Sự khác biệt giữa mô-men xoắn và mã lực là gì?

Một câu hỏi rất cơ bản - sự khác biệt giữa mô-men xoắn và mã lực là gì? Có tất cả trên Google, nhưng tôi thực sự bối rối và không thể nhận được bất kỳ câu trả lời thỏa đáng nào. Tôi sẽ nói cho bạn biết sự nhầm lẫn của tôi:

Mô-men xoắn là một dấu hiệu của gia tốc, phải không? Vì vậy, để tìm ra chiếc xe bán tải từ đường cong mô-men xoắn 0-60 mph nên được sử dụng. Vậy thì tại sao một đường cong mã lực được sử dụng cho điều đó. Mã lực biểu thị điều gì?

Nếu tôi nói để thay đổi bánh răng (nói từ 1-2) để đạt được số dặm tốt nhất, hãy thay đổi ở tốc độ 10 km / h, trong khi để trích xuất công suất tối đa, hãy thay đổi ở tốc độ 22 km / h. Người dùng nào nên sử dụng và tại sao?

Tôi thực sự bối rối khi sử dụng đường cong mô-men xoắn và đường cong sức mạnh ở đâu? Ý nghĩa của chúng là gì? Đóng góp của họ cho một chiếc xe cho người dùng là gì?

Công suất <-> quan hệ mô-men xoắn

Nói chung, mối quan hệ giữa công suất một mô-men xoắn là một công thức đơn giản:

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

điều đó có nghĩa là bạn luôn có thể tính toán một đường cong từ đường cong kia trong sơ đồ mô-men xoắn / công suất (Đó cũng là những gì động lực kế làm)

Vì vậy, tại sao luôn luôn cả hai đường cong được vẽ, nếu chúng ít nhiều giống nhau?

Sơ đồ này cho thấy một vài đường cong của năm động cơ lý thuyết:

Mỗi động cơ có mô-men xoắn 350Nm tại 8000RPM (và do đó, cùng công suất cực đại tại RPM đó) và mỗi động cơ có mô-men xoắn cực đại 450Nm.

Một người lái xe bình thường sử dụng phạm vi lên tới 3000RPM trên đường phố, vì vậy lựa chọn tốt nhất của anh ta là động cơ số 2 theo sau là số 1. Những người sẽ cho gia tốc tốt nhất ở RPM vừa phải.

Trong một cuộc đua mà động cơ chạy ở tốc độ RPM rất cao, tốt hơn bạn nên chọn số 5.

Đánh giá này có thể được thực hiện với cả hai đường cong - công suất và mô-men xoắn, bởi vì chúng hiển thị ít nhiều cùng một số lượng. NHƯNG các đường cong mô-men xoắn cho thấy sự khác biệt rõ ràng hơn nhiều so với các đường cong sức mạnh!

Tuy nhiên, các đường cong sức mạnh (có thể) hiển thị một số chi tiết thú vị. Sức mạnh của # 4 giảm trong khoảng từ 4000 đến 5000RPM. Một điểm khác là thông thường, công suất tối đa không ở mức RPM tối đa và bạn muốn biết RPM là gì và cách nó hoạt động xung quanh RPM đó.

Tại sao công suất vẫn tăng mặc dù mô-men xoắn đã giảm với RPM tại một số điểm?

Hãy tưởng tượng bạn có trọng lượng 50kg mà bạn nâng lên bằng cách kéo một sợi dây chạy qua ròng rọc trên trần nhà. Lực bạn phải nỗ lực chỉ là lực hấp dẫn của trọng lượng khi bạn kéo nó với tốc độ không đổi. Vì 50kg khá nặng, bạn sẽ nâng nó rất chậm. Nếu trọng lượng nhẹ hơn, bạn cần ít lực hơn, và có thể nâng nó nhanh hơn. Giả sử bạn tăng 25kg trong 1/3 thời gian. Điều này có nghĩa, trong cùng thời gian bạn nâng vật nặng 50kg, bạn cũng có thể nâng tổng cộng 3x25kg = 75kg. Vì sức mạnh là công việc được thực hiện mỗi lần và bạn có thể nâng 75kg thay vì 50kg cùng một lúc, sức mạnh cao hơn 50% - mặc dù bạn chỉ đưa một nửa lực.

