Subiecte:
- Cuplul motorului
- Puterea motorului
- Măsurarea cuplului și a puterii
- Cai putere și kiloWatt
Cuplu motor:
Cuplul motorului este forța cu care se rotește arborele cotit al motorului. Cuplul este creat din combinația dintre forța de ardere pe piston și distanța razei manivelei. Forța asupra pistonului depinde, printre altele, de gradul de umplere (cantitatea de aer) și de cantitatea de combustibil și variază deoarece unghiul de transmisie a puterii la știftul manivelei se modifică continuu. Putem calcula presiunea medie a pistonului din ea diagrama indicatorului sau obțineți diagrama pv.
În desenul următor vedem pistonul împins în jos de forța de ardere (p). Această presiune de ardere creează forța F, forța pistonului. Forța pistonului este transmisă pivotului arborelui cotit (r) prin intermediul bielei (S). Aceasta creează așa-numita forță tangențială (Ft).
Cuplul este calculat folosind formula Ft xr (forța tangențială înmulțită cu raza manivelei) și este exprimat în Nm (Newtoni metri).
Legenda:
p = presiunea asupra pistonului.
F = forța asupra pistonului
N = forța ghidajului
S = Forța asupra bielei
r = Raza manivelei
Ft = Forța tangențială
Din cauza presiunii variabile de ardere și a răsucirii mecanismului bielei manivelă, forța tangențială nu este, de asemenea, o cantitate constantă. Prin urmare, lucrăm cu o forță tangențială medie.
Putem determina forța tangențială atunci când descompunem forța pistonului (vezi imaginea de mai jos și pagina „dizolva forța pistonului").
Cuplul motorului depinde exclusiv de forța asupra pistonului, deoarece toate celelalte variabile precum diametrul pistonului și raza manivelei sunt date fixe ale motorului. Forța asupra pistonului (Fz) este compensată de presiunea de ardere (p) și depinde de gradul de umplere a motorului (la raportul de amestec stoechiometric). În principal, accelerarea în galeria de admisie determină nivelul de umplere al motorului.
Cea mai mare accelerare este cauzată de poziția supapei de accelerație. Poziția clapetei de accelerație are cea mai mare influență asupra cuplului motorului: la urma urmei, influențăm performanța motorului prin schimbarea poziției clapetei de accelerație. Într-o setare de testare, măsurăm cuplul maxim furnizat atunci când supapa de accelerație este complet deschisă.
Cuplul nu este același peste tot la viteze diferite și la accelerație complet deschisă. Datorită vitezei de schimbare a gazului și unghiurilor fixe de deschidere a supapelor, cuplul va fi optim numai la o anumită viteză.
În imaginile de mai jos vedem diagramele de putere și cuplu a două tipuri de motoare diesel folosite la un BMW seria 3 (E9x). Cu ambele motoare, cuplul este atins la aproximativ 1800 rpm, dar este net mai mare cu 320d decât cu 316d. Ambele motoare au o capacitate cilindrică de 2.0 litri. Cuplul mai mare este posibil, printre altele, prin supraalimentare, supapele din galeria de admisie și maparea sistemului de management al motorului, care, pe lângă cuplu, determină consumul și emisiile de gaze de eșapament.
Puterea motorului:
Pe lângă cuplul motor, specificațiile din fabrică menționează și puterea motorului. Puterea motorului este o multiplicare a cuplului motorului cu turația motorului. Puterea este de fapt de câte ori poate fi furnizat cuplul pe secundă. Formula oficială este:
unde P este puterea în Nm/s sau Watt, M este cuplul în Nm și ω (omega) este viteza unghiulară. Litera T este folosită și pentru cuplu în loc de M.
Deoarece viteza unghiulară (ω) este 2 * π * n, unde n este numărul de rotații pe secundă, putem schimba formula în:
Ca exemplu, luăm un motor FSI cu patru cilindri aspirat natural de 2.0 litri cu patru supape pe cilindru de la VAG (cod motor: AXW). Desigur, putem citi cuplul și puterea din grafic, dar în această secțiune calculăm puterea pe baza cuplului.
Fapte:
- cuplu motor: 200 Nm;
- viteza: 3500 rot/min = 58,33 rot/sec.
a întrebat: puterea furnizată la viteza dată.
Cuplul și puterea furnizate la 3500 rpm sunt de 200 Nm și 73,3 kW.
Măsurarea cuplului și a puterii:
Cuplul este direct responsabil pentru puterea de tracțiune a mașinii. Cuplul se înmulțește cu raportul de transmisie (i) al cutiei de viteze și cu reducerea finală și se împarte la raza de încărcare (rb) a roților conduse (vezi pagina calcula rapoartele de transmisie).
