กำลังแรง <-> แรงบิดสัมพันธ์
โดยทั่วไปความสัมพันธ์ระหว่างกำลังกับแรงบิดเป็นสูตรง่ายๆ
Power[kW] = Torque[Nm] * RPM * π / 30,000
ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถคำนวณเส้นโค้งหนึ่งจากอีกอันหนึ่งในรูปของแรงบิด / พลังงานไดอะแกรม (นั่นคือสิ่งที่เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าทำด้วย)
ดังนั้นทำไมเส้นโค้งทั้งสองจึงถูกพล็อตถ้ามันเหมือนกันมากหรือน้อย?
แผนภาพนี้แสดงมอเตอร์เชิงทฤษฎีจำนวนห้าเส้น:
มอเตอร์แต่ละตัวมีแรงบิด 350Nm ที่ 8000 รอบต่อนาที (และกำลังสูงสุดเท่ากันที่ RPM นั้น) และมอเตอร์แต่ละตัวมีแรงบิดสูงสุด 450Nm
คนขับปกติใช้ช่วงได้ถึง 3000RPM บนท้องถนนดังนั้นตัวเลือกที่ดีที่สุดของเขาคือมอเตอร์ # 2 ตามด้วย # 1 สิ่งเหล่านั้นจะให้อัตราเร่งที่ดีที่สุดที่ระดับปานกลางรอบต่อนาที
ในการแข่งขันที่มอเตอร์วิ่งด้วยความเร็วรอบสูงมากคุณควรเลือก # 5
การประเมินนี้สามารถทำได้ทั้งเส้นโค้ง - กำลังและแรงบิดเนื่องจากมันแสดงปริมาณเท่ากันหรือน้อยกว่า แต่เส้นโค้งแรงบิดแสดงความแตกต่างที่ชัดเจนกว่าเส้นโค้งกำลัง!
อย่างไรก็ตามเส้นโค้งพลังงาน (สามารถ) แสดงรายละเอียดที่น่าสนใจบางอย่าง พลังของ # 4 ลดลงระหว่าง 4,000 ถึง 5,000 RPM จุดอื่นคือโดยปกติกำลังสูงสุดไม่ได้อยู่ที่ RPM สูงสุดและคุณต้องการทราบว่า RPM คืออะไรและมันทำงานอย่างไรรอบ RPM นั้น
ทำไมพลังงานยังคงเพิ่มขึ้นแม้ว่าแรงบิดจะลดลงด้วย RPM ในบางจุด
ลองนึกภาพคุณมีน้ำหนัก 50 กิโลกรัมที่คุณยกขึ้นโดยการดึงเชือกที่วิ่งข้ามรอกไปที่เพดาน แรงที่คุณต้องพยายามเป็นเพียงแรงโน้มถ่วงของน้ำหนักเมื่อคุณดึงมันด้วยความเร็วคงที่ เนื่องจาก 50 กิโลกรัมค่อนข้างหนักคุณจะยกมันช้ามาก หากน้ำหนักเบาคุณจะต้องใช้แรงน้อยลงและสามารถยกได้เร็วขึ้น สมมติว่าคุณยกน้ำหนัก 25 กิโลกรัมในเวลา 1/3 ซึ่งหมายความว่าในเวลาเดียวกันคุณสามารถยกน้ำหนักหนัก 50 กก. คุณสามารถยก 3x25kg = 75kg รวมได้ เนื่องจากกำลังงานเสร็จสิ้นต่อเวลาและคุณสามารถยก 75 กิโลกรัมแทน 50 กิโลกรัมในเวลาเดียวกันพลังจึงสูงกว่า 50% - แม้ว่าคุณจะใส่แรงเพียงครึ่งเดียวก็ตาม
มันเหมือนกันกับมอเตอร์: ที่ RPM สูงมันอาจมีแรงบิดน้อยกว่า (แรง) ในช่วงรอบ แต่เนื่องจากมันหมุนรอบได้เร็วขึ้นในเวลาเดียวกันจึงสามารถส่งพลังงานได้มากกว่า
เกิดอะไรขึ้นในกล่องเกียร์
ดังที่กล่าวไปแล้วพลังทำงานได้ตามเวลา เนื่องจากพลังงานได้รับการอนุรักษ์พลังงานที่เพลามอเตอร์เท่ากับกำลังที่ล้อ จากสูตรด้านบนเราสามารถคำนวณสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่ออัตราส่วนของมอเตอร์อัตราส่วนล้อแตกต่างกัน (ละเลยการสูญเสีย):
Wheel_torque = Motor_torque * Motor_RPM / Wheel_RPM
ในแผนภาพต่อไปของฉันฉันได้วางแผนแรงบิดล้อกับมอเตอร์ RPM สำหรับหกเกียร์ของ BMW M3 (365Nm @ 4900RPM; 252Kw @ 7900RPM):
แต่ก็เป็นไปได้ที่จะดึงพลังและแรงบิดเทียบกับความเร็ว:
ใช่ 365Nm ของมอเตอร์ถูกเปลี่ยนเป็นเกือบ 6,000Nm (4400lb ft) ในเกียร์แรก สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงผลกระทบอันใหญ่หลวงของอัตราส่วนเฟืองและขนาดล้อ ในอีกด้านหนึ่งพลังงานจะเหมือนกันเสมอที่ RPM ที่กำหนด
โปรดทราบว่าเมื่อคุณเปลี่ยนเป็นเกียร์สองที่หรือประมาณ 4900RPM (แรงบิดสูงสุด) คุณจะลดแรงบิดของล้อลงประมาณ 50% (และเมื่อคุณเปลี่ยนเป็น 3 ในภายหลังคุณจะหลุดอีกประมาณ 50%)
ซึ่งหมายความว่าในการแข่งขันคุณจะต้องเลื่อนให้ช้าที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้แม้ว่าพลังจะตกไปแล้วก็ตามเพราะการขยับหมายถึงการสูญเสียพลังงาน / แรงบิดอย่างหนัก (พื้นที่สีแดงในพล็อตของฉันเพียงทำเครื่องหมายช่วง RPM จาก 4900 ถึงสูงสุดในเกียร์แรกเพื่อให้ชัดเจน) อย่างไรก็ตามในการประกวดการเร่งความเร็วที่คุณเริ่มต้นจากศูนย์แรงบิดสูงที่ RPM ต่ำจะช่วยได้เพราะการเร่งความเร็วให้เร็วที่สุดเป็นสิ่งสำคัญและมันไม่สำคัญว่าถ้าคุณยังเร่งความเร็วไปเล็กน้อย เมตร
แน่นอนว่าในความเป็นจริงมีการลากและอื่น ๆ ซึ่งเพิ่มขึ้นด้วยความเร็วและวิธีเดียวที่จะเอาชนะมันได้คือพลังที่มากขึ้น ดังนั้นพลังงานแน่นอนกำหนดความเร็วสูงสุด แต่ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่าพลังงานมีบทบาทอยู่ในช่วง 50km / h / 30mph ซึ่งไม่เร็วจริง ๆ
ดังนั้นเปรียบเทียบรถยนต์ที่แตกต่างกันตามกำลังหรือแรงบิด?
