Qual è la differenza tra coppia e potenza?

Una domanda fondamentale: qual è la differenza tra coppia e potenza? È tutto su Google, ma sono davvero confuso e non riesco a ottenere risposte soddisfacenti. Ti dirò la mia confusione:

La coppia è un'indicazione di accelerazione, giusto? Quindi, per trovare il pick-up di un'auto dalla curva di coppia 0-60 mph dovrebbe essere usato. Allora perché viene usata una curva di potenza per questo. Cosa indica la potenza?

Se dico di cambiare marcia (diciamo da 1-2) per il miglior chilometraggio, cambiate a 10 km / h, mentre per estrarre la potenza massima, cambiate a 22 km / h. Quale dovrebbe essere un utente e perché?

Sono davvero confuso su dove utilizzare una curva di coppia e dove una curva di potenza? Qual è il loro significato? Qual è il loro contributo a un'auto per un utente?

Potenza <-> relazione di coppia

In generale, la relazione tra potenza e coppia è una formula semplice:

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

il che significa che puoi sempre calcolare una curva dall'altra nei diagrammi di coppia / potenza (Questo è anche ciò che fa il dinamometro)

Quindi, perché vengono sempre tracciate entrambe le curve, se sono più o meno le stesse?

Questo diagramma mostra alcune curve di cinque motori teorici:

Ogni motore ha una coppia di 350 Nm a 8000 giri / min (e quindi la stessa potenza di picco a quel RPM), e ogni motore ha una coppia di picco di 450 Nm.

Un guidatore normale utilizza l'autonomia fino a 3000 giri / min sulla strada, quindi la sua scelta migliore è il motore # 2 seguito da # 1. Questi darebbero la migliore accelerazione a RPM moderato.

In una gara in cui il motore gira a RPM molto alti, è meglio scegliere la 5.

Questa valutazione può essere effettuata con entrambe le curve: potenza e coppia, poiché mostrano più o meno la stessa quantità. MA le curve di coppia mostrano le differenze molto più chiare delle curve di potenza!

Tuttavia, le curve di potenza (possono) mostrano alcuni dettagli interessanti. La potenza di # 4 diminuisce tra 4000 e 5000 RPM. Un altro punto è che di solito la potenza massima non è al massimo RPM e si desidera sapere a che cosa si riferisce RPM e come si comporta attorno a tale RPM.

Perché la potenza aumenta ancora sebbene la coppia diminuisca già con RPM ad un certo punto?

Immagina di avere un peso di 50 kg che sollevi tirando una fune che corre sopra una puleggia sul soffitto. La forza che devi fare è solo la forza gravitazionale del peso quando la tiri a velocità costante. Poiché 50 kg sono piuttosto pesanti, lo solleverai molto lentamente. Se il peso è più leggero, hai bisogno di meno forza e puoi sollevarlo più velocemente. Diciamo che sollevi 25 kg in 1/3 del tempo. Ciò significa che, nello stesso tempo in cui si solleva il pesante peso di 50 kg, è anche possibile sollevare un totale di 3x25 kg = 75 kg. Poiché la potenza viene eseguita ogni volta e puoi sollevare 75 kg anziché 50 kg allo stesso tempo, la potenza è superiore del 50%, sebbene tu ne dedichi solo metà della forza.

È più o meno la stessa cosa per un motore: ad alti regimi, può avere meno coppia (forza) durante un giro, ma dal momento che fa più giri contemporaneamente, può fornire più potenza.

Cosa succede nella (e) scatola / e ingranaggi?

Come detto, il potere è lavoro svolto per volta. Poiché la potenza viene preservata, la potenza dell'albero motore è uguale alla potenza delle ruote. Dalla formula sopra si può calcolare cosa succede quando il rapporto motore / rapporto ruota è diverso (trascurando eventuali perdite):

Wheel_torque = Motor_torque * Motor_RPM / Wheel_RPM

Nel mio prossimo diagramma, ho tracciato la coppia delle ruote rispetto al numero di giri del motore per le sei marce di una BMW M3 (365Nm @ 4900 RPM; 252Kw @ 7900RPM):

Ma è anche possibile attingere potenza e coppia rispetto alla velocità:

Sì, il 365Nm del motore viene trasformato in quasi 6000Nm (4400lb ft) in prima marcia. Ciò dimostra il forte impatto dei rapporti del cambio e delle dimensioni delle ruote. D'altra parte, la potenza è sempre la stessa a un dato RPM.

