You dont have javascript enabled! Please enable it!

扭力和功率

科目:

  • 馬達扭矩
  • 馬達弗莫根
  • 測量扭力和功率
  • 馬力和千瓦

馬達扭矩:
引擎扭矩是引擎曲軸旋轉的力。 扭矩是由活塞上的燃燒力和曲柄半徑距離的組合產生的。 活塞上的力取決於填充程度(空氣量)和燃料量等,並且由於傳遞到曲柄銷的動力傳輸角度不斷變化而變化。 我們可以從中計算出平均活塞壓力 指標圖 或取得光電圖。

在下一張線條圖中,我們看到活塞被燃燒力 (p) 向下推。 此燃燒壓力產生力 F,即活塞力。 活塞力透過連桿 (S) 傳遞至曲軸軸頸 (r)。 這會產生所謂的切向力 (Ft)。

扭力使用公式 Ft xr(切向力乘以曲柄半徑)計算,並以 Nm(牛頓米)表示。

圖例:
p = 活塞上的壓力。
F = 作用在活塞上的力
N = 導軌力
S = 連桿上的力
r = 曲柄半徑
Ft = 切向力 

由於燃燒壓力的變化和曲柄連桿機構的扭轉,切向力也不是恆定的量。 因此,我們使用平均切向力。 

當我們分解活塞力時,我們可以確定切向力(見下圖和頁面“消除活塞力“)。

四衝程過程中的切向力
分解活塞力

引擎扭力完全取決於活塞上的力,因為所有其他變數(例如活塞直徑和曲柄半徑)都是固定的引擎資料。 活塞上的力 (Fz) 由燃燒壓力 (p) 抵消,並且取決於引擎的填充程度(在化學計量混合比下)。 主要是進氣歧管中的節流決定了引擎的填充水平。

最大的節流是由節流閥的位置引起的。 節氣門位置對引擎扭力的影響最大:畢竟,我們透過改變節氣門位置來影響引擎性能。 在測試設定中,我們測量節氣門完全打開時傳遞的最大扭力。

在不同的速度和完全打開油門的情況下,扭矩在各處都不相同。 由於氣體速度的變化和閥門打開角度的固定,扭矩僅在特定速度下是最佳的。

在下圖中,我們看到了 BMW 3 系列 (E9x) 中使用的兩種柴油引擎的功率和扭力圖。 兩款引擎的扭力均在大約 1800 rpm 時達到,但 320d 明顯高於 316d。 兩款引擎的汽缸容量均為 2.0 升。 除此之外,透過增壓、進氣歧管中的閥門和引擎管理系統的映射可以實現更高的扭矩,除了扭矩之外,引擎管理系統還決定消耗和廢氣排放。

BMW 316d。 資料來源:BMW技術訓練N47
BMW 320d。 資料來源:BMW技術訓練N47

引擎功率:
除了引擎扭力之外,工廠規格還提到了引擎功率。 引擎功率是引擎扭力乘以引擎轉速。 功率實際上是每秒可以傳遞多少倍的扭力。 官方公式是:

其中 P 是以 Nm/s 或瓦特為單位的功率,M 是以 Nm 為單位的扭矩,ω (omega) 是角速度。 字母 T 也用於情侶,而不是 M。
由於角速度 (ω) 為 2 * π * n,其中 n 是每秒的轉數,我們可以將公式改為:

作為範例,我們採用 VAG 的每缸四氣門自然進氣四缸 2.0 升 FSI 引擎(引擎代碼:AXW)。 當然我們可以從圖中讀取扭矩和功率,但是在本節中我們根據扭矩計算功率。

事實:

  • 引擎扭力:200牛頓米;
  • 速度:3500 轉/分鐘 = 58,33 轉/秒。

問: 在給定速度下傳遞的功率。

3500 rpm 時輸出的扭力和功率分別為 200Nm 和 73,3 kW。

測量扭力和功率:
扭力直接決定汽車的牽引力。 扭力乘以變速箱的傳動比 (i) 和最終減速比,然後除以從動輪的負載半徑 (rb)(請參閱第 計算齒輪比).

引擎扭力是透過在不同速度下節氣門完全打開的情況下煞車引擎來測量的。 透過煞車發動機,所選速度保持恆定。 馬達的製動力乘以力所作用的測量物體的半徑,即為馬達扭矩。

渦流制動器可用於功率測量。 測量直接在曲軸上進行。 電磁鐵在金屬盤中產生渦流,從而透過測量扭轉元件的彎曲來確定煞車力道。 在測量渦流制動器上的馬達功率時,速度和扭矩是測量量。 功率透過計算確定(參見上一段)。

車輛的功率也可以直接在車輪上測量。 然而,必須考慮高達 70% 的損失。 這些損耗發生在傳輸中。 軸功率(在功率試驗台上測得的車輪上的功率)也稱為DIN馬力。 在飛輪處測得的功率稱為 SAE 馬力。 SAE 代表汽車工程師協會。 因此,SAE 的值始終高於 DIN 的值。

渦流煞車器
托輥試驗台

測試台的金屬滾輪連接到煞車機構,通常帶有渦流煞車。 測量煞車滾筒的力以及車輪和曲軸的速度、傳遞的扭力並計算功率。 測量通常在最高檔或第二高檔、油門踏板完全踩下的情況下進行。 對於兩輪驅動車輛來說,損失 15% 至 30% 並不罕見。 測功機的電腦透過測量測功機驅動車輛所需的功率來補償這種損失。 在此測量期間,車輛在踩下離合器的情況下滑行。

製造商或改裝商試圖保持扭矩曲線盡可能平坦,以便引擎扭矩在盡可能多的轉數內保持不變。 特別是,顯著增加扭力的增壓引擎(渦輪/壓縮機)可以透過這種方式調節到盡可能的水平。 也可以透過應用填充水平增加技術,例如 多氣門發動機, 可變汽門正時 或者a 可變進氣歧管 耦合區域可以盡可能保持平坦。

如果我們要測量不同油門位置的扭矩,我們會得到如下圖所示的級數。 然而,這種測量很少進行。

馬力 (hp) 和千瓦 (kW):
為了表示車輛的工作能力,使用單位“馬力”和“千瓦”。 功率取決於每秒的扭矩。 馬力的定義來自於交通運輸仍以馬車為主的時代。 如果在 75 秒內將 1 公斤的質量提升 1 公尺的距離,則可輸出 1 匹馬力的功率。 所以1馬力就是75公斤*1公尺/1秒。

如果我們以瓦特為單位來看待功率,那麼 1 瓦特就是 1 牛頓 * 1 公尺每秒的乘積。 我們將其縮寫為 [1 Nm/sec]。

荷蘭使用的馬力(hp)與德國Pferdestärkte(PS)和法國Chaval-Vapeur(CH)完全相同。
1 馬力 = 0,7355 千瓦
1 千瓦 = 1,3596 馬力

英式/美式馬力(hp)更大。
1 馬力 = 0,7457 千瓦
1 千瓦 = 1,3410 馬力

如果我們將馬力轉換為瓦特,則必須將質量乘以重力加速度:1 HP = 75 kg/sec * 9,81 m/s^2 = 7355 W = 0,7355 kW。
為了換算 150 匹馬力引擎的功率,我們乘以公斤/秒數。 與馬力的數量。 結果是:(150 * 75) * 9,81 = 110,4 kW。

我們還可以將瓦特功率轉換為馬力。 我們的計算公式如下:1 / 0,7355 (W) = 1,36 hp。 功率為 92 kW 的引擎根據計算得出:(1 * 92) / 0,736 = 125 hp。