Предмети:
- Въртящ момент на двигателя
- Мощност на двигателя
- Измерване на въртящ момент и мощност
- Конски сили и киловат
Въртящ момент на двигателя:
Въртящият момент на двигателя е силата, с която се върти коляновият вал на двигателя. Въртящият момент се създава от комбинацията от силата на горене върху буталото и разстоянието на радиуса на манивела. Силата върху буталото зависи, наред с други неща, от степента на пълнене (количество въздух) и количеството гориво и варира, защото ъгълът на предаване на мощността към коляновия щифт непрекъснато се променя. От него можем да изчислим средното налягане на буталото индикаторна диаграма или вземете pv диаграма.
На следващия чертеж виждаме буталото, избутано надолу от силата на горене (p). Това налягане при горене създава сила F, силата на буталото. Силата на буталото се предава към шийката на коляновия вал (r) чрез мотовилката (S). Това създава така наречената тангенциална сила (Ft).
Въртящият момент се изчислява с помощта на формулата Ft xr (тангенциалната сила, умножена по радиуса на манивела) и се изразява в Nm (нютон метри).
Легенда:
p = налягане върху буталото.
F = силата върху буталото
N = направляваща сила
S = Сила върху мотовилката
r = радиус на манивела
Ft = тангенциална сила
Поради променливото налягане на горене и усукването на механизма на манивела-биела, тангенциалната сила също не е постоянна величина. Следователно работим със средна тангенциална сила.
Можем да определим тангенциалната сила, когато разлагаме силата на буталото (вижте изображението по-долу и страницата „сила на разтваряне на буталото").
Въртящият момент на двигателя зависи изключително от силата върху буталото, тъй като всички други променливи като диаметър на буталото и радиус на манивелата са фиксирани данни за двигателя. Силата върху буталото (Fz) се компенсира от налягането на горене (p) и зависи от степента на пълнене на двигателя (при стехиометрично съотношение на смесване). Основно дроселирането във всмукателния колектор определя нивото на пълнене на двигателя.
Най-голямото дроселиране се причинява от позицията на дроселната клапа. Положението на дросела има най-голямо влияние върху въртящия момент на двигателя: в крайна сметка ние влияем на работата на двигателя, като променяме положението на дросела. При тестова настройка ние измерваме максималния въртящ момент, доставен, когато дроселната клапа е напълно отворена.
Въртящият момент не е еднакъв навсякъде при различни обороти и напълно отворена газ. Поради променящите се скорости на газа и фиксираните ъгли на отваряне на клапана, въртящият момент ще бъде оптимален само при определена скорост.
На изображенията по-долу виждаме диаграмите на мощността и въртящия момент на два вида дизелови двигатели, използвани в BMW 3-series (E9x). И при двата двигателя въртящият момент се достига при приблизително 1800 об/мин, но е очевидно по-висок при 320d, отколкото при 316d. И двата двигателя имат обем на цилиндъра 2.0 литра. По-високият въртящ момент е възможен, наред с други неща, чрез компресор, клапани във всмукателния колектор и картографиране на системата за управление на двигателя, която, в допълнение към въртящия момент, определя консумацията и емисиите на отработени газове.
Мощност на двигателя:
Освен въртящия момент на двигателя, в заводските спецификации се споменава и мощността на двигателя. Мощността на двигателя е умножение на въртящия момент на двигателя по скоростта на двигателя. Мощността всъщност е колко пъти въртящият момент може да бъде доставен за секунда. Официалната формула е:
където P е мощността в Nm/s или Watt, M е въртящият момент в Nm и ω (омега) е ъгловата скорост. Буквата T се използва и за двойката вместо M.
Тъй като ъгловата скорост (ω) е 2 * π * n, където n е броят обороти в секунда, можем да променим формулата на:
Като пример вземаме атмосферен четирицилиндров 2.0-литров FSI двигател с четири клапана на цилиндър от VAG (код на двигателя: AXW). Разбира се, можем да прочетем въртящия момент и мощността от графиката, но в този раздел изчисляваме мощността въз основа на въртящия момент.
Факти:
- въртящ момент на двигателя: 200 Nm;
- скорост: 3500 об/мин = 58,33 об/сек.
попита: мощността, доставяна при дадена скорост.
Въртящият момент и мощността, доставяни при 3500 об/мин, са 200 Nm и 73,3 kW.