Nó cũng tương tự đối với một động cơ: Ở tốc độ RPM cao, nó có thể có ít mô-men xoắn (lực) hơn trong một vòng quay, nhưng vì nó có nhiều vòng quay hơn trong cùng một thời gian, nó có thể cung cấp nhiều năng lượng hơn.

Điều gì xảy ra trong hộp số?

Như đã nói, sức mạnh là công việc được thực hiện mỗi lần. Vì công suất được bảo toàn, công suất tại trục động cơ bằng với công suất tại các bánh xe. Từ công thức trên, người ta có thể tính toán điều gì xảy ra khi tỷ lệ động cơ có tỷ số bánh xe khác nhau (bỏ qua mọi tổn thất):

Wheel_torque = Motor_torque * Motor_RPM / Wheel_RPM

Trong sơ đồ tiếp theo của tôi, tôi đã vẽ mô-men xoắn bánh xe so với RPM của động cơ cho sáu bánh răng của BMW M3 (365Nm @ 4900RPM; 252Kw @ 7900RPM):

Nhưng cũng có thể vẽ công suất và mô-men xoắn so với tốc độ:

Có, 365Nm của động cơ được chuyển đổi thành gần 6000Nm (4400lb ft) trong thiết bị đầu tiên. Điều này cho thấy tác động lớn của tỷ lệ bánh răng cũng như kích thước bánh xe. Mặt khác, sức mạnh luôn giống nhau ở một RPM nhất định.

Lưu ý rằng khi bạn chuyển sang bánh răng thứ hai ở hoặc khoảng 4900RPM (mô-men xoắn tối đa), bạn giảm mô-men xoắn bánh xe khoảng 50%. (Và khi bạn chuyển sang thứ 3 sau đó, bạn lại mất khoảng 50%).

Điều này có nghĩa là, trong một cuộc đua, bạn sẽ thay đổi càng muộn càng tốt, ngay cả khi sức mạnh đã giảm, bởi vì dịch chuyển có nghĩa là mất mát nặng về công suất / mô-men xoắn. (Vùng màu đỏ trong ô của tôi chỉ đánh dấu phạm vi RPM từ 4900 đến tối đa trong thiết bị đầu tiên để làm rõ điều này). Tuy nhiên, trong một cuộc thi tăng tốc khi bạn bắt đầu từ số 0, mô-men xoắn cao ở tốc độ RPM thấp sẽ có ích, bởi vì điều quan trọng là phải đạt tốc độ cao càng nhanh càng tốt, và điều đó không quan trọng lắm nếu bạn vẫn tăng tốc một chút vào lần cuối mét.

Tất nhiên, trong thực tế có lực cản và do đó tăng theo tốc độ, và cách duy nhất để vượt qua nó thậm chí còn mạnh hơn. Do đó, sức mạnh tất nhiên xác định tốc độ tối đa, nhưng ví dụ này cho thấy sức mạnh đã đóng một vai trò trong phạm vi 50km / h / 30mph, không thực sự nhanh.

Vậy so sánh những chiếc xe khác nhau bằng sức mạnh hay mô-men xoắn?

Bạn đã thấy tác động lớn của tỷ lệ RPM do truyền, và chu vi bánh xe cũng đóng một vai trò. Vì vậy, không thể so sánh hai chiếc xe chỉ bằng cách nhìn vào đường cong mô-men xoắn động cơ của chúng. Điều này chỉ hoạt động cho một chiếc xe với một số tùy chọn động cơ, nhưng cùng một hộp số. Sức mạnh là một chút (!) Tốt hơn. Lưu ý rằng BMW M3 cung cấp công suất tối đa ít nhiều không đổi trên 125km / h ở bánh răng thứ 3, khi bạn chuyển muộn.