Notare che quando si passa alla seconda marcia a circa 4900 giri / min (coppia massima), si riduce la coppia delle ruote di circa il 50%. (E quando passi al 3 ° dopo, perdi di nuovo circa il 50%).

Ciò significa che in una gara ti sposterai il più tardi possibile, anche se anche la potenza cade già, perché il cambio significa una forte perdita di potenza / coppia. (L'area rossa nella mia trama segna solo l'intervallo RPM da 4900 a massimo in prima marcia per chiarire). Tuttavia, in una gara di accelerazione in cui inizi da zero, una coppia elevata a basso numero di giri ti aiuterà, perché è importante raggiungere l'alta velocità il più velocemente possibile e non importa molto se acceleri ancora un po 'sull'ultimo metri.

Certo, in realtà c'è resistenza e quindi aumenta con la velocità, e l'unico modo per superarla è ancora più potenza. Pertanto, la potenza ovviamente definisce la velocità massima, ma questo esempio mostra che la potenza ha già un ruolo nella gamma di 50 km / h / 30 miglia all'ora, che non è molto veloce.

Quindi confrontare auto diverse per potenza o coppia?

Hai notato il forte impatto dei rapporti RPM dovuti alla trasmissione e anche la circonferenza delle ruote gioca un ruolo. Quindi è impossibile confrontare due auto semplicemente guardando la loro curva di coppia del motore. Questo funziona solo per un'auto con diverse opzioni del motore, ma stessa trasmissione. La potenza è un po '(!) Migliore. Si noti che la BMW M3 offre una potenza massima più o meno costante sopra i 125 km / h in 3a marcia, quando si cambia marcia tardi.

Consumo di carburante

La coppia è anche una misura del lavoro svolto dal motore durante un singolo giro. Più precisamente:

Work_per_rev[J]= torque[Nm] * 2π

Se consideriamo che il motore brucia sempre la stessa quantità di carburante per giro (non completamente realistico, ma OK), ovvero viene rilasciata la stessa energia chimica (lavoro), il rapporto tra lavoro chimico / meccanico è migliore quando la coppia è al massimo . Pertanto, la macchina funziona in modo più efficiente quando la coppia è elevata.

Ma tieni presente che il miglior consumo di carburante non è uguale al miglior chilometraggio! Nel caso della BMW M3: guidare a 2000 RPM invece di 4000 RPM significa ridurre la coppia da 340 Nm a 290 Nm, che è una perdita di solo il 15%, ma il consumo di carburante è ridotto del 50%.
Questo è il motivo per cui si consiglia di guidare a un regime di giri molto basso per ottenere il chilometraggio ottimale, sebbene il consumo di carburante non sia il migliore. Tuttavia: una coppia elevata a bassi regimi significa sicuramente un miglior chilometraggio.

Conclusione

In generale, potenza e coppia sono due misure della stessa cosa: la forza del motore. Se hai una curva, puoi calcolare l'altra.

La potenza determina la capacità di corsa e la velocità massima della vettura, ma anche la capacità di accelerazione quando il motore ha raggiunto un regime più elevato

La coppia mostra molto più chiaramente quale capacità di accelerazione ha il motore a basso numero di giri, ma la coppia alla ruota dipende dai rapporti di trasmissione e dalle dimensioni della ruota, quindi non è così facile da confrontare. Un guidatore normale vorrebbe avere una coppia elevata a bassi regimi.

E per favore nota che ho fatto diverse ipotesi e semplificazioni qui.

Sui miei dati

Ho ricevuto le curve del motore dal sito di stampa della BMW . E questo sito (purtroppo tedesco) prende le dimensioni dei pneumatici, un set di RPM e un modello BMW per rapporti (o rapporti personalizzati) e calcola la velocità agli RPM negli ingranaggi. Nel mio caso, la circonferenza della ruota è ~ 2m e la velocità è 7.5; 12.9; 19,3; 25,6; 30,1 e 35,1 km / h in marce 1-6. Ciò consente di calcolare gli RPM delle ruote per determinati RPM del motore in una data marcia.

La potenza è la potenza che il motore può produrre (quanto lavoro viene svolto in un determinato tempo), dove la coppia è la quantità di forza di rotazione che può fare (quanto lavoro viene svolto). I due sono abbastanza intricati, quindi non puoi averne uno senza l'altro.

