エンジントルク:それが何であり、エンジンのパフォーマンスにどのように影響するか

回転数に応じたエンジントルク曲線

さまざまなブランドがメディアで自社の車について行っている広告を見ると、技術的なレベルでは、通常、速度、消費、加速に関連する一連の数字が表示されていることがわかります...つまり、いくつかの冷たい数字ですまた、高い割合のドライバーが決して一致することはありません。 しかし、すべてのドライバーが楽しんでいる物理的な事実がありますが、それはめったに公表されておらず、数年前までは特定の重要性が与えられていませんでした。 モーターで.

少し前まで、車がまだ現在のパワー エスカレーションを受けていなかったとき、 リプリーズ スピードを得るために持っていた能力としての車の。 この一般的な肯定は、レプリとは何かを解釈することに関しては正しいですが、 トルクとは何かを理解する それは少し不足しているか、むしろ不正確です

トルクとは?

トルクとも呼ばれるエンジントルクは、 自転する軸にかかる力のモーメントを測定する物理量 一定の速度で。 自動車の世界に適用され、誰もが理解できる方法で説明すると、次のように定義できます。 エンジンのクランクシャフトが回転するのに必要な力 したがって、車両を動かすのに必要な残りの機械的要素に前記動きを伝達することができる。

回転運動に作用する力

そしてここに、現実と習慣の最初の違いが見られます。 車両の加速能力を表現するためにエンジン トルクを参照する場合、実際にはエンジン トルクとは何かを定義しているのではなく、そのアプリケーションの XNUMX つを説明しているだけです。 これは、エンジンのトルクは、エンジンが特定の回転数を回すのに必要な出力を測定するものであり、シャフトまたはクランクシャフトの角速度を変更するために適用する必要がある追加の出力を考慮していないためです。

トルクを説明するためのちょっとした物理学

モーターのトルクとは何かを説明するために、物理的な原理から離れて、クランクシャフトの機能とそれに作用する力について説明します。

熱機関が発生する パワー シリンダーで。 具体的には、 燃焼室 混合気が爆発する場所。 この爆発によって放出されたエネルギーが、ピストンをエンジン ヘッドとは反対方向に押して直線運動を発生させます。 異なるシリンダーのピストンが取り付けられています。 クランクシャフト バイ ビエラ そして、これらがクランクシャフトと組み合わされて、直線運動が変換されます 回転運動.

熱機関のクランクシャフト

この時点で言及する価値があるのは、 ロータリーモーター、「シリンダー」の円形チャンバーが、チャンバー内で発生する爆発によって動かされる中心軸を直接取り囲んでいるため、この場合、 回転運動. いずれにせよ、エンジントルクに関して作用する物理原理は同じです。

過度な研究をしなくても、エネルギー変換の考え方を単純化すると、回転するブロックは動力ではなくトルクを生成すると言えます。 ロータリーエンジンのチャンバーもローターも正確に円形ではなく、燃焼室の一部で燃料の点火が発生するため、この点について信頼することはできません。これは、燃料と空気の混合気が全体積を占める従来のシリンダーエンジンとは異なります。 .

物理的な説明に戻ると、 ピストンがクランクシャフトに加える力は一定ではありません 拡張プロセス全体。 これは、各シリンダー内で、燃料が点火された瞬間に最大値が生成されるためです。 そして、これらの最大パワーの瞬間とともに、最大トルクの瞬間が訪れます。

シリンダー内で最大出力が発生する瞬間と、クランクシャフトに最大出力が加えられる瞬間との間の遅延は、簡単には計算できません。 これは、ピストンが純粋に直線的な動きをするのではなく、クランクシャフトも完全に直線的ではないため、ピストンの直線的な効果とコネクティング ロッド ベアリングの円形の効果を組み合わせた動きをするためです。

