Emner:
- Motor dreiemoment
- Motorkraft
- Måler dreiemoment og kraft
- Hestekrefter og kilowatt
Motor dreiemoment:
Motormoment er kraften som motorens veivaksel roterer med. Dreiemomentet skapes fra kombinasjonen av forbrenningskraften på stempelet og avstanden til krankaradiusen. Kraften på stempelet avhenger blant annet av fyllingsgraden (luftmengden) og drivstoffmengden og varierer fordi vinkelen på kraftoverføringen til veivstiften endres kontinuerlig. Vi kan beregne gjennomsnittlig stempeltrykk fra det indikatordiagram eller få pv-diagram.
På neste strektegning ser vi stemplet presses ned av forbrenningskraften (p). Dette forbrenningstrykket skaper kraft F, stempelkraften. Stempelkraften overføres til veivakseltappen (r) via koblingsstangen (S). Dette skaper den såkalte tangentialkraften (Ft).
Dreiemomentet beregnes ved hjelp av formelen Ft xr (tangensialkraften multiplisert med krankaradiusen) og uttrykkes i Nm (Newtonmeter).
Teksting:
p = trykk på stempelet.
F = kraften på stempelet
N = Styringskraft
S = Kraft på koblingsstangen
r = Veiv radius
Ft = Tangential kraft
På grunn av det varierende forbrenningstrykket og vridningen av sveivvevstangmekanismen er heller ikke tangentialkraften en konstant størrelse. Vi arbeider derfor med en gjennomsnittlig tangential kraft.
Vi kan bestemme tangentialkraften når vi dekomponerer stempelkraften (se bildet nedenfor og siden "løse opp stempelkraften").
Motorens dreiemoment avhenger utelukkende av kraften på stempelet, fordi alle andre variabler som stempeldiameter og krankaradius er faste motordata. Kraften på stempelet (Fz) utlignes av forbrenningstrykket (p) og avhenger av fyllingsgraden til motoren (ved støkiometrisk blandingsforhold). Det er i hovedsak strupingen i inntaksmanifolden som bestemmer fyllingsnivået til motoren.
Den største strupingen er forårsaket av posisjonen til strupeventilen. Gassposisjonen har størst innflytelse på motorens dreiemoment: Vi påvirker tross alt motorytelsen ved å endre gassposisjonen. I et testoppsett måler vi det maksimale dreiemomentet som leveres når strupeventilen er helt åpen.
Dreiemomentet er ikke det samme overalt ved forskjellige hastigheter og fullt åpen gass. På grunn av de skiftende gasshastighetene og faste ventilåpningsvinkler vil dreiemomentet kun være optimalt ved en viss hastighet.
På bildene nedenfor ser vi effekt- og dreiemomentdiagrammer for to typer dieselmotorer som brukes i en BMW 3-serie (E9x). Med begge motorene nås dreiemomentet ved omtrent 1800 o/min, men er klart høyere med 320d enn med 316d. Begge motorene har en sylinderkapasitet på 2.0 liter. Det høyere dreiemomentet er muliggjort blant annet av overlading, ventiler i inntaksmanifolden og kartleggingen av motorstyringssystemet, som i tillegg til dreiemoment bestemmer forbruk og eksosutslipp.
Motorkraft:
I tillegg til motormomentet, nevner fabrikkspesifikasjonene også motoreffekten. Motoreffekten er en multiplikasjon av motorens dreiemoment med motorturtallet. Effekt er faktisk hvor mange ganger dreiemomentet kan leveres per sekund. Den offisielle formelen er:
hvor P er kraften i Nm/s eller Watt, M er dreiemomentet i Nm og ω (omega) er vinkelhastigheten. Bokstaven T brukes også for paret i stedet for M.
Siden vinkelhastigheten (ω) er 2 * π * n, der n er antall omdreininger per sekund, kan vi endre formelen til:
Som eksempel tar vi en naturlig aspirert firesylindret 2.0 liters FSI-motor med fire ventiler per sylinder fra VAG (motorkode: AXW). Selvfølgelig kan vi lese dreiemoment og effekt fra grafen, men i denne delen beregner vi effekten ut fra dreiemomentet.
Fakta:
- motormoment: 200 Nm;
- hastighet: 3500 omdreininger/min = 58,33 omdreininger/sek.
Forespurt: kraften levert ved gitt hastighet.
Dreiemomentet og effekten levert ved 3500 o/min er 200Nm og 73,3 kW.
