Viðfangsefni:
- Tog mótor
- Mótorkraftur
- Mælir tog og kraft
- Hestöfl og kílóvött
Tog mótor:
Vélartog er krafturinn sem sveifarás hreyfilsins snýst með. Togið er búið til úr samsetningu brennslukrafts á stimplinum og fjarlægð sveifarradíussins. Krafturinn á stimpilinn fer meðal annars eftir fyllingarstigi (loftmagni) og eldsneytismagni og er breytilegur vegna þess að horn aflflutnings á sveifpinn breytist stöðugt. Við getum reiknað út meðaltal stimplaþrýstings út frá því vísir skýringarmynd eða fáðu þér pv skýringarmynd.
Á næstu línuteikningu sjáum við stimplinum ýtt niður af brennslukraftinum (p). Þessi brennsluþrýstingur skapar kraft F, stimpilkraftinn. Stimplakrafturinn er sendur yfir á sveifarástappinn (r) um tengistöngina (S). Þetta skapar svokallaðan snertikraft (Ft).
Togið er reiknað út með formúlunni Ft xr (snertikrafturinn margfaldaður með sveifarradíusnum) og er gefið upp í Nm (Newtonmetrum).
Legend:
p = þrýstingur á stimplinum.
F = krafturinn á stimpilinn
N = Stýribrautarkraftur
S = Kraftur á tengistöngina
r = Sveifarradíus
Ft = Tangential kraftur
Vegna breytilegs brennsluþrýstings og snúninga sveifarstengisbúnaðarins er snertikrafturinn heldur ekki stöðugt magn. Við vinnum því með meðaltal snertikrafts.
Við getum ákvarðað snertikraftinn þegar við brjótum niður stimpilkraftinn (sjá myndina hér að neðan og síðuna “leysa upp stimpilkraft").
Snúningsvægi hreyfilsins fer eingöngu eftir kraftinum á stimplinum, því allar aðrar breytur eins og þvermál stimpla og sveifarradíus eru föst vélargögn. Krafturinn á stimplinum (Fz) er á móti brennsluþrýstingnum (p) og fer eftir fyllingarstigi hreyfilsins (við stoichiometric blöndunarhlutfall). Það er aðallega inngjöfin í innsogsgreininni sem ákvarðar fyllingarstig vélarinnar.
Mesta inngjöfin stafar af stöðu inngjöfarlokans. Inngjöfarstaðan hefur mest áhrif á snúningsvægið: Þegar allt kemur til alls höfum við áhrif á afköst vélarinnar með því að breyta inngjöfinni. Í prófunaruppsetningu mælum við hámarks tog sem gefið er þegar inngjöfarventillinn er alveg opinn.
Togið er ekki það sama alls staðar á mismunandi hraða og fullu opnu inngjöf. Vegna breytilegra gashraða og fastra opnunarhorna loka verður togið aðeins ákjósanlegt við ákveðinn hraða.
Á myndunum hér að neðan sjáum við afl- og togskýringarmyndir tveggja tegunda dísilvéla sem notaðar eru í BMW 3-línu (E9x). Með báðum vélunum næst togið við um það bil 1800 snúninga á mínútu, en er greinilega hærra með 320d en með 316d. Báðar vélarnar eru með 2.0 lítra strokka. Hærra togið er meðal annars gert mögulegt með forhleðslu, ventlum í innsogsgreininni og kortlagningu vélstjórnarkerfisins sem, auk togs, ákvarðar eyðslu og útblástursloft.
Vélarafl:
Auk togi vélarinnar er í verksmiðjulýsingunum einnig getið um vélarafl. Vélarafl er margföldun á snúningsvægi vélarinnar með snúningshraða vélarinnar. Afl er í raun hversu oft togi er hægt að skila á sekúndu. Opinbera formúlan er:
þar sem P er krafturinn í Nm/s eða Watt, M er togið í Nm og ω (omega) er hornhraðinn. Stafurinn T er einnig notaður fyrir hjónin í stað M.
Þar sem hornhraðinn (ω) er 2 * π * n, þar sem n er fjöldi snúninga á sekúndu, getum við breytt formúlunni í:
Sem dæmi tökum við náttúrulega útblásna fjögurra strokka 2.0 lítra FSI vél með fjórum ventlum á strokk frá VAG (vélnúmer: AXW). Auðvitað getum við lesið togið og kraftinn af línuritinu, en í þessum kafla reiknum við kraftinn út frá toginu.
Staðreyndir:
- tog vélar: 200 Nm;
- hraði: 3500 snúningur/mín = 58,33 snúningur/sek.
Óska eftir: krafturinn sem er afhentur á tilteknum hraða.
Tog og afl sem gefið er við 3500 snúninga á mínútu eru 200Nm og 73,3 kW.
