Was ist der Unterschied zwischen Drehmoment und Leistung?

Eine sehr grundlegende Frage - was ist der Unterschied zwischen Drehmoment und Leistung? Alles über Google, aber ich bin wirklich verwirrt und kann keine zufriedenstellenden Antworten bekommen. Ich sage dir meine Verwirrung:

Das Drehmoment ist ein Hinweis auf die Beschleunigung, oder? Also, um die Aufnahme eines Autos von 0 bis 60 Meilen pro Stunde Drehmomentkurve zu finden, sollte verwendet werden. Warum wird dann dafür eine Pferdestärkekurve verwendet? Was bedeutet Pferdestärke?

Wenn ich zum Schalten von Gängen (etwa von 1 bis 2) die beste Kilometerleistung erzielen möchte, schalten Sie mit 10 km / h, während Sie zum Extrahieren der maximalen Leistung mit 22 km / h schalten. Welches sollte ein Benutzer verwenden und warum?

Ich bin wirklich verwirrt, wo ich eine Drehmomentkurve und wo eine Leistungskurve verwenden soll. Was ist ihre Bedeutung? Was ist ihr Beitrag zu einem Auto für einen Benutzer?

Leistungs <-> Drehmomentverhältnis

Im Allgemeinen ist die Beziehung zwischen Leistung und Drehmoment eine einfache Formel:

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

was bedeutet, dass Sie immer die eine Kurve aus der anderen in Drehmoment- / Leistungsdiagrammen berechnen können (das macht auch der Dynamometer)

Warum werden also immer beide Kurven gezeichnet, wenn sie mehr oder weniger gleich sind?

Dieses Diagramm zeigt einige Kurven von fünf theoretischen Motoren:

Jeder Motor hat ein Drehmoment von 350 Nm bei 8000 U / min (und damit die gleiche Spitzenleistung bei dieser Drehzahl), und jeder Motor hat ein Spitzendrehmoment von 450 Nm.

Ein normaler Fahrer nutzt die Reichweite auf der Straße bis zu 3000 U / min. Seine beste Wahl ist also Motor Nr. 2, gefolgt von Nr. 1. Diese würden bei mäßiger Drehzahl die beste Beschleunigung ergeben.

Bei einem Rennen, bei dem der Motor mit sehr hohen Drehzahlen läuft, sollten Sie besser # 5 wählen.

Diese Auswertung kann mit beiden Kurven durchgeführt werden - Leistung und Drehmoment, da sie mehr oder weniger die gleiche Größe aufweisen. ABER die Drehmomentkurven zeigen die Unterschiede viel deutlicher als die Leistungskurven!

Die Leistungskurven können jedoch einige interessante Details zeigen. Die Leistung von Nr. 4 nimmt zwischen 4000 und 5000 U / min ab. Ein weiterer Punkt ist, dass normalerweise die maximale Leistung nicht bei maximaler Drehzahl liegt und Sie wissen möchten, bei welcher Drehzahl sie liegt und wie sie sich bei dieser Drehzahl verhält.

Warum steigt die Leistung immer noch an, obwohl das Drehmoment schon irgendwann mit der Drehzahl abnimmt?

Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Gewicht von 50 kg, das Sie an einem Seil ziehen, das über eine Seilrolle an der Decke läuft. Die Kraft, die Sie aufbringen müssen, ist nur die Gravitationskraft des Gewichts, wenn Sie es mit konstanter Geschwindigkeit ziehen. Da 50 kg ziemlich schwer sind, heben Sie es sehr langsam an. Wenn das Gewicht leichter ist, benötigen Sie weniger Kraft und können es schneller anheben. Nehmen wir an, Sie heben in einem Drittel der Zeit 25 kg. Das bedeutet, dass Sie in der gleichen Zeit, in der Sie das schwere Gewicht von 50 kg heben, auch insgesamt 3 x 25 kg = 75 kg heben können. Da die Leistung pro Zeiteinheit erbracht wird und Sie 75 kg anstatt 50 kg gleichzeitig heben können, ist die Leistung um 50% höher - obwohl Sie nur die Hälfte der Kraft aufwenden.

Ähnlich verhält es sich mit einem Motor: Bei hohen Drehzahlen hat er möglicherweise weniger Drehmoment (Kraft) während einer Umdrehung, aber da er gleichzeitig mehr Umdrehungen ausführt, kann er mehr Leistung liefern.

Was passiert im Getriebe?

