Apa perbedaan antara torsi dan tenaga kuda?

Pertanyaan yang sangat mendasar - apa perbedaan antara torsi dan tenaga kuda? Semua ada di Google, tapi saya benar-benar bingung dan tidak bisa mendapatkan jawaban yang memuaskan. Aku akan memberitahumu kebingunganku:

Torsi adalah indikasi akselerasi, bukan? Jadi, untuk mencari pickup mobil dari kurva torsi 0-60 mph harus digunakan. Lalu mengapa kurva tenaga kuda digunakan untuk itu. Apa yang ditunjukkan oleh tenaga kuda?

Jika saya mengatakan untuk menggeser persneling (katakanlah 1-2) untuk jarak tempuh terbaik, bergeser pada 10 kmpj, sedangkan untuk mengekstraksi kekuatan maksimum, bergeser pada 22 kmpj. Yang mana yang harus digunakan pengguna dan mengapa?

Saya benar-benar bingung di mana harus menggunakan kurva torsi dan di mana kurva daya? Apa signifikansi mereka? Apa kontribusi mereka terhadap mobil bagi pengguna?

Relasi torsi <-> tenaga

Secara umum, hubungan antara tenaga dan torsi adalah rumus sederhana:

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

yang berarti bahwa Anda selalu dapat menghitung satu kurva dari yang lain dalam diagram torsi / daya (Itu juga yang dilakukan oleh dinamometer)

Jadi, mengapa kedua kurva selalu diplot, jika keduanya kurang lebih sama?

Diagram ini menunjukkan beberapa kurva dari lima motor teoritis:

Setiap motor memiliki torsi 350Nm pada 8000RPM (dan daya puncak yang sama pada RPM itu), dan masing-masing motor memiliki torsi puncak 450Nm.

Pengemudi normal menggunakan rentang hingga 3000RPM di jalan, jadi pilihan terbaiknya adalah motor # 2 diikuti oleh # 1. Itu akan memberikan akselerasi terbaik pada RPM moderat.

Dalam balapan di mana motor berjalan pada RPM yang sangat tinggi, Anda sebaiknya memilih # 5.

Evaluasi ini dapat dilakukan dengan kurva - tenaga dan torsi, karena keduanya menunjukkan kuantitas yang kurang lebih sama. TETAPI kurva torsi menunjukkan perbedaan jauh lebih jelas daripada kurva daya!

Namun, kurva daya (dapat) menunjukkan beberapa detail menarik. Kekuatan # 4 berkurang antara 4000 dan 5000RPM. Poin lain adalah bahwa biasanya, kekuatan maksimum tidak pada RPM maks, dan Anda ingin tahu pada RPM apa itu, dan bagaimana perilakunya di sekitar RPM itu.

Mengapa daya masih meningkat meskipun torsi sudah berkurang dengan RPM di beberapa titik?

Bayangkan Anda memiliki berat 50kg yang Anda angkat dengan menarik tali yang membentang di atas katrol di langit-langit. Gaya yang harus Anda upayakan hanyalah gaya gravitasi dari berat ketika Anda menariknya dengan kecepatan konstan. Karena 50kg cukup berat, Anda akan mengangkatnya dengan sangat lambat. Jika beratnya lebih ringan, Anda perlu sedikit tenaga, dan bisa mengangkatnya lebih cepat. Katakanlah Anda mengangkat 25kg dalam 1/3 waktu. Ini berarti, pada saat yang sama Anda mengangkat berat 50kg, Anda juga dapat mengangkat total 3x25kg = 75kg. Karena daya adalah pekerjaan yang dilakukan per waktu dan Anda dapat mengangkat 75kg bukan 50kg dalam waktu yang sama, daya 50% lebih tinggi - meskipun Anda hanya memasukkan setengah gaya.

Ini hampir sama untuk motor: Pada RPM tinggi, mungkin memiliki torsi (kekuatan) lebih sedikit selama putaran, tetapi karena ia melakukan lebih banyak putaran pada saat yang sama, itu dapat memberikan lebih banyak daya.

Apa yang terjadi di kotak persneling?