Tiết kiệm nhiên liệu

Mô-men xoắn cũng là thước đo công việc mà động cơ thực hiện trong một vòng quay duy nhất. Chính xác hơn:

Work_per_rev[J]= torque[Nm] * 2π

Nếu chúng ta cho rằng động cơ đốt cháy luôn cùng một lượng nhiên liệu trên mỗi vòng quay (không hoàn toàn thực tế, nhưng OK), tức là cùng một năng lượng hóa học (công việc) được giải phóng, tỷ lệ của công việc hóa học / cơ học là tốt nhất khi mô-men xoắn đạt cực đại . Vì vậy, máy chạy hiệu quả nhất khi mô-men xoắn cao.

Nhưng hãy nhớ, hiệu quả nhiên liệu tốt nhất không bằng số dặm tốt nhất! Trong trường hợp BMW M3: Lái xe ở tốc độ 2000RPM thay vì 4000RPM có nghĩa là giảm mô-men xoắn từ 340Nm xuống còn 290Nm, tức là chỉ mất 15%, nhưng mức tiêu thụ nhiên liệu giảm 50%.
Đây là lý do tại sao nên lái xe ở tốc độ RPM rất thấp để đạt được số dặm tốt nhất, mặc dù hiệu quả nhiên liệu không phải là tốt nhất ở đó. Tuy nhiên: Mô-men xoắn cao ở RPM thấp hơn chắc chắn có nghĩa là số dặm tốt hơn.

Phần kết luận

Nói chung, công suất và mô-men xoắn là hai thước đo của cùng một thứ: Sức mạnh của động cơ. Nếu bạn có một đường cong, bạn có thể tính toán đường cong kia.

Sức mạnh quyết định khả năng đua và tốc độ tối đa của xe, nhưng cũng có khả năng tăng tốc một khi động cơ đã đạt tốc độ RPM cao hơn

Mô-men xoắn cho thấy rõ hơn khả năng tăng tốc của động cơ ở mức RPM thấp, nhưng mô-men xoắn tại bánh xe phụ thuộc vào tỷ số truyền và kích thước bánh xe, vì vậy không dễ để so sánh. Một người lái xe bình thường muốn có mô-men xoắn cao ở RPM thấp.

Và xin lưu ý rằng tôi đã thực hiện một số giả định và đơn giản hóa ở đây.

Về dữ liệu của tôi

Tôi đã nhận được các đường cong động cơ từ trang web báo chí của BMW . Và trang web này (không may là Đức) lấy kích thước lốp, một bộ RPM và mô hình BMW cho tỷ số truyền (hoặc tỷ lệ tùy chỉnh) và tính toán tốc độ tại RPM trong bánh răng. Trong trường hợp của tôi, chu vi của bánh xe là ~ 2m và tốc độ là 7,5; 12,9; 19,3; 25,6; 30,1 và 35,1km / h trong bánh răng 1-6. Điều này cho phép tính RPM bánh xe cho RPM động cơ nhất định trong một bánh răng nhất định.

Mã lực là công suất mà động cơ có thể tạo ra (bao nhiêu công việc được thực hiện trong một thời gian nhất định), mô-men xoắn là lượng lực quay có thể tạo ra (bao nhiêu công việc được thực hiện). Cả hai liên kết khá phức tạp, vì vậy bạn không thể có cái này mà không có cái kia.

