Hvordan måle dreiemomentet (dreiemomentet) til bilen din
Innhold
Dreiemomentet er proporsjonalt med hestekrefter og varierer avhengig av kjøretøyet og dets egenskaper. Hjulstørrelse og girforhold påvirker dreiemomentet.
Enten du kjøper en ny bil eller bygger en hot rod i garasjen din, spiller to faktorer inn når du skal bestemme motorytelsen: hestekrefter og dreiemoment. Hvis du er som de fleste gjør-det-selv-mekanikere eller bilentusiaster, har du sannsynligvis en god forståelse av forholdet mellom hestekrefter og dreiemoment, men du kan finne det vanskelig å forstå hvordan disse "foot-pound"-tallene oppnås. Tro det eller ei, det er faktisk ikke så vanskelig.
Før vi går inn på de tekniske detaljene, la oss bryte ned noen enkle fakta og definisjoner for å hjelpe deg å forstå hvorfor både hestekrefter og dreiemoment er viktige faktorer å vurdere. Vi må starte med å definere de tre elementene for måling av forbrenningsmotorytelse: hastighet, dreiemoment og kraft.
Del 1 av 4: Forstå hvordan motorhastighet, dreiemoment og kraft påvirker den generelle ytelsen
I en nylig artikkel i magasinet Hot Rod ble et av de største mysteriene med motorytelse endelig løst ved å gå tilbake til det grunnleggende om hvordan kraft faktisk teller. De fleste tror at dynamometre (motordynamometre) er laget for å måle motorens hestekrefter.
Dynamometre måler faktisk ikke kraft, men dreiemoment. Dette dreiemomenttallet multipliseres med RPM som det måles ved, og deretter divideres med 5,252 for å få effekttallet.
I over 50 år kunne dynamometrene som ble brukt til å måle motorens dreiemoment og turtall rett og slett ikke håndtere den høye effekten disse motorene genererte. Faktisk produserer en sylinder på den 500 kubikktommers nitrobrennende Hemis omtrent 800 pund skyvekraft gjennom et enkelt eksosrør.
Alle motorer, enten det er forbrenningsmotorer eller elektriske, går med forskjellige hastigheter. For det meste, jo raskere en motor fullfører kraftslaget eller syklusen, jo mer kraft produserer den. Når det kommer til en forbrenningsmotor, er det tre elementer som påvirker dens generelle ytelse: hastighet, dreiemoment og kraft.
Hastigheten bestemmes av hvor raskt motoren gjør jobben sin. Når vi bruker motorhastighet på et tall eller en enhet, måler vi motorhastigheten i omdreininger per minutt eller RPM. "Arbeidet" en motor gjør er kraften som påføres over en målbar avstand. Dreiemoment er definert som en spesiell type arbeid som produserer rotasjon. Dette skjer når en kraft påføres radiusen (eller, for en forbrenningsmotor, svinghjulet) og måles vanligvis i foot-pounds.
Hestekrefter er hastigheten arbeidet utføres med. I gamle dager, hvis gjenstander måtte flyttes, brukte folk vanligvis en hest for å gjøre dette. Det har blitt anslått at en hest kunne bevege seg med omtrent 33,000 1 fot per minutt. Det er her begrepet "hestekrefter" kommer fra. I motsetning til hastighet og dreiemoment kan hestekrefter måles i flere enheter, inkludert: 746 hk = 1 W, 2,545 hk = 1 BTU og 1,055 hk = XNUMX joule.
Disse tre elementene jobber sammen for å produsere motorkraft. Siden dreiemomentet forblir konstant, forblir hastighet og kraft proporsjonale. Men når motorturtallet øker, øker også kraften for å holde dreiemomentet konstant. Imidlertid er mange forvirret om hvordan dreiemoment og kraft påvirker hastigheten til en motor. Enkelt sagt, ettersom dreiemomentet og effekten øker, øker hastigheten på motoren også. Det omvendte er også sant: Når dreiemomentet og kraften reduseres, reduseres også hastigheten på motoren.
Del 2 av 4: Hvordan motorer er designet for maksimalt dreiemoment
En moderne forbrenningsmotor kan modifiseres for å øke kraften eller dreiemomentet ved å endre størrelsen eller lengden på koblingsstangen og øke boringen eller sylinderboringen. Dette blir ofte referert til som forholdet mellom boring og slag.
Dreiemoment måles i Newtonmeter. Enkelt sagt betyr dette at dreiemomentet måles i en 360 graders sirkulær bevegelse. Vårt eksempel bruker to identiske motorer med samme borediameter (eller forbrenningssylinderdiameter). En av de to motorene har imidlertid et lengre "slag" (eller sylinderdybde skapt av den lengre koblingsstangen). En motor med lengre slag har en mer lineær bevegelse når den roterer gjennom forbrenningskammeret og har mer innflytelse for å utføre den samme oppgaven.