Seperti yang dikatakan, kekuatan adalah pekerjaan yang dilakukan per waktu. Karena daya dihemat, daya pada poros motor sama dengan daya pada roda. Dari rumus di atas kita dapat menghitung apa yang terjadi ketika rasio motor dan rasio roda berbeda (mengabaikan kerugian):

Wheel_torque = Motor_torque * Motor_RPM / Wheel_RPM

Dalam diagram saya berikutnya, saya telah merencanakan torsi roda vs motor RPM untuk enam roda gigi BMW M3 (365Nm @ 4900RPM; 252Kw @ 7900RPM):

Tetapi juga dimungkinkan untuk menarik tenaga dan torsi vs kecepatan:

Ya, 365Nm motor ditransformasikan menjadi hampir 6000Nm (4400lb ft) pada gigi pertama. Ini menunjukkan dampak besar rasio roda gigi serta dimensi roda. Di sisi lain, daya selalu sama pada RPM yang diberikan.

Perhatikan bahwa ketika Anda beralih ke gigi dua pada atau sekitar 4900RPM (torsi maksimum), Anda mengurangi torsi roda sekitar 50%. (Dan ketika Anda beralih ke 3 nanti, Anda kehilangan lagi sekitar 50%).

Ini berarti, dalam perlombaan Anda akan bergeser selambat mungkin, bahkan jika tenaga juga sudah jatuh, karena menggeser itu berarti kehilangan tenaga / torsi. (Area merah di plot saya hanya menandai rentang RPM dari 4.900 hingga maksimal pada gigi pertama untuk memperjelas ini). Namun, dalam kontes akselerasi di mana Anda mulai dari nol, torsi tinggi pada RPM rendah akan membantu, karena penting untuk mencapai kecepatan tinggi secepat mungkin, dan tidak masalah banyak jika Anda masih sedikit berakselerasi pada yang terakhir meter.

Tentu saja, dalam kenyataannya ada hambatan dan yang meningkat dengan kecepatan, dan satu-satunya cara untuk mengatasinya adalah kekuatan yang lebih besar. Jadi, tenaga tentu saja menentukan kecepatan tertinggi, tetapi contoh ini menunjukkan bahwa daya sudah memainkan peran dalam kisaran 50 km / jam / 30 mph, yang tidak terlalu cepat.

Jadi, bandingkan mobil yang berbeda dengan tenaga atau torsi?

Anda telah melihat dampak besar rasio RPM karena transmisi, dan lingkar roda juga berperan. Jadi tidak mungkin membandingkan dua mobil hanya dengan melihat kurva torsi motor mereka. Ini hanya berfungsi untuk mobil dengan beberapa opsi motor, tetapi transmisi yang sama. Kekuatan sedikit (!) Lebih baik. Perhatikan bahwa BMW M3 menghasilkan tenaga maksimum yang konstan atau kurang lebih di atas 125km / jam pada gigi ke-3, saat Anda terlambat menggeser.

Ekonomi bahan bakar

Torsi juga merupakan ukuran pekerjaan yang dilakukan motor selama putaran tunggal. Lebih tepatnya:

Work_per_rev[J]= torque[Nm] * 2π

Jika kita menganggap bahwa motor membakar selalu jumlah bahan bakar yang sama per putaran (tidak sepenuhnya realistis, tapi OK), yaitu energi kimia yang sama (kerja) dilepaskan, rasio kerja kimia / mekanik paling baik ketika torsi mencapai maksimum . Jadi, mesin bekerja paling efisien saat torsi tinggi.

Namun perlu diingat, efisiensi bahan bakar terbaik tidak sama dengan jarak tempuh terbaik! Dalam hal BMW M3: Berkendara pada kecepatan 2000RPM dan bukannya 4000RPM berarti mengurangi torsi dari 340Nm menjadi 290Nm, yang merupakan kehilangan hanya 15%, tetapi konsumsi bahan bakar berkurang 50%.
Inilah sebabnya mengapa disarankan untuk berkendara dengan RPM sangat rendah untuk jarak tempuh terbaik, meskipun efisiensi bahan bakar bukan yang terbaik di sana. Namun: Torsi tinggi pada RPM rendah pastinya berarti jarak tempuh yang lebih baik.

