Почему крутящий момент и мощность двигателя газового двигателя всегда соответствуют 5252 об / мин?

Я смотрю телевизионное шоу под названием Tech Garage, и они только что заявили, что крутящий момент двигателя и кривые мощности всегда соответствуют 5252 об / мин. Предполагая, что это правда, почему это происходит? Это что-то, спроектированное для двигателей, или просто как работает термодинамика?


Если это результат дизайна, то как насчет двигателя, чтобы сделать это правдой?

Это просто математика , и это потому, что мощность определяется (с точки зрения крутящего момента) как 550 футов · фунтов в секунду .

Один HP - 33 000 фунтов на 1 фут в 1 минуту (согласно Джеймсу Уотту, это среднее значение, которое может сделать настоящая лошадь). Число оборотов двигателя, движущегося с одинаковыми 1 фунтами, будет равно ~ 6,283 фута (окружность круга с радиусом 1 фут).

33 000 / 6,283 = 5252

Просто для забавы, я сделал в Google кое-что, чтобы показать, что это артефакт системы единиц измерения, используемой для приведения чисел в крутящий момент и мощность.

Число 5252 можно рассчитать как:

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

Точное число составляет 16 500 / π (33 000 / т)

Итак, если бы математика была выполнена в метрических единицах (ваттах и ​​ньютон-метрах для крутящего момента), вы получите:

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

Это число составляет 30 / π (или 60 / τ) из-за количества секунд в минуте. Если вы измерили скорость вращения двигателя в радианах / секунду, число станет 1 . То же самое относится и к неметрической системе, если для измерения мощности двигателя используются фунты, а не лошадиные силы.

Где «кривые встречаются» - это полностью артефакт размещения обеих величин (измеряемых в лошадиных силах и фунтах-футах) в численно одинаковых масштабах на оси графика. Если вы представляете их друг против друга, а не против оборотов, вместо этого это проявляется в том, что некоторая точка (соответствующая 5252 об / мин) будет обнаруживаться в точке, где мощность в лошадиных силах и крутящий момент в фунт-футах одинаковы.

Просто добавив к Marks отличный ответ выше:

Хотя мощность определяется с точки зрения крутящего момента, мощность лошади является более полезной мерой мощности двигателя, когда речь идет о попытке выяснить, насколько быстрой будет ваша машина, при условии, что у вас есть соответствующая трансмиссия. Коробка передач изменяет выходной крутящий момент, но оставляет мощность без изменений (пренебрегая потерями на трение и т. Д.). Поэтому старая поговорка «лошадиные силы продают машины, крутящий момент выигрывает гонки» на самом деле полностью ложна в теории. Гипотетический двигатель, который производил 1000-фунтовый крутящий момент, но вращался только до 10 об / мин, приводил к мучительно медленной машине.

Однако для реальных автомобилей люди редко обсуждают кривые реальной мощности или крутящего момента. Они обычно говорят только о пиковой мощности или пиковом крутящем моменте. Автомобили с высоким крутящим моментом обычно производят его в нижней части, и это также увеличивает мощность в нижней части. Поскольку мощность связана с оборотами в минуту, пиковая мощность обычно достигается при высоких оборотах. Следовательно, двигатель с высоким крутящим моментом может иметь такую ​​же пиковую мощность, как двигатель с низким крутящим моментом, но двигатель с высоким крутящим моментом будет иметь большую мощность в нижней части диапазона оборотов. Из-за этого автомобиль будет быстрее - но люди, которые рассматривают только пиковые значения, скажут, что это связано с крутящим моментом, тогда как на самом деле это происходит из-за широкого диапазона лошадиных сил. Помните - любой двигатель теоретически может производить сколь угодно большой крутящий момент после того, как его направят через трансмиссию.

В качестве простого гипотетического примера рассмотрим двигатель A с типичной кривой лошадиных сил, а затем представьте двигатель B с такой же точной кривой лошадиных сил, но с масштабом x2 на оси оборотов. Если бы двигатель А давал максимальную мощность в 5000 оборотов в минуту, двигатель В производил бы максимальную мощность в 10 000 об / мин. Если бы двигатель А вырабатывал 90 л.с. при 2000 об / мин, двигатель В производил бы 90 л.с. при 4000 об / мин.

Теперь представьте, что двигатель B проходит через трансмиссию без трения с передаточным отношением 2: 1. Это будет эффективно замедлять двигатель B, так что характеристики кривой мощности, измененной трансмиссией, теперь возникают при тех же скоростях вращения, что и у двигателя A. Двигатель B теперь вырабатывает тот же самый точный крутящий момент и мощность в лошадиных силах, что и двигатель A после трансмиссии, несмотря на тот факт, что двигатель B будет явно иметь меньший крутящий момент перед коробкой передач. (Опять же, см. Замечательное объяснение математики)