Mæling á tog og krafti:
Togið er beint ábyrgt fyrir togkrafti bílsins. Togið er margfaldað með skiptingarhlutfalli (i) gírkassa og lokaminnkun og deilt með hleðsluradíus (rb) drifhjólanna (sjá síðu reikna út gírhlutföll).
Snúningsvægi vélarinnar er mælt með því að hemla vélinni með inngjöfinni alveg opið á mismunandi hraða. Með því að hemla vélinni er völdum hraða haldið stöðugum. Hemlunarkraftur mótorsins, margfaldaður með radíus mælihlutarins sem krafturinn verkar á, er þá tog mótorsins.
Hægt er að nota hringstraumsbremsu til að mæla afl. Mælingin fer fram beint á sveifarásnum. Rafseglar mynda hringstrauma í málmskífu, þar sem hemlunarkrafturinn er ákvarðaður með því að mæla beygju snúningshluta. Þegar afl mótors er mælt á hvirfilstraumsbremsu er hraði og tog mæld stærð. Aflið er ákvarðað með útreikningi (sjá fyrri málsgrein).
Afl ökutækis er einnig hægt að mæla beint við hjólin. Þó þarf að taka með í reikninginn allt að 70% tap. Þessi töp eiga sér stað í sendingu. Öxulaflið (aflið mælt á hjólunum á aflprófunarbekknum) er einnig kallað DIN hestöfl. Aflið sem mælt er á svifhjólinu er kallað SAE hestöfl. SAE stendur fyrir Society of Automotive Engineers. Verðmæti SAE verður því alltaf hærra en DIN.
Málmrúllur prófunarbekksins eru tengdar við hemlunarbúnað, oft með hvirfilstraumsbremsu. Krafturinn sem keflurnar eru hemlaðar með, ásamt hraða bæði hjólanna og sveifarássins, afhent tog er mælt og aflið reiknað. Mælingin fer venjulega fram í hæsta eða næsthæsta gír með eldsneytispedalnum alveg niðri. Tap upp á 15 til 30% er ekki óvenjulegt fyrir tvíhjóladrifnar ökutæki. Tölva dynosins bætir þetta tap með því að mæla hversu mikið afl það tekur fyrir dynóið að keyra ökutækið. Á meðan á þessari mælingu stendur, rennur ökutækið með kúplingunni inni.
Framleiðendur eða stillimenn reyna að halda togferilnum eins flötum og hægt er, þannig að snúningsvægið haldist það sama yfir eins marga snúninga og mögulegt er. Sérstaklega er hægt að stilla forþjöppuvélar (túrbó/þjöppu) sem auka togið verulega eins og hægt er á þennan hátt. Einnig með því að beita fyllingarstigshækkandi tækni, svo sem fjölventla vélar, breytileg tímasetning ventla eða a breytilegt inntaksgrein Hægt er að halda tengisvæðinu eins flatt og mögulegt er.
Ef við myndum mæla togið á mismunandi inngjöfarstöðum myndum við fá framvindu eins og eftirfarandi mynd. Slík mæling er þó sjaldan framkvæmd.
Hestöfl (hö) og kílówatt (kW):
Til að tjá vinnslugetu ökutækis eru einingarnar „hestöfl“ og „kílóvatt“ notaðar. Aflið fer eftir toginu á sekúndu. Skilgreiningin á hestöflum kemur frá þeim tíma þegar flutningar voru enn á hestum og kerrum. Ef 75 kílóum massa er lyft yfir 1 metra vegalengd innan 1 sekúndu hefur afl sem nemur 1 hestöflum verið afhent. Þannig að 1 hestöfl eru 75 kg * 1 metri / 1 sekúnda.
Ef við lítum á afl frá einingunni Watt, þá er 1 Watt margföldun á 1 Newton * 1 metri á sekúndu. Við styttum þetta sem [1 Nm/sek].
Hestöflin (hö) sem notuð eru í Hollandi eru nákvæmlega þau sömu og þýska Pferdestärkte (PS) og franska Chaval-Vapeur (CH).
1 hö = 0,7355 kW
1 kW = 1,3596 hö
Ensk/amerískt hestafl (hö) er meira.
1 hö = 0,7457 kW
1 kW = 1,3410 hö
Ef við umbreytum hestöflum í vött, verðum við að margfalda massann með þyngdarhröðuninni: 1 HP = 75 kg/sek * 9,81 m/s^2 = 7355 W = 0,7355 kW.
Til að umreikna afl vélar með 150 hö margföldum við fjölda kg/sek. með fjölda hestafla. Þetta leiðir til: (150 * 75) * 9,81 = 110,4 kW.
Við getum líka breytt kraftinum í vöttum í hestöfl. Við gerum þetta sem hér segir: 1 / 0,7355 (W) = 1,36 hö. Vél með 92 kW afli framleiðir samkvæmt útreikningi: (1 * 92) / 0,736 = 125 hö.
