Pasmo mocy - Power band

Diagram porównujący moc i moment obrotowy silnika „moment obrotowy” z silnikiem „szczytowym”
wykres momentu obrotowego czterosuwowego silnika spalinowego 4T i 2T:
A) dolot (4T); powrót tłoka do GMP (2T)
B) kompresja (4T); opadanie tłoka przy PMI (2T)
C) rozprężanie
D) wydech
α) średni czas silnika

Zespół zasilający o wewnętrznym silnikiem spalinowym lub silnikiem elektrycznym jest zakres prędkości działających w ramach której silnik lub silnik jest w stanie najskuteczniej działać. Podczas gdy silniki i silniki mają duży zakres prędkości roboczych, zakres mocy to zwykle znacznie mniejszy zakres prędkości silnika, tylko połowa lub mniej całkowitego zakresu prędkości silnika (silniki elektryczne są wyjątkiem - zobacz sekcję dotyczącą silników elektrycznych poniżej). .

Konkretnie, pasmo mocy to zakres obrotów wokół szczytowej mocy wyjściowej. Zakres mocy benzynowego silnika spalinowego wewnętrznego spalania zwykle zaczyna się przy średnich prędkościach obrotowych (około 4000 obr / min), gdzie wytwarzany jest maksymalny moment obrotowy , i kończy się w pobliżu czerwonej linii po osiągnięciu maksymalnej mocy między 5000 a 6500 obr / min. Silniki wysokoprężne w samochodach osobowych i małych ciężarówkach mogą rozwinąć maksymalny moment obrotowy poniżej 2000 obr / min, a szczyt mocy poniżej 5000 obr / min.

Aplikacje

Przekładnia mechaniczna z wyborem różnych przełożeń została zaprojektowana tak, aby zapewnić zadowalającą moc w całym zakresie prędkości pojazdu. Celem doboru przełożeń jest utrzymanie pracy silnika w jego zakresie mocy. Im węższe pasmo, tym więcej biegów jest potrzebnych, bliżej siebie w stosunku. Dzięki starannemu doborowi biegów silnik może pracować w swoim zakresie mocy przy wszystkich prędkościach pojazdu. Takie zastosowanie zapobiega pracy silnika przy niskich prędkościach lub przekraczaniu zalecanych prędkości roboczych.

Wąski zakres mocy jest często kompensowany przez urządzenie rozdzielające moc, takie jak sprzęgło lub przemiennik momentu obrotowego, aby skutecznie osiągnąć szeroki zakres prędkości. Przekładnia bezstopniowa może również uniknąć problemów z wąskim paśmie energii poprzez utrzymywanie pracy silnika przy prędkości optymalnej.

Silniki z zapłonem wewnętrznym

W typowych silnikach spalinowych spotykanych w pojazdach moment obrotowy jest niski na biegu jałowym, osiąga maksymalną wartość między 1500 a 6500 obr / min, a następnie spada mniej więcej ostro w kierunku czerwonej linii. Poniżej maksymalnego momentu obrotowego kompresja nie jest idealna. Powyżej tej prędkości kilka czynników zaczyna ograniczać moment obrotowy, takich jak rosnące tarcie, czas wymagany na zamknięcie zaworów i spalanie oraz niewystarczający przepływ wlotowy. Ze względu na rosnące wibracje i ciepło można również zainstalować zewnętrzne ograniczenie prędkości obrotowej. Moc jest iloczynem momentu pomnożonego przez prędkość obrotową (analogicznie do siły pomnożonej przez prędkość w układzie liniowym), więc moc szczytowa jest wytwarzana w górnym zakresie prędkości, w którym występuje zarówno wysoki moment obrotowy, jak i wysokie obroty.

W silnikach z turbodoładowaniem i doładowaniem z potencjałem dużego momentu obrotowego układ regulacji ciśnienia dolotowego często ogranicza moment obrotowy do prawie stałej wartości w całym zakresie prędkości obrotowych silnika, aby zmniejszyć naprężenia w silniku i zapewnić stałą obsługę bez zmniejszania mocy szczytowej.

Silniki benzynowe

W motocyklach i niektórych samochodach wyścigowych, takich jak samochody Formuły 1, pasma mocy mogą przekraczać 14 000 obr./min . Tak wysokie prędkości osiąga się dzięki zastosowaniu lekkich tłoków i korbowodów o krótkich skokach w celu zmniejszenia bezwładności, a tym samym naprężeń na częściach. Postępy w technologii zaworów podobnie zmniejszają pływak zaworu przy takich prędkościach. W miarę jak silnik rośnie (w szczególności jego skok), jego zakres mocy przesuwa się na niższe prędkości.

