Kuinka mitata autosi vääntömomentti (vääntömomentti).
Pitoisuus
Vääntömomentti on verrannollinen hevosvoimiin ja vaihtelee ajoneuvon ja sen ominaisuuksien mukaan. Pyörän koko ja välityssuhde vaikuttavat vääntömomenttiin.
Olitpa ostamassa uutta autoa tai rakentamassa hot rodia autotalliisi, kaksi tekijää vaikuttaa moottorin suorituskykyyn: hevosvoimat ja vääntömomentti. Jos olet kuten useimmat tee-se-itse-mekaanikot tai autoharrastajat, sinulla on luultavasti hyvä käsitys hevosvoimien ja vääntömomentin välisestä suhteesta, mutta sinun voi olla vaikea ymmärtää, kuinka nämä "jalkakiloiset" luvut saavutetaan. Usko tai älä, se ei itse asiassa ole niin vaikeaa.
Ennen kuin siirrymme teknisiin yksityiskohtiin, erittelemme joitain yksinkertaisia faktoja ja määritelmiä, jotka auttavat sinua ymmärtämään, miksi sekä hevosvoimat että vääntömomentti ovat tärkeitä huomioitavia tekijöitä. Meidän on aloitettava määrittelemällä kolme polttomoottorin suorituskyvyn mittauselementtiä: nopeus, vääntömomentti ja teho.
Osa 1/4: Moottorin nopeuden, vääntömomentin ja tehon vaikutus kokonaissuorituskykyyn
Äskettäin Hot Rod -lehden artikkelissa yksi moottorin suorituskyvyn suurimmista mysteereistä ratkesi vihdoin palaamalla tehon tosiasiallisen merkityksen perusteisiin. Useimmat ihmiset ajattelevat, että dynamometrit (moottoridynamometrit) on suunniteltu mittaamaan moottorin hevosvoimaa.
Itse asiassa dynamometrit eivät mittaa tehoa, vaan vääntömomenttia. Tämä vääntömomenttiluku kerrotaan kierrosluvulla, jolla se mitataan, ja jaetaan sitten 5,252:lla teholuvun saamiseksi.
Yli 50 vuoden ajan moottorin vääntömomentin ja kierrosluvun mittaamiseen käytetyt dynamometrit eivät yksinkertaisesti kestäneet näiden moottoreiden tuottamaa suurta tehoa. Itse asiassa yksi sylinteri tuossa 500 kuutiometrissä nitroja polttavassa Hemisissä tuottaa noin 800 kiloa työntövoimaa yhden pakoputken läpi.
Kaikki moottorit, olivatpa ne polttomoottorit tai sähkömoottorit, toimivat eri nopeuksilla. Useimmiten mitä nopeammin moottori suorittaa tehoiskunsa tai -syklinsä, sitä enemmän se tuottaa tehoa. Polttomoottorissa on kolme tekijää, jotka vaikuttavat sen yleiseen suorituskykyyn: nopeus, vääntömomentti ja teho.
Nopeus määräytyy sen mukaan, kuinka nopeasti moottori tekee työnsä. Kun käytämme moottorin nopeutta numeroon tai yksikköön, mittaamme moottorin nopeutta kierroksina minuutissa tai RPM:nä. Moottorin tekemä "työ" on mitattavalla etäisyydellä kohdistettu voima. Vääntömomentti määritellään erityiseksi työksi, joka tuottaa pyörimisen. Tämä tapahtuu, kun voima kohdistetaan säteeseen (tai polttomoottorin tapauksessa vauhtipyörään), ja se mitataan yleensä jalkapaunassa.
Hevosvoima on nopeus, jolla työ tehdään. Ennen vanhaan, jos esineitä piti siirtää, ihmiset käyttivät tähän yleensä hevosta. On arvioitu, että yksi hevonen voisi liikkua noin 33,000 1 jalkaa minuutissa. Tästä tulee termi "hevosvoimat". Toisin kuin nopeus ja vääntömomentti, hevosvoimat voidaan mitata useilla yksiköillä, mukaan lukien: 746 hv = 1 W, 2,545 hv = 1 BTU ja 1,055 hv = XNUMX joulea.
