Teemad:
- Mootori pöördemoment
- Mootori võimsus
- Pöördemomendi ja võimsuse mõõtmine
- Hobujõud ja kilovatt
Mootori pöördemoment:
Mootori pöördemoment on jõud, millega mootori väntvõll pöörleb. Pöördemoment tekib kolvile mõjuva põlemisjõu ja vända raadiuse kauguse kombinatsioonist. Kolvile mõjuv jõud sõltub muuhulgas täiteastmest (õhukogusest) ja kütusekogusest ning varieerub, kuna jõuülekande nurk vända poldi suhtes muutub pidevalt. Selle järgi saame arvutada keskmise kolvi rõhu indikaatori diagramm või hankige pv diagramm.
Järgmisel joonjoonisel näeme, kuidas kolb surutakse alla põlemisjõu (p) toimel. See põlemisrõhk tekitab jõu F ehk kolvijõu. Kolvijõud kantakse väntvõlli kahvlile (r) ühendusvarda (S) kaudu. See loob nn tangentsiaalse jõu (Ft).
Pöördemoment arvutatakse valemiga Ft xr (tangentsiaalne jõud, mis on korrutatud vända raadiusega) ja seda väljendatakse Nm (njuutonmeetrites).
Legend:
p = rõhk kolvile.
F = kolvile mõjuv jõud
N = juhtjõud
S = ühendusvardale mõjuv jõud
r = Vända raadius
Ft = tangentsiaalne jõud
Põlemisrõhu muutumise ja vända-ühendusvarda mehhanismi keerdumise tõttu ei ole ka tangentsiaalne jõud konstantne suurus. Seetõttu töötame keskmise tangentsiaalse jõuga.
Tangentsiaalse jõu saame määrata kolvijõu lahutamisel (vt allolevat pilti ja lehekülge "lahustada kolvi jõud").
Mootori pöördemoment sõltub eranditult kolvile mõjuvast jõust, sest kõik muud muutujad, nagu kolvi läbimõõt ja vända raadius, on mootori fikseeritud andmed. Kolvile avaldatavat jõudu (Fz) kompenseerib põlemisrõhk (p) ja see sõltub mootori täituvuse astmest (stöhhiomeetrilise segamissuhte juures). Mootori täituvuse määrab peamiselt drossel sisselaskekollektoris.
Suurima drosseluse põhjustab drosselklapi asend. Gaasihoovastiku asend mõjutab mootori pöördemomenti kõige rohkem: me mõjutame ju mootori jõudlust gaasipedaali asendi muutmisega. Katse seadistuses mõõdame maksimaalset pöördemomenti, mis saadakse, kui drosselklapp on täielikult avatud.
Pöördemoment ei ole erinevatel pööretel ja täielikult avatud gaasiga igal pool sama. Tänu muutuvatele gaasikiirustele ja fikseeritud klapi avanemisnurkadele on pöördemoment optimaalne ainult teatud kiirusel.
Allolevatel piltidel näeme BMW 3-seeria (E9x) kahte tüüpi diiselmootorite võimsuse ja pöördemomendi diagramme. Mõlema mootori puhul saavutatakse pöördemoment ligikaudu 1800 p/min juures, kuid see on 320d puhul selgelt suurem kui 316d puhul. Mõlema mootori silindrite töömaht on 2.0 liitrit. Suurema pöördemomendi teevad võimalikuks muuhulgas ülelaadimine, sisselaskekollektori klapid ja mootori juhtimissüsteemi kaardistamine, mis lisaks pöördemomendile määrab ära ka kulu ja heitgaaside emissiooni.
Mootori võimsus:
Tehase spetsifikatsioonides on lisaks mootori pöördemomendile märgitud ka mootori võimsus. Mootori võimsus on mootori pöördemomendi korrutis mootori pöörete arvuga. Võimsus on tegelikult see, mitu korda saab pöördemomenti sekundis edastada. Ametlik valem on järgmine:
kus P on võimsus Nm/s või vattides, M on pöördemoment Nm ja ω (oomega) on nurkkiirus. Paari puhul kasutatakse M-i asemel ka T-tähte.
Kuna nurkkiirus (ω) on 2 * π * n, kus n on pöörete arv sekundis, saame valemit muuta järgmiselt:
Näitena võtame VAG-st (mootorikood: AXW) vabalthingava neljasilindrilise 2.0-liitrise FSI-mootori, millel on neli klappi silindri kohta. Muidugi saame graafikult lugeda pöördemomenti ja võimsust, kuid selles osas arvutame võimsuse pöördemomendi põhjal.
Faktid:
- mootori pöördemoment: 200 Nm;
- kiirus: 3500 p/min = 58,33 p/s.
Küsis: antud kiirusel antav võimsus.
Pöördemoment ja võimsus 3500 p/min juures on 200 Nm ja 73,3 kW.