ただし、これらの最大出力と最大トルクの瞬間は、エンジン動作の滑らかさの認識という点で非常に重要です。

エンジンブロック上部イメージ

車両のシリンダー数が多いほど、最大力の瞬間が XNUMX 分間に多く発生します。 エンジンの滑らかな動作に対するドライバーの認識は、より均一になります。

これは、2 気筒エンジンでは、クランクシャフトが 360 度回転するたびに 240 つの最大力の瞬間が発生し、120 気筒エンジンでは XNUMX 度ごとに発生し、XNUMX つのうちの XNUMX つで XNUMX 度ごとに発生し、すぐ。 もちろん、これは純粋な理論として解釈する必要があります。今日のメーカーは、エンジンの動作を可能な限りスムーズにしようと努力しているからです。

この要因 また、アイドリング時にエンジンがより多くの振動を生成するという事実にも影響します また、それらはより顕著です。毎分 1.000 回転では、2.000 回転の場合よりも最大力の瞬間が半分になります。 たとえば、毎分 850 回転の平均アイドリング速度から開始すると、XNUMX 気筒エンジンは毎秒 XNUMX 未満の力のモーメントを生成しますが、XNUMX 気筒エンジンはほぼ XNUMX のモーメントを生成します。

「普通の」人間は断続的な継続的な適用の力に直面し、XNUMX 秒未満の間隔よりも XNUMX 分の XNUMX 秒よりも長い間隔をよりよく認識することを考慮に入れると、一般大衆がその振動を認識する平凡な説明は次のようになります。 XNUMX つまたは XNUMX つのシリンダーのモーター: 最大外側の瞬間の間隔が XNUMX 分の XNUMX 秒より大きいためです。

あなたのモーターはどのくらいのトルクを提供しますか?

自動車の世界に関する多くの出版物では、通常、車両のエンジンが「供給する」トルクが測定されます。 このステートメントは、定義上、ペアが 加えられた力 XNUMXつではありません 合力. ただし、作用反作用の物理原理により、力のモーメントが自転する軸に適用されると、別の力のモーメントが同じ強度と方向で自動的に生成されますが、元の方向とは逆になります(ニュートンの第三法則).

セアト レオン クプラ R (2003) のエンジンは 280 Nm のトルクを発生

モータートルクの計算方法 – モーター負荷

モーターのトルクは測定できますが、その計算は非常に複雑で人間にはほとんど不可能であるため、一見するとローラー バンクしか見えませんが、最新の機械と非常に複雑なコンピューター プログラムを処理できる専門家に任せる方が簡単です。

その定義から次のように、内燃機関では トルクは変数です これは、シリンダー チャンバーで生成された出力と、その特定の瞬間にエンジンが回転している回転数に依存するため、その値は式 P = T · ω から計算できます。ここで、P はワットまたはワットで表される出力です。 、T はニュートン メートルで表されるトルクであり、ω はラジアン/秒で表される回転の半径方向速度です。

ただし、式の直接適用から得られる理論値に影響を与える他の要因があります。 エンジン内部摩擦. これらの内部摩擦は、モーターによって得られた電力の一部が外部で使用できず、通常は熱の形でモーターの同じ動きの過程で「失われる」ことを意味します。 覚えておいてください エネルギーは創造も創造も破壊もせず、変化するだけです.

下り坂で必要なパワーが少ない

もあります 外的要因 内部的に比較可能な状況であっても、エンジンによって生成される出力に影響を与える可能性があります。 たとえば、毎分 2.000 回転の一定の速度で回転する同じエンジンは、坂道を下るよりも平坦な道を走行するときにより多くの電力を生成します。 回転数は一定であり、したがってクランクシャフトの角速度も一定ですが、各瞬間に発生するパワーの値が異なると、クランクシャフトにかかるトルクの値も異なります。

多くの人が疑問に思うでしょうが、その説明は非常に簡単です。 ご存知のように、動きは火の点火によって生成されます。 化学量論的混合物 シリンダーチャンバー内の燃料と空気の混合気を減らし、必要な出力が少ない場合、解決策は、燃料が少なく空気が豊富な混合気を噴射することです。 これは、ポートを下げると、車のコンピューターが瞬間的な消費量を低く、またはゼロにさえマークする理由でもあります.

