Warum entsprechen Drehmoment und Leistungskurve eines Gasmotors immer 5252 U / min?

Ich schaue mir eine Fernsehsendung mit dem Titel Tech Garage an, in der behauptet wurde, dass sich die Drehmoment- und Leistungskurven eines Motors immer bei 5252 U / min treffen. Angenommen, dies ist wahr, warum passiert das? Ist es etwas, das für Motoren entwickelt wurde, oder ist es nur so, wie die Thermodynamik funktioniert?


Wenn es ein Ergebnis des Designs ist, was ist mit dem Motor, um es wahr zu machen?

Es ist nur Mathe und liegt daran, dass die Pferdestärke (in Bezug auf das Drehmoment) als 550 ft · lbs pro Sekunde definiert ist .

Eine einzelne HP ist 33.000 Pfund bewegt 1 Fuß in 1 Minute (nach James Watt, das ist der Durchschnitt dessen, was ein tatsächliches Pferd tun kann). Eine Drehzahl eines Motors, der sich um 1 Pfund bewegt, würde ~ 6,283 Fuß (der Umfang eines Kreises mit einem Radius von 1 Fuß) betragen.

33.000 / 6,283 = 5252

Nur zum Spaß habe ich ein bisschen in Google nachgerechnet, um zu zeigen, dass dies ein Artefakt des Einheitensystems ist, das verwendet wird, um Drehmoment und Leistung mit Zahlen zu versehen.

Die Zahl 5252 kann berechnet werden als:

1 horsepower / 1 lbf foot radian in turns/minute
5 252.11312

Die genaue Zahl ist 16.500 / π (33.000 / τ)

Wenn die Berechnung stattdessen in metrischen Einheiten (Watt und Newtonmeter für das Drehmoment) erfolgen würde, würden Sie Folgendes erhalten:

1 W / 1 N m rad in turns/minute
9.54929659

Diese Zahl ist 30 / π (oder 60 / τ), aufgrund der Anzahl der Sekunden in einer Minute. Wenn Sie die Motordrehzahl im Bogenmaß pro Sekunde messen, wird die Zahl zu 1 . Dasselbe würde für das nichtmetrische System gelten, wenn zur Messung der Motorleistung anstelle von Pferdestärken Fuß-Pfund verwendet würden.

Wo sich die "Kurven treffen", ist ein Artefakt, bei dem beide Größen (gemessen in Pferdestärken und Pfundfuß) auf der Achse eines Graphen auf den numerisch gleichen Skalen platziert werden. Wenn Sie sie gegeneinander und nicht gegen die Drehzahl grafisch darstellen, wird dies stattdessen an einem Punkt (entsprechend 5252 U / min) angezeigt, an dem die Leistung in Pferdestärken und das Drehmoment in Pfundfuß gleich sind.

Füge oben nur die großartige Antwort von Mark hinzu:

Obwohl Pferdestärken als Drehmoment definiert sind, ist Pferdestärken das nützlichste Maß für die Motorleistung, wenn Sie herausfinden möchten, wie schnell Ihr Auto sein wird, vorausgesetzt, Sie haben ein geeignetes Getriebe. Ein Getriebe verändert die Drehmomentabgabe, lässt aber die Leistung unverändert (unter Vernachlässigung von Reibungsverlusten usw.). Daher ist das alte Sprichwort "Pferdestärken verkaufen Autos, Drehmoment gewinnt Rennen" theoretisch völlig falsch. Ein hypothetischer Motor, der ein Drehmoment von 1000 ft-lbs, aber nur eine Drehzahl von 10 U / min erreichte, würde zu einem schmerzhaft langsamen Auto führen.

Bei echten Autos wird jedoch selten über die tatsächlichen Leistungs- oder Drehmomentkurven gesprochen. Sie sprechen normalerweise nur über Spitzenleistung oder Spitzendrehmoment. Autos mit hohem Drehmoment produzieren es normalerweise am unteren Ende, und dies erhöht auch die Leistung am unteren Ende. Da die Leistung mit der Drehzahl zusammenhängt, liegt die Spitzenleistung normalerweise bei hohen Drehzahlen. Daher hat ein Motor mit hohem Drehmoment möglicherweise die gleichen Spitzenleistungen wie ein Motor mit niedrigem Drehmoment, aber der Motor mit hohem Drehmoment hat im unteren Bereich des Drehzahlbereichs mehr Leistung. Aufgrund dessen wird das Auto schneller sein - aber Leute, die nur Spitzenwerte berücksichtigen, werden sagen, dass dies auf das Drehmoment zurückzuführen ist, wenn es wirklich auf ein breites Leistungsband zurückzuführen ist. Denken Sie daran, dass jeder Motor theoretisch ein beliebig großes Drehmoment erzeugen kann, nachdem er durch ein Getriebe geleitet wurde.

Als einfaches hypothetisches Beispiel betrachten wir einen Motor A mit einer typischen Leistungskurve und stellen uns dann einen Motor B mit derselben exakten Leistungskurve vor, der jedoch auf der Drehzahlachse x2 skaliert ist. Wenn Motor A Spitzen-HP bei 5.000 U / min erzeugen würde, würde Motor B Spitzen-HP bei 10.000 U / min erzeugen. Wenn Motor A 90 PS bei 2.000 U / min erzeugen würde, würde Motor B 90 PS bei 4.000 U / min erzeugen.

Stellen Sie sich nun vor, Sie leiten Motor B durch ein reibungsloses Getriebe mit einem Verhältnis von 2: 1. Dies verlangsamt Motor B effektiv, so dass die Merkmale der getriebemodifizierten Leistungskurve nun bei den gleichen Drehzahlen wie Motor A auftreten. Motor B erzeugt nun trotz des Getriebes genau das gleiche Drehmoment und die gleiche Leistung wie Motor A die Tatsache, dass Motor B vor dem Getriebe deutlich weniger Drehmoment hätte. (Wieder siehe Marks großartige Erklärung der Mathematik)