольку ему нужно еще 8 секунд, чтобы набрать добавочную скорость в 64 км/час. При этом важно учитывать кинетическую энергию и аэродинамику (сопротивление ветру).

Динамометр фиксирует хороший крутящий момент не только на низких оборотах, но и во всем диапазоне оборотов. В сочетании с равномерно возрастающей кривой лошадиных сил, такой двигатель дает возможность машине разгоняться и выжимать педаль газа до упора. Хотя, все зависит от привода и комплектации самой машины. Но в целом, он имеет хорошую мощность и динамику.

Хочется надеяться, что после прочтения статьи о лошадиных силах и крутящем моменте вы не будете путать эти два понятия. Главное – запомнить, что машина с очень хорошим разгоном – это та, у которой двигатель может выдавать постоянно высокую мощность, даже на самых больших оборотах. Например, система газораспределительного механизма VVT-i эффективна для небольших двигателей, она помогает оптимизировать мощность на переменных оборотах. На самом деле не столь важно, с большим количеством лошадей ли машина или с высоким крутящим моментом, потому, что есть много других факторов, влияющих на ее характеристики.

Ускорение
И снова не будем вас утомлять скучными техническими терминами, а просто подсчитаем кое-что. Крутящий момент двигателя зависит от шестерней в коробке передач. Он нарастает по мере того, как вы переключаетесь на другую скорость. На автомобиле с низким крутящим моментом, его можно увеличить путем изменения передаточного числа. В результате этого трансмиссия или коэффициент привода изменяют диапазон оборотов двигателя, а также то, как используется крутящий момент (не оценивайте это в процессе). A V8 и Vtec производят крутящий момент разными способами посредством зубчатой передачи. Эти способы зависят от конструкции двигателя.

При всем этом интересно, как уже упоминалось ранее, что, хорошо набирающая скорость машина, имеет хорошую динамику крутящего момента, которая распространяется в самом широком диапазоне оборотов (высокий диапазон оборотов помогает поддерживать максимальный крутящий момент). Чтобы добиться максимума от машины, нужно знать, как выглядит динамика мощности и какие обороты у двигателя на каждой из передач. Также необходимо знать, как меняются обороты двигателя, когда переключается скорость: повышается или понижается передача. Это поможет вам узнать, что такое динамика крутящего момента на каждой отдельной передаче. Автомобиль разгоняется сильнее всего на пике крутящего момента, но стоит вам переключиться, как падают обороты, и ослабевает крутящий момент. Вся фишка в том, чтобы найти на каких оборотах будет хороший крутящий момент на следующей передаче, без потери динамики на текущей. Конечно, многое зависит от авто и его водителя, но есть наиболее общие рекомендации. Итак, если ваша машина производит максимальный крутящий момент на 4000 оборотах, и вы не хотите переключаться на следующую скорость с этой отметки, поскольку думаете, что потеряете сейчас эти ценные обороты и не сможете сохранить такой же крутящий момент на следующей передаче, а соответственно и скорость движения. Общая рекомендация в этом случае – для максимального ускорения переключаться тогда, когда стрелка тахометра ляжет на красную отметку (у некоторых легковых и гоночных авто есть специальные индикаторы).

Обозначение мощности авто в лошадиных силах
Американские машины

Лошадиные силы (HP Gross)
До 1972 года в Америке мощность двигателя автомобиля измерялась в лошадиных силах следующим образом: на стенде испытывался двигатель, который не оснащен воздушным фильтром, системой выхлопа или системой контроля над выбросами, но иногда оснащенный коллектором. В результате показатели максимальной мощности и крутящего момента отражали только теоретические значения, но не демонстрировали реальную мощность двигателя. Таким образом, измерялась общая мощность двигателя.

Лошадиные силы (HP net)
После 1972 года в Америке стали измерять полезную мощность двигателя. У полностью укомплектованного и установленного двигателя измерялась мощность на маховике, но при этом не учитывались потери при переключении передачи.

Запомните, что американские автомобили оснащены большими двигателями CU, которые выдают высокий крутящий момент и обеспечивают высокую производительность машины.

Лошадиные силы (bhp)
Мощность измеряется в лошадиных силах при помощи динамометра. Замер происходит на испытательном стенде в месте выхода вала из двигателя (коленчатый вал, который соединяется с маховиком). Окончательная цифра получается из крутящего момента, который используется для вычисления мощности в лошадиных силах (bhp).
Обратите внимание, что показатель мощности в лошадиных силах PS, принятый в Германии, отличается от обозначения bhp. Многие производители используют значение PS для лошадиных сил BHP.
Значения приблизительные:

  • 1 Bhp = 1.005 Hp (net) – (разница не существенная)
  • 1 Bhp = 1.0187 PS
  • 1 PS = 0.986 Hp
  • 1 Hp = 1.01387 PS

Иногда происходит путаница потому, что одни говорят о мощности в лошадиных силах, измеренной динамометром, другие об измерении с учетом потерь, а третьи о способе измерения по колесам WHP.


 

Графики замеров мощности и крутящего момента

Ниже приведены графики сравнительных замеров мощности и крутящего момента в рабочем диапазоне оборотов двигателя для некоторых моделей автомобилей. Прерывистые линии  — заводские прошивки, сплошные — измененная (тюнингованная) прошивка. Зеленый цвет — мощность, голубой — крутящий момент.

 

1.Hyundai Solaris 1.6, прошивка от Paulus:

Как видно из графика, в прошивке убраны провалы на низких оборотах, подняты мощность и крутящий момент во всем диапазоне, что приводит к улучшению динамики как при разгоне, так и при движении на трассе. Для Kia Rio 1.6 график будет очень похожий в силу одинаковой конструкции двигателя и системы управления.

 

2. Hyundai Accent 1.5, прошивка от Paulus:

В целом Accent имеет меньший запас по регулировке, основной прирост мощности происходит на оборотах больше 4500, но поднятие крутящего момента приводит к улучшению эластичности вождения во всем диапазоне. В прошивке улучшен отклик на педаль газа, а также снижено влияние кондиционера.

 

3. Kia Soul 1.6, прошивка от Paulus:

Сглажен разгон, значительно поднят крутящий момент, что, в совокупности с улучшением отклика на педаль газа приводит к ощутимому изменению динамики автомобиля. Несколько увеличена мощность.

 

4. Kia Sportage 2.0, прошивка от Paulus:

Сглажен разгон, значительно поднят крутящий момент, что, в совокупности с улучшением отклика на педаль газа приводит к ощутимому изменению динамики автомобиля. Увеличена мощность.

 

5. Ford Focus III 1.6л  85 л.с., прошивка от Paulus:

На низких оборотах разница не столь ощутима, но на оборотах больше 4000 — огромный для атмосферного мотора прирост мощности (до 131 л.с !) и крутящего момента (с 72 до 121 !). Отсечка сдвинута с 6000 до 6500. Т.е. при сильно выжатой педали автомобиль теперь разгонится значительно быстрее, обгон на трассе станет легким и быстром, а значит — безопасным.

 

6. Ford Focus III 1.6л  105 л.с., прошивка от Paulus:

Поднят крутящий момент во всем диапазоне, улучшен отклик на педаль газа — эластичность вождения на уровне. Значительно снижено влияние кондиционера, несколько увеличена мощность двигателя.

 

7. Mitsubishi Pajero Sport 2.5 diesel, прошивка от Василия Армеева:

Максимальная мощность поднята с 178 л.с. до 227 л.с., крутящий момент значительно выше во всем диапазоне: и по грязи, и по трассе авто полетит птицей!

P.S. График для прошивки Stage2 с физическим удалением сажевого фильтра и глушением клапана EGR.

 

Действительно ли крутящий момент важнее мощности

Крутящий момент более важен, чем лошадиные силы.

 

На что только не идут автопроизводители, пытаясь заставить нас приобретать свою продукцию. Один из примеров маркетинговых хитростей, это информация о мощности автомобиля, которая традиционно выражается в лошадиных силах. Откройте любую брошюру в автосалоне, или описание того или иного транспортного средства на официальном сайте автопроизводителя, и вы сразу увидите мощность машины. И, как правило, эта информация всегда выносится маркетологами на первый план.

 

Таким образом, нас за долгие годы приучили, что чем больше лошадиных сил (л. с.), тем лучше. Но на самом деле мощность автомобиля не играет главной роли в его характере. Пришло время развеять все мифы, которые создали автопроизводители. Давайте наконец узнаем окончательно, что важней лошадиная сила (л.с.) или крутящий момент (НМ)?

 

Давайте для начала поймем, что же это за такой критерий оценки характеристики, который работает по принципу "чем больше, тем лучше". Такое сравнение вещей пришло к нам еще с ранней истории человечества. Подобное сравнение, например, использовалось в древние времена, когда основной деятельностью человека являлась охота. То есть в те далекие времена люди считали, чем больше добыча или любая другая пища, тем она лучше. С тех пор эта привычка отпечаталась в нашем подсознании так глубоко, что в современном мире люди, до сих пор, приобретая что-то новое, хотят купить все самое большое.

 

К примеру, многие из вас горят желанием приобрести фотоаппарат или видео камеру с самым большим количеством мегапикселей, хотя в этом нет смысла. Или мы мечтаем купить самый мощный смартфон, большинство функций которого нам не нужны.

 

То же самое касается коробки передач и двигателя. Ведь многие мечтают купить автомобиля с максимальным количеством цилиндров и количеством передач в трансмиссии, считая, что с такими агрегатами транспортное средство будет лучшим во всем. 

 

То же самое касается и показателя мощности автомобиля, которая выражается традиционно в лошадиных силах. 90 процентов людей при ознакомлении с автомобилем почти всегда в первую очередь интересуются его мощностью. Дело в том, что все мы знаем, что мощность вносит свой вклад в динамику ускорения, влияет на максимальную скорость и на многие другие показатели автомобиля. В итоге автопроизводители стараются делать акцент именно на этот показатель в своей продукции, заставляя нас думать, что лошадиные силы это самое главное в автомобиле. 

 

На что только не идут автомобильные компании, чтобы убедить нас, что именно мощность важна в любом автомобиле. Вы обратили внимание что, как правило, чем больше лошадиных сил, тем дороже стоит машина? Самое удивительное, что часто одна эта же модель с одним и тем же двигателем, за счет разницы в мощности стоит значительно дороже. Хотя на деле мощность была увеличена лишь только за счет другого программного обеспечения работы двигателя и впрыска топлива. Фактически переплатив за более мощный автомобиль, мы часто получаем ту же машину, за исключением показателя лошадиных сил. 

 

Так почему же многие автомобили, представленные на авторынке, имеющие фактические одинаковые силовые агрегаты и одинаковую мощность, ведут себя на дороге по-разному? Вы когда-нибудь задумывались над этим? Действительно, если вы протестируете несколько схожих по характеристикам автомобилей с одинаковым количеством лошадиных сил, вы почти всегда заметите разницу в мощности. Не редко когда автомобиль, например, с мощностью 75 л.с. ведет себя гораздо уверенней на дороге, чем скажем, машина мощностью 110 л.с. И это, несмотря на то, что оба автомобиля могут иметь одинаковый вес, размеры и т. п. О чем это говорит? Конечно, о том, что мощность это не главный показатель в характеристиках транспортных средств. 

 

График по оси Y указан в киловаттах (кВт)

 

Перед тем как продолжить наш подробный рассказ, мы должны отметить важный момент. В нашей статье не идет речь о мощных дорогих суперкарах, двигатели которых имеют большую мощность даже на холостом ходу, что позволяет за рулем этих автомобилей в мгновение ока оказаться на орбите земли, как только вы слегка прикоснетесь к педали газа. Сегодня речь об обычных автомобилях, которыми пользуются большинство людей во всем мире для ежедневных поездок. Именно в этой категории автомобилей разница от 10 до 15 л.с. считается значительной и ощутимой для динамики машины. 

 

И так давайте представим, что вы собрались приобретать новый автомобиль, с которым не знакомы и не имеете опыта его вождения. Как вы перед покупкой узнаете характер двигателя автомобиля?

 

Определенно вы не должны смотреть на его показатель мощности, выраженный в лошадиных силах, который указывается в рекламных брошюрах автосалона. Помните, что этот показатель конечно не бесполезен, но, тем не менее, количество лошадиных сил в двигателе, этот лишь один из факторов который влияет на конечную мощность и динамику машины. 

 

Во-первых, как правило, автопроизводители в рекламных материалах к любому автомобилю указывают пиковое значение мощности, доступное в определенном диапазоне оборотов двигателя. То есть количество лошадиных сил означает общий потенциал двигателя. Производитель, указывая в технических характеристиках мощность, имеют в виду, что эта мощность доступна только при определенных оборотах силового агрегата, а также при условии, что педаль газа нажата в пол. 

 

Смотрите также: Что важнее, крутящий момент или лошадиные силы

 

Давайте посмотрим на типичный 1,6 литровый рядный четырехцилиндровый бензиновый двигатель (в данном случае не имеет значение, какой он марки и кто его произвёл).

Этот двигатель имеет мощность в 110 л.с., которые согласно техническим характеристикам, доступны при 5800 оборотах двигателя в минуту. Заметьте что это количество оборотов двигателя уже близко к критичному значению, перейдя за рамки которого двигатель выйдет из строя (как правило, в двигателях объемом 1,6 литра красная зона оборотов двигателя расположена около 6,000-6,500 об/мин). 

 

О чем это говорит? О том, что для того чтобы выжать из машины все 110 л.с. вам необходимо будет раскрутить двигатель как минимум до 5800 об/мин. На практике эти обороты вам будут доступны только при максимальном обгоне на дороге или если разогнаться на скоростном шоссе, выше максимально разрешенной.

Но даже если вы раскрутите машину до указанных оборотов двигателя, для того чтобы получить максимальную мощность, вам будет не комфортно в салоне, поскольку ваш 1,6 литровый мотор будет издавать очень громкий шум и неприятный рев, даже если ваша машина имеет качественную шумоизоляцию.

 

То есть, фактически, раскручивая машину до максимальных оборотов, вы заставите двигатель работать на пределе. Вот пример графика замера мощности 1,6 литрового четырехцилиндрового не турбированного бензинового двигателя при определенных оборотах силового агрегата:

 

График по оси Y указан в киловаттах (кВт)

 

Да, двигатель на низких оборотах звучит более менее нормально. Но в маломощных моторах, на низких оборотах не доступно большое количество лошадиных сил. Например, на примере вышеуказанного графика, при 1500 оборотах двигателя в минуту доступно только 26 л.с., при 2000 об/мин только 38 л.с. и при 3000 об/мин только лишь 61 л.с. Что это означает на примере 1,6 литрового четырехцилиндрового не турбированного мотора?