Wie gesagt, Leistung ist Arbeit pro Zeit. Da die Leistung erhalten bleibt, entspricht die Leistung an der Motorwelle der Leistung an den Rädern. Aus der obigen Formel kann berechnet werden, was passiert, wenn das Verhältnis von Motor zu Rad unterschiedlich ist (ohne Berücksichtigung von Verlusten):

Wheel_torque = Motor_torque * Motor_RPM / Wheel_RPM

In meinem nächsten Diagramm habe ich das Raddrehmoment in Abhängigkeit von der Motordrehzahl für die sechs Gänge eines BMW M3 (365 Nm bei 4900 U / min; 252 kW bei 7900 U / min) aufgetragen:

Es ist aber auch möglich, Leistung und Drehmoment in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit zu zeichnen:

Ja, die 365 Nm des Motors werden im ersten Gang auf fast 6000 Nm (4400 lb ft) umgewandelt. Dies zeigt den massiven Einfluss von Übersetzungsverhältnissen und Radabmessungen. Andererseits ist die Leistung bei einer bestimmten Drehzahl immer gleich.

Beachten Sie, dass Sie das Raddrehmoment um etwa 50% reduzieren, wenn Sie mit oder um 4900 U / min (maximales Drehmoment) in den zweiten Gang schalten. (Und wenn Sie später auf den 3. Platz wechseln, verlieren Sie wieder etwa 50%).

Dies bedeutet, dass Sie in einem Rennen so spät wie möglich schalten, auch wenn die Leistung bereits sinkt, da das Schalten einen starken Verlust an Leistung / Drehmoment bedeutet. (Der rote Bereich in meinem Diagramm markiert lediglich den Drehzahlbereich von 4900 bis maximal im ersten Gang, um dies zu verdeutlichen.) Bei einem Beschleunigungswettbewerb, bei dem Sie von Null aus starten, hilft jedoch ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, da es wichtig ist, so schnell wie möglich auf hohe Geschwindigkeit zu kommen, und es spielt keine Rolle, ob Sie beim letzten Mal noch ein wenig beschleunigen meter.

Natürlich gibt es in der Realität einen Widerstand, der mit der Geschwindigkeit zunimmt, und der einzige Weg, ihn zu überwinden, ist noch mehr Leistung. So definiert die Leistung natürlich die Höchstgeschwindigkeit, aber dieses Beispiel zeigt, dass die Leistung bereits im Bereich von 50 km / h eine Rolle spielt, was nicht wirklich schnell ist.

Vergleichen Sie also verschiedene Autos nach Leistung oder Drehmoment?

Sie haben den massiven Einfluss der Drehzahlverhältnisse auf das Getriebe gesehen, und auch der Radumfang spielt eine Rolle. Es ist also unmöglich, zwei Autos zu vergleichen, indem man nur ihre Motordrehmomentkurve betrachtet. Dies funktioniert nur für ein Auto mit mehreren Motoroptionen, aber demselben Getriebe. Leistung ist etwas (!) Besser. Beachten Sie, dass der BMW M3 im 3. Gang mehr oder weniger konstante Höchstleistung über 125 km / h liefert, wenn Sie zu spät schalten.

Kraftstoffverbrauch

Das Drehmoment ist auch ein Maß für die Arbeit des Motors während einer Umdrehung. Etwas präziser:

Work_per_rev[J]= torque[Nm] * 2π

Wenn man bedenkt, dass der Motor immer die gleiche Kraftstoffmenge pro Umdrehung verbrennt (nicht ganz realistisch, aber in Ordnung), dh die gleiche chemische Energie (Arbeit) freigesetzt wird, ist das Verhältnis von chemischer / mechanischer Arbeit am besten, wenn das Drehmoment maximal ist . Die Maschine läuft also am effizientesten, wenn das Drehmoment hoch ist.

Beachten Sie jedoch, dass die beste Kraftstoffeffizienz nicht der besten Laufleistung entspricht! Im Falle des BMW M3 bedeutet: Fahren mit 2000 U / min anstelle von 4000 U / min, dass das Drehmoment von 340 Nm auf 290 Nm reduziert wird, was einen Verlust von nur 15% darstellt, aber den Kraftstoffverbrauch um 50% senkt.
Aus diesem Grund wird empfohlen, mit sehr niedrigen Drehzahlen zu fahren, um eine optimale Laufleistung zu erzielen, obwohl die Kraftstoffeffizienz dort nicht die beste ist. Allerdings: Ein hohes Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen bedeutet mit Sicherheit eine bessere Laufleistung.

