Jak zmierzyć moment obrotowy (moment obrotowy) swojego samochodu?

Moment obrotowy jest proporcjonalny do mocy i zmienia się w zależności od pojazdu i jego wyposażenia. Rozmiar koła i przełożenie skrzyni biegów wpływają na moment obrotowy.

Niezależnie od tego, czy kupujesz nowy samochód, czy budujesz hot roda w garażu, przy określaniu osiągów silnika biorą udział dwa czynniki: moc i moment obrotowy. Jeśli jesteś jak większość mechaników typu „zrób to sam” lub entuzjastów samochodów, prawdopodobnie dobrze rozumiesz związek między mocą a momentem obrotowym, ale możesz mieć trudności ze zrozumieniem, w jaki sposób osiąga się te liczby „stopofuntowe”. Wierz lub nie, ale to naprawdę nie jest takie trudne.

Zanim przejdziemy do szczegółów technicznych, przyjrzyjmy się kilku prostym faktom i definicjom, które pomogą Ci zrozumieć, dlaczego zarówno moc, jak i moment obrotowy są ważnymi czynnikami, które należy wziąć pod uwagę. Musimy zacząć od zdefiniowania trzech elementów pomiaru osiągów silnika spalinowego: prędkości, momentu obrotowego i mocy.

Część 1 z 4: Zrozumienie, w jaki sposób prędkość obrotowa silnika, moment obrotowy i moc wpływają na ogólną wydajność

W niedawnym artykule w magazynie Hot Rod jedna z największych zagadek wydajności silnika została ostatecznie rozwiązana poprzez powrót do podstaw tego, jak naprawdę liczy się moc. Większość ludzi uważa, że ​​dynamometry (hamownie silnikowe) są przeznaczone do pomiaru mocy silnika.

W rzeczywistości dynamometry nie mierzą mocy, ale moment obrotowy. Ta wartość momentu obrotowego jest mnożona przez liczbę obrotów na minutę, przy której jest mierzona, a następnie dzielona przez 5,252, aby uzyskać wartość mocy.

Przez ponad 50 lat dynamometry używane do pomiaru momentu obrotowego i obrotów silnika po prostu nie radziły sobie z dużą mocą generowaną przez te silniki. W rzeczywistości jeden cylinder tego 500-calowego hemisa spalającego nitro wytwarza około 800 funtów ciągu przez pojedynczą rurę wydechową.

Wszystkie silniki, czy to spalinowe, czy elektryczne, pracują z różnymi prędkościami obrotowymi. W większości przypadków im szybciej silnik kończy suw lub cykl, tym więcej mocy wytwarza. Jeśli chodzi o silnik spalinowy, na jego ogólną wydajność wpływają trzy elementy: prędkość, moment obrotowy i moc.

Prędkość zależy od tego, jak szybko silnik wykonuje swoją pracę. Kiedy stosujemy prędkość silnika do liczby lub jednostki, mierzymy prędkość silnika w obrotach na minutę lub RPM. „Praca” wykonywana przez silnik to siła wywierana na mierzalną odległość. Moment obrotowy definiuje się jako specjalny rodzaj pracy, który powoduje obrót. Dzieje się tak, gdy siła jest przykładana do promienia (lub, w przypadku silnika spalinowego, koła zamachowego) i jest zwykle mierzona w funtach na stopę.

Moc to prędkość, z jaką wykonywana jest praca. W dawnych czasach, jeśli trzeba było przenieść przedmioty, ludzie zwykle używali do tego konia. Szacuje się, że jeden koń może poruszać się z prędkością około 33,000 1 stóp na minutę. Stąd pochodzi termin „moc”. W przeciwieństwie do prędkości i momentu obrotowego, moc można mierzyć w kilku jednostkach, w tym: 746 KM = 1 W, 2,545 KM = 1 BTU i 1,055 KM = XNUMX dżuli.

Te trzy elementy współpracują ze sobą, aby wytworzyć moc silnika. Ponieważ moment obrotowy pozostaje stały, prędkość i moc pozostają proporcjonalne. Jednak wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika rośnie również moc, aby utrzymać stały moment obrotowy. Jednak wiele osób nie rozumie, w jaki sposób moment obrotowy i moc wpływają na prędkość obrotową silnika. Mówiąc najprościej, wraz ze wzrostem momentu obrotowego i mocy rośnie również prędkość obrotowa silnika. Odwrotna sytuacja jest również prawdziwa: wraz ze spadkiem momentu obrotowego i mocy zmniejsza się również prędkość obrotowa silnika.

Część 2 z 4: Jak projektuje się silniki pod kątem maksymalnego momentu obrotowego

Nowoczesny silnik spalinowy można zmodyfikować w celu zwiększenia mocy lub momentu obrotowego, zmieniając rozmiar lub długość korbowodu i zwiększając otwór lub otwór cylindra. Jest to często określane jako stosunek średnicy otworu do skoku.

Moment obrotowy jest mierzony w niutonometrach. Mówiąc najprościej, oznacza to, że moment obrotowy jest mierzony w ruchu kołowym o 360 stopni. Nasz przykład wykorzystuje dwa identyczne silniki o tej samej średnicy otworu (lub średnicy cylindra spalania). Jednak jeden z dwóch silników ma dłuższy „skok” (lub głębokość cylindra utworzoną przez dłuższy korbowód). Silnik o dłuższym skoku ma bardziej liniowy ruch, gdy obraca się w komorze spalania i ma większą dźwignię, aby wykonać to samo zadanie.

