Як виміряти крутний момент (крутна сила) вашого автомобіля

Крутний момент пропорційний кінським силам і варіюється в залежності від автомобіля та його особливостей. Розмір колеса і передатне число впливають на момент, що крутить.

Купуєте ви новий автомобіль або будуєте хот-род у своєму гаражі, при визначенні характеристик двигуна в гру вступають два фактори: потужність і момент, що крутить. Якщо ви схожі на більшість саморобних механіків або автомобільних ентузіастів, ви, ймовірно, добре розумієте взаємозв'язок між кінськими силами і моментом, що крутить, але вам може бути важко зрозуміти, як досягаються ці цифри в «футо-фунтах». Хочете вірте, хочете ні, але насправді це не так уже й складно.

Перш ніж ми заглибимося в технічні деталі, давайте розберемо кілька простих фактів і визначень, які допоможуть зрозуміти, чому і потужність, і момент, що крутить, є важливими факторами, які слід враховувати. Ми повинні почати з визначення трьох елементів вимірювання продуктивності двигуна внутрішнього згоряння: швидкості, моменту, що крутить, і потужності.

Частина 1 із 4. Розуміння того, як швидкість двигуна, крутний момент та потужність впливають на загальну продуктивність

У недавній статті в журналі Hot Rod одна з найбільших загадок продуктивності двигуна була нарешті розгадана шляхом повернення до основ того, як насправді враховується потужність. Більшість людей вважають, що динамометри (динамометри двигунів) призначені для вимірювання потужності двигуна у кінських силах.

Насправді динамометри вимірюють не потужність, а момент, що крутить. Цей показник крутного моменту множиться на число обертів за хвилину, при якому він вимірюється, а потім ділиться на 5,252, щоб отримати показник потужності.

Протягом більше 50 років динамометри, що використовуються для вимірювання крутного моменту та числа обертів двигуна, просто не могли впоратися з великою потужністю, що створюється цими двигунами. Фактично один циліндр на цих 500 кубічних дюймах Hemis, що спалюють нітрометан, виробляє приблизно 800 фунтів тяги через одну вихлопну трубу.

Всі двигуни, будь то двигуни внутрішнього згоряння або електричні, працюють на різних швидкостях. Здебільшого чим швидше двигун завершує свій робочий такт або цикл, тим більше потужності він виробляє. Що стосується двигуна внутрішнього згоряння, то на його загальну продуктивність впливають три елементи: швидкість, момент, що крутить, і потужність.

Швидкість визначається тим, як швидко двигун виконує свою роботу. Коли ми застосовуємо швидкість двигуна до чи одиниці виміру, ми вимірюємо швидкість двигуна в обертах на хвилину або RPM. «Робота», яку здійснює двигун, є силою, прикладеною на вимірюваній відстані. Крутний момент визначається як особливий вид роботи, що робить обертання. Це відбувається, коли сила діє на радіус (або для двигуна внутрішнього згоряння, на маховик) і зазвичай вимірюється у футо-фунтах.

Кінська сила – це швидкість, з якою відбувається робота. У минулі часи, коли об'єкти потрібно було перемістити, люди зазвичай використовували для цього коня. Було підраховано, що один кінь міг рухатися зі швидкістю приблизно 33,000 1 футів за хвилину. Звідси й походить термін «кінська сила». На відміну від швидкості і моменту, що крутить, потужність в кінських силах може бути виміряна в декількох одиницях, включаючи: 746 к.с. = 1 Вт, 2,545 л.с. = 1 БТЕ та 1,055 к.с. = XNUMX джоулів.

Ці три елементи працюють разом, щоб виробляти потужність двигуна. Оскільки момент, що крутить, залишається постійним, швидкість і потужність залишаються пропорційними. Однак у міру збільшення швидкості двигуна потужність також збільшується, щоб підтримувати постійний момент, що крутить. Однак багато людей плутаються в тому, як крутний момент та потужність впливають на швидкість двигуна. Простіше кажучи, у міру збільшення моменту, що крутить, і потужності збільшується і швидкість двигуна. Вірно і зворотне: коли момент, що крутить, і потужність зменшуються, падає і швидкість двигуна.

Частина 2 з 4: Як влаштовані двигуни для максимального моменту, що крутить

Сучасний двигун внутрішнього згоряння можна змінити для збільшення потужності або моменту, що крутить, змінивши розмір або довжину шатуна і збільшивши отвір або діаметр циліндра. Це часто називають ставленням діаметра циліндра до ходу.

Крутний момент вимірюється у ньютон-метрах. Простіше кажучи, це означає, що момент, що крутить, вимірюється при круговому русі на 360 градусів. У нашому прикладі використовуються два ідентичні двигуни з однаковим діаметром отвору (або діаметром циліндра згоряння). Однак у одного з двох двигунів довший «хід» (або глибина циліндра, що створюється довшим шатуном). Двигун з довшим ходом має більш прямолінійний рух при обертанні через камеру згоряння і має більше важелів для виконання того ж завдання.