Fazit

Im Allgemeinen sind Leistung und Drehmoment zwei Maßstäbe für dasselbe: Die Stärke des Motors. Wenn Sie eine Kurve haben, können Sie die andere berechnen.

Die Leistung bestimmt das Rennvermögen und die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs, aber auch die Beschleunigungsfähigkeit, sobald der Motor eine höhere Drehzahl erreicht hat

Das Drehmoment zeigt viel deutlicher, welche Beschleunigungsfähigkeit der Motor bei niedrigen Drehzahlen hat, aber das Drehmoment am Rad hängt von den Übersetzungsverhältnissen und den Radabmessungen ab, so dass es nicht so einfach zu vergleichen ist. Ein normaler Fahrer möchte ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl haben.

Bitte beachten Sie, dass ich hier einige Annahmen und Vereinfachungen getroffen habe.

Über meine Daten

Ich habe die Motorkurven von der BMW-Presseseite erhalten . Und diese (leider deutsche) Site verwendet Reifendimensionen, einen Drehzahlsatz und ein BMW-Modell für Übersetzungsverhältnisse (oder benutzerdefinierte Übersetzungsverhältnisse) und berechnet die Drehzahl in den Gängen. In meinem Fall ist der Umfang des Rades ~ 2 m und die Geschwindigkeit ist 7,5; 12,9; 19,3; 25,6; 30,1 und 35,1 km / h in den Gängen 1-6. Dies ermöglicht es, die Raddrehzahl für eine gegebene Motordrehzahl in einem gegebenen Gang zu berechnen.

PS gibt an, wie viel Leistung der Motor leisten kann (wie viel Arbeit in einer bestimmten Zeit geleistet wird), während das Drehmoment die Menge an Drehkraft ist, die er leisten kann (wie viel Arbeit geleistet wird). Die beiden sind ziemlich kompliziert miteinander verbunden, so dass man eins nicht ohne das andere haben kann.

Sie müssen sich ein paar physikalische Gleichungen überlegen:

Kraft = Masse x Beschleunigung

Leistung = Arbeit erledigt (Drehmoment) / Zeit

Um eine von der anderen zu berechnen, können Sie eine Substitution mit einigen Drehbewegungsgleichungen verwenden:

HP = (2 × p × Drehmoment × U / min) / 33000 = (Drehmoment × U / min) / 5252

Im Allgemeinen ist ein Motor am effizientesten, wenn er mit maximalem Drehmoment läuft (weshalb Industriediesel sehr langsam laufen), und das Drehmoment wirkt sich eher darauf aus, wie schnell das Auto beschleunigt, insbesondere bei niedrigeren Geschwindigkeiten. HP ist bei höheren Geschwindigkeiten von größerem Nutzen, da es Ihnen einen Hinweis darauf gibt, wie viel Fähigkeit das Auto hat, eine höhere Geschwindigkeit zu erreichen und aufrechtzuerhalten.

Vergleichen Sie beispielsweise den Motor in einem Schiff, der bei sehr niedrigen Drehzahlen (nur einige hundert) ein enormes Drehmoment erzeugt (um ein sehr schweres Ding langsam zu bewegen), mit dem in einem Rennmotorrad, das viel erzeugt der Kraft (um ein leichtes Ding sehr schnell zu bewegen) bei einer hohen Drehzahl (10-12 Tausend)

Das Drehmoment ist Arbeit, Leistung ist Arbeit Rate

Im Zusammenhang mit Motoren:

• Das Drehmoment gibt an, wie viel Last ein Motor für eine bestimmte Strecke in einer bestimmten Zeitspanne tragen kann.

• Leistung gibt an, wie schnell der Motor diese Last über diese Strecke bewegen kann.

Einige andere Dinge, die helfen können, den Unterschied zwischen den beiden zu erklären:

• Drehmoment beschleunigt ein Fahrzeug aus dem Stand

  ▲ Torque = ▲ Acceleration
  

  Das Wort Stillstand ist hier sehr wichtig, weil es das einzige Mal ist, in dem die aerodynamischen Widerstandskräfte die Geradeausbeschleunigung eines Fahrzeugs nicht einschränken. Auch deshalb dominiert das Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen - die Widerstandskräfte sind relativ gering.