 

По сути, если вы используете машину в городе, то это означает, что в большинстве случаев вы управляете машиной мощностью не более 70-80 л.с., поскольку, как правило, при эксплуатации машины в городе обороты двигателя не превышают более 3000-3500 об/мин. А судя по графику при таких оборотах двигателя ждать от машиной большой мощности не стоит. 

 

Теперь давайте возьмем для примера другой более маленький двигатель. Например, бензиновый двигатель объемом 1,2 литра с турбиной. Теоретически силовой агрегат имеет мощность в 105 л.с. Этот мотор по сравнению с 1,6 литровым не турбированным чувствует себя намного более живым и динамичным для повседневной езды в городе.

 

Например, при 1500 оборотах двигателя в минуту 1,2 литровый мотор выдает мощность в 38 л.с., при 2000 об/мин уже 51 л.с., а при 3000 об/мин силовой агрегат может выдавать мощность в 74 л.с.

Видите разницу между мощностью двух двигателей? И это с условием сравнения обычного мотора объемом 1,6 литра и маленького 1,2 литра. Удивительно, не правда ли?

 

График по оси Y указан в киловаттах (кВт)

 

Вы заметили, что на наших графиках есть не только показатель мощности и оборотов двигателя? На всех графиках есть еще один показатель - крутящий момент, который обязательно должен присутствовать для замера мощности и возможностей двигателя. Без этого показателя вы никогда не сможете узнать о характере и потенциале силового агрегата той или иной машины. 

 

Для того чтобы понимать такие графики не надо быть ученым и специалистом. Здесь все просто. Вот что вы должны знать, чтобы уметь интерпретировать подобные графики.  

 

На горизонтальной оси (Х) указаны обороты двигателя (которые увеличиваются слева направо). По вертикальной оси (Y) слева обозначение мощности. Справа сила крутящего момента двигателя. 

Как видите в итоге с помощью замеров специальным оборудованием можно увидеть, на что способен любой двигатель. Дело в том, что замеряя как работает двигатель, специальное оборудование строит график изменения мощности и крутящего момента двигателя по мере повышения оборотов работы мотора. 

 

На графике можно увидеть, как взаимосвязаны показатели лошадиных сил и крутящего момента между собой. Диаграмма замера крутящего момента дает вам более полное представление о характере двигателя автомобиля. График также дает вам визуальное представление, в каком диапазоне ваш двигатель является достаточно мощным, а в каком он слабее. 

 

Правда с научной точки зрения, если вы хотите более подробнее узнать на что способен ваш автомобиля, то помимо исследования мощности и крутящего момента необходимо также сопоставлять замеры с текущей передачей, включенной на трансмиссии. Дело в том, что любой крутящий момент доступный в автомобиле, передается в итоге на колеса. Но правда крутящий момент проходит через коробку и передач и ряд других элементов автомобиля. В итоге, как правило, крутящий момент теряется из-за силы трения деталей.

 

В среднем этот показатель составляет около 2-3%. То есть сила крутящего момента падает от двух до трех процентов в момент ее передачи на колеса. Количество теряемой силы, конечно, зависит от того какая передача включена на коробке передач и от его конструкции и типа используемого масла.

 

Если вы хотите узнать истинный характер и способности вашего двигателя посмотрите на кривую крутящего момента на графике. Если кривая крутящего момента начинается слишком низко и достигает максимальной силы в середине диапазона оборотов двигателя, то автомобиль не будет тянуть на низких оборотах.

Это означает, что для увеличения скорости, чтобы машина начала ехать быстрее, двигателю будет не хватать силы это сделать быстро. Если же линия крутящего момента начинается на графике достаточно высоко на маленьких оборотах двигателя, то это означает что в вашей машине доступен большой крутящий момент на низких оборотах мотора. В этом случае на низких оборотах автомобиль будет быстро разгоняться, не напрягаясь.

 

Большой крутящий момент, доступный на низких оборотах двигателя, правда еще не говорит о том, что ваш автомобиль будет использовать всю силу для разгона или обгона. Помните, что динамика машины определяется не только графиком крутящего момента, но, а также зависит от передаточных чисел коробки передач. 

Как правило, автопроизводители оснащают маломощные автомобили трансмиссиями с короткими соотношениями передач. В таких автомобилях вы должны чаще переключать коробку для максимально быстрого разгона. Таким образом, автомобильные компании компенсируют маломощность моторов, заставляя машину разгоняться немного быстрее на более низких оборотах двигателя, где, как правило, не хватает мощности и крутящего момента.  

 

Смотрите также: Автомобили с самым большим крутящим моментом в мире

 

В этом отношении идеальны дизельные двигатели, в сочетании с трансмиссиями с короткими передачами. Дело в том, что дизельные моторы отличаются хорошим показателями максимального крутящего момента на низких оборотах двигателя. Благодаря этому дизельные автомобили легче преобразуют энергетический потенциал в максимальную динамику на дороге на низких оборотах. 

 

 

Если вы знаете передаточные отношения трансмиссии автомобиля и технические характеристики двигателя (крутящий момент, мощность и т.п.) вы можете получить довольно хорошее представление о фактической движущейся силе, которая передается на колеса автомобиля. Правда, для этого необходимы более сложные вычисления, чем простой обзор графика, на котором изображено соотношение мощности, крутящего момента к оборотам двигателя. Как правило, более сложные показатели крутящего момента доступного на ведущих колесах автомобиля вычисляются инженерами, которые умеют более точно отвечать на вопрос, какой на самом деле реальный крутящий момент доступен в том или ином автомобиле.  

 

К сожалению графики автопроизводителей, не расскажут вам всю правду о потенциале автомобиля, который вас интересует. Ведь все официальные графики построены при условии максимальной нагрузки на двигатель. Так что вы не узнаете, какой потенциал машины при половине используемой мощности двигателя. 

 

Также есть еще немало факторов, которые влияют на реальную динамику машины на дороге. Например, помимо мощности и крутящего момента не маловажную роль играет отзывчивость педали газа. Ведь не секрет, что между нажатием педали газа и реагированием двигателя есть определенная задержка. Именно длина задержки и влияет на отзывчивость педали газа в современных автомобилях.

 

К сожалению, многие современные транспортные средства имеют отвратительный показатель отзывчивости педали газа. Все это связано с современной электроникой, которой напичканы все автомобили нашего времени. Электроника, как правило, применяется, для того чтобы снизить уровень выхлопных газов в процессе работы двигателя внутреннего сгорания.

 

Так к в мире постоянно ужесточаются экологические нормы, автопроизводители вынуждены подстраиваться к экологическим требованиям, производя автомобили, оснащенные различными электронными системами, отвечающими за экологичность. Это в конечном итоге влияет на их надежность, качество и динамичность.

 

К сожалению, все автопроизводители стараются скрыть от нас полные технические характеристики автомобилей, демонстрируя нам лишь только часть данных о машине. Тем не менее, в сети вы найдете немало графиков с замерами крутящего момента и мощности множества автомобилей. Если учесть что количество двигателей в мире существенно меньше количества моделей автомобилей, то вам не составит большого труда узнать реальный потенциал практического любого современного автомобиля, который вы собираетесь приобрести или уже купили. 

 

Так что перед принятием решения о покупке определенной модели автомобиля обязательно посмотрите график исследования мощности и крутящего момента двигателя машины, сопоставив данные друг с другом. Также перед покупкой обязательно закажите длительный тест-драйв машины.

 

Ни в коем случае не довольствуйтесь коротким тест-драйвом в течение 15-30 минут. 

Ваша задача протестовать машину в течение как минимум 12 часов, для того чтобы понять, на что способен автомобиль. За это время вы реально сможете узнать фактически все плюсы и минусы модели. Протестировав автомобиля в том режиме и на тех дорогах, где вы чаще всего будете его эксплуатировать, вы поймете, стоит ли вам тратить деньги именно на это транспортное средство. 

 

Так что если технические характеристики автомобиля вам подходят и графики крутящего момента и мощности вас также устраивают, но при тестировании машины на реальной дороге вы начинаете понимать, что вам не нравится что-либо (например, динамика автомобиля или рычащий неприятный звук двигателя), то советуем вам выбрать другую модель или марку.

 

Ни в коем случае не приобретайте автомобиль, который вам не нравится в душе. Помните, что транспортное средство приобретается надолго, и вряд вы стоит покупать машину, которая будет портить вам настроение и расстраивать. Ведь настроение за рулем это залог вашей безопасности. 

 

И конечно ни в коем случае не смотрите только на мощность, считая, что это самое главное в автомобиле. Также помните, что большой крутящий момент еще не означает, что машина будет иметь динамичный характер. Все зависит от того, на каком диапазоне работы двигателя доступны эти показатели. Также помните, что конечная мощность и крутящий момент, которые поступают на колеса, существенно отличаются, от заявленных в технических характеристиках.

 

Не забывайте, что сила трения в коробке передач, и в других элементах автомобиля, через которые проходит крутящий момент, существенно его снижают. 

Как рассчитать крутящий момент электродвигателя

Крутящий момент электродвигателя – это сила вращения его вала. Именно момент вращения определяет мощность Вашего двигателя. Измеряется в ньютонах на метр или в килограмм-силах на метр.

Виды крутящих моментов:

  • Номинальный – значение момента при стандартном режиме работы и стандартной номинальной нагрузке на двигатель.
  • Пусковой – это табличное значение. Сила вращения, которую в состоянии развивать электродвигатель при пуске. При подборе эл двигателя убедитесь, что данный параметр выше, чем статический момент Вашего оборудования - насоса, либо вентилятора и т.д. В противном случае электродвигатель не сможет запуститься, что чревато перегревом и перегоранием обмотки.
  • Максимальный – предельное значение, по достижении которого нагрузка уравновесит двигатель и остановит его.

Таблица крутящих моментов электродвигателей

В данной таблице собраны крутящие моменты наиболее распространенных в Украине электродвигателей АИР, а также требуемый при пуске – пусковой, максимально допустимый для данного типа электродвигателя – максимальный крутящий момент и момент инерции двигателей АИР (усилие важное при подборе электромагнитного тормоза, например)

Двигатель
кВт/об
Мном, Нм
Мпуск, Нм
Ммакс, Нм
Минн, Нм
АИР56А2
0,18/2730
0,630
1,385
1,385
1,133
АИР56В2
0,25/2700
0,884
1,945
1,945
1,592
АИР56А4
0,12/1350
0,849
1,868
1,868
1,528
АИР56В4
0,18/1350
1,273
2,801
2,801
2,292
АИР63А2
0,37/2730
1,294
2,848
2,848
2,330
АИР63В2
0,55/2730
1,924
4,233
4,233
3,463
АИР63А4
0,25/1320
1,809
3,979
3,979
3,256
АИР63В4
0,37/1320
2,677
5,889
5,889
4,818
АИР63А6
0,18/860
1,999
4,397
4,397
3,198
АИР63В6
0,25/860
2,776
6,108
6,108
4,442
АИР71А2
0,75/2820
2,540
6,604
6,858
4,064
АИР71В2
1,1/2800
3,752
8,254
9,004
6,003
АИР71А4
0,55/1360
3,862
8,883
9,269
6,952
АИР71В4
0,75/1350
5,306
13,264
13,794
12,733
АИР71А6
0,37/900
3,926
8,245
8,637
6,282
АИР71В6
0,55/920
5,709
10,848
12,560
9,135
АИР71В8
0,25/680
3,511
5,618
6,671
4,915
АИР80А2
1,5/2880
4,974
10,943
12,932
8,953
АИР80В2
2,2/2860
7,346
15,427
19,100
13,223
АИР80А4
1,1/1420
7,398
16,275
17,755
12,576
АИР80В4
1,5/1410
10,160
22,351
24,383
17,271
АИР80А6
0,75/920
7,785
16,349
17,128
12,457
АИР80В6
1,1/920
11,418
25,121
26,263
20,553
АИР80А8
0,37/680
5,196
10,393
11,952
7,275
АИР80В8
0,55/680
7,724
15,449
16,221
10,814
АИР90L2
3/2860
10,017
23,040
26,045
17,030
АИР90L4
2,2/1430
14,692
29,385
35,262
29,385
АИР90L6
1,5/940
15,239
30,479
35,051
28,955
АИР90LА8
0,75/700
10,232
15,348
20,464
15,348
АИР90LВ8
1,1/710
14,796
22,194
32,551
22,194
АИР100S2
4/2850
13,404
26,807
32,168
21,446
АИР100L2
5,5/2850
18,430
38,703
44,232
29,488
АИР100S4
3/1410
20,319
40,638
44,702
32,511
АИР100L4
4/1410
27,092
56,894
65,021
43,348
АИР100L6
2,2/940
22,351
42,467
49,172
35,762
АИР100L8
1,5/710
20,176
32,282
40,352
30,264
АИР112М2
7,5/2900
24,698
49,397
54,336
39,517
АИР112М4
5,5/1430
36,731
73,462
91,827
58,769
АИР112МА6
3/950
30,158
60,316
66,347
48,253
АИР112МВ6
4/950
40,211
80,421
88,463
64,337
АИР112МА8
2,2/700
30,014
54,026
66,031
42,020
АИР112МВ8
3/700
40,929
73,671
90,043
57,300
АИР132М2
11/2910
36,100
57,759
79,419
43,320
АИР132S4
7,5/1440
49,740
99,479
124,349
79,583
АИР132М4
11/1450
72,448
173,876
210,100
159,386
АИР132S6
5,5/960
54,714
109,427
120,370
87,542
АИР132М6
7,5/950
75,395
150,789
165,868
120,632
АИР132S8
4/700
54,571
98,229
120,057
76,400
АИР132М8
5,5/700
75,036
135,064
165,079
105,050
АИР160S2
15/2940
48,724
97,449
155,918
2,046
АИР160М2
18,5/2940
60,094
120,187
192,299
2,884
АИР180S2
22/2940
71,463
150,071
250,119
4,288
АИР180М2
30/2940
97,449
214,388
341,071
6,821
АИР200М2
37/2950
119,780
275,493
383,295
16,769
АИР200L2
45/2940
146,173
380,051
584,694
19,003
АИР225М2
55/2955
177,750
408,824
710,998
35,550
АИР250S2
75/2965
241,568
628,078
966,273
84,549
АИР250М2
90/2960
290,372
784,003
1161,486
116,149
АИР280S2
110/2960
354,899
887,247
1171,166
212,939
АИР280М2
132/2964
425,304
1233,381
1488,563
297,713
АИР315S2
160/2977
513,268
1231,844
1693,786
590,259
АИР315М2
200/2978
641,370
1603,425
2116,521
962,055
АИР355SMA2
250/2980
801,174
1281,879
2403,523
2163,171
АИР160S4
15/1460
98,116
186,421
284,538
7,457
АИР160М4
18,5/1460
121,010
229,920
350,930
11,375
АИР180S4
22/1460
143,904
302,199
402,932
15,110
АИР180М2
30/1460
196,233
470,959
588,699
27,276
АИР200М4
37/1460
242,021
532,445
847,072
46,952
АИР200L4
45/1460
294,349
647,568
941,918
66,229
АИР225М4
55/1475
356,102
997,085
1317,576
145,289
АИР250S4
75/1470
487,245
1218,112
1559,184
301,605
АИР250М4
90/1470
584,694
1461,735
1871,020
467,755
АИР280S4
110/1470
714,626
2072,415
2429,728
578,847
АИР280М4
132/1485
848,889
1697,778
2886,222
1612,889
АИР315S4
160/1487
1027,572
2568,931
3802,017
2363,416
АИР315М4
200/1484
1287,062
3217,655
4247,305
3603,774
АИР355SMA4
250/1488
1604,503
3690,356
4492,608
8985,215
АИР355SMВ4
315/1488
2021,673
5054,183
5862,853
12534,375
АИР355SMС4
355/1488
2278,394
5012,466
6151,663
15493,078
АИР160S6
11/970
108,299
205,768
314,067
12,021
АИР160М6
15/970
147,680
339,665
443,041
20,675
АИР180М6
18,5/970
182,139
400,706
546,418
29,324
АИР200М6
22/975
215,487
517,169
711,108
50,209
АИР200L6
30/975
293,846
617,077
881,538
102,846
АИР225М6
37/980
360,561
721,122
1081,684
186,050
АИР250S6
45/986
435,852
784,533
1307,556
440,210
АИР250М6
55/986
532,708
1012,145
1811,207
633,922
АИР280S6
75/985
727,157
1454,315
2326,904
1090,736
АИР280М6
90/985
872,589
1745,178
2792,284
1657,919
АИР315S6
110/987
1064,336
1809,372
2873,708
4044,478
АИР315М6
132/989
1274,621
2166,855
3696,400
5735,794
АИР355МА6
160/993
1538,771
2923,666
3539,174
11848,540
АИР355МВ6
200/993
1923,464
3654,582
4423,968
17118,832
АИР355MLA6
250/993
2404,330
4568,228
5529,960
25485,901
AИР355MLB6
315/992
3032,510
6065,020
7278,024
40029,133
АИР160S8
7,5/730
98,116
156,986
235,479
13,246
АИР160М8
11/730
1007,329
1712,459
2417,589
181,319
АИР180М8
15/730
196,233
333,596
529,829
41,994
АИР200М8
18,5/728
242,685
509,639
606,714
67,952
АИР200L8
22/725
289,793
579,586
724,483
88,966
АИР225М8
30/735
389,796
701,633
1052,449
214,388
АИР250S8
37/738
478,794
861,829
1196,985
481,188
АИР250М8
45/735
584,694
1052,449
1520,204
695,786
АИР280S8
55/735
714,626
1357,789
2143,878
1071,939
АИР280М8
75/735
974,490
1754,082
2728,571
1851,531
АИР315S8
90/740
1161,486
1509,932
2671,419
4413,649
АИР315М8
110/742
1415,768
2265,229
3964,151
6370,957
АИР355SMA8
132/743
1696,635
2714,616
3902,261
12215,774
AИР355SMB8
160/743
2056,528
3496,097
4935,666
18097,443
AИР355MLA8
200/743
2570,659
4627,187
6940,781
26991,925
AИР355MLB8
250/743
4498,654
7647,712
10796,770
58032,638
Расчет крутящего момента – формула