メカニズムの操作と理論上の結果を変更するこれらすべてのパラメーターは、呼び出されます。 エンジン負荷これは、モーターがその動きに対抗する抵抗を克服するために生成しなければならないトルクの量として定義できます。

モーターの摩擦は、各瞬間の負荷に影響を与えます

これまで見てきたように、エンジン負荷は、さまざまな可動部品の摩擦などのエンジンの内部原因と、タイヤの摩擦や車自体の空気力学などの外的要因の両方に依存します。 これらの XNUMX つの例は、完全に車両の機構の外部にあるものです。どちらの場合も、車両の動きに反して絶えず変化する力を生成し、車両に影響を与えるからです。 モーター負荷値 パラメータにもなる 常に変化する.

エンジン負荷は、すべてのドライバーが認める非常に明確な方法で運転中に私たちに影響を与えます。 一定の速度と一定のエンジン回転数で走行する車両の同じ例を続けると、車が下り坂よりも上り坂で速度を得るのに時間がかかるのはなぜですか? モーター負荷の変動のため。

再び理論的な世界に入ると、車が平坦な道路を一定の速度で循環する場合、その動きに対抗する XNUMX つの外力があります。 空力と抗力. 上昇区間で車両が旋回し始めるとき、速度を一定に保つと、動きに反する空気力が維持されると考えられますが、摩擦は重力とその瞬間に変化するという意味で変化します。車両が上昇し始めると、車両を後方に「引っ張る」摩擦の一部が発生します。

車両の空力研究

非常に細かく回転させたい場合は、使用することもできます 運動エネルギーと位置エネルギー. 運動エネルギーは車両の質量と速度に依存し、位置エネルギーは質量と高さに依存します。 高度が上がると、エネルギー保存則により、運動エネルギーが位置エネルギーに変換されます。

この場合の 上り坂、動きに対抗する外力のセットを追加することにより、モーター負荷が増加し、したがってモーターの「使用可能な」トルクの量が減少すると言えます。いくつかの状況が観察されます。

  • 望むなら モーターの回転を一定に保つ スロットルをより強く押して、より豊富な燃料混合物をシリンダーチャンバーに噴射することにより、より多くのパワーを要求する必要があります.
  • 道路の勾配が増すと、車両が動き出す時が来るかもしれません。 スピードを失う. これは、モーターの負荷 (動きに反する力) が、モーターで生成できるトルク (動きに対する正の力) よりも大きいためです。

勾配を克服するには、エンジン トルクを大きくする必要があります。 それが十分でない場合、それがギアボックスの目的です。

  • 滞在することで 一定のパワーとトルク、およびエンジン負荷が増加すると、加速度は加えられた力に比例するため、車両速度を上げるために利用できる電力が少なくなります。電力が少ないということは、加速電力が少ないことを意味します。

エンジントルクとギアボックス

ただし、物理学は、さまざまな力を受ける物体の挙動を変更することもできます。私たちの車のエンジンのクランクシャフトの場合、それは可能であると言えます。 シリンダーから受けるトルクを他のパーツに伝える ギアボックスなどの車両の。

ギアボックスのギア

トルクは、入力シャフトを介して回転運動の形でエンジンからギアボックスに伝わります。 これが、メーカーが変更のカタログについて話すとき、常にパワーではなくトルク制限について話す理由です. ギアボックスの中には、 トルクから接線力への変換、およびトルクへの変換。 どうやって?

ギアボックス内には多数の 歯車 歯同士がかみ合うだけで、互いに動きを伝達します。 トランスミッションが持つギアの数を表すこれらの歯付きクラウンは、異なるサイズまたは「ギア比」を持っています。 同じです。

いずれにせよ、このリング ギアのサイズの違いによって、入出力トルクも変化します。 エネルギー保存の物理原理: XNUMX つの車輪がかみ合って (理論上) 回転すると、エネルギーが保存されるため、トルクと角速度の積を一定に保つ必要があります。

トルクに影響を与える基本原理を説明すると、低速では高速ギアよりも大きなスプロケットがあり、その物理的なロジックは、すべてのドライバーが認識して知っているものであるため、例を使用して非常に理解しやすい.同じ車が毎分 2.000 回転で循環し、一定のパワーとトルクを生成します。

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循環している 最初のギア、入力入力シャフトは、指定された角速度でギアボックスにトルクをかけていますが、ギアは入っています。 より大きなリングギア 入力軸より低速で回転します。 ギアのパワーは一定なので、 回転角速度が低下すると、トルクが増加します。.