Dovrai pensare ad alcune equazioni fisiche:

Forza = massa x accelerazione

Potenza = Lavoro svolto (Coppia) / Tempo

Per calcolare l'uno dall'altro, è possibile utilizzare alcune sostituzioni con alcune equazioni del movimento rotatorio:

HP = (2 x pi x Coppia x RPM) / 33000 = (Coppia * RPM) / 5252

In generale, un motore sarà più efficiente quando gira alla coppia massima (quindi perché i diesel industriali funzionano molto lentamente) e la coppia ha un effetto maggiore sulla velocità con cui l'auto accelera, in particolare alle velocità più basse. HP è più utile a velocità più elevate, dove ti dà un'indicazione di quanta capacità l'auto ha di raggiungere e mantenere una velocità più elevata.

Ad esempio, confronta il motore di una nave, che genererà enormi quantità di coppia (per muovere lentamente una cosa molto pesante) a RPM molto bassi (solo poche centinaia), con quello in una moto da corsa, che genererà molto di potenza (per spostare una cosa leggera molto rapidamente) ad un RPM elevato (10-12 mila)

La coppia è lavoro, la potenza è velocità di lavoro

Nel contesto dei motori:

• La coppia indica la quantità di carico che un motore può trasportare per una determinata distanza in un determinato periodo di tempo.

• La potenza indica la velocità con cui il motore può spostare quel carico su quella distanza.

Alcune altre cose che possono aiutare a spiegare la differenza tra i due:

• La coppia è ciò che accelera un veicolo da fermo

  ▲ Torque = ▲ Acceleration
  

  La parola fermo è molto importante qui, perché è l'unica volta in cui le forze aerodinamiche di resistenza non limitano l'accelerazione in linea retta di un veicolo. Questo è anche il motivo per cui la coppia ha un effetto dominante a velocità più basse - le forze di resistenza sono relativamente piccole.

• La coppia funziona; tira carichi

  Supponi di avere due veicoli identici in una competizione di tiro alla fune con due motori diversi che sviluppano la stessa potenza massima, ma a velocità del motore diverse. Il veicolo con il regime motore più basso avrà una coppia maggiore alle ruote rispetto alle altre. Questo sarà anche il motore che vince la competizione di tiro alla fune.

• La potenza di picco governerà la velocità massima

  Power = Resistive Forces x Vehicle Speed
  

  La potenza è solo un'unità di misura per potenza o velocità di lavoro, quindi:

  ▲ Horsepower = ▲ Top Speed
  

La coppia è la quantità di forza esercitata dal motore a un determinato regime di giri. In due auto con ingranaggi uguali e con la stessa marcia, un'automobile che produce una coppia pari a due volte accelera esattamente due volte più velocemente.

La potenza è calcolata dalla coppia e dal numero di giri. Una determinata quantità di coppia a un basso numero di giri equivale a una potenza inferiore rispetto alla stessa quantità di coppia a un regime maggiore.

Potenza è importante perché la quantità di forza che raggiunge le ruote posteriori per accelerare il veicolo è una combinazione di coppia e ingranaggi . In generale, maggiore è il numero di giri di un'auto, più strettamente può essere innestata. Quanto più si innesta una macchina, tanto più velocemente accelera per una determinata quantità di coppia. Poiché la potenza rappresenta una combinazione di coppia e numero di giri, in realtà è un'indicazione abbastanza buona di come accelera la maggior parte delle auto con rapporti di trasmissione ben scelti.

Per fare un esempio estremo, supponiamo di avere un motore estremamente potente (come un motore di formula 1). Produce una coppia di 250 piedi libbre, ma mantiene quella coppia fino a un picco di potenza di 20k RPM, facendo quasi 800 CV. D'altra parte, abbiamo un motore con molto spostamento ma una linea rossa relativamente bassa. Diciamo che questa ipotetica auto coppia rende la coppia di picco di 600 piedi libbre e giri a 6k giri / min, facendo poco più di 600 CV. Si noti che l'auto con più CV sta producendo una coppia significativamente inferiore. Nella prima marcia, diciamo che l'auto ad alta velocità è equipaggiata con una velocità tre volte superiore a quella della coppia torcente: la macchina a regime elevato sarà a 60 miglia all'ora e 18000 giri / min mentre l'auto a coppia massima sarà a 6000 giri a 60 miglia all'ora. Questo rende la vettura a regimi elevati effettivamente abbassare la coppia delle ruote in questa marcia, quindi accelererà più velocemente. E poiché ha ancora altri 2000 giri / min di velocità del motore quando la coppia torcente si esaurisce, continuerà ad accelerare oltre i 60 chilometri all'ora in prima marcia mentre l'altra auto sta cambiando. E lo stesso dramma si ripeterà anche nelle marce più alte: l'auto HP più alta generalmente accelererà più velocemente perché può permettersi di rimanere nelle marce più basse che possono permettersi di essere equipaggiate più strettamente.