Måling av dreiemoment og kraft:
Dreiemomentet er direkte ansvarlig for trekkkraften til bilen. Dreiemomentet multipliseres med utvekslingsforholdet (i) til girkassen og endelig reduksjon, og divideres med belastet radius (rb) til de drevne hjulene (se siden beregne girforhold).
Motorens dreiemoment måles ved å bremse motoren med gassen helt åpen ved forskjellige hastigheter. Ved å bremse motoren holdes valgt turtall konstant. Bremsekraften til motoren, multiplisert med radiusen til måleobjektet som kraften virker på, er da motorens dreiemoment.
En virvelstrømsbrems kan brukes til effektmåling. Målingen skjer direkte på veivakselen. Elektromagneter genererer virvelstrømmer i en metallskive, hvorved bremsekraften bestemmes ved å måle bøyningen til et torsjonselement. Når man måler kraften til en motor på en virvelstrømsbrems, er hastigheten og dreiemomentet de målte størrelsene. Effekten bestemmes ved hjelp av en beregning (se forrige avsnitt).
Kraften til et kjøretøy kan også måles direkte på hjulene. Det skal imidlertid tas hensyn til tap på inntil 70 %. Disse tapene oppstår i overføringen. Akselkraften (kraften målt på hjulene på krafttestbenken) kalles også DIN-hestekrefter. Effekten målt ved svinghjulet kalles SAE-hestekrefter. SAE står for Society of Automotive Engineers. Verdien av SAE vil derfor alltid være høyere enn DIN.
Testbenkens metallruller er koblet til en bremsemekanisme, ofte med virvelstrømbrems. Kraften som rullene bremses med, sammen med hastigheten på både hjul og veivaksel, det leverte dreiemomentet måles og effekten beregnes. Målingen utføres vanligvis i høyeste eller nest høyeste gir med gasspedalen helt nede. Et tap på 15 til 30 % er ikke uvanlig for tohjulsdrevne kjøretøy. Dynoens datamaskin kompenserer for dette tapet ved å måle hvor mye kraft det tar for dynoen å kjøre kjøretøyet. Under denne målingen løper kjøretøyet med clutchen trykket inn.
Produsenter eller tunere prøver å holde dreiemomentkurven så flat som mulig, slik at motormomentet forblir det samme over så mange omdreininger som mulig. Spesielt superladede motorer (turbo/kompressor) som øker dreiemomentet betydelig kan justeres så nivå som mulig på denne måten. Også ved å anvende fyllingsnivåøkende teknikker, som f.eks flerventilsmotorer, variabel ventiltid eller a variabel inntaksmanifold koblingsområdet kan holdes så flatt som mulig.
Hvis vi skulle måle dreiemomentet ved forskjellige gassposisjoner, ville vi fått en progresjon som på bildet nedenfor. En slik måling utføres imidlertid sjelden.
Hestekrefter (hk) og kiloWatt (kW):
For å uttrykke arbeidskapasiteten til et kjøretøy, brukes enhetene "hestekrefter" og "kilowatt". Effekten avhenger av dreiemomentet per sekund. Definisjonen av hestekrefter kommer fra tiden da transporten fortsatt foregikk med hest og kjerre. Hvis en masse på 75 kilo løftes over en avstand på 1 meter innen 1 sekund, er det levert en effekt på 1 hestekrefter. Så 1 hestekrefter er 75 kg * 1 meter / 1 sekund.
Hvis vi ser på effekt fra enheten Watt, så er 1 Watt en multiplikasjon av 1 Newton * 1 meter per sekund. Vi forkorter dette som [1 Nm/sek].
Hestekreftene (hk) som brukes i Nederland er nøyaktig den samme som den tyske Pferdestärkte (PS) og den franske Chaval-Vapeur (CH).
1 hk = 0,7355 kW
1 kW = 1,3596 hk
Den engelske/amerikanske hestekraften (hk) er større.
1 hk = 0,7457 kW
1 kW = 1,3410 hk
Omregner vi hestekrefter til Watt, må vi multiplisere massen med tyngdeakselerasjonen: 1 HK = 75 kg/sek * 9,81 m/s^2 = 7355 W = 0,7355 kW.
For å omregne effekten til en motor med 150 hk multipliserer vi antall kg/sek. med antall hestekrefter. Dette resulterer i: (150 * 75) * 9,81 = 110,4 kW.
Vi kan også konvertere effekten i watt til hestekrefter. Vi gjør dette som følger: 1 / 0,7355 (W) = 1,36 hk. En motor med en effekt på 92 kW produserer i henhold til beregningen: (1 * 92) / 0,736 = 125 hk.