คุณได้เห็นผลกระทบอย่างใหญ่หลวงของอัตราส่วนรอบต่อนาทีเนื่องจากการส่งผ่านและวงล้อก็มีบทบาทเช่นกัน ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะเปรียบเทียบรถสองคันเพียงแค่ดูกราฟแรงบิดของมอเตอร์ สิ่งนี้ใช้ได้กับรถยนต์ที่มีมอเตอร์หลายตัวเลือก แต่มีการส่งผ่านข้อมูลเดียวกัน พลังงานน้อย (!) ดีกว่า โปรดทราบว่า BMW M3 ให้พลังสูงสุดคงที่มากกว่าหรือน้อยกว่า 125km / h ในเกียร์ 3 เมื่อคุณเปลี่ยนสาย
ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง
แรงบิดยังเป็นตัวชี้วัดการทำงานของมอเตอร์ในช่วงรอบการหมุนรอบเดียว อย่างแม่นยำมากขึ้น:
Work_per_rev[J]= torque[Nm] * 2π
ถ้าเราพิจารณาว่ามอเตอร์เผาไหม้เชื้อเพลิงในปริมาณเท่ากันต่อรอบ (ไม่เหมือนจริงทั้งหมด แต่ก็โอเค) เช่นพลังงานเคมี (งาน) เดียวกันจะถูกปล่อยออกมาอัตราส่วนของสารเคมี / เครื่องจักรกลจะดีที่สุดเมื่อแรงบิดสูงสุด . ดังนั้นเครื่องจะทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อแรงบิดสูง
แต่โปรดจำไว้ว่าประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่ดีที่สุดนั้นไม่เท่ากับระยะทางที่ดีที่สุด! ในกรณีของ BMW M3: การขับขี่ที่ 2000 รอบต่อนาทีแทน 4000RPM หมายถึงการลดแรงบิดจาก 340Nm เป็น 290Nm ซึ่งเป็นการสูญเสียเพียง 15% แต่การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงลดลง 50%
นี่คือเหตุผลที่แนะนำให้ขับที่ RPM ที่ต่ำมากเพื่อให้ได้ระยะทางที่ดีที่สุด แต่ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงนั้นไม่ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม: แรงบิดสูงที่ RPM ที่ต่ำกว่าแน่นอนหมายถึงระยะทางที่ดีขึ้น
ข้อสรุป
โดยทั่วไปกำลังและแรงบิดเป็นสองสิ่งเดียวกัน: ความแข็งแรงของมอเตอร์ หากคุณมีโค้งหนึ่งคุณสามารถคำนวณอีกอันได้
พลังกำหนดความสามารถในการแข่งและความเร็วสูงสุดของรถ แต่ยังสามารถเร่งความเร็วได้เมื่อมอเตอร์ถึง RPM ที่สูงขึ้น
แรงบิดแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ามอเตอร์มีความสามารถในการเร่งความเร็วที่ RPM ต่ำ แต่แรงบิดที่ล้อขึ้นอยู่กับอัตราส่วนเกียร์และขนาดล้อดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะเปรียบเทียบ ผู้ขับขี่ปกติต้องการแรงบิดสูงที่ RPM ต่ำ
และโปรดทราบว่าฉันตั้งสมมติฐานและเรียบง่ายหลายอย่างที่นี่
เกี่ยวกับข้อมูลของฉัน
ผมได้เส้นโค้งมอเตอร์จากเว็บไซต์กด BMWs และเว็บไซต์นี้ (น่าเสียดายที่ภาษาเยอรมัน) ใช้มิติยาง, ชุดของ RPM และ BMW รุ่นสำหรับอัตราส่วนเกียร์ (หรืออัตราส่วนที่กำหนดเอง) และคำนวณความเร็วที่ RPMs ในเกียร์ ในกรณีของฉันเส้นรอบวงของล้อคือ ~ 2m และความเร็วคือ 7.5 12.9; 19.3; 25.6; 30.1 และ 35.1km / h ในเกียร์ 1-6 สิ่งนี้ช่วยในการคำนวณ RPM ของล้อสำหรับรอบมอเตอร์ที่กำหนดในเกียร์ที่กำหนด