Примечание: при расчете стоит учесть коэффициент проскальзывания асинхронного двигателя. Номинальное количество оборотов двигателя не совпадает с реальным. Точное количество оборотов вы сможете найти, зная маркировку, в таблице выше.


Расчет онлайн

Для расчета крутящего момента электродвигателя онлайн введите значение мощности ЭД и реальную угловую скорость (количество оборотов в минуту)

тут будет калькулятор

После расчета крутящего момента, посмотрите схемы подключения асинхронных электродвигателей звездой и треугольником на сайте «Слобожанского завода»

Заметки рулевого DIESELOK. Теория, практика и наш опыт. : Мощность? Крутящий момент? Разбираемся!

Зачем автомобилю крутящий момент?

В материалах об автомобилях часто употребляются выражения «высокие обороты», «большой крутящий момент». Как оказалось, эти выражения (а также связь между этими параметрами) понятны не всем. Поэтому расскажем о них подробнее.

Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания это устройство, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

Схематически это выглядит так: 

Возгорание топлива в цилиндре (6) приводит к перемещению поршня (7), что, в свою очередь, приводит к проворачиванию коленчатого вала. 

То есть, циклы расширения и сжатия в цилиндрах приводят в действие кривошипно-шатунный механизм, который, в свою очередь, преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала: 

Итак, важнейшими характеристиками двигателя являются его мощность, крутящий момент и обороты, при которых эта мощность и крутящий момент достигаются.

Обороты двигателя

Под широкоупотребимым термином «обороты двигателя» имеется в виду количество оборотов коленчатого вала в единицу времени (в минуту).

И мощность, и крутящий момент - величины не постоянные, они имеют сложную зависимость от оборотов двигателя. Эта зависимость для каждого двигателя выражается графиками, подобными нижеследующему: 

Производители двигателей борются за то, чтобы максимальный крутящий момент двигатель развивал в как можно более широком диапазоне оборотов («полка крутящего момента была шире»), а максимальная мощность достигалась при оборотах, максимально приближенных к этой полке.

Мощность двигателя

тем большую скорость развивает авто

Мощность - это отношение работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. При вращательном движении мощность определяется как произведение крутящего момента на угловую скорость вращения.

Мощность двигателя последнее время все чаще указывают в кВт, а ранее традиционно указывали в лошадиных силах.

Как видно на приведенном выше графике, максимальная мощность и максимальный крутящий момент достигаются при различных оборотах коленвала. Максимальная мощность у бензиновых двигателей обычно достигается при 5-6 тыс. оборотов в минуту, у дизельных - при 3-4 тыс. оборотов в минуту.

График мощности для дизельного двигателя:

В практической плоскости - мощность влияет на скоростные характеристики авто: чем выше мощность, тем большую скорость может развивать автомобиль. 

Крутящий момент

Крутящий момент характеризует 

способность ускоряться и преодолевать препятствия

Крутящий момент (момент силы) - это произведение силы на плечо рычага. В случае кривошипно-шатунного механизма, данной силой является сила, передаваемая через шатун, а рычагом - кривошип коленчатого вала. Единица измерения - Ньютон-метр.

Иными словами, крутящий момент характеризует силу, с которой будет вращаться коленвал, и насколько успешно он будет преодолевать сопротивление вращению.

На практике высокий крутящий момент двигателя будет особенно заметен при разгонах и при передвижении по бездорожью: на скорости машина легче ускоряется, а вне дорог - двигатель выдерживает нагрузки и не глохнет. 

Еще примеры

Для большего практического понимания важности крутящего момента приведем несколько примеров на гипотетическом двигателе.

Даже без учета максимальной мощности, по графику, отражающему крутящий момент, можно сделать некоторые выводы. Разделим количество оборотов коленчатого вала на три части - это будут низкие обороты, средние и высокие. 

На графике слева представлен вариант двигателя, который имеет высокий крутящий момент на низких оборотах (что равносильно высокому крутящему моменту на малых скоростях) - с таким двигателем хорошо ездить по бездорожью - он "вытянет" из любой трясины. На графике справа - двигатель, у которого высокий крутящий момент на средних оборотах (средних скоростях) - этот двигатель рассчитан для использования в городе - он позволяет достаточно резво ускоряться от светофора до светофора.

Следующий график характеризует двигатель, который обеспечивает хорошее ускорение даже на высоких скоростях - с таким двигателем комфортно на трассе. Замыкает графики универсальный двигатель - с широкой полкой - такой двигатель и из болота вытянет, и в городе позволяет хорошо ускоряться, и на трассе.

К примеру 4,7-литровый бензиновый двигатель Toyota Land Cruiser 200 развивает максимальную мощность 288 л.с. при 5400 об/мин, а максимальный крутящий момент в 445 Нм при 3400 об/мин. А дизельный 4,5-литровый двигатель, устанавливаемый на это же авто развивает максимальную мощность 286 л.с. при 3600 об/мин, а максимальный крутящий момент – 650 Нм при "полке" в 1600-2800 об/мин.

1,6-литровый двигатель Mitsubishi Lancer X развивает максимальную мощность 117 л. с. при 6100 об/мин, а максимальный крутящий момент в 154 Нм достигается при 4000 об/мин.

2,0-литровый двигатель Honda S2000 обеспечивает максимальную мощность в 240 л.с. при 8300 об/мин, а максимальный крутящий момент в 208 Нм при 7500 об/мин, являясь примером "спортивности".

Итог

Итак, как мы уже видели, связь между мощностью, крутящим моментом и оборотами двигателя - довольно сложная. Суммируя, можно сказать следующее:

  • крутящий момент отвечает за способность ускоряться и преодолевать препятствия,
  • мощность ответственна за максимальную скорость автомобиля,
  • а обороты двигателя все усложняют, так как каждому значению оборотов соответствует свое значение мощности и крутящего момента.

А в целом все выглядит так: 

  • высокий крутящий момент на низких оборотах дает автомобилю тягу для передвижения по бездорожью (таким распределением сил могут похвастать дизельные двигатели). При этом мощность может стать уже вторичным параметром - вспомним, хотя бы, трактор Т25 с его 25 л.с.;
  • высокий крутящий момент (а лучше - «полка крутящего момента) на средних и высоких оборотах дает возможность резко ускоряться в городском потоке или на трассе;
  • высокая мощность двигателя обеспечивает высокую максимальную скорость;
  • низкий крутящий момент (даже при высокой мощности) не позволит реализовать потенциал двигателя: имея возможность разогнаться до высокой скорости, автомобиль будет достигать этой скорости невероятно долго. 

«Понимание взаимосвязи между двумя», EPI Inc.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ:
Крутящий момент измеряется; Мощность рассчитана

ПРИМЕЧАНИЕ: Все наши продукты, конструкции и услуги являются ОРГАНИЧЕСКИМИ, БЕЗ ГЛЮТЕНА, НЕ СОДЕРЖАТ ГМО и не нарушают чьи-либо драгоценные ЧУВСТВА.

Для того, чтобы подробно обсудить силовые установки, важно понимать концепции POWER и TORQUE .

ОДНАКО, чтобы понять POWER , вы должны сначала понять ENERGY и WORK .

Если вы какое-то время не рассматривали эти концепции, было бы полезно сделать это перед изучением этой статьи. НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы получить быстрый обзор Energy and Work.

Часто кажется, что люди не понимают отношения между МОЩНОСТЬЮ и МОМЕНТОМ. Например, мы слышали, как производителей двигателей , консультантов по распределительным валам и другие « технических экспертов» спрашивали клиентов:

«Вы хотите, чтобы ваш двигатель выдавал ЛОШАДЬ или МОМЕНТ?»

И этот вопрос обычно задают тоном, который убедительно свидетельствует о том, что эти «эксперты» верят, что мощность и крутящий момент каким-то образом исключают друг друга.

На самом деле верно обратное, и вы должны четко понимать следующие факты:

  1. МОЩНОСТЬ (скорость выполнения РАБОТ) зависит от МОМЕНТА и ОБ / МИН .
  2. МОМЕНТ и ОБ / МИН - ИЗМЕРЕНИЕ мощности двигателя.
  3. МОЩНОСТЬ ВЫЧИСЛЯЕТСЯ от крутящего момента и числа оборотов в минуту по следующему уравнению:
л.с. = крутящий момент x об / мин ÷ 5252

(Для всех, кто интересуется, внизу этой страницы показан вывод этого уравнения.)

Двигатель производит МОЩНОСТЬ за счет ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА, который может приложить заданное значение МОМЕНТ на нагрузку при заданных об / мин . Величина МОМЕНТА, которую может проявить двигатель, обычно зависит от числа оборотов.

МОМЕНТ

МОМЕНТ определяется как СИЛА вокруг данной точки, приложенная на РАДИУС от этой точки. Обратите внимание, что единицей МОМЕНТА является один фунт-фут (часто неверно), а единицей РАБОТА является один фут-фунт .

Рисунок 1

Ссылаясь на , рис. 1 , предположим, что ручка прикреплена к шатуну так, чтобы она была параллельна поддерживаемому валу и расположена на радиусе 12 дюймов от центра вала. В этом примере рассмотрим вал должен быть прикреплен к стене. Пусть стрелка представляет силу в 100 фунтов, приложенную в направлении, перпендикулярном ручке и шатуну, как показано.

Поскольку вал прикреплен к стене, вал не вращается, но к валу прилагается крутящий момент , равный 100 фунт-фут (100 фунтов на 1 фут).

ПРИМЕЧАНИЕ , что ЕСЛИ шатун на эскизе был вдвое длиннее (т. Е. Рукоятка была расположена в 24 дюймах от центра вала), то же усилие в 100 фунтов, приложенное к рукоятке, дало бы 200 фунт-фут. крутящего момента (100 фунтов на 2 фута).

МОЩНОСТЬ

МОЩНОСТЬ - это показатель того, сколько РАБОТ можно выполнить за указанное ВРЕМЯ. В примере на странице «Работа и энергия» парень, толкающий машину, сделал 16 500 фут-фунтов из РАБОТЫ . Если бы он проделал эту работу за две минуты, он произвел бы 8250 фут-фунтов в минуту POWER (165 футов x 100 фунтов ÷ 2 минуты). Если вам неясно, что такое РАБОТА и ЭНЕРГИЯ, было бы полезно ознакомиться с этими концепциями ЗДЕСЬ.

Точно так же, как один тонны - это большой вес (по определению, 2000 фунтов), один лошадиных сил - это большое количество мощности. Определение одной лошадиной силы составляет 33000 фут-фунтов в минуту . Мощность, которую парень произвел, толкая свою машину по участку (8250 фут-фунтов в минуту), равна лошадиных сил (8 250 ÷ 33 000).