W bardziej powszechnych zastosowaniach nowoczesny, dobrze zaprojektowany i skonstruowany silnik benzynowy z wtryskiem paliwa , sterowany komputerowo , wielozaworowy i opcjonalnie ze zmiennymi fazami rozrządu , wykorzystujący dobre paliwo, może osiągnąć niezwykłą elastyczność w zastosowaniach samochodowych, z wystarczającym momentem obrotowym nawet przy niskim prędkości obrotowe silnika i stosunkowo płaska moc wyjściowa od 1500 do 6500 obr./min, umożliwiająca łatwą jazdę i wybaczającą zachowanie przy niskich prędkościach. Jednak osiągnięcie maksymalnej mocy przy silnym przyspieszaniu lub dużej prędkości drogowej nadal wymaga wysokich obrotów. Chociaż dosłowne pasmo mocy obejmuje większość roboczego zakresu obrotów, szczególnie na pierwszym biegu (ponieważ nie ma niższego biegu, na który można by zmienić, ani „płaskiego miejsca”, w którym silnik nie wytwarza żadnej mocy), efektywne pasmo zmienia się na każdym biegu, staje się zakresem ograniczonym na górnym końcu przez ogranicznik lub w punkcie mniej więcej położonym między mocą szczytową a czerwoną linią, gdzie moc spada, a na dolnym końcu przez prędkość obrotową silnika na biegu jałowym.

Silniki Diesla

Typowy silnik wysokoprężny do pojazdów drogowych („wysokoobrotowy”) ma węższy zakres, generując maksymalny moment obrotowy przy niższych obrotach (często 1500–2000 obr./min), ale także z ostrzejszym spadkiem poniżej tej wartości i osiągając moc szczytową w okolicach 3500–4500 obr./min. RPM, ponownie szybko tracąc siłę powyżej tej prędkości. Silniki wysokoprężne z turbodoładowaniem i turbodoładowaniem (zwężone, przesadne pasmo mocy charakterystyczne dla większości silników z turbodoładowaniem) mogą wykazywać tę cechę jeszcze wyraźniej. Dlatego wybór przełożenia przez producenta (lub kupującego / modyfikatora) i właściwe wykorzystanie dostępnych przełożeń jest jeszcze ważniejsze, aby jak najlepiej wykorzystać dostępną moc i uniknąć „ugrzęźnięcia” w płaskich miejscach.

Większe silniki wysokoprężne w lokomotywach i niektórych jednostkach pływających wykorzystują napęd spalinowo-elektryczny. Eliminuje to złożoność ekstremalnie niskiej przekładni, jak opisano poniżej.

Największe („wolnoobrotowe”) silniki wysokoprężne - duże generatory na lądzie i morskie na morzu - mogą obracać się z prędkością zaledwie setek obrotów na minutę lub nawet poniżej, przy prędkościach biegu jałowego 20-30 obr./min. Silniki te są zwykle dwusuwowymi silnikami wysokoprężnymi .

Silniki elektryczne

Silniki elektryczne są wyjątkowe pod wieloma względami, zwłaszcza jeśli chodzi o zakres mocy. Dokładne właściwości różnią się znacznie w zależności od typu silnika elektrycznego. Maksymalny moment obrotowy silnika uniwersalnego (odkurzacz, małe maszyny, wiertarki, rozruszniki) występuje przy zerowej prędkości obrotowej (w przypadku zablokowania) i spada przy wyższych obrotach. W przypadku silników indukcyjnych podłączonych do źródła prądu przemiennego o stałej częstotliwości (najczęściej w dużych zastosowaniach) maksymalny moment obrotowy jest zwykle tuż poniżej synchronicznych obrotów na minutę, spada do zera dla tych obrotów i staje się ujemny powyżej niego (generator indukcyjny); przy niskich obrotach moment obrotowy jest zwykle nieco niższy. Silniki synchroniczne mogą być używane tylko przy prędkości synchronicznej równej jednej ze źródła prądu przemiennego. W nowoczesnych zastosowaniach stosowane są silniki synchroniczne i indukcyjne z elektroniczną kontrolą częstotliwości, np. Bezszczotkowe silniki elektryczne prądu stałego . W takim przypadku, o ile nie zostaną zastosowane zewnętrzne ograniczenia, maksymalny moment obrotowy jest osiągany przy niskich obrotach.

Na przykład silnik prądu przemiennego zastosowany w Tesli Roadster (2008) wytwarza prawie stały maksymalny moment obrotowy od 0 do około 6000 obr / min, podczas gdy maksymalna moc występuje przy około 10000 obr / min, długo po tym, jak moment obrotowy zaczyna spadać. Redline Roadstera to 14000 obrotów na minutę. Inne silniki elektryczne mogą w rzeczywistości wytwarzać maksymalny moment obrotowy w całym zakresie roboczym, chociaż ich maksymalna prędkość robocza może być ograniczona w celu poprawy niezawodności.

Turbiny gazowe

Dla porównania, turbiny gazowe działają na bardzo wysokich obrotach i wykazują wąskie pasma mocy oraz słabą zdolność do dławienia i reakcję przepustnicy.

Zobacz też