Kesimpulan

Secara umum, tenaga dan torsi adalah dua ukuran dari hal yang sama: Kekuatan motor. Jika Anda memiliki satu kurva, Anda dapat menghitung yang lainnya.

Tenaga menentukan kemampuan balap dan kecepatan maksimal mobil, tetapi juga kemampuan akselerasi begitu motor mencapai RPM yang lebih tinggi

Torsi menunjukkan lebih jelas apa kemampuan akselerasi motor pada RPM rendah, tetapi torsi pada roda tergantung pada rasio roda gigi dan dimensi roda, jadi tidak mudah untuk membandingkannya. Pengemudi normal ingin memiliki torsi tinggi pada RPM rendah.

Dan harap dicatat bahwa saya membuat beberapa asumsi dan penyederhanaan di sini.

Tentang data saya

Saya mendapatkan kurva motor dari situs pers BMW . Dan ini (sayangnya Jerman) situs mengambil dimensi ban, satu set RPM dan model BMW untuk rasio roda gigi (atau rasio kustom), dan kecepatan menghitung di RPM di gigi. Dalam kasus saya, keliling roda adalah ~ 2m dan kecepatannya 7,5; 12.9; 19.3; 25.6; 30.1 dan 35.1km / jam di roda gigi 1-6. Ini memungkinkan untuk menghitung RPM roda untuk RPM motor yang diberikan pada gigi yang diberikan.

Tenaga kuda adalah seberapa besar daya yang dapat dihasilkan mesin (berapa banyak pekerjaan yang dilakukan dalam waktu tertentu), sementara torsi adalah jumlah kekuatan putar yang dapat dihasilkan (berapa banyak pekerjaan yang dilakukan). Keduanya terhubung cukup rumit, sehingga Anda tidak dapat memiliki satu tanpa yang lain.

Anda harus memikirkan beberapa persamaan fisika:

Kekuatan = Massa x Akselerasi

Power = Work Done (Torque) / Time

Untuk menghitung satu dari yang lain, Anda dapat menggunakan beberapa substitusi dengan beberapa persamaan gerak putar:

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

Secara umum, sebuah mesin akan paling efisien ketika dijalankan pada torsi puncak (karenanya mengapa mesin diesel industri berjalan sangat lambat), dan Torque lebih berpengaruh pada seberapa cepat mobil berakselerasi, terutama pada kecepatan yang lebih rendah. HP lebih banyak digunakan pada kecepatan yang lebih tinggi, yang memberi Anda indikasi seberapa besar kemampuan mobil untuk mencapai dan mempertahankan kecepatan yang lebih tinggi.

Sebagai contoh, bandingkan mesin di kapal, yang akan menghasilkan torsi dalam jumlah besar (untuk memindahkan benda yang sangat berat secara perlahan) pada RPM yang sangat rendah (hanya beberapa ratus), dengan yang ada di sepeda motor balap, yang akan menghasilkan banyak kekuatan (untuk memindahkan benda ringan dengan sangat cepat) pada RPM tinggi (10-12 ribu)

Torsi adalah pekerjaan, tenaga kuda adalah pekerjaan tingkat

Dalam konteks mesin:

• Torsi menunjukkan berapa banyak beban yang dapat dibawa oleh suatu mesin untuk jarak tertentu dalam waktu tertentu.

• Daya menunjukkan seberapa cepat mesin dapat memindahkan beban melewati jarak itu.

Beberapa hal lain yang dapat membantu menjelaskan perbedaan antara keduanya:

• Torsi inilah yang mempercepat kendaraan dari macet

  ▲ Torque = ▲ Acceleration
  

  Kata macet sangat penting di sini, karena satu-satunya waktu di mana pasukan drag aerodinamis tidak akan membatasi percepatan garis lurus kendaraan. Ini juga mengapa torsi memiliki efek dominan pada kecepatan rendah - gaya hambat relatif kecil.