Хорошо, все в порядке, но какое отношение имеет толкание машины через парковку к вращающимся машинам?

Рассмотрим следующее изменение в приведенном выше эскизе «Рукоятка и шатун ». Рукоятка все еще находится на расстоянии 12 дюймов от центра вала, но теперь, вместо того, чтобы быть прикрепленным к стене, вал теперь проходит через стену, опираясь на подшипники качения, и прикреплен к генератору за стеной.

Предположим, как показано на Рис. 2 , что постоянная сила 100 фунтов.каким-то образом прикладывается к ручке, так что сила всегда перпендикулярна как ручке, так и шатуну, когда шатун поворачивается. Другими словами, «стрелка» вращается вместе с ручкой и остается в том же положении относительно кривошипа и ручки, как показано в последовательности ниже. (Это называется «касательной силой»).

Рисунок 2

Если эта постоянная тангенциальная сила в 100 фунтов, приложенная к 12-дюймовой рукоятке (крутящий момент 100 фунт-фут), заставляет вал вращаться со скоростью 2000 об / мин, то мощность , , которую вал передает генератору за стеной, равна 38 HP , рассчитывается следующим образом:

100 фунт-фут крутящего момента (100 фунт-футов)x 1 фут), умноженное на 2000 об / мин, деленное на 5252, составляет 38 л.с.

Следующие примеры иллюстрируют несколько различных значений МОМЕНТА, которые обеспечивают 300 л.с.

Пример 1 : Какой МОМЕНТ требуется для производства 300 л.с. при 2700 об / мин?

, поскольку HP = МОМЕНТ x ОБ / МИН ÷ 5252
, затем переформулируя уравнение:
МОМЕНТ = HP x 5252 ÷ ОБ / МИН

Ответ: МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 2700 = 584 фунт-фут.

Пример 2: Какой МОМЕНТ требуется для производства 300 л.с. при 4600 об / мин?

Ответ: МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 4600 = 343 фунт-фут.

Пример 3: Какой МОМЕНТ требуется для производства 300 л.с. при 8000 об / мин?

Ответ: МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 8000 = 197 фунт-фут.

Пример 4: Какой МОМЕНТ дает секция турбины 41 000 об / мин газотурбинного двигателя мощностью 300 л.с.?

Ответ: МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 41000 = 38,4 фунт-фут.

Пример 5: Выходной вал коробки передач двигателя в Примере 4 выше вращается со скоростью 1591 об / мин.Какой МОМЕНТ доступен на этом валу?

Ответ: МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 1591 = 991 фунт-фут.
(без учета потерь в редукторе, конечно).

Из этих чисел следует сделать вывод о том, что определенное количество лошадиных сил может быть получено из бесконечного числа комбинаций крутящего момента и числа оборотов в минуту.

Подумайте об этом по-другому: в автомобилях равного веса 2-литровый двигатель с двумя распредвалами, развивающий 300 л.с. при 8000 об / мин (197 фунт-фут) и 400 л.с. при 10000 об / мин (210 фунт-фут), поможет вам. угла так же, как и 5-литровый двигатель, который развивает 300 л.с. при 4000 об / мин (394 фунт-фут) и 400 л.с. при 5000 об / мин (420 фунт-фут).Фактически, в автомобилях равного веса меньший двигатель, вероятно, будет гоняться ЛУЧШЕ, потому что он намного легче и, следовательно, снижает нагрузку на переднюю часть. И, на самом деле, автомобиль с более легким 2-литровым двигателем, вероятно, будет весить меньше, чем большой автомобиль с двигателем V8, поэтому он будет лучшим гоночным автомобилем по нескольким причинам.

Измерение мощности

Динамометр определяет МОЩНОСТЬ , которую производит двигатель путем приложения нагрузки к выходному валу двигателя с помощью водяного тормоза, генератора, поглотителя вихревых токов или любого другого управляемого устройства, способного поглощать мощность.Система управления динамометром заставляет поглотитель точно соответствовать количеству МОМЕНТ , которое двигатель производит в этот момент, затем измеряет , что МОМЕНТ и об / мин вала двигателя, и на основе этих двух измерений он вычисляет наблюдается мощность. Затем он применяет различные факторы (температура воздуха, барометрическое давление, относительная влажность), чтобы скорректировать наблюдаемую мощность до значения, которое было бы, если бы оно было измерено при стандартных атмосферных условиях , называемое скорректированной мощностью .

Мощность для привода насоса

В ходе работы с множеством различных проектов двигателей мы часто слышим предложения о том, что мощность двигателя может быть увеличена за счет использования «лучшего» масляного насоса. В этом предположении подразумевается вера в то, что «лучший» масляный насос имеет более высокую эффективность перекачивания и, следовательно, может обеспечить требуемый поток при требуемом давлении, потребляя при этом меньшую мощность от коленчатого вала. Хотя с технической точки зрения это так, величина улучшения на удивление мала.

Сколько мощности требуется, чтобы привести в действие насос, подающий известный поток при известном давлении? Мы уже показали, что мощность - это работа в единицу времени, и мы пока будем придерживаться старых добрых американских единиц (фут-фунт в минуту и ​​дюйм-фунт в минуту). И мы знаем, что расход умножить на давление равно МОЩНОСТЬ , как показано:

Расход (кубических дюймов / минуту) умноженный на давление (фунты / квадратный дюйм) = МОЩНОСТЬ (дюйм-фунты / минуту)

Далее достаточно просто умножить на соответствующие константы, чтобы получить уравнение, которое вычисляет HP по давлению, умноженному на расход.Поскольку расход чаще всего указывается в галлонах в минуту, и поскольку хорошо известно, что в галлоне содержится 231 кубический дюйм, то:

Расход (галлонов в минуту) x 231 (кубический дюйм / галлон) = расход (кубический дюйм в минуту).

Поскольку, как объяснялось выше, 1 л.с. - это 33 000 фут-фунтов работы в минуту, умножение этого числа на 12 дает количество дюйм-фунтов работы в минуту в одном HP (396 000). Разделив 396 000 на 231, мы получим коэффициент преобразования единиц 1714,3. Следовательно, простое уравнение:

Насос HP = расход (галлонов в минуту) x давление (PSI) / 1714.

Это уравнение представляет мощность, потребляемую насосом со 100% КПД. Когда в уравнение включается КПД насоса, оно становится:

Насос HP = (расход {GPM} x давление {PSI} / (1714 x КПД)

Обычные шестеренчатые насосы обычно работают с КПД от 75 до 80%. Итак, предположим, что вашему полностью алюминиевому двигателю V8 требуется 10 галлонов в минуту при 50 фунтах на квадратный дюйм. Масляный насос будет рассчитан на поддержание некоторого предпочтительного уровня давления масла на холостом ходу, когда двигатель и масло горячие, поэтому насос будет иметь гораздо большую производительность, чем требуется для поддержания 10 галлонов в минуту при 50 фунтах на квадратный дюйм при рабочей скорости.(Это то, что делает «предохранительный» клапан: отводит избыточную пропускную способность обратно на вход насоса, что, в качестве дополнительного преимущества, также резко снижает предполагаемую кавитацию во входной линии насоса.)

Итак, предположим, что ваш насос с КПД 75% поддерживает 50 фунтов на квадратный дюйм при рабочей скорости и обеспечивает 10 галлонов в минуту, необходимые двигателю. Фактически он перекачивает примерно 50 галлонов в минуту (10 из которых проходят через двигатель, а остальные 40 - через предохранительный клапан) при 50 фунтах на квадратный дюйм. Мощность для привода этой ступени нагнетательного насоса:

л.с. = (50 галлонов в минуту x 50 фунтов на кв. Дюйм) / (1714 x 0.75 КПД) = 1,95 л.с.

Предположим, вы поддались шумихе и выложили действительно большие деньги за помпу с эффективностью 90%. Этот насос (при том же расходе и давлении) потребляет:

л.с. = (50 галлонов в минуту x 50 фунтов на кв. Дюйм) / (эффективность 1714 x 0,90) = 1,62 л.с.

ВАУ. Чистый прирост 1/3 HP. Может ли ВАШ дино измерить разницу в 1 л.с. точно и с повторяемостью?

Общие наблюдения

Чтобы спроектировать двигатель для конкретного применения, полезно построить график оптимальной кривой мощности для этого конкретного приложения, а затем на основе этой проектной информации определить кривую крутящего момента, которая требуется для получения требуемой кривой мощности.Оценивая требования к крутящему моменту по сравнению с реалистичными значениями BMEP, вы можете определить разумность целевой кривой мощности.

Обычно пик крутящего момента происходит при значительно более низких оборотах в минуту, чем пиковая мощность. Причина в том, что, как правило, кривая крутящего момента не спадает (в%) так быстро, как увеличивается число оборотов в минуту (в%). Для гоночного двигателя часто бывает выгодно (в рамках граничных условий приложения) эксплуатировать двигатель значительно выше пика мощности, чтобы обеспечить максимальную среднюю мощность в требуемом диапазоне оборотов.

Однако для двигателя, который работает в относительно узком диапазоне оборотов, такого как авиационный двигатель, обычно требуется, чтобы двигатель вырабатывал максимальную мощность при максимальных оборотах. Для этого требуется, чтобы пик крутящего момента был достаточно близок к максимальным оборотам в минуту. Для авиационного двигателя вы обычно проектируете кривую крутящего момента так, чтобы она была максимальной при нормальном крейсерском режиме и оставалась ровной до максимальных оборотов. Такое расположение кривой крутящего момента позволило бы двигателю производить значительно большую мощность, если бы он мог работать на более высоких оборотах, но цель состоит в том, чтобы оптимизировать производительность в пределах рабочего диапазона.

Пример этой концепции показан на Рисунке 3 ниже. Три пунктирные линии представляют три разные кривые крутящего момента, каждая из которых имеет точно такую ​​же форму и значения крутящего момента, но с пиковыми значениями крутящего момента, расположенными при разных значениях числа оборотов в минуту. Сплошные линии показывают мощность, создаваемую кривыми крутящего момента того же цвета.

Рисунок 3

Обратите внимание, что при пике крутящего момента 587 фунт-фут при 3000 об / мин розовая линия электропередачи достигает пика примерно 375 л.с. между 3500 и 3750 об / мин.Если та же кривая крутящего момента сдвинута вправо на 1500 об / мин (черный, пик крутящего момента 587 фунт-фут при 4500 об / мин), пиковая мощность подскакивает примерно до 535 л.с. при 5000 об / мин. Опять же, перемещение той же кривой крутящего момента вправо еще на 1500 об / мин (синий, пик крутящего момента 587 фунт-фут при 6000 об / мин) приводит к максимальной мощности около 696 л.с. при 6500 об / мин

Используя в качестве примера черные кривые, обратите внимание, что двигатель выдает 500 л.с. при 4500 и 5400 об / мин, что означает, что двигатель может выполнять такой же объем работы за единицу времени (мощности) при 4500, как и при 5400.ОДНАКО, он будет сжигать меньше топлива для выработки 450 л.с. при 4500 об / мин, чем при 5400 об / мин, потому что паразитные потери мощности (мощность, потребляемая для вращения коленчатого вала, компонентов возвратно-поступательного движения, клапанного механизма) увеличивается пропорционально квадрату частоты вращения коленчатого вала.

Диапазон оборотов, в котором двигатель развивает максимальный крутящий момент, ограничен. Вы можете настроить двигатель так, чтобы он имел высокий пиковый крутящий момент с очень узким диапазоном или более низкое значение максимального крутящего момента в более широком диапазоне. Эти характеристики обычно диктуются параметрами приложения, для которого предназначен двигатель.

Пример этого показан на Рисунке 4 ниже. Это то же самое, что и график на Рисунке 3 (выше), ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ, синяя кривая крутящего момента была изменена (как показано зеленой линией), поэтому она не спадает так быстро. Обратите внимание, как это приводит к тому, что зеленая линия электропередачи выходит за пределы максимального крутящего момента. Такого рода изменение кривой крутящего момента может быть достигнуто путем изменения различных ключевых компонентов, включая (но не ограничиваясь ими) профили выступов кулачков, разделение выступов кулачков, длину впускных и / или выпускных направляющих, поперечное сечение впускных и / или выпускных направляющих.Изменения, направленные на расширение пикового крутящего момента, неизбежно уменьшат значение пикового крутящего момента, но желательность данного изменения определяется приложением.

Рисунок 4

Вывод уравнения мощности
(для всех, кому интересно)

Эта часть может не представлять интереса для большинства читателей, но несколько человек спрашивали:

«Хорошо, если л.с. = ОБ / МОМ x МОМЕНТ ÷ 5252 , то откуда 5252?»

Вот ответ.

По определению МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ ÷ ВРЕМЯ (как объяснено выше под заголовком МОЩНОСТЬ )

Используя пример на рисунке 2 выше, где постоянная тангенциальная сила в 100 фунтов была приложена к 12-дюймовой рукоятке, вращающейся со скоростью 2000 об / мин, мы знаем задействованную силу , поэтому для расчета мощности нам потребуется расстояние до ручки перемещений на единицу время , выражается как:

Мощность = 100 фунтов x расстояние в минуту

Хорошо, как далеко рукоятка кривошипа перемещается за одну минуту? Сначала определите расстояние, на которое он проходит за один оборот :

РАССТОЯНИЕ за оборот = 2 x π x радиус

РАССТОЯНИЕ за оборот.= 2 x 3,1416 x 1 фут = 6,283 фута

Теперь мы знаем, как далеко кривошип перемещается за один оборот. Как далеко заводится за одну минуту ?

РАССТОЯНИЕ в мин. = 6,283 фута на оборот х 2000 изм. за мин. = 12,566 футов в минуту

Теперь мы знаем достаточно, чтобы вычислить мощность, определенную как:

МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ ÷ ВРЕМЯ
, так что
Мощность = 100 фунтов x 12566 футов в минуту = 1256 600 фут-фунтов в минуту

Пухло, а как насчет HORSEPOWER? Помните, что одна ЛОШАДЬ определяется как 33000 фут-фунтов работы в минуту .Следовательно, HP = МОЩНОСТЬ (фут-фунт в минуту) ÷ 33000. Мы уже подсчитали, что мощность, подаваемая на кривошипно выше, составляет 1 256 600 фут-фунтов в минуту.

Сколько это HP?

л.с. = (1,256,600 ÷ 33,000) = 38,1 л.с.

Теперь мы объединяем кое-что, что мы уже знаем, чтобы произвести магию 5252. Мы уже знаем это:

МОМЕНТ = СИЛА x РАДИУС.

