Temos:
- Variklio sukimo momentas
- Motorvermogenas
- Sukimo momento ir galios matavimas
- Arklio galių ir kilovatų
Variklio sukimo momentas:
Variklio sukimo momentas yra jėga, kuria sukasi variklio alkūninis velenas. Sukimo momentas sukuriamas derinant stūmoklį veikiančią degimo jėgą ir atstumą iki švaistiklio spindulio. Stūmoklį veikianti jėga, be kita ko, priklauso nuo pripildymo laipsnio (oro kiekio) ir degalų kiekio ir kinta, nes nuolat kinta jėgos perdavimo kampas į švaistiklio kaištį. Iš jo galime apskaičiuoti vidutinį stūmoklio slėgį indikatoriaus diagrama arba gaukite pv diagramą.
Kitame linijos brėžinyje matome, kaip degimo jėga (p) stūmoklį stumia žemyn. Šis degimo slėgis sukuria jėgą F, stūmoklio jėgą. Stūmoklio jėga per švaistiklį (S) perduodama į alkūninio veleno kakliuką (r). Taip sukuriama vadinamoji tangentinė jėga (Ft).
Sukimo momentas apskaičiuojamas pagal formulę Ft xr (tangentinė jėga, padauginta iš švaistiklio spindulio) ir išreiškiamas Nm (niutonmetrais).
Paantraštė:
p = slėgis stūmoklyje.
F = stūmoklį veikianti jėga
N = kreipiamosios jėgos
S = Švaistiklio jėga
r = švaistiklio spindulys
Ft = tangentinė jėga
Dėl kintančio degimo slėgio ir švaistiklio mechanizmo sukimosi tangentinė jėga taip pat nėra pastovus dydis. Todėl dirbame su vidutine tangentine jėga.
Tangentinę jėgą galime nustatyti, kai išskaidome stūmoklio jėgą (žr. paveikslėlį žemiau ir puslapį "ištirpinti stūmoklio jėgą).
Variklio sukimo momentas priklauso tik nuo stūmoklį veikiančios jėgos, nes visi kiti kintamieji, tokie kaip stūmoklio skersmuo ir švaistiklio spindulys, yra fiksuoti variklio duomenys. Stūmoklio jėgą (Fz) kompensuoja degimo slėgis (p) ir priklauso nuo variklio pripildymo laipsnio (esant stechiometriniam maišymo santykiui). Variklio pripildymo lygį daugiausia lemia droselis įsiurbimo kolektoriuje.
Didžiausią droselį sukelia droselio vožtuvo padėtis. Didžiausią įtaką variklio sukimo momentui turi droselio padėtis: juk keisdami droselio padėtį įtakojame variklio darbą. Atliekant bandymo sąranką, mes matuojame maksimalų sukimo momentą, gaunamą, kai droselio sklendė yra visiškai atidaryta.
Sukimo momentas ne visur vienodas esant skirtingam greičiui ir visiškai atidarius droselį. Dėl besikeičiančių dujų greičių ir fiksuotų vožtuvų atidarymo kampų sukimo momentas bus optimalus tik esant tam tikram greičiui.
Toliau pateiktuose paveikslėliuose matome dviejų tipų dyzelinių variklių, naudojamų 3 serijos BMW (E9x), galios ir sukimo momento diagramas. Su abiem varikliais sukimo momentas pasiekiamas esant maždaug 1800 aps./min., tačiau su 320d yra akivaizdžiai didesnis nei su 316d. Abu varikliai turi 2.0 litrų cilindrų darbinį tūrį. Didesnį sukimo momentą, be kita ko, įgalina kompresorius, vožtuvai įsiurbimo kolektoriuje ir variklio valdymo sistemos žemėlapis, kuris, be sukimo momento, lemia sąnaudas ir išmetamųjų dujų emisiją.
Variklio galia:
Be variklio sukimo momento, gamyklinėse specifikacijose minima ir variklio galia. Variklio galia yra variklio sukimo momento padauginimas iš variklio sūkių skaičiaus. Galia iš tikrųjų yra tai, kiek kartų sukimo momentas gali būti tiekiamas per sekundę. Oficiali formulė yra tokia:
kur P yra galia Nm/s arba vatais, M yra sukimo momentas Nm, o ω (omega) yra kampinis greitis. T raidė taip pat naudojama porai vietoj M.
Kadangi kampinis greitis (ω) yra 2 * π * n, kur n yra apsisukimų skaičius per sekundę, formulę galime pakeisti į:
Kaip pavyzdį paimame natūraliai įsiurbtą keturių cilindrų 2.0 l FSI variklį su keturiais vožtuvais cilindre iš VAG (variklio kodas: AXW). Žinoma, iš grafiko galime nuskaityti sukimo momentą ir galią, tačiau šiame skyriuje apskaičiuojame galią pagal sukimo momentą.
Faktai:
- variklio sukimo momentas: 200 Nm;
- greitis: 3500 aps./min. = 58,33 aps./s.
Ieškoma: galia, tiekiama duotu greičiu.
Sukimo momentas ir galia, tiekiama esant 3500 aps./min., yra 200 Nm ir 73,3 kW.
Sukimo momento ir galios matavimas:
Sukimo momentas yra tiesiogiai atsakingas už automobilio traukos jėgą. Sukimo momentas dauginamas iš pavarų dėžės perdavimo koeficiento (i) ir galutinio redukcijos bei padalytas iš varomųjų ratų apkrovos spindulio (rb) (žr. apskaičiuoti pavarų skaičių).
Variklio sukimo momentas matuojamas stabdant variklį visiškai atidarytu droseliu skirtingais sūkiais. Stabdant variklį, pasirinktas greitis išlaikomas pastovus. Variklio stabdymo jėga, padauginta iš matavimo objekto, kurį veikia jėga, spindulio, tada yra variklio sukimo momentas.
Sūkurinės srovės stabdys gali būti naudojamas galiai matuoti. Matavimas atliekamas tiesiai ant alkūninio veleno. Elektromagnetai sukuria sūkurines sroves metaliniame diske, todėl stabdymo jėga nustatoma matuojant sukimo elemento lenkimą. Matuojant sūkurinės srovės stabdžio variklio galią, greitis ir sukimo momentas yra išmatuoti dydžiai. Galia nustatoma skaičiuojant (žr. ankstesnę pastraipą).
Transporto priemonės galią taip pat galima išmatuoti tiesiai prie ratų. Tačiau reikia atsižvelgti į nuostolius iki 70 proc. Šie nuostoliai atsiranda perdavimo metu. Ašies galia (galia, išmatuota ant ratų galios bandymo stende) dar vadinama DIN arklio galiomis. Galia, matuojama smagračiu, vadinama SAE arklio galiomis. SAE reiškia Automobilių inžinierių draugiją. Todėl SAE vertė visada bus didesnė nei DIN.
Metaliniai bandymų stendo ritinėliai yra sujungti su stabdymo mechanizmu, dažnai su sūkurinės srovės stabdžiu. Jėga, kuria stabdomi ritinėliai, kartu su abiejų ratų ir alkūninio veleno sukimosi greičiu išmatuojamas tiekiamas sukimo momentas ir apskaičiuojama galia. Matavimas paprastai atliekamas įjungus aukščiausią arba antrąją pagal dydį pavarą, iki galo nuspaudus akceleratoriaus pedalą. 15–30% nuostoliai nėra neįprasti dviračiais varomoms transporto priemonėms. „Dyno“ kompiuteris kompensuoja šį nuostolį matuodamas, kiek energijos reikia, kad dinamometras galėtų vairuoti transporto priemonę. Atliekant šį matavimą, transporto priemonė rieda, kai sankaba yra nuspausta.
Gamintojai ar derintojai stengiasi, kad sukimo momento kreivė būtų kuo plokštesnė, kad variklio sukimo momentas išliktų toks pat per kuo daugiau apsisukimų. Visų pirma tokiu būdu galima sureguliuoti kuo lygiau variklius su kompresoriumi (turbo/kompresorius), kurie žymiai padidina sukimo momentą. Taip pat taikant užpildymo lygio didinimo būdus, pvz kelių vožtuvų varikliai, kintamasis vožtuvo laikas arba a kintamasis įsiurbimo kolektorius sukabinimo plotas gali būti kuo lygesnis.
Jei išmatuotume sukimo momentą skirtingose droselio padėtyse, gautume progresą, kaip parodyta toliau pateiktame paveikslėlyje. Tačiau toks matavimas atliekamas retai.
Arklio galios (AG) ir kilovatai (kW):
Transporto priemonės darbingumui išreikšti naudojami vienetai „arklio galios“ ir „kilovatas“. Galia priklauso nuo sukimo momento per sekundę. Arklio galių apibrėžimas kilęs iš tų laikų, kai transportas dar buvo arkliu ir vežimu. Jei per 75 sekundę 1 metro atstumu pakeliama 1 kilogramų masė, gaunama 1 arklio galia. Taigi 1 arklio galia yra 75 kg * 1 metras / 1 sekundė.
Jei pažvelgsime į vatų vieneto galią, tada 1 vatas yra 1 niutono * 1 metro per sekundę padauginimas. Sutrumpinsime tai kaip [1 Nm / sek.].
Olandijoje naudojamos arklio galios (AG) yra lygiai tokios pačios kaip vokiško Pferdestärkte (PS) ir prancūziško Chaval-Vapeur (CH).
1 AG = 0,7355 kW
1 kW = 1,3596 AG
Anglų / Amerikos arklio galia (AG) yra didesnė.
1 AG = 0,7457 kW
1 kW = 1,3410 AG
Jei arklio galias konvertuosime į vatus, masę turime padauginti iš gravitacijos pagreičio: 1 AG = 75 kg/s * 9,81 m/s^2 = 7355 W = 0,7355 kW.
Norėdami konvertuoti 150 AG variklio galią, padauginame skaičių kg/sek. su arklio galių skaičiumi. Dėl to gaunama: (150 * 75) * 9,81 = 110,4 kW.
Taip pat galime konvertuoti galią vatais į arklio galias. Tai darome taip: 1 / 0,7355 (W) = 1,36 AG. 92 kW galios variklis pagal skaičiavimą sukuria: (1 * 92) / 0,736 = 125 AG.