• Torsi bekerja; itu menarik banyak

  Katakanlah Anda memiliki dua kendaraan yang identik dalam persaingan tarik-menarik dengan dua mesin berbeda yang mengembangkan tenaga kuda maksimum yang sama, tetapi pada kecepatan mesin yang berbeda. Kendaraan dengan putaran mesin lebih rendah akan memiliki lebih banyak torsi di roda daripada yang lain. Ini juga akan menjadi mesin yang memenangkan persaingan tarik ulur.

• Tenaga kuda puncak akan mengatur kecepatan tertinggi

  Power = Resistive Forces x Vehicle Speed
  

  Horsepower hanyalah satuan ukuran untuk daya, atau tingkat kerja, jadi:

  ▲ Horsepower = ▲ Top Speed
  

Torsi adalah jumlah tenaga yang diberikan oleh mesin Anda pada RPM tertentu. Pada dua mobil dengan persneling yang sama dan pada persneling yang sama, sebuah mobil yang menghasilkan torsi dua kali lipat akan berakselerasi tepat dua kali lebih cepat.

Tenaga kuda dihitung dari torsi dan RPM. Jumlah torsi tertentu pada RPM rendah sama dengan tenaga kuda lebih sedikit daripada jumlah torsi yang sama pada RPM lebih tinggi.

Tenaga kuda penting karena jumlah tenaga yang mencapai roda belakang untuk mempercepat kendaraan adalah kombinasi torsi dan gearing . Secara umum, semakin tinggi revs mobil, semakin erat itu dapat diarahkan. Semakin ketat Anda menggerakkan mobil, semakin cepat akselerasinya untuk jumlah torsi yang diberikan. Karena tenaga kuda mewakili kombinasi torsi dan RPM, sebenarnya ini merupakan indikasi yang cukup baik tentang bagaimana sebagian besar mobil dengan rasio transmisi yang dipilih dengan baik akan berakselerasi.

Untuk mengambil contoh ekstrem, katakanlah kita memiliki mesin putaran yang sangat tinggi (seperti mesin formula 1). Itu menghasilkan 250 ft lbs torsi, tetapi mempertahankan torsi itu hingga tenaga kuda puncak 20k RPM, menghasilkan hampir 800 hp. Di sisi lain, kami memiliki mesin dengan banyak perpindahan tetapi redline yang relatif rendah. Katakanlah bahwa mobil torsi hipotetis ini membuat torsi puncak 600 ft lbs dan putaran ke 6k rpm, menghasilkan lebih dari 600 hp. Perhatikan bahwa mobil dengan lebih banyak hp membuat torsi jauh lebih sedikit. Pada gigi pertama, katakanlah bahwa mobil putaran tinggi digerakkan tiga kali lebih erat dari mobil torsi - mobil putaran tinggi akan berada pada 60mph dan 18000 rpm sedangkan mobil torsi akan berada pada 6000 rpms pada 60mph. Ini membuat mobil dengan putaran tinggi benar-benar meletakkan lebih banyak torsi di roda gigi ini, sehingga akan berakselerasi lebih cepat. Dan karena masih memiliki putaran mesin 2.000 rpm yang tersisa ketika mobil torsi kehabisan rpm, ia akan terus berakselerasi melewati 60mph di gigi pertama saat mobil lain bergeser. Dan drama yang sama akan diulangi di gigi yang lebih tinggi juga - mobil HP yang lebih tinggi umumnya akan berakselerasi lebih cepat karena mampu bertahan di gigi yang lebih rendah yang mampu diarahkan lebih erat.

Gearing- itu sebabnya tenaga kuda penting. Gearing ketat berarti mobil harus berputar lebih tinggi untuk mencapai kecepatan jalan tertentu. Long gearing berarti mobil tidak harus berputar setinggi untuk melaju dengan kecepatan tertentu. Imbalannya adalah akselerasi. Jadi gigi pertama di sebagian besar mobil sangat ketat, berakhir sebelum 30 mph di banyak mobil kecil. Di sisi lain, gigi overdrive dimaksudkan untuk menawarkan akselerasi yang sangat buruk tetapi memungkinkan mobil untuk mempertahankan RPM yang hampir menganggur pada kecepatan jalan raya, menghemat gas. Selain itu, jika tidak, mobil yang identik dapat memiliki rasio final drive yang berbeda, yang akan memengaruhi akselerasi keseluruhan dan kecepatan tertinggi. Jadi mobil dengan rasio belakang 3,00 akan berakselerasi lebih lambat ke kecepatan tertinggi yang lebih tinggi daripada mobil yang sama dengan rasio belakang 4,10.