Если мы разделим обе части этого уравнения на РАДИУС, мы получим:

(a) СИЛА = МОМЕНТ ÷ РАДИУС

Теперь, если РАССТОЯНИЕ на оборот = РАДИУС x 2 x π, то

(b) РАССТОЯНИЕ в минуту = РАДИУС x 2 x π x об / мин

Мы уже знаем

(c) МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ в минуту

Итак, если мы подставим эквивалент FORCE из уравнения (a) и расстояние в минуту из уравнения (b) в уравнение (c), мы получим:

МОЩНОСТЬ = (МОМЕНТ ÷ РАДИУС) x (ОБ / МИН x РАДИУС x 2 x π)

Разделив обе стороны на 33000, чтобы найти HP,

л.с. = МОМЕНТ ÷ РАДИУС x ОБ / МИН x РАДИУС x 2 x π ÷ 33,000

При уменьшении получаем

л.с. = МОМЕНТ x ОБ / МИН x 6.28 ÷ 33,000

с

33000 ÷ 6.2832 = 5252

Следовательно,

л.с. = МОМЕНТ x ОБ / МИН ÷ 5252

Обратите внимание, что при 5252 об / мин крутящий момент и л.с. равны. При любых оборотах ниже 5252 значение крутящего момента больше, чем значение HP; Выше 5252 об / мин значение крутящего момента меньше значения л.с.

Выполненная работа и переданная мощность

Выполненная работа

Выполненная работа - это сила, умноженная на расстояние, перемещенное на силу , и может быть выражена как

W = F s (1)

где

W = выполненная работа (Дж, Нм)

F = сила (Н)

s = расстояние, перемещаемое силой (с)

Для углового перемещения

выполненная работа может быть выражено как

W = F θ r

= T θ (2)

, где

W = работа (Джоули)

θ = угол (радианы)

r = радиус (м)

T = крутящий момент или момент (Нм)

Передаваемая мощность

Мощность - это соотношение между рабочими k и затраченное время могут быть выражены как

P = W / dt

= T θ / dt

= T ω

= 2 π n T

= 2 π (n об / мин /60) T

= 0.105 n об / мин T (3)

где

P = мощность (Вт)

dt = затраченное время (с)

ω = θ / dt = 2 π n = угловая скорость (рад / с)

n = скорость (об / с)

n об / мин = скорость (об / мин, об / мин)

Примечание! - машина должна вращаться, чтобы производить энергию! Машина без вращения может передавать крутящий момент, как электродвигатель, но, поскольку расстояние не перемещается силой, мощность не производится.Как только машина начинает вращаться, вырабатывается мощность.

Пример - необходимый крутящий момент для выработки мощности

Машина вращается со скоростью 3000 об / мин (об / мин) и потребляет 5 кВт . Крутящий момент на валу можно рассчитать, изменив (3) на

T = P / 2 π n

= (5 кВт) (1000 Вт / кВт) / 2 π (3000 об / мин) / (60 сек / мин)

= 15,9 Нм

Лошадиные силы и крутящий момент - Веб-сайт Крейга в Backfire.около

Мощность и крутящий момент
Из http://craig.backfire.ca/pages/autos/horsepower

Введение

Показатели мощности и крутящего момента двигателя две вещи, о которых часто говорят в автомобильной круги, но могут быть неправильно поняты. В этой статье я буду искать как эти числа влияют на способность автомобиля ускоряться. Кэрролл Шелби однажды сказал: «Лошадиные силы продают автомобили, крутящий момент выигрывает гонки». Посмотрим, правда ли это на самом деле.

Допущения

В этой статье будут сделаны некоторые предположения, как показано ниже.

  1. Нет трения дороги или трения нигде в этом отношении.
  2. На автомобили отсутствуют аэродинамические эффекты.
  3. Машины стоят на ровной поверхности.
  4. Потери в трансмиссии отсутствуют. Трансмиссия и задний мост в идеале.
  5. Транспортные средства всегда движутся с некоторой ненулевой скоростью.
  6. Переключение передач происходит мгновенно.
  7. Автомобили всегда работают на полную мощность.
  8. Турбо лага нет.

Очевидно, что ни одно из этих предположений не применимо к реальной жизни, но они дадут объяснение. многих понятий намного проще. Мощность будет измеряться в лошадиных силах. Мощность и В этой статье мощность в лошадиных силах будет использоваться как синонимы. Крутящий момент будет измеряется в фунт-футах, что будет обозначаться как фунт-фут или просто tq.

Момент

Крутящий момент - это сила, которая вызывает вращение. Сила, приложенная в ненулевом расстояние от центра объекта будет иметь тенденцию вращать объект.Это легко видел в реальной жизни. Если гаечный ключ помещен на болт, и к концу гаечного ключа приложено усилие, болт повернется. Если бы такое же тянущее усилие было приложено непосредственно к болту, он не повернуть, потому что направление силы проходит через центр объекта. Величина крутящего момента определяется путем умножения величины силы на расстояние силы от центра.

Диаграмма, показывающая крутящий момент.

Крутящий момент можно использовать для создания силы на расстоянии, как показано ниже.На машине, так колесо и шина прикладывают силу к дорожному покрытию.

Крутящий момент можно использовать для создания силы на расстоянии.

Работа

Когда речь заходит об автомобилях, речь не идет о работе. Работа определена как передача энергии от одной системы к другой, например, человек толкает тележку. Математически работа - это произведение силы и расстояния, и имеет такие единицы измерения, как фут-фунты или ньютон-метры. Направление силы (или хотя бы его составляющая) должно соответствовать направление движения, при котором сила считается выполненной.Также, если нет движения, значит, никаких работ не производилось.

Работа над объектом осуществляется путем приложения силы на расстоянии.

Разница между крутящим моментом и работой

Обратите внимание, что единицы крутящего момента и работы являются продуктом сила и расстояние, но крутящий момент и работа - две разные вещи. Крутящий момент - это сила, которая имеет тенденцию вызывать вращение, что означает что он на самом деле не заставляет объект перемещаться на расстояние. Работа - это мера передачи энергии между системами, которая может или не могло быть сделано силой от крутящего момента.

Разница между крутящим моментом и работой.

На вращающемся валу работа совершается за счет силы крутящего момента. Крутящий момент - это сила, которая вызывает вращение, и вал вращается. Сила крутится кругом, и вал тоже, так что если вал был "раскручен", была бы сила, перемещающаяся на расстоянии, и это работа.

На вращающемся валу крутящий момент выполняет свою работу.

Мощность

Мощность - это объем работы, который можно выполнить за определенное время, или "скорость работы », или« скорость передачи энергии между системами ».Формула расчета мощности показано ниже:

Сила - это произведение силы и расстояния за период времени.

Вышеупомянутое уравнение можно переписать в терминах силы и скорости: как показано ниже:

Используя определение скорости, мощность можно выразить в терминах силы и скорости.

Мощность на валу

На вращающемся валу действует сила крутящего момента. Скорость работы зависит от скорости вращения вала. Следовательно, количество мощности вращающийся вал является продуктом его скорость вращения и его крутящий момент.Используя произвольные единицы, формула мощности для вращающегося вала:

Мощность на валу в условных единицах.

Единицы мощности вала

При использовании фунт-футов в качестве единиц крутящего момента оборотов в минуту (об / мин) для скорости вращения, мощность на валу может быть выражена следующей формулой:

Мощность на валу в лошадиных силах.

Приведенная выше формула мощности часто неверно интерпретируется как показывающая что мощность и крутящий момент - это одно и то же, или что они как-то торговать друг с другом руками со скоростью 5252 об / мин.Эта ошибка из-за того, что график крутящего момента в фунт-футах и мощность в лошадиных силах по сравнению с оборотами двигателя пересекается при 5252 об / мин. Крутящий момент и мощность играют одинаковую роль независимо от того, работает ли двигатель. ниже, на или выше 5252 об / мин. Многие дизельные двигатели и даже некоторые газовые двигатели, даже не способны так сильно набрать обороты.

В физическом смысле 5252 об / мин не имеет большого значения. Это просто число оборотов в минуту, при котором график крутящего момента в фунт-футах и ​​мощности в лошадиных силах будет пересекаться при рисовании на том же листе бумаги.Если использовались разные единицы измерения, кривые пересекались в разных точках, но принципы работы остались бы неизменными.

Приведенные выше утверждения можно проверить, изменив единицы измерения по мощности и крутящему моменту. Австралийцы часто используют киловатты в качестве единиц мощности, и Ньютон-метры для крутящего момента. При этом вал формула мощности становится:

Мощность на валу в метрических единицах.

В метрических единицах константа преобразования единиц равна 9549, не 5252, как было, когда фунт-футы и лошадиные силы использовались.Это означает, что график мощности и крутящего момента по сравнению с оборотами с использованием метрических единиц будет иметь пересечение кривых при 9549 об / мин вместо 5252 об / мин.

Австралийские двигатели подчиняются тем же законам физики, что и американские двигатели. Единственное реальное различие между ними заключается в том, что австралийские двигатели предназначен для работы вверх ногами.

Шестерни

Шестерни используются для изменения крутящего момента и скорости вращения части системы вращающихся валов или для изменить направление передаваемого движения.Примером первого может быть автомобильный трансмиссия, а примером последнего могут быть шестерни заднего моста.

Идеальная зубчатая передача (без потерь) передает на выходной вал равную мощность, получаемую от входной вал. Это означает, что если редуктор имеет передаточное число 2: 1, выходной вал будет вращаться. вдвое медленнее, чем входной вал, но будет иметь двойной крутящий момент. Ниже приведен рисунок, на котором показано влияние набора шестерен с использованием произвольного передаточного числа GR.

Коробке передач выдается определенная мощность в виде крутящего момента и числа оборотов.Тогда это выдает равную мощность, при этом обороты и крутящий момент регулируются в соответствии с передаточное число.


Формулы, используемые для шестерен.

Интересно отметить, что шестерни и электрические трансформаторы очень похожи. Шестерни изменяют крутящий момент и скорость, а трансформаторы изменяют напряжение и ток. Обе передачи а трансформаторы выдают столько энергии, сколько получают.

Автомобильный аккумулятор вырабатывает 12 вольт и большой ток, но свече зажигания требуется до 50 000 вольт и очень небольшой ток.Катушка зажигания, которая представляет собой трансформатор, отводит избыточный ток от батареи, чтобы обеспечить необходимое высокое напряжение для свечей зажигания.

Зубчатая передача

Трансмиссия автомобиля использует несколько наборов шестерен, чтобы контролировать, насколько общая мощность двигателя будет крутящим моментом, и сколько будет скорость вращения колес.

Все бензиновые поршневые двигатели развивают слишком маленький крутящий момент и слишком много оборотов. правильно повернуть колеса обычного дорожного автомобиля.С шинами 27 дюймов, 6000 об / мин на колесах будет 450 миль в час. Также требуется намного больше, чем несколько сотен фунтов силы. даже переместить что-нибудь тяжелое, например, легковую машину. Это почему все автомобили имеют трансмиссию, которая настроена разделить обороты и умножить крутящий момент.

Большинство автомобилей оснащено двумя наборами зубчатых передач. между двигателем и колесами. Первый комплект - трансмиссия, увеличивающая крутящий момент определенное количество, в зависимости от того, на какой передаче он находится. Обычно первая передача имеет передаточное число около 3: 1, в то время как высшая передача имеет отношение около 0.8: 1. После передачи идет еще один набор шестерен, которые обычно имеют передаточное число от 2,5: 1 до 6,0: 1, в зависимости от автомобиля. Ниже приведена схема типичной трансмиссии большинства автомобилей.

Трансмиссия автомобиля оснащена трансмиссией и главной передачей для отрегулируйте крутящий момент двигателя и обороты для ускорения автомобиля.

Крутящий момент и частота вращения колес зависят от крутящего момента и числа оборотов двигателя, а также от передаточных чисел. между.

Причина того, что в автомобилях есть трансмиссии с несколькими передачами, заключается в том, что двигатель можно удерживается в рабочем диапазоне оборотов, пока автомобиль разгоняется от отдых, возможно, более 200 миль в час.На первой передаче большое ускорение из-за увеличения крутящего момента, но перед двигатель набирает обороты до красной черты. На второй передаче ускорение чуть меньше, но немного меньше. более высокая скорость перед красной чертой. Эта тенденция более высокой скорости и более низкое ускорение продолжается на каждой передаче в трансмиссии.

Каждая передача обеспечивает разное ускорение. и скорость. Комбинация скорости и ускорения связана с мощностью двигателя.

Разгон автомобиля

Второй закон движения Ньютона гласит, что ускорение тела связано с приложенной силе и массе тела, как показано ниже:

Согласно второму закону движения Ньютона, большая сила или меньшая масса приведет к большее ускорение.

Чтобы иметь место ускорение, сила должна быть приложена с той же скоростью. что объект движется ненулевое время. Сила, применяемая с определенной скоростью в течение определенного периода времени, является мощностью, следовательно, сила ускорения движущегося объекта определяется мощностью, приложенной в та скорость.

Колеса получают крутящий момент и скорость вращения от двигателем и приложите силу к тротуару. Именно эта сила ускоряет автомобиль. Скорость машины напрямую связано со скоростью вращения колеса.

Ускорение движущегося объекта равно мощности, деленной на скорость. и масса. Произведение скорости и массы известно как импульс.

Сила ускорения, которую шина прикладывает к дороге. происходит от крутящего момента на колесах.Вот почему сила ускорения часто рассчитывается передавая крутящий момент двигателя через шестерню трансмиссии и колеса, как показано в формуле ниже. Я буду называть этот метод расчета силы ускорения методом крутящего момента.

Силу ускорения можно рассчитать передавая крутящий момент двигателя через весь трансмиссии и по радиусу колеса на дорогу.

Если известны скорость автомобиля и мощность его двигателя в данный момент сила ускорения может рассчитывать, ничего не зная о трансмиссии зубчатая передача, диаметр шины или даже крутящий момент двигателя.Я буду называть этот метод расчета силы ускорения силовым. Ниже приведена формула метода мощности при использовании британских единиц.

Когда мощность и скорость известны, сила ускорения может быть рассчитана напрямую, ничего не зная о трансмиссия.

Метод крутящего момента и метод мощности оба будут давать одинаковые результаты, как показано в примере ниже.

Расчетная сила ускорения - это то же самое при использовании метода крутящего момента или метода мощности.

Простой пример

Чтобы продемонстрировать влияние мощности и крутящего момента, Я поставлю три разных двигателя в одну машину. Скорость автомобиля будет одинаковой для каждого из трех тестов, так что отчетливо видны различия в силе ускорения.