• Drehmoment funktioniert; es zieht Lasten

  Angenommen, Sie haben zwei identische Fahrzeuge in einem Tauziehen-Wettbewerb mit zwei verschiedenen Motoren, die dieselbe maximale Leistung entwickeln, jedoch bei unterschiedlichen Motordrehzahlen. Das Fahrzeug mit der niedrigeren Motordrehzahl hat mehr Drehmoment an den Rädern als das andere. Dies wird auch der Motor sein, der den Tauziehen-Wettbewerb gewinnt .

• Spitzenleistung regelt die Höchstgeschwindigkeit

  Power = Resistive Forces x Vehicle Speed
  

  Leistung ist nur eine Maßeinheit für Leistung oder Arbeitsleistung.

  ▲ Horsepower = ▲ Top Speed
  

Das Drehmoment ist die Kraft, die Ihr Motor bei einer bestimmten Drehzahl ausübt. In zwei Autos mit gleicher Übersetzung und gleichem Gang beschleunigt ein Auto, das doppelt so viel Drehmoment erzeugt, genau doppelt so schnell.

Die Leistung wird aus dem Drehmoment und der Drehzahl berechnet. Ein gegebener Drehmomentbetrag bei niedriger Drehzahl entspricht weniger PS als der gleiche Drehmomentbetrag bei höherer Drehzahl.

Die Leistung ist wichtig, da die Kraft, die zum Beschleunigen des Fahrzeugs auf die Hinterräder einwirkt, eine Kombination aus Drehmoment und Getriebe ist . Generell gilt: Je höher die Drehzahl eines Autos, desto straffer kann es geschaltet werden. Je straffer Sie ein Auto schalten, desto schneller beschleunigt es bei einem bestimmten Drehmoment. Da Pferdestärken eine Kombination aus Drehmoment und Drehzahl darstellen, ist dies ein ziemlich guter Hinweis darauf, wie die meisten Autos mit ausgewählten Übersetzungsverhältnissen beschleunigen werden.

Nehmen wir als extremes Beispiel an, wir haben einen Motor mit extrem hoher Drehzahl (wie ein Formel-1-Motor). Es stellt 250 ft lbs Drehmoment bereit, behält dieses Drehmoment jedoch bei, bis eine Spitzenleistung von 20 km / min erreicht wird, was fast 800 PS ergibt. Auf der anderen Seite haben wir einen Motor mit viel Hubraum, aber einer relativ niedrigen Drehzahl. Nehmen wir an, dass dieses hypothetische Torquey-Auto ein maximales Drehmoment von 600 ft lbs und eine Drehzahl von 6 k U / min erreicht, was etwas mehr als 600 PS entspricht. Beachten Sie, dass das Auto mit mehr PS deutlich weniger Drehmoment macht. Nehmen wir im ersten Gang an, das hochdrehende Auto ist dreimal so eng geschaltet wie das Torquey-Auto - das hochdrehende Auto hat eine Geschwindigkeit von 60 km / h und 18000 U / min, während das Torquey-Auto eine Geschwindigkeit von 6000 km / h hat. Dadurch setzt das hochdrehende Auto in diesem Gang tatsächlich mehr Raddrehmoment ab, sodass es schneller beschleunigt. Und da noch 2000 U / min übrig sind, wenn das Torquey-Auto keine Drehzahl mehr hat, beschleunigt es im ersten Gang weiter über 100 km / h, während das andere Auto schaltet. Und dasselbe Drama wird sich auch in den höheren Gängen wiederholen - das Auto mit den höheren PS wird im Allgemeinen schneller beschleunigen, weil es sich leisten kann, in niedrigeren Gängen zu bleiben, die es sich leisten können, enger geschaltet zu werden.

Getriebe - deshalb ist Pferdestärke wichtig. Eng verzahnt bedeutet, dass ein Auto eine höhere Drehzahl haben muss, um eine bestimmte Geschwindigkeit zu erreichen. Lange Gänge bedeuten, dass das Auto nicht so schnell fahren muss, um eine bestimmte Geschwindigkeit zu erreichen. Der Kompromiss ist die Beschleunigung. Daher ist der erste Gang in den meisten Autos sehr eng und endet in vielen kleinen Autos vor 30 Meilen pro Stunde. Auf der anderen Seite soll das Overdrive-Getriebe eine sehr schlechte Beschleunigung bieten, aber es ermöglicht dem Auto, bei Autobahngeschwindigkeiten nahezu die Leerlaufdrehzahl beizubehalten, wodurch Benzin gespart wird. Ansonsten können identische Fahrzeuge unterschiedliche Achsübersetzungen aufweisen, was sich auf die Gesamtbeschleunigung und die Höchstgeschwindigkeit auswirkt. Ein Auto mit einer Heckübersetzung von 3,00 beschleunigt also langsamer auf eine höhere Höchstgeschwindigkeit als dasselbe Auto mit einer Heckübersetzung von 4,10.