Nämä kolme elementtiä toimivat yhdessä tuottaen moottorin tehoa. Koska vääntömomentti pysyy vakiona, nopeus ja teho ovat verrannollisia. Kuitenkin, kun moottorin kierrosluku kasvaa, myös teho kasvaa pitämään vääntömomentin vakiona. Monet ihmiset ovat kuitenkin ymmällään siitä, kuinka vääntömomentti ja teho vaikuttavat moottorin nopeuteen. Yksinkertaisesti sanottuna vääntömomentin ja tehon kasvaessa moottorin nopeus kasvaa. Myös päinvastoin: vääntömomentin ja tehon pienentyessä moottorin nopeus pienenee.
Osa 2/4: Kuinka moottorit on suunniteltu maksimivääntömomentille
Nykyaikaista polttomoottoria voidaan muokata tehon tai vääntömomentin lisäämiseksi muuttamalla kiertokangen kokoa tai pituutta ja lisäämällä porausta tai sylinterin reikää. Tätä kutsutaan usein reiän ja iskun suhteen suhteeksi.
Vääntömomentti mitataan newtonmetreinä. Yksinkertaisesti sanottuna tämä tarkoittaa, että vääntömomentti mitataan 360 asteen ympyräliikkeellä. Esimerkissämme käytetään kahta identtistä moottoria, joilla on sama reiän halkaisija (tai polttosylinterin halkaisija). Toisella kahdesta moottorista on kuitenkin pidempi "isku" (tai sylinterin syvyys, joka on luotu pidemmän kiertokangen avulla). Pitkätahtisella moottorilla on lineaarisempi liike, kun se pyörii palotilan läpi, ja sillä on enemmän vipuvoimaa saman tehtävän suorittamiseen.
Vääntömomentti mitataan punnissa jaloissa tai kuinka paljon "vääntömomenttia" käytetään tehtävän suorittamiseen. Kuvittele esimerkiksi, että yrität irrottaa ruosteista pulttia. Oletetaan, että sinulla on kaksi erilaista putkiavainta, joista toinen on 2 jalkaa pitkä ja toinen 1 jalka pitkä. Olettaen, että käytät samaa voimaa (tässä tapauksessa 50 naulaa), käytät itse asiassa 100 ft-lbs vääntömomenttia kaksijalkaaseen avaimeen (50 x 2) ja vain 50 naulaa. vääntömomentti (1 x 50) yksijalkaisella avaimella. Mikä jakoavain auttaa sinua ruuvaamaan pultin irti helpommin? Vastaus on yksinkertainen - se, jolla on enemmän vääntöä.
Insinöörit kehittävät moottoria, joka tarjoaa korkeamman vääntömomentin ja hevosvoiman suhteen ajoneuvoille, jotka tarvitsevat ylimääräistä "tehoa" kiihtymiseen tai nousuun. Näet yleensä korkeampia vääntömomentteja raskaille ajoneuvoille, joita käytetään hinaukseen tai korkean suorituskyvyn moottoreille, joissa kiihtyvyys on kriittinen (kuten yllä olevassa NHRA Top Fuel Engine -esimerkissä).
Tästä syystä autonvalmistajat korostavat usein suuren vääntömomentin moottoreiden mahdollisuuksia kuorma-autojen mainoksissa. Moottorin vääntömomenttia voidaan myös lisätä muuttamalla sytytyksen ajoitusta, säätämällä polttoaine-ilmaseosta ja jopa lisäämällä ulostulomomenttia tietyissä skenaarioissa.
Osa 3/4: Muiden moottorin kokonaisnimellisvääntömomentin muuttujien ymmärtäminen
Mitä tulee vääntömomentin mittaamiseen, polttomoottorissa on otettava huomioon kolme ainutlaatuista muuttujaa:
Tietyllä kierrosluvulla generoitu voima: Tämä on moottorin suurin teho, joka syntyy tietyllä kierrosluvulla. Kun moottori kiihtyy, on kierrosluku tai hevosvoimakäyrä. Moottorin kierrosluvun kasvaessa myös teho kasvaa, kunnes se saavuttaa maksimitason.