Для сравнения будет использован образец автомобиля.

Автомобиль имеет шины диаметром 24 дюйма, что дает радиус 1 фут. В шина будет вращаться со скоростью 500 об / мин, что означает, что машина едет со скоростью 35.7 миль / ч. Трансмиссия будет на передаче с передаточным числом 2: 1. Передаточное число главной передачи будет выбрано таким образом, чтобы удовлетворить частоту вращения карданного вала. и обороты колеса.

Подробная информация о компоновке трансмиссии.

Синий двигатель

Синий двигатель работает со скоростью 2000 об / мин и развивает крутящий момент 200 фунт-фут. что составляет 76 лошадиных сил. Передаточное отношение главной передачи должно быть 2: 1. чтобы соответствовать частоте вращения колес и приводному валу. При такой настройке автомобиль наносит 800 фунтов на дорогу.

Синий двигатель развивает 76 л.с. и снижает нагрузку на дорогу в 800 фунтов.

Зеленый двигатель

Зеленый двигатель работает со скоростью 4000 об / мин и развивает крутящий момент 100 фунт-фут. что также составляет 76 лошадиных сил. Он в два раза больше, чем синий двигатель, но делая только половину крутящего момента. Передаточное число главной передачи должно быть 4: 1. чтобы соответствовать частоте вращения колес и приводному валу. При такой настройке автомобиль наносит 800 фунтов силы на дорогу, что равно силе, создаваемой синий двигатель.

Зеленый двигатель развивает мощность 76 л.с. и снижает расход 800 фунтов на дорогу, просто нравится синий двигатель.

Красный двигатель

Красный двигатель работает со скоростью 4000 об / мин и развивает крутящий момент 200 фунт-фут. что составляет 152 лошадиные силы. Он развивает такой же крутящий момент, как и синий двигатель, и обороты так же высоки, как и зеленый двигатель. Передаточное число главной передачи должно быть 4: 1. чтобы соответствовать частоте вращения колес и приводному валу. При такой настройке автомобиль бросает 1600 фунтов на дорогу, что вдвое превышает силу что сделали два других двигателя.

Красный двигатель выдает 152 лошадиных силы, что вдвое больше. двух других двигателей. Это прикладывает силу 1600 фунтов к дорога, которая также вдвое выше, чем у двух других двигателей.

Это видно из сравнения трех вышеуказанных двигателей. что самый мощный давал наивысшую силу, а два которые сделали ту же силу, что и друг друга, сделали ту же силу, что и друг друга. Два двигателя одинаковой мощности был разный крутящий момент и обороты, но разгон усилие уравновешивалось шестерней главной передачи.Это ясно показывает что мощность двигателя, независимо от того, какой крутящий момент он создает или насколько высокая частота вращения определяет силу ускорения автомобиля.

Кривые мощности и диапазоны мощности

Производительность двигателя часто описывается пиковой мощностью. Хороший двигатель будет производить высокую пиковую мощность и иметь очень высокий средний уровень мощности. График мощности по отношению к оборотам двигателя называется кривой мощности и имеет важная информация о характеристиках двигателя во всем диапазоне его оборотов.

Один двигатель может иметь более высокую среднюю мощность, чем другой, даже с более низким значением пиковой мощности, как показано в примере ниже.

Приведенные выше кривые мощности относятся к одному двигателю мощностью 400 л.с., а другому - 375 л.с. В то время как двигатель мощностью 400 л.с. имеет более высокий показатель пиковой мощности, двигатель мощностью 375 л.с. более высокая средняя мощность во всем диапазоне оборотов. В большинстве случаев, особенно на улице или в дрэг-рейсинге двигатель мощностью 375 л.с., показанный выше, сделает машину более быстрой.

Диапазон мощности - это диапазон оборотов, в котором двигатель производит произвольное в процентах от его пиковой мощности.Например, диапазон мощности 80% двигателя мощностью 500 л.с. будет диапазон оборотов, при котором он составляет 400 л.с. или больше. Широкий диапазон мощности подразумевает высокую среднюю мощность. Это будет видно далее в статье.

Диапазон мощности двигателя можно предсказать как широкий или узкий. исходя из определенных характеристик. Некоторые примеры приведены в таблице ниже.

Более широкий диапазон мощности Узкий диапазон мощности
Большой рабочий объем Малый рабочий объем
Высокий крутящий момент Низкий крутящий момент
> 2 клапана / цилиндр 2 клапана на цилиндр Регулировка фаз газораспределения Нет VVT
С наддувом или с турбонаддувом Без наддува
Пиковое HP, Peak TQ, Redline
далеко друг от друга в диапазоне оборотов1
Peak Redline 9057 TQ друг к другу в диапазоне оборотов

Диапазон мощности двигателя может быть широким или узким. исходя из определенных характеристик.Есть много исключений.

Сравнение двух автомобилей

Давайте сравним два автомобили с двумя разными двигателями, которые имеют одинаковую пиковую мощность, но разные диапазоны мощности.

Обе машины имеют одинаковую снаряженную массу, трансмиссию, радиус шин и так далее. На самом деле единственная разница между двумя машинами будут двигатели. Одна машина будет оснащена двигателем V8 мощностью 500 л.с. а другой будет иметь четырехцилиндровый двигатель с турбонаддувом мощностью 500 л.с.

Автомобиль с V8 будет называться Redneck, а автомобиль с 4 цилиндрами будет называться Ricer.V8 может развивать скорость до 6000 об / мин и производить тонну крутящего момента, в то время как 4-цилиндровый может развивать скорость до 9000 об / мин и производить приличный крутящий момент. Чтобы математика оставалась очень простой, V8 на холостом ходу со скоростью 600 об / мин, а I4 на холостом ходу со скоростью 900 об / мин.

Ниже приведены графики двух фиктивных кривых крутящего момента и мощности двигателя.

Рисунок 1: Крутящий момент в зависимости от частоты вращения для Redneck и Ricer. Эти нереалистичные кривые, которые были преувеличены, чтобы помочь проиллюстрировать определенные концепции.

Рисунок 2: Мощность в лошадиных силах в зависимости от частоты вращения для Redneck и Ricer.Это рассчитано от крутящего момента на каждом обороте в минуту.

Оба двигателя развивают максимальную мощность в 500 л.с., как указывалось ранее. V8 выдает 500 л.с. при 5000 об / мин и 573 л.с. при 4250 об / мин. в то время как I4 выдает 500 л.с. при 8000 об / мин и 337 л.с. при 7500 об / мин.

Пиковый крутящий момент 9065 573tq
Ricer Redneck Разница
Диапазон оборотов 900 - 9000 об / мин 600 - 6000 об / мин На 50% больше для Ricer
На 70% больше для Redneck
Пиковая мощность 500 л.с. 500 л.с. Равно

Поскольку V8 имел низкие обороты, ему требовалось чтобы произвести намного больший крутящий момент, чем у I4, чтобы достичь 500 л.с.В то же время, I4 нужно было набрать больше оборотов, чем V8, чтобы получить 500 л.с., потому что он предлагает до меньшего крутящего момента. Ниже приводится сравнение диапазонов мощности двух двигателей.

Рисунок 3: Сравнение диапазонов мощности обоих двигателей. Обратите внимание, что средний показатель Redneck выработка электроэнергии (площадь под кривой) выше, и что пиковая мощность такая же, на уровне 500 л.с.

Если ось X на приведенном выше графике кажется необычной, есть отдельная страница на сравнение кривых мощности что объясняет, почему диапазоны оборотов не сравниваются напрямую.

Обратите внимание, что хотя оба двигателя имеют одинаковые пиковые значения мощности, двигатель Redneck имеет гораздо более широкий 80% диапазон мощности. Эта ситуация является значительным преимуществом для Redneck. Между двумя машинами, тот, у кого собран V8, будет быстрее, чем тот, у кого есть I4, потому что V8 имеет более высокий средний уровень мощности во всем диапазоне оборотов.

Ricer Redneck
Пиковая мощность
500 л.с. = 500 л.с. 338 л.с.
Средняя мощность
(от холостого хода до Redline / 2)
106 л.с. < 166 л.с. 460 л.с.
Средняя мощность
(диапазон мощности 80%)
462 л.с. < 471 л.с.

Снаряженная масса обоих автомобилей составляет 3000 фунтов, что дает обоим автомобилям максимальную удельную мощность в 330 л.с. на тонну.Передаточное число главной передачи (оси) 3,55: 1 было выбрано для Redneck, а передаточное число 5,325: 1 было выбрано для Ricer. Ricer использует более высокое передаточное число, чтобы соответствовать высокоскоростному двигателю.

5,3
Ricer Redneck
Передаточные числа 2,52,1,52,1,00 2,52,1,52,1,00
Передаточное число конечной передачи 907: 3,566 907: 907
Снаряженная масса 3000 фунтов 3000 фунтов

Со всеми приведенными выше данными можно построить график зависимости скорости от времени для обеих машин.Важно помнить что аэродинамическое сопротивление, начальные условия запуска и другие потери не учитывались при этом сравнении. Ниже представляет собой график данных ускорения Redneck and Ricer.

Рисунок 4: Скорость в зависимости от времени для Redneck и Ricer. Наклон кривой соответствует ускорению.

Разгон на малой скорости

Результаты гонки между Redneck и Ricer показывают, что Redneck имел значительную преимущество от старта до 60 миль в час.На скорости выше 60 миль в час Ricer приближался к своему диапазону мощности, и обе машины имели одинаковое ускорение. до максимальной скорости примерно 135 миль в час. В дрэг-рейсинге Ricer проиграл бы гонку, но на гоночной трассе разница может быть совсем незначительной. Таким образом, можно сказать, что транспортное средство, которое широко переменные скорости должны иметь очень широкий диапазон мощности, чтобы быть конкурентоспособными, в то время как транспортное средство, работающее в узком диапазона скоростей нет.

точек переключения

Когда Ricer и Redneck участвовали в гонках, они переключали передачи на своих пометки двигателя.Во многих реальных случаях переключение передач раньше может быть выгодно для ускорения. Двигатель с кривой мощности который начинает "отваливаться" при очень высоких оборотах, нужно переключать раньше, если делаете таким образом, можно было бы довести двигатель до оборотов, при которых он вырабатывает больше мощности. Точки переключения передач всегда следует выбирать таким образом, чтобы двигатель выдает максимальную среднюю мощность на колеса.

В гонке между Ricer и Redneck обе машины были оснащены трехступенчатой ​​трансмиссией с широким передаточным числом.Высокоскоростной двигатель с узким диапазоном мощности значительно выиграет от трансмиссии с более близкие передаточные числа и дополнительные передачи, чтобы двигатель мог быть более близок к пиковая мощность при изменении скорости автомобиля. Для более детального анализа влияние трансмиссии на характеристики автомобиля, см. статью о трансмиссии.

Ходовые качества

Управляемость - это субъективный термин, используемый для описания способности для «доступа» к мощности двигателя. Безнаддувный двигатель с широким диапазон мощности будет иметь очень хорошие ходовые качества; положить педаль на пол на любой скорости на любой передаче должно давать разумное ускорение.На с другой стороны, автомобиль с узким диапазоном мощности не будет рассматриваться как "ездовой". Проезжающие машины во время движения по шоссе часто требуется сбросить шестерню, чтобы двигатель набирает обороты, чтобы получить доступ к власти. Это одна из причин того, что роскошь автомобили часто поставляются с большими двигателями без наддува или наддувом, в то время как небольшие двигатели с турбонаддувом встречаются не так часто и часто встречаются в «сфокусированные» спортивные автомобили, в которых выдающаяся управляемость не ожидается и не требуется.

Двигатели иногда называют «крутящимися».Это сленг для с хорошей управляемостью, широким диапазоном мощности или большой мощностью при низких оборотах.

Удобство использования - еще один термин, который часто используется для описания двигателей. с указанными выше характеристиками, наряду с хорошими манерами на дороге, такими как плавный холостой ход и возможность запуска при очень низких температурах.

Двигатели с высоким крутящим моментом и двигатели с высокими оборотами

Крутящий момент, который может производить двигатель, в некоторой степени связан с к объему двигателя. Больше объемные двигатели, вероятно, будут намного больше и тяжелее, что делает их непригодными для определенных типов транспортных средств.Вот почему многие маленькие гоночные автомобили имеют двигатели с небольшим рабочим объемом, высокими оборотами, и иногда оснащаются принудительной индукцией для получения высокой мощности. Кроме того, гоночные автомобили часто имеют ограничения. на смещение, что означает их единственный шанс произвести много энергии это очень высокая частота вращения или использование принудительной индукции. Большой двигатель может более надежно вырабатывать мощность чем меньший, но не обязательно. Есть много больших, бессвязных двигателей это недолго.

Тяжелые автомобили почти всегда оснащаются двигателями большого объема. потому что им требуется больше мощности на низких оборотах для ускорения из состояния покоя (и на очень низких скоростях).По мере увеличения веса автомобиля способность ускоряться от отдыха становится все более значительным.

Заключение

Чтобы автомобиль мог быстро разогнаться, двигатель должен уметь чтобы создать большую силу со скоростью, с которой движется транспортное средство. Количество мощности определяет силу что двигатель может создавать на заданной скорости, будь то очень низкая скорость или очень высокая скорость. Не имеет значения, развивает ли двигатель мощность, увеличивая обороты или делая большой крутящий момент, потому что трансмиссия может использоваться для пропорциональной регулировки крутящего момента и оборотов.

« Пиковая мощность продает автомобили. Высокая средняя мощность побеждает в гонках. ”

Пиковый крутящий момент и мощность автомобиля могут дать только общее представление о спектакль. Лучший способ провести хорошее сравнение между автомобилями это гонка!

См. Также

Пожалуйста, включите JavaScript, чтобы просматривать комментарии от Disqus. комментарии в блоге на платформе Объяснение крутящего момента

и л.с. Как работает автомобиль

Большинство людей имеют некоторое представление о том, что двигатель сила есть, но мы не знаем именно то, что крутящий момент фигура представляет.Фактически, многие автомобили мощные демонстрируют эффект сильного крутящего момента, а не высокой мощности вывод.

Измерение крутящего момента и мощности двигателя

Мощность двигателя измеряется при работе двигателя против нагрузки на динамометре. Тормозное усилие, необходимое для удержания двигателя на постоянной скорости при полном открытии дроссельной заслонки, дает крутящий момент. Затем мощность можно рассчитать, умножив крутящий момент на частоту вращения двигателя.