一方、リング ギアがプライマリ入力シャフトのリング ギアよりもさらに小さい最高速ギアで循環すると、正反対のことが起こります。最高速ギアのリング ギアがより速く回転するため、出力トルクは減っています。

車の加速

ブロックの有効性とエンジン負荷の両方が理論的に一定であるにもかかわらず、このトルクの変動が、加速時に車に見られるさまざまな挙動の原因となっています。 一定速度で走行することは誰もが知っているので、エンジンで発生する出力とトルクが同じであっても、長いギアよりも低いギアの方がエンジンの速度を上げやすくなります。

その理由は より高いギアでは、より少ないトルクが駆動輪に到達します. その理由は、同じ rpm では、ギアが高いほどタイヤの回転が速くなるためです。 そのため、1.500 速でかなり急なランプを毎分 5 回転で登ることができる場合もあれば、6 速または XNUMX 速で運転する場合もあります。革命の体制。

交通イメージ

論理的には、私たちは再び理論の世界にいます。実際には、速度が上がると、車を減速させる空気力学的な力も増加し、 エネルギー損失 たとえば、タイヤの加熱が大きくなったためです...要するに、動きに反する力を生成する一連の外部エージェントであり、エンジントルクをよりよく理解するために、それらが少し馴染みがあるように聞こえるだけの価値があります。

電気モーターのトルク

ロータリーエンジンのように、 電気モーター 直接生成する 回転運動 したがって、パワーの代わりにトルクがそのように理解されます。 これは、電気モーターの動作原理が、 磁性の基本原理 これにより、同じ符号の電荷は互いに反発し、反対の符号の電荷は互いに引き付け合います。

電気モーターの詳細

La 電気モーターの構造的基礎、大まかに説明すると、外側のシリンダーの負荷の一定の変化のおかげで、それ自体で回転するローターが横切る磁化されたシリンダーです。 最も基本的な例はコンパスです。触れていない場合は磁北を指しますが、磁石を近づけてコンパスの周りを円運動で回転させると、針が自転します。磁石を動かしている速度で。

の品質に関しては、基本的な違いがあります。 ペアを取得: es constante. 熱機関では、トルクの数値はブロックが回転する回転数に応じて変化する可能性がありますが、電気モーターではトルクは次のようになります。 絶え間ない。 これは、これらの基本的な動作原理によるものです。 エンジンの種類 そして今日適用されているテクノロジー。

前述したように、電気モーターのローターの回転は、 連続固定子バイアス 小さな磁場になる ローターを回すことができる 引力と斥力の交互作用によるものであり、現在の技術的進歩により、ローターで発生する重力がほぼ一定の最大トルクを持つことができるのはこの時点です。

電動機トルク vs. サーマルモータートルク

BMW i3

私はペアが これは、高速道路や二車線道路での電気自動車の制限だけでなく、都市交通における電気自動車の利点も説明しています。 熱機関とは異なり、電気モーターは発電します。 回転開始からのモータートルク 最大出力レベルに達するまで一定に保ち、その時点でトルク値が低下します。 例を挙げると、 BMW i3 最大のパワーを提供 170cv および最大トルク 250Nm、しかしそれがどのように配布されているか見てみましょう:

  • BMW i3 の電気モーターは、ほぼ 250 回転のエンジン回転から毎分約 0 エンジン回転まで、4.500Nm の一定のトルクを提供します。
  • 毎分 0 から 4.500 回転までのこの間隔で、出力は 0 から 170 馬力 (127kw) に増加します。
  • 毎分 4.500 回転から始まると、トルクとパワーの両方が低下し始めます。
  • BMW i8.000 のエンジンは毎分 3 回転で、約 150 馬力と 125Nm のトルクを発生します。

これらの数字から何を読み取ることができますか? さて、BMW i3のエンジンの場合、4.500rpmまでの非常に快調なエンジンを搭載していると言え、このクルマの特徴となっているのが 加速が非常に速い 低速で。 実際、静止状態からわずか100秒で時速7kmに到達するなど、 BMW 120i.