Ingranaggi: ecco perché la potenza è importante. Una stretta marcia significa che un'auto deve girare più in alto per raggiungere una data velocità su strada. Una marcia lunga significa che la macchina non deve girare al massimo per andare a una certa velocità. Il compromesso è l'accelerazione. Quindi la prima marcia nella maggior parte delle auto è molto stretta, terminando prima di 30 mph in molte piccole auto. D'altra parte, la marcia overdrive è pensata per offrire un'accelerazione molto scarsa, ma consente all'auto di mantenere quasi il regime minimo a regime di autostrada, risparmiando gas. Inoltre, le auto identiche possono avere rapporti di trasmissione finali diversi, il che influenzerà l'accelerazione generale e la velocità massima. Quindi un'auto con un rapporto posteriore di 3.00 accelera più lentamente a una velocità massima superiore rispetto alla stessa auto con un rapporto posteriore di 4,10.

Nei termini più semplici possibili:

Coppia = Lbs / Ft. Una misura concreta e reale della forza di torsione prodotta dal motore.

Potenza = Unità di lavoro arbitraria e composta . Un'unità di potenza si basa sul presupposto che un cavallo può tirare con una forza di poco più di 180 libbre.

L'errore che molte persone commettono quando si impegna in questo dibattito è considerare la potenza e la coppia in modo indipendente. Quasi tutti sostengono come se fossero valori separati, non correlati. Non lo sono.

Potenza = (Coppia x RPM) / 5252

Questa equazione è la seconda cosa più importante in questa pagina, ed è la ragione per cui chiunque ti dica che potenza e coppia dovrebbero essere considerate allo stesso modo e separatamente è significativamente fuori base. Il fatto è che la potenza è il prodotto della coppia e di un altro valore - RPM (diviso per 5252). Non è indipendente, separato o diverso.

In realtà, non esiste un'unica macchina che misura la potenza di un'auto. È un numero creato dall'uomo. Quando vengono testate le prestazioni di un'auto, la sua coppia viene misurata utilizzando un dinamometro. La misura delle prestazioni di un motore è la coppia. La potenza è un numero aggiuntivo ottenuto moltiplicando la coppia per gli RPM.

La relazione tra potenza, coppia e accelerazione

Analogia tipica: energia potenziale: coppia :: energia cinetica: potenza del cavallo

La coppia può esistere senza movimento, è una capacità di fare il lavoro.
La potenza può esistere solo in movimento. È un ritmo di lavoro.

Potenza del motore = Coppia * Velocità;

Per indicare un motore in funzione a carico costante, viene utilizzato il riferimento di potenza per estrarre la massima potenza.
. Per indicare un motore che gira a carichi variabili (cambio di marce, ad esempio), la coppia è più appropriata.

Curve:
curva di coppia: coppia prodotta dal motore rispetto al regime motore, a vari carichi sul motore.
Curva di potenza: potenza prodotta dal motore rispetto al regime motore, a vari carichi sul motore. Ciò si otterrà moltiplicando la curva di coppia per velocità, quindi questa sarà una versione spostata + allungata sulla curva di coppia. Consultare Esempio di curva della coppia di torsione La curva di
risparmio di carburante verrà sovrapposta alle curve sopra per una migliore comprensione.

Ti stai confondendo tra curva di potenza / curva di coppia e curva di risparmio di carburante.

Data una curva di potenza, possiamo ottenere la curva di coppia e viceversa.
La curva di risparmio di carburante deve essere fornita esplicitamente come un grafico sovrapposto.

Ora deve essere ovvio quando usare cosa.
Per ottenere il chilometraggio ottimale, seguire la curva del chilometraggio.
Per ottenere la massima potenza, consultare la curva di potenza.

La curva di coppia verrà generalmente utilizzata come riferimento per i sistemi di controllo della trasmissione, per sapere quale sarà la migliore marcia successiva da cambiare.

Ancora non chiaro? Controlla un esempio del mondo reale

Nota: le curve sono specificate solo a determinate condizioni di carico, quindi il comportamento effettivo del motore dipende dal carico corrente sul motore e da varie limitazioni imposte a causa di norme legislative / di emissione / protezione dai danni.