Двигатель, развивающий большой крутящий момент в широком диапазоне частот вращения. будет расслаблять вождение, потому что требуется меньше переключений: двигатель крутящего момента часто бывает достаточно, чтобы разогнать автомобиль, не снижая скорости.В на крейсерских скоростях двигатель лорка не должен вращаться очень быстро потому что он может тянуть на высокой передаче, что навсегда экономия.

Двигатели, которые производят много энергии для своего размера, обычно не производят большой крутящий момент, и какой крутящий момент часто создается на более мощном двигателе скорости. Также вероятно, что двигатель будет производить полезный крутящий момент и мощность в меньшем диапазоне оборотов двигателя; эта узкая сила группа 'делает двигатель менее подходит, чем приемистый или «ленивый» двигатель для таких работ, как буксировка, и автомобиль будет менее расслабляющим при вождении.

Типичные цифры

Довольно типичный двигатель небольшого семейного автомобиля выдает, скажем, 60 л.с. мощность) при 5000 об / мин. Тот же двигатель можно настроить или модифицировать так, чтобы он давал 80 л.с. при 6000 об / мин. Но хотя мощность больше, максимальный крутящий момент может на самом деле быть меньше, а также происходить при более высоких оборотах двигателя. Будут меньший крутящий момент на низких и средних оборотах двигателя.

Другими словами, хотя автомобиль с настроенным двигателем будет иметь более высокую максимальная скорость, он будет лучше разгоняться, пока используется коробка передач на полную мощность, чтобы двигатель оставался на высоких оборотах, при условии, что передача остается одна и та же.

На практике хорошо настроенный автомобиль почти наверняка потребует по-разному приспособлен, чтобы оставаться управляемым - шестерни следовало бы быть внимательнее разнесенный и общий соотношение немного ниже.

Мощность измерения

Обычная процедура испытания двигателя заключается в запуске агрегата на «тормозе» или динамометр который измеряет крутящий момент в большом диапазоне скоростей, наблюдая, как требуется большое тормозное усилие, чтобы двигатель оставался на постоянной скорости на полной скорости. дроссель.

Крутящий момент, умноженный на частоту вращения двигателя, дает выходную мощность, называемую тормозом. мощность в лошадиных силах (л.с.). Мощность, измеренная таким образом, с двигателем на испытательном стенде, составляет выражается как выходная мощность на маховик .

Можно запустить автомобиль на динамометрическом стенде для измерения вместо этого мощность на ведущих колесах. Это меньше, чем мощность на маховик из-за потерь на трение в автомобиле передача инфекции система, но это дает более реалистичное представление о том, как автомобиль будет работать, поскольку показывает, сколько мощность доходит до дороги.

Баланс крутящего момента / л.с.

Каждый конструктор двигателей должен учитывать баланс между мощностью и крутящий момент. Он может даже сместить баланс немного в сторону от силы в сторону крутящий момент, если достаточное количество водителей понимают важность крутящего момента и обобщение, что мощность по сравнению с аэродинамическим сопротивлением определяет максимальную скорость, но крутящий момент в зависимости от веса определяет ускорение.

Когда машина набирает скорость, силы кроме веса, например, аэродинамического сопротивления, прокатка сопротивление из шины , а трение внутри двигателя и трансмиссии, действуйте на нее, чтобы попытаться противостоять этому ускорению.На определенной скорости эти силы сопротивления равны движущей силе или крутящему моменту автомобиля, и нет лишняя мощность оставлена ​​для дальнейшего разгона.

Передача

Изменения в зубчатой ​​передаче важны при рассмотрении мощности и крутящего момента, потому что шестерни действуют как мультипликаторы крутящего момента.

Если передаточное число первой передачи составляет 3: 1, она увеличивает крутящий момент двигателя. выход на три при передаче его на главную передачу. Точно так же окончательный передаточное число , обычно около 3.5: 1, умножает крутящий момент от коробки передач снова на столько же.

Таким образом, на первой передаче крутящий момент, передаваемый на ведущие колеса, может быть примерно в десять раз больше, чем выходной крутящий момент двигателя, а скорость ротация уменьшится в аналогичном размере. Это снижение необходимо, потому что один из поршень самый большой недостаток двигателя - его плохой крутящий момент на низкой скорости.

Кривые крутящего момента и тормозной мощности

Количество мощности, развиваемой двигателем, можно измерить на динамометре. и результаты нанесены на график.Здесь показаны типичные кривые для двигатель в том, что тюнер двигателя назвал бы "дорожной настройкой" и "быстрой дорожной настройкой" состояния.

Road tune (справа) - это компромисс между мощностью / крутящим моментом и топливо экономия, которую производитель автомобилей встраивает в двигатель типичного автомобиля, когда проектируя это.

Двигатель с быстрой настройкой дороги (крайний справа) приносит в жертву некоторую экономию топлива для повышенная мощность. Величина крутящего момента в целом немного меньше, а максимальный крутящий момент возникает на более высоких оборотах.Такой движок развивает более топовый мощность, которая дала бы более высокую максимальную скорость, но уменьшила бы общий крутящий момент требует более высоких оборотов при той же выходной мощности и большем переключении передач - менее «ленивый» диск.

Расчет мощности, крутящего момента и частоты вращения

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  1. Требования для обеспечения согласованных и точных результатов
  2. Расчетная мощность
    1. VBOX Test Suite
    2. VBOX Tools
  3. Расчет об / мин
  4. Расчет крутящего момента

VBOX Test Suite и Инструменты VBOX Программное обеспечение имеет возможность для расчета BHP на колесах с помощью любого регистратора данных Racelogic VBOX, который может регистрировать скорость и продольное ускорение.Для получения наиболее точных результатов необходимо, чтобы:

  1. Вводится точное значение веса автомобиля - оно должно включать вес автомобиля, а также топливо, пассажиров и багаж. Если возможно, получение показаний веса с автомобильных весов - лучший вариант.
  2. Место проведения испытаний является идеальным - для сбора данных испытаний используется чистая, открытая, ровная дорога.

Требования для получения стабильно точных результатов

  • Открытая испытательная площадка: поблизости нет деревьев, зданий или мостов.
  • Используется чистая, открытая, ровная дорога.
  • На выбранной передаче резко увеличьте скорость от низких оборотов до максимума диапазона оборотов.
  • Открыть зарегистрированный файл в VBOX Test Suite или VBOX Tools.

Расчетная мощность

Набор тестов VBOX
  • Загрузите зарегистрированный файл в VBOX Test Suite и откройте вкладку Test Setup .
  • Нажмите кнопку « Maths Channel », чтобы открыть средство Maths Channel, нажмите кнопку « + », чтобы создать новый канал.
  • Введите одно из следующих уравнений. Чтобы это было как можно более точным, вам нужно знать снаряженную массу автомобиля и добавить вес всего, что может быть в транспортном средстве (водитель, топливо и т. Д.).
  • Нажмите кнопку « ОК », чтобы применить расчет.
  • На вкладке « Диаграмма » выберите новый канал по оси X или Y, чтобы его можно было просмотреть в области диаграммы.

Для расчета BHP введите следующее уравнение:

Масса (фунты) * Продольное ускорение (g) * Скорость (км / ч) / 1.609344 * 0,003054

Для расчета кВт введите следующее уравнение:

Масса (кг) * Продольное ускорение (г) * Скорость (км / ч) * 0,0031107

Пример расчета BHP в VBOX Test Suite

Инструменты VBOX
  • Загрузите зарегистрированный файл в VBOX Tools и откройте окно Graph screen , чтобы просмотреть зарегистрированный файл.
  • Нажмите кнопку « Generate New Channel », чтобы открыть средство математического канала.
  • Введите одно из следующих уравнений. Чтобы это было как можно более точным, вам нужно знать снаряженную массу автомобиля и добавить вес всего, что может быть в транспортном средстве (водитель, топливо и т. Д.).
  • Нажмите кнопку « Generate Channel », чтобы применить расчет, а затем закройте окно настройки канала Maths.
  • Отметьте новый канал мощности, чтобы его можно было просмотреть на экране графика.

Для расчета BHP введите следующее уравнение:

Вес (фунты) * LongAcc (г) * Канал скорости (миль / ч) * 0,003054

Для расчета кВт введите следующее уравнение:

Масса (кг) * LongAcc (г) * Канал скорости (км / ч) * 0,0031107

Пример расчета BHP в VBOX Tools

Расчет об / мин

Если число оборотов в минуту не измерялось и не регистрировалось в файле VBOX, для создания канала оборотов можно использовать следующее руководство.Эта теория применима только потому, что испытание на ускорение проводится только на одной передаче.

  • Управляйте тестовым автомобилем на выбранной передаче ускорения и запишите точную скорость в точной точке об / мин, то есть 54 км / ч при 3000 об / мин.
  • Разделите значение об / мин на значение скорости, т. Е. 3000/54 = 55,56, получится «коэффициент преобразования скорости в об / мин».
  • Создайте канал об / мин, используя функцию «Создать (математический) канал на экране графика, скорость x« Коэффициент преобразования скорости в об / мин »,
  • Теперь у вас будет канал RPM, который вы можете просмотреть на экране графика.
    Примечание. Это будет правильным для автомобиля, только когда он находится на выбранной передаче ускорения.

Расчет крутящего момента

Для расчета крутящего момента вам необходимо рассчитать мощность автомобиля и число оборотов в минуту. Если у вас нет числа оборотов в минуту, его можно сгенерировать в VBOX Test Suite или VBOX Tools, используя Maths Channels, как подробно описано ниже.

Чтобы рассчитать крутящий момент в Нм, создайте новый математический канал и введите следующее уравнение:

Мощность (кВт) * 9549 / частота вращения (об / мин)

Чтобы рассчитать крутящий момент в фут-фунтах, создайте новый математический канал и введите следующее уравнение:

Мощность (л.с.) * 5252 / частота вращения (об / мин)

Бесполезность номинальной мощности двигателя

Почему бы вам не указать номинальную мощность каждого двигателя?

Простой ответ

Причина, по которой у нас нет простого уровня мощности для каждого двигателя или комплекта, заключается в том, что не существует стандартного или даже последовательного способа определения числовой «номинальной мощности» для системы двигателя.Вы можете увидеть один и тот же двигатель, указанный разными поставщиками как 250 Вт, 500 Вт и 1000 Вт, и есть веское обоснование для всего этого количества. Это делает оценку ватт поставщика или производителя в отдельности довольно бессмысленной цифрой для выбора или сравнения настроек, и мы не стремимся участвовать в такого рода играх с произвольными числами.

Вместо этого мы даем приблизительный диапазон (например, 250-500 Вт, 600-1200 Вт и т. Д.), В котором обычно используется двигатель, и предоставили полезный и точный инструмент моделирования двигателя, который покажет вам точную выходную мощность для любой комбинации мотора, контроллера и аккумуляторной батареи; не просто как произвольное единичное число, а во всем диапазоне скоростей транспортного средства.Это гораздо более ценно для понимания характеристик набора. Вы можете видеть такие вещи, как пиковая выходная мощность, выходная мощность при прогнозируемой крейсерской скорости на любом холме или типе транспортного средства, а также может ли двигатель быть склонен к перегреву при данной нагрузке. Проверьте это:
www.ebikes.ca/simulator

Полный набор Джастина

Хорошо, для тех, кто не удовлетворен приведенными выше пунктами и интересуется полной технической информацией, продолжайте читать. Нам все время задают этот вопрос: «Какова номинальная мощность этого двигателя?», И это одновременно и проницательный, и раздражающий вопрос.

Это проницательно, потому что больше всего на свете удельная выходная мощность электродвигателя электрического велосипеда (в ваттах) определяет, как именно электровелосипед будет работать и справляться с данной ситуацией. 600 Вт механической мощности заставят велосипед вести себя одинаково, независимо от того, исходит ли он от небольшого мотор-редуктора с редуктором, массивного мотора-редуктора с прямым приводом, мотора среднего привода или гигантского порыва попутного ветра. Если вам нужно 600 Вт мощности, чтобы подняться на определенный холм с определенной скоростью, но ваш мотор способен производить только 300 Вт, то вам придется либо восполнять нехватку ног, либо ваш велосипед будет замедляться до тех пор, пока нужно всего 300 Вт.Фактический ватт - это ватт мощности, независимо от того, откуда он.

Заманчиво думать, что если в вашем случае требуется 600 Вт механической мощности, то вам следует приобрести двигатель мощностью не менее 600 Вт, просто правильно, ватт есть ватт? И если одна компания продает комплект мощностью 750 Вт, он будет более мощным, чем другой комплект мощностью 500 Вт, верно? Но есть проблема, и именно здесь наши усилия по объяснению вещей людям приходят в бешенство.

В то время как фактический ватт - это фактический ватт, - это НЕТ ТАКОЙ ВЕЩИ, как «номинальный ватт» или любой стандартизированный метод оценки мощности двигателя электровелосипеда.Это правда, независимо от того, что подразумевают другие компании. Для большинства электрических устройств термин номинальная мощность имеет очень четкое значение. Подобно тому, как лампочка мощностью 60 Вт может потреблять 60 Вт энергии, когда она включена. Обогреватель мощностью 1500 Вт будет производить 1500 Вт тепла независимо от того, какую марку или модель вы используете.

Электродвигатели не вырабатывают фиксированной мощности при включении. Если вы запустите двигатель, не поднимая колеса с земли, он будет вращаться на полной скорости и не будет выдавать мощность.Когда вы затем нагружаете двигатель сопротивлением, он немного замедляется и создает крутящий момент, и чем больше вы его нагружаете, тем больше он замедляется и тем выше крутящий момент и мощность, которые он выдает. В какой-то момент, когда вы продолжите загружать и замедлить двигатель, выходная мощность начнет уменьшаться. Несмотря на то, что крутящий момент все еще увеличивается, более низкие обороты означают, что механическая мощность снижается. Если вы полностью остановите двигатель, он может создать тонну крутящего момента, но при этом будет производить нулевую выходную мощность.

Фактическая выходная мощность двигателя полностью зависит от того, насколько сильно он нагружен в данной ситуации и максимальной электрической мощности, которую контроллер пропускает в двигатель, она практически не имеет никакого отношения к номинальным характеристикам. Два приведенных выше графика показать кривые мощности того же двигателя, в одном случае, работающего с батареей 36 В и контроллером 20 А на полном газу с максимальной мощностью 600 Вт, в другом случае с аккумулятором 48 В и контроллером 35 А на полном газе с пиковым значением 1100 Вт..

Так что же ограничивает мощность двигателя?