Moment obrotowy jest mierzony w funtostopach lub ile „momentu obrotowego” jest stosowane do wykonania zadania. Na przykład wyobraź sobie, że próbujesz poluzować zardzewiałą śrubę. Załóżmy, że masz dwa różne klucze do rur, jeden o długości 2 stóp, a drugi o długości 1 stopy. Zakładając, że stosujesz taką samą siłę (w tym przypadku nacisk 50 funtów), w rzeczywistości stosujesz moment obrotowy 100 ft-lbs dla klucza dwustopowego (50 x 2) i tylko 50 funtów. moment obrotowy (1 x 50) kluczem jednoramiennym. Który klucz ułatwi Ci odkręcenie śruby? Odpowiedź jest prosta - ta z większym momentem obrotowym.

Inżynierowie opracowują silnik, który zapewnia wyższy stosunek momentu obrotowego do mocy dla pojazdów, które potrzebują dodatkowej „mocy” do przyspieszenia lub podjazdu. Zwykle obserwuje się wyższe wartości momentu obrotowego w przypadku ciężkich pojazdów używanych do holowania lub silników o wysokich osiągach, w których przyspieszenie ma kluczowe znaczenie (tak jak w powyższym przykładzie silnika NHRA Top Fuel).

Dlatego producenci samochodów często podkreślają w reklamach samochodów ciężarowych potencjał silników o wysokim momencie obrotowym. Moment obrotowy silnika można również zwiększyć, zmieniając kąt wyprzedzenia zapłonu, dostosowując mieszankę paliwowo-powietrzną, a nawet zwiększając wyjściowy moment obrotowy w niektórych scenariuszach.

Część 3 z 4: Zrozumienie innych zmiennych wpływających na całkowity znamionowy moment obrotowy silnika

Jeśli chodzi o pomiar momentu obrotowego, w silniku spalinowym należy wziąć pod uwagę trzy unikalne zmienne:

Siła generowana przy określonych obrotach: Jest to maksymalna moc silnika generowana przy danych obrotach. Gdy silnik przyspiesza, pojawia się krzywa obrotów lub mocy. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika wzrasta również moc, aż do osiągnięcia maksymalnego poziomu.

Odległość: Jest to długość skoku korbowodu: im dłuższy skok, tym większy moment obrotowy jest generowany, jak wyjaśniliśmy powyżej.

Stała momentu obrotowego: Jest to liczba matematyczna przypisana do wszystkich silników, 5252 lub stała prędkość obrotowa, przy której moc i moment obrotowy są zrównoważone. Liczba 5252 została wyprowadzona z obserwacji, że jeden koń mechaniczny odpowiada 150 funtom przebycia 220 stóp w ciągu jednej minuty. Aby wyrazić to w stopofuntach momentu obrotowego, James Watt przedstawił wzór matematyczny, który wynalazł pierwszy silnik parowy.

Formuła wygląda tak:

Zakładając, że siła 150 funtów jest przykładana do jednej stopy promienia (lub na przykład okręgu znajdującego się wewnątrz cylindra silnika spalinowego), należałoby to przeliczyć na stopofunty momentu obrotowego.

220 stóp na minutę należy ekstrapolować na obroty na minutę. Aby to zrobić, pomnóż dwie liczby pi (lub 3.141593), co równa się 6.283186 stóp. Weź 220 stóp i podziel przez 6.28, a otrzymamy 35.014 obr./min na każdy obrót.

Weź 150 stóp i pomnóż przez 35.014, a otrzymasz 5252.1, naszą stałą, która liczy się w stopofuntach momentu obrotowego.

Część 4 z 4: Jak obliczyć moment obrotowy samochodu

Wzór na moment obrotowy to: moment obrotowy = moc silnika x 5252, którą następnie dzieli się przez obroty.

Problem z momentem obrotowym polega jednak na tym, że jest on mierzony w dwóch różnych miejscach: bezpośrednio z silnika i na koła napędowe. Inne elementy mechaniczne, które mogą zwiększać lub zmniejszać moment obrotowy na kołach, obejmują: rozmiar koła zamachowego, przełożenia skrzyni biegów, przełożenia osi napędowej oraz obwód opony/koła.

Aby obliczyć moment obrotowy koła, wszystkie te elementy należy uwzględnić w równaniu, które najlepiej pozostawić programowi komputerowemu znajdującemu się na stanowisku do badań dynamicznych. W tego typu urządzeniach pojazd jest ustawiony na stojaku, a koła napędowe są umieszczone obok rzędu rolek. Silnik jest podłączony do komputera, który odczytuje prędkość obrotową silnika, krzywą zużycia paliwa i przełożenia skrzyni biegów. Liczby te są brane pod uwagę przy prędkości koła, przyspieszeniu i obrotach, gdy samochód jest prowadzony na hamowni przez żądany czas.

Obliczenie momentu obrotowego silnika jest znacznie łatwiejsze do określenia. Postępując zgodnie z powyższym wzorem, staje się jasne, jak moment obrotowy silnika jest proporcjonalny do mocy silnika i prędkości obrotowej, jak wyjaśniono w pierwszej sekcji. Korzystając z tego wzoru, możesz określić moment obrotowy i moc znamionową w każdym punkcie krzywej obrotów. Aby obliczyć moment obrotowy, musisz mieć dane dotyczące mocy silnika dostarczone przez producenta silnika.

kalkulator momentu obrotowego

Niektórzy korzystają z internetowego kalkulatora oferowanego przez MeasureSpeed.com, który wymaga wpisania maksymalnej mocy znamionowej silnika (podanej przez producenta lub wypełnionej na profesjonalnej hamowni) oraz żądanych obrotów.

Jeśli zauważysz, że osiągi Twojego silnika są trudne do przyspieszenia i nie ma on mocy, którą Twoim zdaniem powinien mieć, zleć jednemu z certyfikowanych mechaników AvtoTachki przeprowadzenie inspekcji w celu ustalenia źródła problemu.