Bạn sẽ cần nghĩ về một vài phương trình vật lý:

Lực = Khối lượng x Gia tốc

Sức mạnh = Công việc đã hoàn thành (Mô-men xoắn) / Thời gian

Để tính toán cái này với cái khác, bạn có thể sử dụng một số thay thế với một số phương trình chuyển động quay:

HP = (2 x pi x Mô-men xoắn x RPM) / 33000 = (Mô-men xoắn * RPM) / 5252

Nhìn chung, một động cơ sẽ hoạt động hiệu quả nhất khi nó chạy ở mô-men xoắn cực đại (do đó tại sao động cơ diesel công nghiệp chạy rất chậm) và Torque có nhiều ảnh hưởng đến việc xe tăng tốc nhanh như thế nào, đặc biệt là ở tốc độ thấp hơn. HP được sử dụng nhiều hơn ở tốc độ cao hơn, nơi nó cung cấp cho bạn một dấu hiệu cho thấy chiếc xe có khả năng đạt được bao nhiêu và duy trì tốc độ cao hơn.

Ví dụ, so sánh động cơ trong một con tàu, sẽ tạo ra một lượng mô-men xoắn cực lớn (để di chuyển một vật rất nặng từ từ) ở tốc độ RPM rất thấp (chỉ vài trăm), với một chiếc xe máy đua, sẽ tạo ra rất nhiều sức mạnh (để di chuyển một thứ nhẹ rất nhanh) với tốc độ RPM cao (10-12 nghìn)

Mô-men xoắn là công việc, mã lực là tốc độ làm việc

Trong bối cảnh động cơ:

• Mô-men xoắn cho biết có bao nhiêu tải một động cơ có thể mang cho một khoảng cách nhất định trong một khoảng thời gian nhất định.

• Công suất cho biết động cơ có thể di chuyển tải nhanh như thế nào trên khoảng cách đó.

Một số điều khác có thể giúp giải thích sự khác biệt giữa hai điều này:

• Mô-men xoắn là những gì tăng tốc một chiếc xe từ bế tắc

  ▲ Torque = ▲ Acceleration
  

  Bế tắc từ rất quan trọng ở đây, bởi vì đây là lần duy nhất mà lực kéo khí động học sẽ không giới hạn gia tốc thẳng của xe. Đây cũng là lý do tại sao mô-men xoắn có hiệu ứng vượt trội ở tốc độ thấp hơn - lực kéo tương đối nhỏ.

• Mô-men xoắn không hoạt động; nó kéo tải

  Giả sử bạn có hai chiếc xe giống hệt nhau trong một cuộc cạnh tranh kéo co với hai động cơ khác nhau phát triển cùng một mã lực tối đa, nhưng ở tốc độ động cơ khác nhau. Chiếc xe có tốc độ động cơ thấp hơn sẽ có nhiều mô-men xoắn ở các bánh xe hơn so với chiếc khác. Đây cũng sẽ là động cơ chiến thắng trong cuộc cạnh tranh giằng co.

• Mã lực cao nhất sẽ chi phối tốc độ tối đa

  Power = Resistive Forces x Vehicle Speed
  

  Mã lực chỉ là một đơn vị đo lường sức mạnh, hoặc tốc độ làm việc, vì vậy:

  ▲ Horsepower = ▲ Top Speed
  

Mô-men xoắn là lượng lực tác dụng bởi động cơ của bạn ở một RPM cụ thể. Trong hai chiếc xe có bánh răng bằng nhau và trong cùng một bánh răng, một chiếc xe tạo ra mô-men xoắn gấp đôi sẽ tăng tốc nhanh gấp đôi chính xác.

Mã lực được tính từ mô-men xoắn và RPM. Một lượng mô-men xoắn nhất định ở RPM thấp tương đương với ít mã lực hơn so với cùng một mô-men xoắn ở RPM cao hơn.

Mã lực là rất quan trọng bởi vì số lượng vũ lực mà đạt đến các bánh xe phía sau để tăng tốc chiếc xe là sự kết hợp của mô-men xoắn và bánh răng . Nói chung, vòng quay xe càng cao, nó càng có thể được điều khiển chặt chẽ hơn. Bạn càng lái một chiếc xe càng chặt, nó càng tăng tốc nhanh hơn cho một lượng mô-men xoắn nhất định. Vì mã lực đại diện cho sự kết hợp giữa mô-men xoắn và RPM, nên đây thực sự là một dấu hiệu khá tốt về việc hầu hết các xe có tỷ số truyền được chọn tốt sẽ tăng tốc.