Когда двигатель нагружается таким образом для выработки энергии, он также пропускает больше электрического тока через обмотки двигателя. Этот ток отвечает за большую часть тепла, выделяемого внутри двигателя, поскольку медные обмотки имеют электрическое сопротивление. Если вы удвоите ток через обмотки, чтобы удвоить крутящий момент и мощность двигателя, вы увеличите количество тепла, выделяемого медью, в ЧЕТЫРЕ раза (соотношение I 2 R).

Это тепло, конечно, вызывает нагрев двигателя. Двигатели представляют собой большие тяжелые куски металла, поэтому на них может воздействовать небольшое количество тепла, и они не повышаются слишком сильно. Но если тепло продолжает накапливаться внутри обмоток двигателя быстрее, чем может быть отведено в воздух снаружи, вы рискуете, что двигатель станет настолько горячим, что изоляция сожжет медную эмаль, нейлоновые шестерни размягчатся и начнут сниматься, или магниты начнут размагничиваться. В этот момент вы «сгорели» или «сварили» свой мотор.Произойдет ли это, зависит не только от силы тока, протекающей через двигатель, но и от времени, в течение которого поддерживаются эти высокие токи двигателя.

Разница между мощностью и крутящим моментом

Здесь важно понимать, что не выходная мощность, а выходной крутящий момент двигателя вызывают его нагрев и, в конечном итоге, выход из строя. Если вы не помните уроки физики в средней школе, крутящий момент - это вращательное измерение силы, т.е. как сильно что-то крутят.Он измеряется как произведение силы на длину плеча рычага.

<диаграмма уравнений и графиков крутящего момента, фут-фунт, Ньютон-метр>

Мощность напротив - это показатель того, насколько быстро выполняется работа. Чтобы скручивающая сила выполняла работу, она должна что-то вращать, и чем быстрее она вращается при заданном крутящем моменте, тем больше работы она будет делать. Мощность - это произведение крутящего момента на скорость вращения, и в единицах СИ, где вы измеряете крутящий момент в Ньютон-метрах и скорость вращения в рад / сек, все просто:

Мощность в ваттах = крутящий момент * рад / с

Если вы измеряете скорость в об / мин, то выходная мощность составляет

Мощность в ваттах = крутящий момент * об / мин * 2Pi / 60 ~ крутящий момент * об / мин * 0.104

Двигатель, развивающий крутящий момент 20 Нм и вращающийся со скоростью 100 об / мин, вырабатывает 209 Вт. Тот же двигатель, развивающий крутящий момент 20 Нм при 300 об / мин, выдает 628 Вт. Предположим, что 20 Нм - это максимальный крутящий момент, который этот двигатель может создать без риска перегрева. Вы теперь называете его двигателем мощностью 200 Вт? или мотор 600 ватт?

Это одна из причин, по которой номинальная мощность двигателя может быть любой. В конечном итоге именно крутящий момент, а не мощность вызывает перегрев двигателя.Чтобы преобразовать характеристики максимального крутящего момента в номинальную мощность, вам также необходимо указать число оборотов в минуту, при котором вы выбрали этот рейтинг. Однако изолированные электродвигатели с постоянными магнитами по своей сути не имеют оборотов в минуту, при которых они вращаются, у них будет постоянная обмотки оборотов / оборотов. Комбинация постоянной обмотки и напряжения аккумулятора определяет, насколько быстро двигатель сможет вращаться в данной установке.

Итак, если вы укажете и двигатель, и напряжение, то вы можете заявить о номинальных оборотах.Но если вы просто говорите о двигателе, он не имеет собственных оборотов в минуту, один и тот же двигатель может работать быстро или медленно, изменяя приложенное напряжение, и без каких-либо подразумеваемых оборотов, на которых вы запускаете двигатель, невозможно говорить о том, сколько энергии он может произвести.

А как насчет пиковой мощности?

Пиковая выходная мощность данной системы ebike очень хорошо определена и не имеет двусмысленности, как «номинальная мощность», но она не всегда так полезна, как вы могли бы ожидать. Как правило, пиковая выходная мощность двигателя возникает прямо в точке, где контроллер двигателя достигает предельного значения тока батареи.Наш онлайн-симулятор ступичного двигателя позволяет вам легко это увидеть. На приведенном ниже графике у нас есть типичная установка для электровелосипеда, состоящая из ступичного двигателя Crystalyte h4540, аккумуляторной батареи 36 и контроллера двигателя 20А.

При полностью открытой дроссельной заслонке выходная мощность двигателя (красный график) достигает максимума в 600 Вт при 40 км / ч. Выше этой скорости мощность и крутящий момент двигателя уменьшаются до 0 на скорости около 48 км / ч. Ниже этой максимальной скорости вращения контроллер двигателя ограничен по току и, таким образом, ограничивает электрическую мощность, подаваемую на двигатель-ступицу.Входная мощность (В * А), которую показывает Cycle Analyst, остается постоянной на уровне 744 Вт, в то время как механическая выходная мощность двигателя уменьшается. Это потому, что двигатель становится все менее и менее эффективным, поскольку он замедляется в этом сценарии постоянной входной мощности, что вы можете видеть на зеленой кривой эффективности.

Теперь давайте оставим тот же двигатель и аккумулятор, но будем использовать более мощный контроллер двигателя 40 А, чтобы пиковая входная мощность (вольт * ампер) составляла номинально 1440 Вт. График идентичен контроллеру 20A на скорости выше 40 км / ч, но ниже этой скорости установка контроллера 40A продолжает обеспечивать большую выходную мощность, пока не достигнет пика выходной мощности 1058 Вт на скорости 33 км / ч.

Как сравнить эти системы? Что ж, пиковая мощность второй установки на 80% выше первой (1058 Вт против 600 Вт). Если вы поедете на байке, вы обнаружите, что он быстрее разгоняется от линии и имеет больше начального удара, но как только вы разгонитесь до 40 км / ч, ощущение езды будет идентичным, и в типичных крейсерских ситуациях вы сможете оценить только разницу между настройки на более крутых подъемах. Это ни в коем случае не будет ощущаться как установка на 80% более мощная, и если вы посмотрите на свое среднее энергопотребление в большинстве поездок (Вт / км), оно не будет сильно отклоняться, потому что вы обычно путешествуете со скоростью 40 км / ч или выше. и ваши уровни мощности будут такими же.

Теперь оставим оригинальный контроллер на 20 А, но увеличим батарею с 36 В до 52 В. При такой настройке пиковая выходная мощность теперь составляет 840 Вт. Это меньше, чем пиковая мощность схемы 36V 40A, но если вы запрыгнете на этот байк и поедете на нем, он, вероятно, станет более мощным. Ускорение от линии будет немного медленнее, но затем он продолжит ускоряться вплоть до 55+ км / ч. Вы будете путешествовать быстрее, подниметесь на большинство холмов быстрее, и ваше среднее потребление энергии будет намного выше, даже если пиковая мощность системы будет меньше.

Итак, теперь вы понимаете, почему одно только сравнение пиковой выходной мощности двигателя не дает полной картины того, насколько мощной будет ощущаться система. И вы также можете видеть, что эта пиковая мощность не является свойством двигателя, поскольку на всех приведенных выше графиках используется один и тот же двигатель, на самом деле это в основном функция контроллера двигателя и аккумуляторной батареи. Я мог бы заменить двигатели гораздо меньшего или большего размера на один и тот же контроллер и батарею, и уровни выходной мощности не сильно изменились бы.

Рейтинг по пиковой ВХОДНОЙ мощности

Один из распространенных подходов, которые производители электровелосипедов используют при указании номинальной мощности для своих комплектов, - это использовать не выходную мощность двигателя (пиковую или другую), а максимальную входную мощность, как показано на Cycle Analyst.Чаще всего мы будем видеть людей, продающих комплект, скажем, с аккумуляторной батареей 72 В и контроллером мотора на 50 А, и они будут рекламировать его как «3600 Вт», даже если конкретная рассматриваемая установка может достигать выходной мощности только 2000 Вт. из-за низкого КПД двигателя, и смог выдержать только половину этого количества без перегрева в очень короткие сроки.

Это неудачная практика, так как она вводит в заблуждение, но понятно, почему так произошло. Он предоставляет наибольшее число, которое вы можете использовать для маркетинга, а также число в ваттах, которое будет отображать любой счетчик электроэнергии.Большинство продавцов электровелосипедов, которые продают и могут похвастаться мощными установками электровелосипедов, используют этот подход, при котором заявленные ватты превышают не только фактическую пиковую выходную мощность двигателя (обычно как минимум на ~ 30%), но часто в 2 или 3 раза превышают механическая мощность, которую система могла выдавать на любой постоянной основе без перегрева.

А как насчет постоянной мощности?

В принципе это может показаться наиболее справедливым способом сравнить относительную мощность различных установок. Вместо того, чтобы говорить о максимальной мощности, вы вместо этого сравниваете непрерывную мощность, которую двигатель может выдавать бесконечно без перегрева.Тогда люди не могли просто установить на любой двигатель силовой контроллер двигателя и высоковольтную батарею и назвать это комплектом на 3 кВт.

Но у этого есть 5 сложностей.

  1. Опять же, это не мощность двигателя, которая вызывает перегрев двигателя, а крутящий момент двигателя, поэтому для равного сравнения систем вам все равно необходимо указать число оборотов двигателя. Один из вариантов - сравнить все мотор-редукторы на скорости 26-дюймового велосипеда с допустимым дорожным пределом 32 км / ч (20 миль / ч), что составляет около 250 об / мин.Затем вы можете масштабировать этот рейтинг до фактической скорости вашего транспортного средства. Если двигатель рассчитан на непрерывную выработку 500 Вт при 20 миль в час, то, если вы используете его на скорости 30 миль в час, вы знаете, что он сможет непрерывно выдавать не менее 750 Вт, а на медленном велосипеде со скоростью 10 миль в час вы можете предположить, что это непрерывная мощность 250 Вт. мотор. Если вы шнуруете колесо меньшего диаметра 20 дюймов, то даже на скорости 20 миль в час это будет 650 Вт, а не 500 Вт из-за более высоких оборотов колеса.
  2. Требуется НАМНОГО больше времени, чем большинство людей может представить, чтобы мотор-редуктор достиг устойчивого температурного равновесия, более 1-2 часов, в то время как обычно самые длинные крутые подъемы, с которыми вы действительно сталкиваетесь на дороге, заканчиваются менее чем за 5 часов. 10 минут.Конечным результатом является то, что двигатели будут иметь гораздо более низкую номинальную мощность, чем та, которой люди обычно подвергают их, и это было бы обманчиво низким числом. Например, статорные двигатели MXUS шириной 45 мм часто продаются как ступичные двигатели мощностью 5000 Вт. При 250 об / мин ядро ​​в конечном итоге достигнет 100 ° C при выходной мощности всего 800 Вт.
  3. Есть много места для маневра в том, что определяется как температура перегрева двигателя. На практике самые качественные двигатели имеют высокотемпературную эмаль на медных обмотках и могут без повреждений выдерживать скачки в диапазоне температур 150–180 ° C.Но мало кто посоветует, чтобы номинальная постоянная температура ядра была такой высокой. Итак, что вы выберете, 100oC? 120 oC? Выбор максимальной температуры будет иметь большое влияние на значение номинальной продолжительной мощности.
  4. Температура окружающей среды тоже имеет большое значение. Зимой вы сможете бегать на велосипеде с более высокой мощностью, в мороз, по сравнению с изнуряющей летней жарой 40oC. Разница температур снаружи в 40oC означает, что вы можете поддерживать более высокий крутящий момент и ток зимой, чем летом.Для номинальной продолжительной мощности также потребуется фактор снижения номинальных значений температуры окружающей среды.
  5. Мод. Охлаждения. Добавление статорада, вентиляционных отверстий в двигателе и других методов активного охлаждения может значительно увеличить постоянный выходной крутящий момент двигателя, сохраняя при этом сердечник двигателя от перегрева. Однако эти модификации никоим образом не изменяют характеристики двигателя с точки зрения пиковых уровней мощности и эффективности для данного контроллера и напряжения батареи. Таким образом, даже несмотря на то, что у них будет более высокая продолжительная мощность, они, похоже, не будут работать лучше, как большинство людей определяет производительность.Добавление статорада увеличит постоянную мощность двигателя примерно на 40%, но это не что иное, как увеличение мощности на 40% за счет использования сердечника двигателя на 40% шире и магнитов на 40% длиннее, и при этом оба будут иметь одинаковую «непрерывную» номинальную мощность. .

Заключение

Не зацикливайтесь на ваттных характеристиках, относитесь к ним с большой недоверием. В первую очередь, ступичные двигатели следует оценивать по тому крутящему моменту, который они могут создать, а не по тому, сколько ватт они могут производить, но даже эта цифра может сильно отличаться, и ее будет трудно сравнивать между производителями и поставщиками.

  • Двигатели не имеют фиксированной номинальной мощности. Устойчивая выходная мощность данного двигателя во многом зависит от числа оборотов, на котором он вращается. При более высоких оборотах данный двигатель может производить больше мощности.
  • Двигатели
  • могут выдерживать значительно большую мощность в течение короткого времени, чем они могут поддерживать непрерывно, и эта кратковременная мощность обычно является всем, что вам нужно, чтобы добраться до вершины крутого холма.
  • Когда компании, производящие электронные велосипеды, говорят о мощности двигателя, не существует стандарта вообще, является ли это номинальной мощностью в непрерывном режиме, номинальной выходной мощностью или максимальной входной мощностью, или что-то, что указано на продукте для соответствия законодательству.Когда Грин говорит о номинальной мощности двигателя, мы относимся к этому как к некой грубой вещи порядка.

Конечно, есть более мощные и менее мощные двигатели, но не полагайтесь на одно число, чтобы зафиксировать это стандартизированным способом. Лучше всего, если бы производители двигателей предоставили полные данные о тепловом нагреве своих двигателей в различных ситуациях нагрузки и предложили непрерывный и пиковый выходной крутящий момент, но, учитывая, насколько редко можно найти даже базовые характеристики, такие как сопротивление обмотки KV, это желаемое за действительное. .

Имитация мелкого песка

Мы создали еще один невероятно полезный веб-инструмент, который позволяет вам увидеть долгосрочные эффекты нагрева от различных настроек с помощью нашего приложения для симулятора поездки на электромобиле после многих лет эмпирических испытаний на многочисленных моделях двигателей. Он все еще находится на стадии «бета», в основном потому, что все всплывающие подсказки и документация все еще находятся в стадии проверки, но бэкэнд и модель довольно надежны.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *