トルクとパワー

科目：

モータートルク
モーターバーモゲン
トルクとパワーの測定
馬力とキロワット

モータートルク:
エンジントルクとは、エンジンのクランクシャフトが回転する力のことです。トルクは、ピストンにかかる燃焼力とクランク半径の距離の組み合わせから生成されます。ピストンにかかる力は、特に充填度合い（空気量）や燃料量に依存し、クランクピンへの動力伝達の角度が常に変化するため変化します。そこから平均ピストン圧力を計算できます指標図またはPV図を取得します。

次の線画では、ピストンが燃焼力によって押し下げられているのがわかります (p)。この燃焼圧力によって力 F、つまりピストン力が生成されます。ピストンの力はコンロッド(S)を介してクランクシャフトジャーナル(r)に伝達されます。これにより、いわゆる接線力 (Ft) が生じます。

トルクは、Ft xr (接線力とクランク半径の積) という式を使用して計算され、Nm (ニュートンメートル) で表されます。

凡例：
p = ピストンにかかる圧力。
F = ピストンにかかる力
N = ガイドウェイ力
S = コネクティングロッドにかかる力
r = クランク半径
Ft = 接線力

燃焼圧力の変化とクランクコンロッド機構のねじれにより、接線力も一定量ではありません。したがって、平均的な接線力を使用して作業します。

ピストンの力を分解すると、接線力を求めることができます（下の画像と「」のページを参照）ピストン力を解消する"）。

ピストンの直径やクランク半径などの他のすべての変数は固定されたエンジンデータであるため、エンジントルクはピストンにかかる力のみに依存します。ピストンにかかる力 (Fz) は燃焼圧力 (p) によって相殺され、エンジンの充填度 (理論混合比で) に依存します。エンジンの充填レベルを決定するのは主にインテークマニホールドのスロットリングです。

最大のスロットリングは、スロットルバルブの位置によって引き起こされます。スロットル位置はエンジントルクに最も大きな影響を与えます。結局のところ、スロットル位置を変更することでエンジンのパフォーマンスに影響を与えます。テストセットアップでは、スロットルバルブが完全に開いたときに供給される最大トルクを測定します。

トルクは、速度やスロットルを全開にしても、どこでも同じではありません。ガス速度が変化し、バルブの開き角度が固定されているため、トルクは特定の速度でのみ最適になります。

下の画像では、BMW 3 シリーズ (E9x) で使用されている 1800 種類のディーゼルエンジンの出力とトルクのグラフを示しています。どちらのエンジンでもトルクは約 320 rpm で達しますが、316d の方が 2.0d よりも明らかに高くなります。どちらのエンジンもシリンダー容量はXNUMXリットルです。より高いトルクは、特に過給、インテークマニホールド内のバルブ、およびトルクに加えて消費量と排気ガス排出量を決定するエンジン管理システムのマッピングによって可能になります。

エンジン出力:
工場出荷時の仕様には、エンジンのトルクに加えて、エンジン出力も記載されています。エンジン出力は、エンジントルクとエンジン速度の積です。パワーとは、実際にはXNUMX秒間に何倍のトルクを伝達できるかということです。公式の公式は次のとおりです。

ここで、P は Nm/s またはワット単位のパワー、M は Nm 単位のトルク、ω (オメガ) は角速度です。文字Tは、Mの代わりにカップルにも使用されます。
角速度 (ω) は 2 * π * n (n は XNUMX 秒あたりの回転数) であるため、式を次のように変更できます。

例として、VAG 製の 2.0 シリンダーあたり XNUMX つのバルブを備えた自然吸気 XNUMX 気筒 XNUMX リッター FSI エンジンを取り上げます (エンジンコード: AXW)。もちろんグラフからトルクやパワーを読み取ることもできますが、ここではトルクからパワーを計算します。

事実:

エンジントルク: 200 Nm;
速度: 3500 回転/分 = 58,33 回転/秒。

募集：指定された速度で供給されるパワー。

3500 rpm で発生するトルクとパワーは 200Nm と 73,3 kW です。

トルクとパワーの測定:
トルクは車の牽引力に直接影響します。トルクは、ギアボックスと最終減速機の伝達比 (i) で乗算され、駆動輪の負荷半径 (rb) で除算されます (ページを参照) ギア比を計算する).