Lấy một ví dụ cực đoan, giả sử chúng ta có một công cụ quay vòng cực kỳ cao (như công cụ 1 công thức). Nó tạo ra mô-men xoắn 250 ft, nhưng nó duy trì mô-men xoắn đó cho đến khi công suất cực đại 20k RPM, tạo ra gần 800 mã lực. Mặt khác, chúng ta có một động cơ với rất nhiều chuyển vị nhưng đường đỏ tương đối thấp. Chúng ta hãy nói rằng chiếc xe torquey giả thuyết này tạo ra mô-men xoắn cực đại 600 ft và quay với 6k vòng / phút, chỉ tạo ra hơn 600 mã lực. Lưu ý rằng chiếc xe có nhiều hp hơn sẽ tạo ra mô-men xoắn ít hơn đáng kể. Trong thiết bị đầu tiên, giả sử rằng chiếc xe có vòng quay cao được điều khiển chặt chẽ gấp ba lần chiếc xe torquey - chiếc xe có vòng quay cao sẽ ở tốc độ 60mph và 18000 vòng / phút trong khi chiếc xe torquey sẽ ở tốc độ 6000 rpms ở tốc độ 60mph. Điều này làm cho chiếc xe có vòng quay cao thực sự đặt mô-men xoắn bánh xe nhiều hơn trong thiết bị này, vì vậy nó sẽ tăng tốc nhanh hơn. Và vì nó vẫn còn 2000 tốc độ động cơ còn lại khi xe torquey hết vòng / phút, nó sẽ tiếp tục tăng tốc vượt quá 60mph ở bánh răng đầu tiên trong khi chiếc xe kia đang chuyển. Và kịch bản tương tự cũng sẽ được lặp lại ở các bánh răng cao hơn - xe HP cao hơn thường sẽ tăng tốc nhanh hơn vì nó có khả năng ở trong các bánh răng thấp hơn có thể đủ khả năng để được điều khiển chặt chẽ hơn.

Thiết bị - đó là lý do tại sao mã lực là quan trọng. Cần số chặt có nghĩa là một chiếc xe phải quay vòng cao hơn để đạt được tốc độ đường nhất định. Hộp số dài có nghĩa là chiếc xe không phải quay vòng cao để đi một tốc độ nhất định. Sự đánh đổi là tăng tốc. Vì vậy, thiết bị đầu tiên trong hầu hết các xe rất chặt chẽ, kết thúc trước 30 dặm / giờ trong nhiều xe nhỏ. Mặt khác, thiết bị vượt tốc có nghĩa là cung cấp khả năng tăng tốc rất kém nhưng nó cho phép chiếc xe duy trì tốc độ RPM gần như không hoạt động ở tốc độ cao, tiết kiệm xăng. Ngoài ra, những chiếc xe giống hệt nhau có thể có tỷ lệ truyền động cuối cùng khác nhau, điều này sẽ ảnh hưởng đến khả năng tăng tốc và tốc độ tối đa chung của chúng. Vì vậy, một chiếc xe có tỷ lệ phía sau 3,00 sẽ tăng tốc chậm hơn đến tốc độ tối đa cao hơn so với cùng một chiếc xe có tỷ lệ phía sau 4,10.

Trong các điều khoản đơn giản nhất có thể:

Mô-men xoắn = Lbs / Ft. Một phép đo cụ thể, thực tế của lực xoắn do động cơ tạo ra.

Mã lực = Một đơn vị công việc tùy ý, tạo thành . Một đơn vị mã lực được xác định dựa trên giả định rằng một con ngựa có thể kéo với lực chỉ hơn 180 lbs.