Im einfachsten Sinne möglich:

Drehmoment = Lbs / Ft. Eine konkrete, reale Messung der Drehkraft erzeugt durch den Motor.

Pferdestärke = Eine willkürliche, zusammengesetzte Arbeitseinheit . Eine Einheit Pferdestärke basiert auf der Annahme, dass ein Pferd mit einer Kraft von etwas mehr als 180 Pfund ziehen kann.

Der Fehler, den die meisten Leute machen, wenn sie sich auf diese Debatte einlassen, besteht darin, Leistung und Drehmoment unabhängig voneinander zu betrachten. Fast jeder argumentiert, als ob es sich um getrennte, nicht verwandte Werte handelt. Sie sind nicht.

PS = (Drehmoment x U / min) / 5252

Diese Gleichung ist das zweitwichtigste auf dieser Seite, und es ist der Grund, warum jeder, der Ihnen sagt, dass Leistung und Drehmoment gleichermaßen und getrennt betrachtet werden sollten, erheblich von der Ausgangsbasis abweicht. Tatsache ist, dass Pferdestärken das Produkt von Drehmoment und einem anderen Wert - U / min (geteilt durch 5252) sind. Es ist nicht unabhängig, getrennt oder anders.

Tatsächlich gibt es keine einzige Maschine, die die Leistung eines Autos misst. Es ist eine künstliche Zahl. Wenn die Leistung eines Autos getestet wird, wird das Drehmoment mit einem Dynamometer gemessen. Das Maß für die Leistung eines Motors ist das Drehmoment. PS ist eine zusätzliche Zahl, die durch Multiplizieren des Drehmoments mit den U / min erreicht wird.

Das Verhältnis zwischen Leistung, Drehmoment und Beschleunigung

Typische Analogie: Potentielle Energie: Drehmoment :: Kinetische Energie: Pferdestärke

Drehmoment kann ohne Bewegung existieren. Es ist eine Fähigkeit, Arbeit zu erledigen.
Pferdestärken können nur in Bewegung existieren. Es ist Arbeitsgeschwindigkeit.

Motorleistung = Drehmoment * Drehzahl;

Um einen Motor mit konstanter Last zu referenzieren, wird die Leistungsreferenz verwendet, um die maximale Leistung zu extrahieren.
. Um einen Motor mit variabler Last (z. B. Gangwechsel) zu referenzieren, ist Drehmoment besser geeignet.

Kurven:
Drehmomentkurve: Vom Motor erzeugtes Drehmoment im Verhältnis zur Motordrehzahl bei unterschiedlicher Belastung des Motors.
Leistungskurve: Leistung, die vom Motor in Abhängigkeit von der Motordrehzahl bei unterschiedlicher Belastung des Motors erzeugt wird. Dies wird durch Multiplizieren der Drehmomentkurve mit der Drehzahl erhalten. Dies ist also eine verschobene + verlängerte Version der Drehmomentkurve. Siehe Stromdrehmomentkurve Beispiel
Kraftstoffverbrauch Kurve wird auf ein besseres Verständnis über Kurven überlappt.

Sie werden zwischen Leistungskurve / Drehmomentkurve und Kraftstoffverbrauchskurve verwechselt.

Bei gegebener Leistungskurve können wir die Drehmomentkurve erhalten und umgekehrt.
Die Kraftstoffverbrauchskurve muss explizit als überlappendes Diagramm angegeben werden.

Jetzt muss klar sein, wann was verwendet werden soll.
Um die beste Laufleistung zu erzielen, folgen Sie der Laufleistungskurve.
Beziehen Sie sich auf die Leistungskurve, um die maximale Leistung zu erhalten.

Die Drehmomentkurve wird im Allgemeinen als Referenz für Getriebesteuerungssysteme verwendet, um zu wissen, welcher Gang der nächstbeste ist.

Immer noch nicht klar? Überprüfen Sie ein Beispiel aus der Praxis

Hinweis: Die Kurven werden nur bei bestimmten Lastbedingungen angegeben. Das tatsächliche Verhalten des Motors hängt von der aktuellen Motorlast sowie von verschiedenen Einschränkungen ab, die aufgrund der gesetzlichen Bestimmungen / Emissionsnormen / des Schadensschutzes festgelegt wurden.