エンジントルクは、さまざまな速度でスロットルを全開にしてエンジンにブレーキをかけて測定します。エンジンにブレーキをかけると、選択された速度が一定に保たれます。モーターの制動力に、力が作用する測定対象物の半径を乗じたものがモーターのトルクとなります。

渦電流ブレーキを電力測定に使用できます。測定はクランクシャフトで直接行われます。電磁石は金属ディスク内に渦電流を生成し、ねじり要素の曲がりを測定することによって制動力が決定されます。渦電流ブレーキでモーターの出力を測定する場合、速度とトルクが測定値となります。パワーは計算によって決定されます (前の段落を参照)。

車両のパワーは車輪で直接測定することもできます。ただし、最大 70% の損失を考慮する必要があります。これらの損失は伝送中に発生します。軸出力 (出力テストベンチ上の車輪で測定された出力) は、DIN 馬力とも呼ばれます。フライホイールで測定される出力は SAE 馬力と呼ばれます。 SAE は、Society of Automotive Engineers の略です。したがって、SAE の値は常に DIN の値よりも高くなります。

テストベンチの金属ローラーは、多くの場合渦電流ブレーキを備えたブレーキ機構に接続されています。ローラーにブレーキをかける力と、車輪とクランクシャフトの両方の速度、伝達されるトルクが測定され、出力が計算されます。測定は通常、アクセルペダルをいっぱいに踏み込んだ最高ギアまたは 15 番目に高いギアで実行されます。二輪駆動車では 30 ～ XNUMX% の損失は珍しくありません。ダイナモのコンピュータは、ダイナモが車両を駆動するために必要な電力を測定することで、この損失を補償します。この測定中、車両はクラッチを踏んだ状態で惰性走行します。

メーカーやチューナーは、エンジントルクが可能な限り多くの回転数にわたって同じ状態を維持できるように、トルクカーブを可能な限り平坦に保とうとします。特にトルクが大幅に増加する過給エンジン（ターボ/コンプレッサー）は、この方法で可能な限り水平に調整できます。また、次のような充填レベルを上げるテクニックを適用することによって、マルチバルブエンジン, 可変バルブタイミングまたは可変インテークマニホールド結合領域を可能な限り平らに保つことができます。

さまざまなスロットル位置でトルクを測定すると、次の画像のような推移が得られます。ただし、このような測定が行われることはほとんどありません。

馬力 (hp) とキロワット (kW):
車の作業能力を表すには「馬力」と「キロワット」という単位が使われます。出力は 75 秒あたりのトルクに依存します。馬力の定義は、輸送がまだ馬車で行われていた時代に由来しています。 1 キログラムの質量を 1 秒以内に 1 メートルの距離まで持ち上げると、1 馬力の力が発揮されます。つまり、75馬力は1kg * 1メートル/XNUMX秒です。

電力をワット単位で見ると、1 ワットは 1 ニュートン * 1 メートル/秒の乗算になります。これを「1Nm/秒」と略します。

オランダで使用される馬力 (hp) は、ドイツの Pferdestärkte (PS) およびフランスの Chaval-Vapeur (CH) とまったく同じです。
1 馬力 = 0,7355 kW
1 kW = 1,3596 馬力

英国/米国の馬力 (hp) の方が大きいです。
1 馬力 = 0,7457 kW
1 kW = 1,3410 馬力

馬力をワットに変換する場合、質量に重力加速度を乗算する必要があります: 1 HP = 75 kg/秒 * 9,81 m/s^2 = 7355 W = 0,7355 kW。
150 馬力のエンジンの出力を変換するには、kg/秒の数値を掛けます。馬力の数値で。この結果は次のようになります: (150 * 75) * 9,81 = 110,4 kW。

ワット単位の電力を馬力に変換することもできます。これは次のように計算します: 1 / 0,7355 (W) = 1,36 馬力。 92 kW の出力を持つエンジンは、(1 * 92) / 0,736 = 125 hp の計算に従って生成します。