Etäisyys: Tämä on kiertokangen iskun pituus: mitä pidempi isku, sitä enemmän vääntömomenttia syntyy, kuten yllä selitettiin.
Momenttivakio: Tämä on matemaattinen luku, joka on määritetty kaikille moottoreille, 5252 tai vakio kierrosluku, jossa teho ja vääntömomentti ovat tasapainossa. Numero 5252 on johdettu havainnosta, jonka mukaan yksi hevosvoima vastaa 150 puntaa, joka kulkee 220 jalkaa minuutissa. Ilmaistakseen tämän vääntömomentin jalkanaulassa James Watt esitteli matemaattisen kaavan, joka keksi ensimmäisen höyrykoneen.
Kaava näyttää tältä:
Olettaen, että 150 punnan voima kohdistetaan yhteen säteen jalkaan (tai ympyrään, joka on esimerkiksi polttomoottorin sylinterin sisällä), sinun on muunnettava se jalka-naulan vääntömomentiksi.
220 fpm on ekstrapoloitava RPM:ksi. Voit tehdä tämän kertomalla kaksi pi-lukua (tai 3.141593), mikä on 6.283186 jalkaa. Otetaan 220 jalkaa ja jaetaan 6.28:lla ja saadaan 35.014 rpm jokaista kierrosta kohden.
Ota 150 jalkaa ja kerro luvulla 35.014, niin saat 5252.1, vakiomme, joka lasketaan vääntömomentin jalkapaunassa.
Osa 4/4: Auton vääntömomentin laskeminen
Vääntömomentin kaava on: vääntömomentti = moottorin teho x 5252, joka jaetaan sitten kierrosluvulla.
Vääntömomentin ongelmana on kuitenkin se, että se mitataan kahdesta eri kohdasta: suoraan moottorista ja vetopyöristä. Muita mekaanisia komponentteja, jotka voivat lisätä tai vähentää pyörien vääntömomenttia, ovat: vauhtipyörän koko, välityssuhteet, vetoakselin suhteet ja renkaan/pyörän ympärysmitta.
Pyörän vääntömomentin laskemiseksi kaikki nämä elementit on otettava huomioon yhtälössä, joka on parasta jättää dynaamiseen testipenkkiin sisältyvälle tietokoneohjelmalle. Tämäntyyppisissä laitteissa ajoneuvo asetetaan telineeseen ja vetopyörät rullien viereen. Moottori on kytketty tietokoneeseen, joka lukee moottorin kierrosluvun, polttoaineenkulutuskäyrän ja välityssuhteet. Nämä luvut otetaan huomioon pyörän nopeudessa, kiihtyvyydessä ja kierrosluvuissa, kun autoa ajetaan dynolla halutun ajan.
Moottorin vääntömomentin laskeminen on paljon helpompi määrittää. Yllä olevaa kaavaa noudattamalla käy selväksi, kuinka moottorin vääntömomentti on verrannollinen moottorin tehoon ja kierrosnopeuteen, kuten ensimmäisessä osassa selitetään. Tämän kaavan avulla voit määrittää vääntömomentin ja hevosvoimat kierroslukukäyrän jokaisessa pisteessä. Vääntömomentin laskemiseksi sinulla on oltava moottorin valmistajan toimittamat moottorin tehotiedot.
Jotkut ihmiset käyttävät MeasureSpeed.comin tarjoamaa online-laskuria, joka edellyttää, että syötät moottorin enimmäistehon (valmistajan toimittaman tai ammattimaisen dynon aikana täytettynä) ja halutun kierrosluvun.
Jos huomaat, että moottorisi suorituskykyä on vaikea kiihdyttää eikä siinä ole sitä tehoa, jonka luulet olevan, pyydä AvtoTachkin sertifioitua mekaanikkoa suorittamaan tarkastus ongelman syyn selvittämiseksi.