Крутний момент вимірюється у фунтах-футах чи тому, яка «крутна сила» прикладена до виконання завдання. Наприклад, уявіть, що ви намагаєтеся послабити іржавий болт. Припустимо, у вас є два різні трубні ключі, один довжиною 2 фути, інший довжиною 1 фут. Припускаючи, що ви прикладаєте таку ж кількість сили (в даному випадку тиск 50 фунтів), ви фактично прикладаєте момент, що крутить, 100 футо-фунтів для двофутового ключа (50 x 2) і тільки 50 фунтів. крутного моменту (1 x 50) за допомогою ключа з однією ніжкою. Який ключ допоможе вам легко відкрутити болт? Відповідь проста - та, у якої більше крутний момент.

Інженери розробляють двигун, що забезпечує більш високе ставлення моменту, що крутить, до кінських сил для транспортних засобів, яким потрібна додаткова «потужність» для прискорення або набору висоти. Як правило, ви бачите більш високі значення моменту, що крутить, для великовантажних автомобілів, що використовуються для буксирування, або для високопродуктивних двигунів, де критично прискорення (наприклад, у наведеному вище прикладі NHRA Top Fuel Engine).

Ось чому виробники автомобілів часто підкреслюють потенціал двигунів з високим моментом, що крутить, в рекламі вантажівок. Крутний момент двигуна також можна збільшити, змінивши кут випередження запалення, відрегулювавши паливно-повітряну суміш і навіть збільшивши вихідний момент, що крутить, у певних сценаріях.

Частина 3 з 4. Розуміння інших змінних, що впливають на загальний номінальний крутний момент двигуна

Коли справа доходить до вимірювання моменту, що крутить, у двигуні внутрішнього згоряння необхідно враховувати три унікальні змінні:

Сила, створювана за певних оборотах: це максимальна потужність двигуна, створювана при заданих оборотах. Коли двигун розганяється, виникає крива числа обертів за хвилину або кінських сил. У міру збільшення оборотів двигуна потужність також збільшується, поки досягне максимального рівня.

Відстань: це довжина ходу шатуна: чим довший хід, тим більший момент, що крутить, створюється, як ми пояснили вище.

Константа моменту, що крутить: це математичне число, яке присвоюється всім двигунам, 5252 або постійне число оборотів в хвилину, при якому потужність і крутний момент збалансовані. Число 5252 було отримано зі спостереження, що одна кінська сила еквівалентна 150 фунтів, які долають 220 футів за хвилину. Щоб висловити це у футо-фунтах моменту, що крутить, Джеймс Уатт ввів математичну формулу, що винайшла першу парову машину.

Формула виглядає наступним чином:

Припускаючи, що сила в 150 фунтів прикладена до одного фута радіусу (або кола, що знаходиться всередині циліндра двигуна внутрішнього згоряння, наприклад), вам доведеться перетворити це на фут-фунти крутного моменту.

220 футів за хвилину потрібно екстраполювати на оберти за хвилину. Для цього помножте два числа Пі (або 3.141593), що дорівнює 6.283186 футів. Візьміть 220 футів і розділіть на 6.28, і ми отримаємо 35.014 оборотів за хвилину на кожний оборот.

Візьміть 150 футів і помножте на 35.014, і ви отримаєте 5252.1 - нашу константу, яка враховується при вимірюванні футо-фунтів моменту, що крутить.

Частина 4 з 4: Як розрахувати крутний момент автомобіля

Формула для визначення моменту, що крутить: крутний момент = потужність двигуна x 5252, яка потім ділиться на число оборотів в хвилину.

Однак проблема з моментом, що крутить, полягає в тому, що він вимірюється в двох різних місцях: безпосередньо від двигуна і до провідних колес. До інших механічних компонентів, які можуть збільшувати або зменшувати номінальний крутний момент на колесах, відносяться: розмір маховика, передавальні числа трансмісії, передавальні числа провідного моста та коло шини/колеса.

Щоб обчислити момент, що крутить, на колесі, всі ці елементи повинні бути враховані в рівнянні, яке краще залишити комп'ютерній програмі, включеної в динамічний стенд. На цьому типі обладнання автомобіль розміщується на стелажі, а провідні колеса розміщуються поряд з ковзанками. Двигун підключений до комп'ютера, який зчитує кількість обертів двигуна, криву витрати пального та передавальні числа. Ці числа враховуються зі швидкістю обертання коліс, прискоренням та числом оборотів за хвилину, коли автомобіль рухається на динамометричному стенді протягом бажаного періоду часу.

Розрахунок крутного моменту двигуна визначити набагато простіше. Наслідуючи наведену вище формулу, стає ясно, як крутний момент двигуна пропорційний потужності і оборотів двигуна, як пояснювалося в першому розділі. Використовуючи цю формулу, ви можете визначити номінальні значення моменту, що крутить, і потужності в кожній точці кривої оборотів. Щоб розрахувати момент, що крутить, вам необхідно мати дані про потужність двигуна, надані виробником двигуна.

Калькулятор крутного моменту

Деякі люди використовують онлайн-калькулятор, пропонований MeasureSpeed.com, який вимагає, щоб ви вводили максимальну номінальну потужність двигуна (надається виробником або заповнюється під час професійного динамометричного стенду) та бажані оберти.

Якщо ви помітили, що продуктивність вашого двигуна важко прискорюється, і він не має тієї потужності, яка, на вашу думку, повинна бути, попросіть одного з сертифікованих механіків AvtoTachki провести огляд, щоб визначити джерело проблеми.