Диапазон мощности

Эта статья о мере измерения выходной энергии двигателя. Информацию о модном аксессуаре см. в разделе Power Balance . Информацию о методе связи см. в разделе Широкополосная связь по линиям электропередачи .

Диаграмма, сравнивающая мощность и крутящий момент «тяговитого» двигателя с «пиковым»

Диаграмма крутящего момента для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания 4Т и 2Т:
А) впускной (4Т); возврат поршня в ВМТ (2Т)
Б) сжатие (4Т); спуск поршня при PMI (2T)
В) расширение
Д) выхлоп
α) средний по времени двигатель

Диапазон мощности двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя — это диапазон рабочих скоростей, при котором двигатель или мотор способен выдавать наибольшую мощность , то есть максимальную энергию в единицу времени. Обычно это означает, что максимальное ускорение может быть достигнуто внутри этого диапазона (часто за счет снижения эффективности). Хотя двигатели и моторы имеют большой диапазон рабочих скоростей, диапазон мощности обычно представляет собой гораздо меньший диапазон оборотов двигателя, составляющий только половину или меньше общего диапазона оборотов двигателя. (электродвигатели являются исключением — см. раздел об электродвигателях ниже).

В частности, диапазон мощности — это диапазон оборотов в минуту вокруг пиковой выходной мощности . Диапазон мощности бензинового автомобильного двигателя внутреннего сгорания обычно начинается со средних оборотов двигателя (около 4000 об/мин), когда максимальный крутящий момент создается , и заканчивается ниже красной линии после достижения максимальной мощности (выше 5000 об/мин, но менее 7000 об/мин). Дизельные двигатели легковых автомобилей и небольших грузовиков могут развивать максимальный крутящий момент ниже 2000 об/мин при пиковой мощности ниже 5000 об/мин.

Приложения

Механическая трансмиссия с возможностью выбора различных передаточных чисел предназначена для обеспечения достаточной мощности во всем диапазоне скоростей автомобиля. Целью выбора передаточных чисел является поддержание работы двигателя в диапазоне мощности. Чем уже диапазон, тем больше передач необходимо, ближе друг к другу по передаточному числу. При тщательном выборе передачи двигатель может работать в своем диапазоне мощности на всех скоростях автомобиля. Такое использование предотвращает работу двигателя на низких оборотах или превышение рекомендуемых рабочих скоростей.

Узкий диапазон мощности часто компенсируется устройством разделения мощности, таким как сцепление или гидротрансформатор, для эффективного достижения широкого диапазона скоростей. также Бесступенчатая трансмиссия позволяет избежать проблем узкого диапазона мощности, поддерживая работу двигателя на оптимальной скорости.

Двигатели внутреннего сгорания

В типичных двигателях внутреннего сгорания, используемых в транспортных средствах, крутящий момент низок на холостом ходу, достигает максимального значения между 1500 и 6500 об/мин, а затем более или менее резко падает до красной линии. Ниже оборотов максимального крутящего момента скорость всасываемого воздуха и, следовательно, смешивание воздуха и топлива не идеальны. Выше этой скорости несколько факторов начинают ограничивать крутящий момент, таких как растущее трение, необходимое время для закрытия клапанов и сгорания, а также недостаточный расход на впуске. Из-за увеличения вибрации и нагрева также может быть установлено внешнее ограничение частоты вращения. Мощность — это произведение крутящего момента, умноженного на скорость вращения (аналог силы , умноженной на скорость в линейной системе), поэтому пиковая мощность достигается в верхнем диапазоне скоростей, где наблюдается как высокий крутящий момент, так и высокие обороты в минуту.

В двигателях с турбонаддувом и наддувом, потенциально способных обеспечить высокий крутящий момент, система регулирования давления на впуске часто ограничивает крутящий момент до почти постоянного значения во всем диапазоне оборотов двигателя, чтобы снизить нагрузку на двигатель и обеспечить стабильную управляемость без снижения пиковой мощности.

Бензиновые двигатели

Диапазоны мощности могут превышать 14 000 об/мин на мотоциклах и некоторых гоночных автомобилях, таких как автомобили Формулы-1 . Столь высокие скорости достигаются за счет использования легких поршней и шатунов с коротким ходом для уменьшения инерции и, следовательно, нагрузок на детали. Достижения в технологии клапанов также уменьшают скольжение клапана на таких скоростях. По мере того, как двигатель становится больше (в частности, его ход), диапазон его мощности перемещается в сторону более низких скоростей.