Dalam istilah yang paling sederhana:

Torsi = Lbs / Ft. Pengukuran nyata dan nyata dari kekuatan puntir yang dihasilkan oleh mesin.

Horsepower = Unit kerja yang dibuat sewenang-wenang . Satu unit tenaga kuda didasarkan pada asumsi bahwa seekor kuda dapat menarik dengan kekuatan lebih dari 180 pon.

Kesalahan kebanyakan orang ketika terlibat dalam debat ini adalah mempertimbangkan tenaga kuda dan torsi secara mandiri. Hampir semua orang berpendapat seolah-olah mereka adalah nilai-nilai yang terpisah dan tidak terkait. Mereka bukan.

Horsepower = (Torsi x RPM) / 5252

Persamaan ini adalah hal terpenting kedua di halaman ini, dan itulah alasan mengapa siapa pun yang memberi tahu Anda bahwa tenaga kuda dan torsi harus dianggap sama dan terpisah secara signifikan tidak berdasar. Faktanya adalah tenaga kuda adalah produk dari torsi dan nilai lain - RPM (dibagi dengan 5252). Itu tidak terkait, terpisah, atau berbeda.

Faktanya, tidak ada satu pun mesin yang mengukur tenaga kuda mobil. Ini nomor buatan manusia. Ketika kinerja mobil diuji, torsi diukur menggunakan dynamometer. Ukuran kinerja mesin adalah torsi. Horsepower adalah angka tambahan yang diperoleh dengan mengalikan torsi dengan RPM.

Hubungan Antara Tenaga Kuda, Torsi, dan Akselerasi

Analogi khas: Energi Potensial: Torsi :: Energi Kinetik: Tenaga kuda

Torsi dapat eksis tanpa gerak. Ini adalah kapasitas untuk melakukan pekerjaan.
Horsepower hanya bisa ada dalam gerakan. Ini adalah tingkat melakukan pekerjaan.

Kekuatan mesin = Torsi * Kecepatan;

Untuk merujuk mesin yang berjalan pada beban konstan, Referensi daya digunakan untuk mengekstraksi daya maksimum.
. Untuk merujuk engine yang berjalan pada beban variabel (misalnya, perpindahan gigi), Torsi lebih tepat.

Kurva: Kurva
torsi: Torsi yang dihasilkan oleh engine vs putaran engine, pada berbagai beban pada engine.
Kurva daya: Daya yang dihasilkan oleh putaran mesin vs putaran mesin, pada berbagai beban pada engine. Ini akan diperoleh dengan mengalikan kurva torsi dengan kecepatan. Jadi ini akan menjadi versi bergeser + memanjang pada kurva torsi. Lihat contoh kurva torsi daya. Kurva
ekonomi bahan bakar akan tumpang tindih pada kurva di atas untuk pemahaman yang lebih baik.

Anda menjadi bingung antara kurva daya / kurva torsi dan kurva penghematan bahan bakar.

Diberi kurva daya, kita bisa mendapatkan kurva torsi dan sebaliknya.
Kurva penghematan bahan bakar harus disediakan secara eksplisit sebagai grafik yang tumpang tindih.

Sekarang harus jelas kapan harus menggunakan apa.
Untuk mendapatkan jarak tempuh terbaik, ikuti kurva jarak tempuh.
Untuk mendapatkan daya maksimal, lihat kurva daya.

Kurva torsi umumnya akan digunakan sebagai referensi untuk sistem kontrol transmisi, untuk mengetahui mana gigi terbaik berikutnya untuk bergeser.

Masih belum jelas? Lihat contoh dunia nyata

Catatan: Kurva ditentukan hanya pada kondisi beban tertentu. Jadi perilaku aktual engine tergantung pada beban saat ini pada engine serta berbagai batasan yang diberlakukan karena norma legislatif / emisi / perlindungan kerusakan.