Dreiemoment måles i pund-fot, eller hvor mye "moment" som brukes for å fullføre en oppgave. Tenk deg for eksempel at du prøver å løsne en rusten bolt. Anta at du har to forskjellige rørnøkler, den ene 2 fot lang og den andre 1 fot lang. Forutsatt at du bruker samme mengde kraft (50 lbs trykk i dette tilfellet), bruker du faktisk 100 ft-lbs med dreiemoment for en to-fots skiftenøkkel (50 x 2) og bare 50 lbs. dreiemoment (1 x 50) med en enkeltbensnøkkel. Hvilken skiftenøkkel vil hjelpe deg å skru ut bolten lettere? Svaret er enkelt - den med mer dreiemoment.
Ingeniører utvikler en motor som gir et høyere dreiemoment-til-hestekreftforhold for kjøretøy som trenger ekstra "kraft" for å akselerere eller klatre. Du ser vanligvis høyere dreiemoment for tunge kjøretøy som brukes til tauing eller høyytelsesmotorer der akselerasjon er kritisk (som i eksemplet NHRA Top Fuel Engine ovenfor).
Det er derfor bilprodusenter ofte fremhever potensialet til motorer med høyt dreiemoment i lastebilannonser. Motormomentet kan også økes ved å endre tenningstidspunktet, justere drivstoff/luftblandingen og til og med øke utgangsmomentet i visse scenarier.
Del 3 av 4: Forstå andre variabler som påvirker motorens totale nominelle dreiemoment
Når det gjelder måling av dreiemoment, er det tre unike variabler å vurdere i en forbrenningsmotor:
Kraft generert ved spesifikke RPM: Dette er den maksimale motoreffekten som genereres ved et gitt RPM. Når motoren akselererer, er det en turtalls- eller hestekreftkurve. Når motorturtallet øker, øker også effekten til den når maksimalt nivå.
Avstand: Dette er lengden på koblingsstangens slag: jo lengre slag, jo mer dreiemoment genereres, som vi forklarte ovenfor.
Momentkonstant: Dette er et matematisk tall som er tilordnet alle motorer, 5252 eller et konstant turtall hvor kraft og dreiemoment er balansert. Tallet 5252 ble avledet fra observasjonen at én hestekrefter tilsvarer 150 pund som reiser 220 fot på ett minutt. For å uttrykke dette i foot-pounds av dreiemoment, introduserte James Watt den matematiske formelen som oppfant den første dampmaskinen.
Formelen ser slik ut:
Forutsatt at en kraft på 150 pounds påføres en fot med radius (eller en sirkel som er inne i sylinderen til en forbrenningsmotor, for eksempel), må du konvertere dette til foot-pounds med dreiemoment.
220 fpm må ekstrapoleres til RPM. For å gjøre dette, multipliser to pi-tall (eller 3.141593), som tilsvarer 6.283186 fot. Ta 220 fot og del på 6.28 og vi får 35.014 rpm for hver omdreining.
Ta 150 fot og gang med 35.014 og du får 5252.1, konstanten vår som teller i foot-pounds med dreiemoment.
Del 4 av 4: Hvordan beregne bilens dreiemoment
Formelen for dreiemoment er: dreiemoment = motoreffekt x 5252, som deretter deles på RPM.
Problemet med dreiemomentet er imidlertid at det måles på to forskjellige steder: direkte fra motoren og til drivhjulene. Andre mekaniske komponenter som kan øke eller redusere dreiemomentet på hjulene inkluderer: svinghjulstørrelse, utvekslingsforhold, drivakselforhold og dekk/hjulomkrets.
For å beregne hjulmomentet må alle disse elementene tas med i en ligning som best overlates til dataprogrammet som inngår i den dynamiske testbenken. På denne typen utstyr er kjøretøyet plassert på et stativ og drivhjulene er plassert ved siden av en rad med ruller. Motoren er koblet til en datamaskin som leser av motorturtall, drivstofforbrukskurve og girforhold. Disse tallene tas i betraktning med hjulhastighet, akselerasjon og turtall når bilen kjøres på dynoen i ønsket tid.
Det er mye lettere å beregne motorens dreiemoment. Ved å følge formelen ovenfor blir det klart hvordan motormomentet er proporsjonalt med motoreffekten og turtallet, som forklart i første avsnitt. Ved å bruke denne formelen kan du bestemme dreiemoment og hestekrefter ved hvert punkt på turtallskurven. For å beregne dreiemoment må du ha motoreffektdataene levert av motorprodusenten.
Noen bruker den elektroniske kalkulatoren som tilbys av MeasureSpeed.com, som krever at du oppgir maksimal motoreffekt (gitt av produsenten eller fylt ut under en profesjonell dyno) og ønsket turtall.
Hvis du merker at motorens ytelse er vanskelig å akselerere og den ikke har kraften du tror den burde ha, be en av AvtoTachkis sertifiserte mekanikere utføre en inspeksjon for å finne årsaken til problemet.