しかし、 4.500回転から パワーとトルクの両方が低下し始め、加速能力と消費量の両方に悪影響を及ぼし、承認された数値と比較してXNUMX倍になる可能性があります. これが、多くの電気自動車が "エコモード 最高速度を制限する 90または100km/hBMW 120i のような車が速度を一定に保つことで、非常に低い消費電力を得ることができたのはちょうどその頃でした。

ところで、電気モーターを搭載した車には、非常に印象的で興味深い利点がもう XNUMX つあります。 スポーティーな運転や都市交通への感度が低い また、エネルギー消費の増加は、同等の熱エンジンを搭載した車両ほど顕著ではありません。 これは、このように高くて比較的一定のトルクを提供することにより、モーターが持っていると言えるからです。 モーターの回転数を上げやすい または、回転速度を上げるためにトルクの増加をあまり必要としません。

スポーツ走行の影響を受けにくい電動モーター

ガソリントルクvs. ディーゼルトルクvs. 過給トルク

ガソリンで動力を与えられたブロックとディーゼルで動力を与えられた別のブロックから得られるトルクの違いは、 特定の建設特性 お互いの 放出されたエネルギー それぞれの燃料の点火によって。

これらの数値の古典的な読みに注意を払うと、噴射によって供給された大気ブロック間のそのような比較を理解するか、多かれ少なかれ 80年、ディーゼル燃料ブロックは、より多くのトルクを提供し、より低いrpmで提供されました。 ガソリンブロック、しかし今日の目では、そのパワーレベルはばかげている可能性さえあります.

プジョー 505: 80 年代の堅牢なディーゼルの例

この点に関して、車両の理論上の出力はトルクと回転角速度に比例すると説明した記事の冒頭を思い出すことができます。 大気ガソリン車には 実際の使用マージン 毎分約 1.000 ~ 5.500 回転、大気ディーゼルは毎分 1.000 ~ 4.000 回転です。 現実の世界では、 実用マージン ガソリン エンジンの場合は毎分 2.000 ~ 4.000 回転、ディーゼル燃料のメカニックの場合は 1.500 ~ 3.000 回転の範囲です。

たとえば、毎分 2.000 回転での回転など、変数の XNUMX つを一定のままにしておくと、ディーゼル エンジンで得られる出力は少なくなりますが、同時により多くのトルクが得られます。 これは何についてですか? 簡単に言えば、エンジンのトルクはシリンダー室内の燃料の点火に伴うピストンの直線運動によって発生し、ガソリンとディーゼルでは燃焼によって発生するパワーが異なります。 ただし、機械的な説明は両方の場合に有効です。

エレクトロニクスと過給

今日まで、私があなたに説明したことは、最もノスタルジックな記憶のために残っています. 実際、多くの人は、メーカーが車両に 同じエンジン ブロックから抽出された異なるトルクと出力の数値. または、 "エコモード ボタンを押すだけでこれらの数値を変更できます。 フィアット パンダ クロス ツインエア: 通常モードでは 90cv と 145Nm を提供し、「ECO」モードでは 78cv と 100Nm を維持します。

ECO機能付フィアット パンダクロス

これは、に起因するものです 技術の進歩 そしてとりわけ、自動車の世界に適用されるエレクトロニクス。 今日、マルチバルブヘッド、同じ圧縮比のディーゼルおよびガソリンエンジン、さらには可変圧縮エンジンを備えた車両のフェーズバリエーターについて聞いても、もはや驚くことではありませんが、車両のトルクとパワーの数値は、 過給.