Cuplul motorului este măsurat prin frânarea motorului cu clapeta de accelerație complet deschisă la diferite viteze. Prin frânarea motorului, viteza selectată este menținută constantă. Forța de frânare a motorului, înmulțită cu raza obiectului de măsurat asupra căruia acționează forța, este atunci cuplul motorului.
O frână cu curenți turbionari poate fi utilizată pentru măsurarea puterii. Măsurarea are loc direct pe arborele cotit. Electromagneții generează curenți turbionari într-un disc metalic, prin care forța de frânare este determinată prin măsurarea îndoirii unui element de torsiune. Când se măsoară puterea unui motor pe o frână cu curent turbionar, viteza și cuplul sunt mărimile măsurate. Puterea se determină prin intermediul unui calcul (vezi paragraful anterior).
Puterea unui vehicul poate fi măsurată și direct la roți. Cu toate acestea, trebuie luate în considerare pierderi de până la 70%. Aceste pierderi apar în transmisie. Puterea pe osie (puterea măsurată pe roțile de pe bancul de testare a puterii) se mai numește și cai putere DIN. Puterea măsurată la volant se numește cai putere SAE. SAE înseamnă Society of Automotive Engineers. Prin urmare, valoarea SAE va fi întotdeauna mai mare decât cea a DIN.
Rolele metalice ale bancului de testare sunt conectate la un mecanism de frânare, adesea cu o frână cu curent turbionar. Se măsoară forța cu care se frânează rolele, împreună cu viteza atât a roților, cât și a arborelui cotit, cuplul furnizat și se calculează puterea. Măsurarea se efectuează de obicei în treapta cea mai înaltă sau a doua cea mai înaltă, cu pedala de accelerație complet apăsată. O pierdere de 15 până la 30% nu este neobișnuită pentru vehiculele cu tracțiune pe două roți. Calculatorul bancnotei compensează această pierdere măsurând cât de multă putere este nevoie ca bancul să conducă vehiculul. În timpul acestei măsurători, vehiculul rulează cu ambreiajul apăsat.
Producătorii sau tunerele încearcă să mențină curba cuplului cât mai plată, astfel încât cuplul motor să rămână același pe cât mai multe rotații. În special, motoarele supraalimentate (turbo/compresor) care măresc semnificativ cuplul pot fi reglate pe cât posibil în acest fel. De asemenea, prin aplicarea unor tehnici de creștere a nivelului de umplere, cum ar fi motoare cu mai multe supape, sincronizare variabilă a supapelor sau a galerie de admisie variabila zona de cuplare poate fi menţinută cât mai plată.
Dacă ar fi să măsurăm cuplul în diferite poziții ale accelerației, am obține o progresie ca în imaginea următoare. Cu toate acestea, o astfel de măsurare este rar efectuată.
Cai putere (CP) și kilowatt (kW):
Pentru a exprima capacitatea de lucru a unui vehicul, se folosesc unitățile „cai putere” și „kilowatt”. Puterea depinde de cuplul pe secundă. Definiția cailor putere vine de pe vremea când transportul era încă cu cal și căruță. Dacă o masă de 75 de kilograme este ridicată pe o distanță de 1 metru în decurs de 1 secundă, a fost furnizată o putere de 1 cai putere. Deci 1 cal putere este 75 kg * 1 metru / 1 secundă.
Dacă ne uităm la puterea de la unitatea Watt, atunci 1 Watt este o multiplicare de 1 Newton * 1 metru pe secundă. Abreviam aceasta ca [1 Nm / sec].
Puterea (CP) folosită în Țările de Jos este exact aceeași cu cea a germanului Pferdestärkte (PS) și a francezului Chaval-Vapeur (CH).
1 CP = 0,7355 kW
1 kW = 1,3596 CP
Puterea cailor englezi/americani (CP) este mai mare.
1 CP = 0,7457 kW
1 kW = 1,3410 CP
Dacă convertim caii putere în wați, trebuie să înmulțim masa cu accelerația gravitației: 1 CP = 75 kg/sec * 9,81 m/s^2 = 7355 W = 0,7355 kW.
Pentru a converti puterea unui motor cu 150 CP, înmulțim numărul de kg/sec. cu numărul de cai putere. Rezultă: (150 * 75) * 9,81 = 110,4 kW.
De asemenea, putem converti puterea în wați în cai putere. Facem acest lucru după cum urmează: 1 / 0,7355 (W) = 1,36 CP. Un motor cu o putere de 92 kW produce conform calculului: (1 * 92) / 0,736 = 125 CP.
