Предметы:
- Крутящий момент двигателя
- Моторвермоген
- Измерение крутящего момента и мощности
- Лошадиные силы и киловатты
Моторкоппель:
Крутящий момент двигателя – это сила, с которой вращается коленчатый вал двигателя. Крутящий момент создается за счет комбинации силы сгорания на поршне и расстояния радиуса кривошипа. Усилие, действующее на поршень, зависит, среди прочего, от степени наполнения (количества воздуха) и количества топлива и варьируется, поскольку угол передачи мощности на шатунный палец постоянно меняется. По нему мы можем рассчитать среднее давление поршня. индикаторная диаграмма или получить фотодиаграмму.
На следующем рисунке мы видим, как поршень толкается вниз под действием силы сгорания (p). Это давление сгорания создает силу F, силу поршня. Усилие поршня передается на шейку коленчатого вала (r) через шатун (S). При этом создается так называемая тангенциальная сила (Ft).
Крутящий момент рассчитывается по формуле Ft xr (тангенциальная сила, умноженная на радиус кривошипа) и выражается в Нм (Ньютон-метрах).
Легенда:
p = давление на поршень.
F = сила, действующая на поршень
N = направляющая сила
S = усилие на шатуне
r = радиус кривошипа
Ft = Тангенциальная сила
Из-за изменяющегося давления сгорания и закручивания кривошипно-шатунного механизма тангенциальная сила также не является постоянной величиной. Поэтому мы работаем со средней касательной силой.
Мы можем определить касательную силу, разложив силу поршня (см. изображение ниже и страницу «растворить поршневую силу»).
Крутящий момент двигателя зависит исключительно от силы, действующей на поршень, поскольку все остальные переменные, такие как диаметр поршня и радиус кривошипа, являются фиксированными данными двигателя. Усилие на поршень (Fz) компенсируется давлением сгорания (p) и зависит от степени наполнения двигателя (при стехиометрическом соотношении смеси). В основном именно дросселирование во впускном коллекторе определяет уровень наполнения двигателя.
Наибольшее дросселирование обусловлено положением дроссельной заслонки. Положение дроссельной заслонки оказывает наибольшее влияние на крутящий момент двигателя: ведь мы влияем на работу двигателя, изменяя положение дроссельной заслонки. В ходе испытательной установки мы измеряем максимальный крутящий момент, развиваемый при полностью открытой дроссельной заслонке.
Крутящий момент не везде одинаков при разных скоростях и полностью открытом дросселе. Из-за изменяющихся скоростей газа и фиксированных углов открытия клапанов крутящий момент будет оптимальным только на определенной скорости.
На изображениях ниже мы видим диаграммы мощности и крутящего момента двух типов дизельных двигателей, используемых в BMW 3-й серии (E9x). У обоих двигателей крутящий момент достигается примерно при 1800 об/мин, но у 320d он явно выше, чем у 316d. Оба двигателя имеют объем цилиндров 2.0 литра. Более высокий крутящий момент становится возможным, в том числе, благодаря наддуву, клапанам во впускном коллекторе и настройке системы управления двигателем, которая помимо крутящего момента определяет расход и выбросы выхлопных газов.
Моторвермоген:
Помимо крутящего момента двигателя, в заводских характеристиках упоминается и мощность двигателя. Мощность двигателя представляет собой произведение крутящего момента двигателя на частоту вращения двигателя. На самом деле мощность — это то, сколько раз крутящий момент может быть передан в секунду. Официальная формула:
где P — мощность в Нм/с или Ваттах, M — крутящий момент в Нм и ω (омега) — угловая скорость. Буква Т также используется для пары вместо М.
Поскольку угловая скорость (ω) равна 2 * π * n, где n — количество оборотов в секунду, мы можем изменить формулу на:
В качестве примера возьмем безнаддувный четырехцилиндровый двигатель FSI объемом 2.0 литра с четырьмя клапанами на цилиндр от VAG (код двигателя: AXW). Конечно, мы можем прочитать крутящий момент и мощность на графике, но в этом разделе мы рассчитываем мощность на основе крутящего момента.
Факты:
- крутящий момент двигателя: 200 Нм;
- скорость: 3500 об/мин = 58,33 об/сек.
спросил: мощность, передаваемая при заданной скорости.
Крутящий момент и мощность при 3500 об/мин составляют 200 Нм и 73,3 кВт.