その機械的な説明は非常に複雑になる可能性がありますが、 食べ過ぎの基本 非常に簡単です: シリンダー チャンバー内の圧力を増加させて、燃料の点火時に生成される力を増加させます。 ピストン より大きな力で下降するため、より多くのトルクがクランクシャフトに到達します。

ターボのイメージ

予想通り、その機械的な実装はやや複雑で、車のボンネット内の正しい位置、新しいインレット マニホールドとアウトレット マニホールド、ピストンの特定の補強、コネクティング ロッド、クランクシャフトなどについて多くの研究が必要ですが、基本的な原理は次のとおりです。シリンダーチャンバー内の圧力を増加させます。これは、エンジンのトルクに関連付けるために重要です。

過給は、エンジンの回転または排気ガスの圧力によって直接駆動できます。 今日では、エレクトロニクスも過給に達し、新しい アウディSQ7TDI を初演しました 市場初の電動ターボ そしてその結果はこれ以上ないほど壮観です: 435cv 毎分 3.750 ~ 5.000 回転で一定 900Nm 毎分 1.000 ~ 3.250 回転で一定。

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昨日と今日のトルク

つい数年前まで、四角いシリンダー (直径 = ストローク) を備えた車が運転するのに最もバランスが取れていること、ストロークが直径よりも小さい場合、それは強力な車であるが、適度なトルク値を持つことを知っていたのは、最も知識のある人だけでした。ストロークが直径よりも大きい場合、それは正反対で、静かでトルクが大きくなります。

現在、ほとんどのモーターは モジュラー ファミリー、これにより、製造業者は、シリンダーとガソリンまたはディーゼルのブロックを比較的簡単に最小限の変更で提供できます。トルクと出力の変動は、製造業者が使用したいさまざまな技術的および電子的アプリケーションの使用と組み合わせによって与えられます。

アウディ TT 加速

この記事で説明したすべてのことにもかかわらず、現実はあらゆる面で理論を上回っています。 現在の市場では、XNUMX 気筒エンジンの XNUMX 分の XNUMX のパワーを持つ XNUMX 気筒エンジンを見つけることができます。同様の容量の他の XNUMX 気筒エンジンや、ガソリンと同じ圧縮比のディーゼル エンジンと同等かそれ以上の XNUMX 気筒エンジンです。今日はすべてが可能です。

La 根本的な理由 この記事の目的は、エンジントルクまたはトルクとは何か、それが日常の運転にどのように影響するかを認識できること、およびエンジントルクに関係がない場合、車のパワーを認識できることを理解しやすい方法で説明することでした。これは、その動作の指標となる値ではありません。 成功したことを願っています。


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  1.   ヨーエルフ

    この記事は、2000 rpm のディーゼル エンジンは、同じ推奨値のガソリン エンジンよりもトルクが大きいが、パワーは小さいと述べている点で間違っています。 同じ回転数では、トルクが大きい方がその回転速度でより多くのパワーを発揮します。 もうXNUMXつのことは、最大電力が多いか少ないことです

  2.   ダニエル・カマラ

    質問; 車両スキャナーの読み取り値には、負荷と呼ばれるデータがあり、私の車両ではパーセンテージで表され、アイドル状態では約 5% ですが、この値は他の車両では異なります.なぜですか? この値が可能な限りゼロに近いとしたら、それは何を意味するでしょうか? この値がパーセンテージで表されているほど、車はより多くの燃料を消費しますか?

  3.   ホセ・マリア

    以上のことから、基本原理として、ガソリンと同じ条件で、同じシリンダー容量と同じ回転数のディーゼルは爆発が強いことがわかります。
    そうでない場合は訂正してください。

  4.   ガブリエル・マターノ

    トルクとパワーの説明の方がわかりやすいコメントが入っていると思います
    エンジンについてより技術的な知識を持っている人にとっては、メモを簡略化することでよりよく理解できるように思えます. とにかくありがとう

  5.   パコ

    的確で技術的な説明をありがとうございます。