Sai lầm mà hầu hết mọi người mắc phải khi tham gia vào cuộc tranh luận này là xem xét mã lực và mô-men xoắn một cách độc lập. Hầu như tất cả mọi người tranh luận như thể chúng là những giá trị riêng biệt, không liên quan. Họ không.

Mã lực = (Mô-men xoắn x RPM) / 5252

Phương trình này là điều quan trọng thứ hai trên trang này và đó là lý do mà bất cứ ai nói với bạn rằng mã lực và mô-men xoắn nên được xem xét như nhau và riêng biệt là không có cơ sở. Thực tế của vấn đề là mã lực là sản phẩm của mô-men xoắn và giá trị khác - RPM (chia cho 5252). Nó không liên quan, riêng biệt hoặc khác biệt.

Trên thực tế, không có một cỗ máy nào tồn tại để đo mã lực của ô tô. Đó là một con số nhân tạo. Khi kiểm tra hiệu suất của ô tô, mô-men xoắn của nó được đo bằng máy đo lực kế. Thước đo hiệu suất của động cơ là mô-men xoắn. Mã lực là một con số bổ sung đạt được bằng cách nhân mô-men xoắn với RPM.

Mối quan hệ giữa mã lực, mô-men xoắn và gia tốc

Tương tự điển hình: Năng lượng tiềm năng: Mô-men xoắn :: Động năng: Sức ngựa

Mô-men xoắn có thể tồn tại mà không cần chuyển động. Đây là một khả năng để làm việc.
Mã lực chỉ có thể tồn tại trong chuyển động. Đó là tỷ lệ làm việc.

Sức mạnh của động cơ = Mô-men xoắn * Tốc độ;

Để chỉ một động cơ chạy ở tải không đổi, Tham chiếu nguồn được sử dụng để trích xuất công suất tối đa.
. Để giới thiệu một động cơ chạy ở tải thay đổi (ví dụ như sự thay đổi của bánh răng), Mô-men xoắn là phù hợp hơn.

Curves:
đường cong Torque: Mô-men xoắn được tạo ra bởi động cơ vs rpm động cơ, tại tải khác nhau trên cơ.
Đường cong công suất: Công suất được tạo ra bởi động cơ so với vòng / phút của động cơ, ở các mức tải khác nhau trên động cơ. Điều này sẽ đạt được bằng cách nhân đường cong mô-men xoắn với tốc độ. Vì vậy, đây sẽ là phiên bản thay đổi + kéo dài trên đường cong mô-men xoắn. Tham khảo ví dụ về đường cong mô-men xoắn công suất Đường cong tiết
kiệm nhiên liệu sẽ được chồng lên các đường cong trên để hiểu rõ hơn.

Bạn đang bị lẫn lộn giữa đường cong công suất / đường cong mô-men xoắn và đường cong tiết kiệm nhiên liệu.

Cho một đường cong công suất, chúng ta có thể có được đường cong mô-men xoắn và ngược lại.
Đường cong tiết kiệm nhiên liệu phải được cung cấp rõ ràng dưới dạng biểu đồ chồng chéo.

Bây giờ nó phải rõ ràng khi sử dụng những gì.
Để có được số dặm tốt nhất, hãy theo đường cong số dặm.
Để có được sức mạnh tối đa, hãy tham khảo đường cong sức mạnh.

Đường cong mô-men xoắn thường được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các hệ thống điều khiển truyền động, để biết đó là thiết bị tốt nhất tiếp theo để thay đổi.

Vẫn chưa rõ? Kiểm tra một ví dụ thực tế

Lưu ý: Các đường cong chỉ được chỉ định ở một số điều kiện tải nhất định. Vì vậy, hành vi thực tế của động cơ phụ thuộc vào tải hiện tại trên động cơ cũng như các giới hạn khác nhau được áp dụng do các chỉ tiêu lập pháp / phát thải / bảo vệ thiệt hại.