В более распространенных применениях современный, хорошо спроектированный и сконструированный бензиновый двигатель с впрыском топлива , управляемым компьютером , многоклапанный и, опционально, с системой изменения фаз газораспределения, использующий хорошее топливо, может обеспечить замечательную гибкость в автомобильных приложениях с достаточным крутящим моментом даже на низких оборотах. обороты двигателя и относительно равномерная выходная мощность от 1500 до 6500 об/мин, что позволяет легко двигаться и прощает поведение на низкой скорости. Однако для достижения максимальной мощности при резком ускорении или высокой скорости по-прежнему требуются высокие обороты. Хотя буквальный диапазон мощности охватывает большую часть рабочего диапазона оборотов, особенно на первой передаче (поскольку нет более низкой передачи, на которую можно было бы переключиться, и нет «плоской точки», в которой двигатель не вырабатывает никакой мощности), эффективный диапазон изменяется. на каждой передаче, становясь диапазоном, ограниченным в верхнем конце либо ограничителем, либо точкой, примерно расположенной между пиковой мощностью и красной линией , где мощность падает, а в нижнем конце - частотой вращения холостого хода двигателя.

Дизельные двигатели

Типичный дорожный («высокоскоростной») дизель имеет более узкий диапазон, генерируя максимальный крутящий момент при более низких оборотах (часто 1500–2000 об/мин), но также с более резким спадом ниже этого диапазона и достигая пиковой мощности около 3500–4500 об/мин. Обороты, снова быстро теряющие силу выше этой скорости. Дизельные двигатели с турбонаддувом и турболагом (суженный, увеличенный диапазон мощности, свойственный большинству двигателей с турбонаддувом) могут проявлять эту характеристику еще более заметно. Таким образом, выбор передачи производителем (или покупателем/модификатором) и правильное использование доступных передаточных чисел еще более важны для наилучшего использования доступной мощности и избежания «увязания» в ровных местах.

В более крупных дизельных двигателях локомотивов и некоторых плавсредств используются дизель-электрические приводы. Это устраняет сложности, связанные с чрезвычайно низкой передачей, как описано ниже.

Самые большие («низкооборотные») дизели — большие генераторы на суше и морские дизели на море — могут вращаться со скоростью всего лишь сотни об/мин или даже ниже, при частоте холостого хода 20-30 об/мин. Обычно это двухтактные дизельные двигатели .

Электродвигатели

Электродвигатели во многом уникальны, особенно когда дело касается диапазона мощности. Точные характеристики сильно различаются в зависимости от типа электродвигателя. Максимальный крутящий момент универсального двигателя (пылесос, небольшие машины, дрели, стартеры) возникает при нулевой скорости вращения (при остановке) и падает при более высоких оборотах. Для асинхронных двигателей, подключенных к источнику переменного тока с фиксированной частотой (наиболее распространенный в крупных приложениях), максимальный крутящий момент обычно немного ниже синхронного числа оборотов в минуту, опускается до нуля для этого числа оборотов в минуту и ​​становится отрицательным выше него (асинхронный генератор); на низких оборотах крутящий момент обычно немного ниже. Синхронные двигатели могут использоваться только при синхронной скорости источника переменного тока. В современных применениях используются синхронные и асинхронные двигатели с электронным регулированием частоты, например бесщеточные электродвигатели постоянного тока . В этом случае, если не применяются внешние ограничения, максимальный крутящий момент достигается при низких оборотах.

Например, двигатель переменного тока, установленный в родстере Tesla (2008 г.) , выдает почти постоянный максимальный крутящий момент от 0 до примерно 6000 об/мин, тогда как максимальная мощность достигается примерно при 10 000 об/мин, спустя долгое время после того, как крутящий момент начинает падать. Красная линия родстера — 14 000 об/мин. Другие электродвигатели фактически могут создавать максимальный крутящий момент во всем рабочем диапазоне, хотя их максимальная рабочая скорость может быть ограничена для повышения надежности.

Газовые турбины

Для сравнения, газовые турбины работают на чрезвычайно высоких оборотах, имеют узкий диапазон мощности, а также плохую дроссельную заслонку и реакцию дроссельной заслонки.

См. также

• Комбинированный дизель-электрический и газовый
• Комбинированный дизель или газ
• Комбинированный газ или газ.
• Бесступенчатая трансмиссия
• Тюнинг двигателя
• Овердрайв (механика)
• Комплект смены
• Время смены