Измерение крутящего момента и мощности:
Крутящий момент напрямую отвечает за тяговое усилие автомобиля. Крутящий момент умножается на передаточное число (i) коробки передач и конечного редуктора и делится на нагруженный радиус (rb) ведущих колес (см. стр. рассчитать передаточные числа).
Крутящий момент двигателя измеряется путем торможения двигателя с полностью открытой дроссельной заслонкой на разных скоростях. При торможении двигателем выбранная скорость поддерживается постоянной. Тормозная сила двигателя, умноженная на радиус измеряемого объекта, на который действует сила, представляет собой крутящий момент двигателя.
Для измерения мощности можно использовать вихретоковый тормоз. Измерение происходит непосредственно на коленчатом валу. Здесь электромагниты генерируют вихревые токи в металлическом диске, при этом тормозная сила определяется путем измерения изгиба торсионного элемента. При измерении мощности двигателя на вихретоковом тормозе измеряемыми величинами являются скорость и крутящий момент. Мощность определяется расчетным путем (см. предыдущий пункт).
Мощность автомобиля также можно измерить непосредственно на колесах. Однако необходимо учитывать потери до 70%. Эти потери происходят при передаче. Мощность на ось (мощность, измеренная на колесах на силовом испытательном стенде) также называется мощностью по DIN. Мощность, измеряемая на маховике, называется мощностью по SAE. SAE означает Общество инженеров автомобильной промышленности. Поэтому значение SAE всегда будет выше, чем значение DIN.
Металлические ролики испытательного стенда соединены с тормозным механизмом, часто с вихретоковым тормозом. Измеряется сила, с которой тормозятся ролики, а также скорость колес и коленчатого вала, передаваемый крутящий момент и рассчитывается мощность. Измерение обычно проводится на высшей или второй высшей передаче при полностью нажатой педали акселератора. Потеря от 15 до 30% не является чем-то необычным для полноприводных автомобилей. Компьютер динамометрического стенда компенсирует эту потерю, измеряя, сколько энергии требуется динамометрическому стенду для управления автомобилем. Во время этого измерения автомобиль движется накатом с выжатым сцеплением.
Производители или тюнеры стараются сделать кривую крутящего момента как можно более плоской, чтобы крутящий момент двигателя оставался одинаковым на максимально возможном количестве оборотов. В частности, таким образом можно регулировать максимально ровный уровень двигателей с наддувом (турбо/компрессор), которые значительно увеличивают крутящий момент. Также путем применения методов повышения уровня наполнения, таких как многоклапанные двигатели, изменение фаз газораспределения или регулируемый впускной коллектор область соединения может быть максимально плоской.
Если бы мы измеряли крутящий момент при разных положениях дроссельной заслонки, мы бы получили прогресс, подобный следующему изображению. Однако такое измерение проводится редко.
Лошадиная мощность (л.с.) и килоВатт (кВт):
Для выражения рабочей мощности транспортного средства используются единицы «лошадиная сила» и «киловатт». Мощность зависит от крутящего момента в секунду. Определение лошадиных сил пришло из тех времен, когда транспорт еще осуществлялся на лошадях и повозках. Если массу 75 кг поднять на расстояние 1 метр за 1 секунду, будет передана мощность в 1 лошадиную силу. Значит 1 лошадиная сила равна 75 кг * 1 метр/1 секунда.
Если рассматривать мощность от единицы Ватт, то 1 Ватт — это произведение 1 Ньютон * 1 метр в секунду. Мы сокращаем это как [1 Нм/сек].
Мощность (л.с.), используемая в Нидерландах, точно такая же, как у немецкого Pferdestärkte (PS) и французского Chaval-Vapeur (CH).
1 л.с. = 0,7355 кВт
1 кВт = 1,3596 л.с.
Английская/американская лошадиная сила (л.с.) больше.
1 л.с. = 0,7457 кВт
1 кВт = 1,3410 л.с.
Если перевести лошадиные силы в ватты, нам нужно умножить массу на ускорение свободного падения: 1 л.с. = 75 кг/сек * 9,81 м/с^2 = 7355 Вт = 0,7355 кВт.
Чтобы пересчитать мощность двигателя в 150 л.с., умножаем число кг/сек. с количеством лошадиных сил. В результате получается: (150*75)*9,81 = 110,4 кВт.
Мы также можем преобразовать мощность в ваттах в лошадиные силы. Делаем это следующим образом: 1/0,7355(Вт) = 1,36 л.с. Двигатель мощностью 92 кВт выдает по расчету: (1*92)/0,736=125 л.с.