Pöördemomendi ja võimsuse mõõtmine:
Pöördemoment vastutab otseselt auto tõmbejõu eest. Pöördemoment korrutatakse käigukasti ülekandearvuga (i) ja lõpliku reduktsiooniga ning jagatakse veorataste koormatud raadiusega (rb) (vt lehekülge arvutada ülekandearvud).
Mootori pöördemomenti mõõdetakse mootori pidurdamisel täielikult avatud gaasihoovaga erinevatel pööretel. Mootorit pidurdades hoitakse valitud kiirus konstantsena. Mootori pidurdusjõud, mis on korrutatud selle mõõteobjekti raadiusega, millele jõud mõjub, on siis mootori pöördemoment.
Võimsuse mõõtmiseks saab kasutada pöörisvoolupidurit. Mõõtmine toimub otse väntvõllil. Elektromagnetid tekitavad metallkettas pöörisvoolu, kusjuures pidurdusjõud määratakse väändeelemendi painde mõõtmise teel. Mootori võimsuse mõõtmisel pöörisvoolupiduril on mõõdetud suurusteks kiirus ja pöördemoment. Võimsus määratakse arvutuse teel (vt eelmist lõiku).
Sõiduki võimsust saab mõõta ka otse ratastelt. Arvestada tuleb aga kuni 70% kahjudega. Need kaod tekivad ülekandes. Teljevõimsust (võimsuse katsestendil ratastel mõõdetud võimsust) nimetatakse ka DIN-hobujõuks. Hoorattal mõõdetavat võimsust nimetatakse SAE hobujõuks. SAE tähistab autoinseneride ühingut. Seetõttu on SAE väärtus alati kõrgem kui DIN-i väärtus.
Katsestendi metallrullikud on ühendatud pidurdusmehhanismiga, sageli pöörisvoolupiduriga. Mõõdetakse jõudu, millega rullid pidurdatakse, koos nii rataste kui ka väntvõlli pöörlemiskiirusega, väljastatav pöördemoment ja arvutatakse võimsus. Mõõtmine toimub tavaliselt kõrgeima või teise kõrgeima käiguga, kui gaasipedaal on täielikult alla vajutatud. Kaherattaveoliste sõidukite puhul pole 15–30% kahjum ebatavaline. Düno arvuti kompenseerib selle kadu, mõõtes, kui palju energiat kulub dünol sõiduki juhtimiseks. Selle mõõtmise ajal liigub sõiduk vabakäigul, kui sidur on alla vajutatud.
Tootjad või tuunerid püüavad hoida pöördemomendi kõverat võimalikult tasasel tasemel, et mootori pöördemoment jääks võimalikult paljudel pööretel samaks. Eelkõige pöördemomenti oluliselt suurendavaid ülelaadimisega mootoreid (turbo/kompressor) saab sel viisil võimalikult tasaseks reguleerida. Samuti rakendades täitetaseme tõstmise võtteid, nt mitme ventiiliga mootorid, muutuv klapi ajastus või a muutuv sisselaskekollektor haakeala saab hoida võimalikult tasane.
Kui peaksime mõõtma pöördemomenti gaasihoovastiku erinevates asendites, saaksime järgmise pildiga sarnase progressi. Sellist mõõtmist tehakse aga harva.
Hobujõud (hj) ja kilovatt (kW):
Sõiduki töövõime väljendamiseks kasutatakse ühikuid “hobujõud” ja “kilovatt”. Võimsus sõltub pöördemomendist sekundis. Hobujõu definitsioon pärineb ajast, mil transport käis veel hobuse ja vankriga. Kui 75 sekundi jooksul tõstetakse 1 meetri kaugusele 1 kilogrammi mass, on antud võimsus 1 hobujõud. Seega on 1 hobujõud 75 kg * 1 meeter / 1 sekund.
Kui vaatame võimsust ühikust vatt, siis 1 vatt on 1 njuutoni * 1 meetri korrutis sekundis. Me lühendame seda kui [1 Nm / sek].
Hollandis kasutatav hobujõud (hj) on täpselt sama suur kui sakslaste Pferdestärkte (PS) ja prantslaste Chaval-Vapeur (CH).
1 hj = 0,7355 kW
1 kW = 1,3596 hj
Inglise / Ameerika hobujõud (hj) on suurem.
1 hj = 0,7457 kW
1 kW = 1,3410 hj
Kui teisendada hobujõud vattideks, peame massi korrutama raskuskiirendusega: 1 HP = 75 kg/s * 9,81 m/s^2 = 7355 W = 0,7355 kW.
150 hj mootori võimsuse teisendamiseks korrutame arvu kg/sek. hobujõudude arvuga. Tulemuseks on: (150 * 75) * 9,81 = 110,4 kW.
Samuti saame teisendada võimsuse vattides hobujõududeks. Teeme seda järgmiselt: 1 / 0,7355 (W) = 1,36 hj. Mootor võimsusega 92 kW toodab arvutuse järgi: (1 * 92) / 0,736 = 125 hj.