Измерване на въртящ момент и мощност:
Въртящият момент е пряко отговорен за теглителната сила на автомобила. Въртящият момент се умножава по предавателното отношение (i) на скоростната кутия и крайното намаление и се разделя на натоварения радиус (rb) на задвижваните колела (вижте страницата изчисляване на предавателни отношения).
Въртящият момент на двигателя се измерва чрез спиране на двигателя с напълно отворен дросел при различни скорости. Чрез спиране на двигателя избраната скорост се поддържа постоянна. Спирачната сила на двигателя, умножена по радиуса на измервания обект, върху който действа силата, тогава е въртящият момент на двигателя.
За измерване на мощността може да се използва спирачка за вихров ток. Измерването се извършва директно върху коляновия вал. Електромагнитите генерират вихрови токове в метален диск, при което спирачната сила се определя чрез измерване на огъване на торсионен елемент. Когато измервате мощността на двигател на спирачка с вихрови токове, скоростта и въртящият момент са измерените величини. Мощността се определя чрез изчисление (виж предходния параграф).
Мощността на превозното средство може да се измери и директно на колелата. Трябва обаче да се вземат предвид загуби до 70%. Тези загуби възникват в предаването. Мощността на оста (мощността, измерена на колелата на стенда за изпитване на мощността) се нарича още DIN конски сили. Мощността, измерена на маховика, се нарича SAE конски сили. SAE означава Общество на автомобилните инженери. Следователно стойността на SAE винаги ще бъде по-висока от тази на DIN.
Металните ролки на изпитвателния стенд са свързани към спирачен механизъм, често със спирачка за вихров ток. Измерва се силата, с която ролките се спират, заедно със скоростта на двете колела и коляновия вал, предоставеният въртящ момент и се изчислява мощността. Измерването обикновено се извършва на най-високата или втората най-висока предавка с натиснат докрай педал на газта. Загуба от 15 до 30% не е необичайна за превозни средства с две задвижващи колела. Компютърът на динамометричния стенд компенсира тази загуба, като измерва колко мощност е необходима на динамометричния стенд, за да задвижи автомобила. По време на това измерване автомобилът се движи по инерция с натиснат съединител.
Производителите или тунерите се опитват да поддържат кривата на въртящия момент възможно най-плоска, така че въртящият момент на двигателя да остане същият при възможно най-много обороти. По-специално двигателите с компресор (турбо/компресор), които значително увеличават въртящия момент, могат да бъдат регулирани възможно най-ниско по този начин. Също така чрез прилагане на техники за увеличаване на нивото на пълнене, като напр многоклапанни двигатели, променливо газоразпределение или a променлив всмукателен колектор зоната на свързване може да се поддържа възможно най-плоска.
Ако трябваше да измерим въртящия момент при различни позиции на дросела, ще получим прогресия като следното изображение. Такова измерване обаче рядко се извършва.
Конски сили (hp) и киловат (kW):
За изразяване на работоспособността на автомобила се използват единиците „конски сили” и „киловат”. Мощността зависи от въртящия момент в секунда. Определението за конски сили идва от времето, когато транспортът все още е бил с кон и каруца. Ако маса от 75 килограма се повдигне на разстояние от 1 метър в рамките на 1 секунда, се подава мощност от 1 конска сила. Така че 1 конска сила е 75 кг * 1 метър / 1 секунда.
Ако погледнем мощността от единицата ват, тогава 1 ват е умножение на 1 нютон * 1 метър в секунда. Ние съкращаваме това като [1 Nm / sec].
Конските сили (hp), използвани в Холандия, са абсолютно същите като немските Pferdestärkte (PS) и френските Chaval-Vapeur (CH).
1 к.с. = 0,7355 kW
1 kW = 1,3596 к.с
Английските/американските конски сили (hp) са по-големи.
1 к.с. = 0,7457 kW
1 kW = 1,3410 к.с
Ако преобразуваме конските сили във ватове, трябва да умножим масата по ускорението на гравитацията: 1 HP = 75 kg/sec * 9,81 m/s^2 = 7355 W = 0,7355 kW.
За да преобразуваме мощността на двигател със 150 к.с., умножаваме броя kg/sec. с броя на конските сили. Това води до: (150 * 75) * 9,81 = 110,4 kW.
Можем също да преобразуваме мощността във ватове в конски сили. Правим това, както следва: 1 / 0,7355 (W) = 1,36 к.с. Двигател с мощност 92 kW произвежда според изчислението: (1 * 92) / 0,736 = 125 к.с.
