Hur man mäter vridmomentet (vridmomentet) på din bil
Innehåll
Vridmomentet är proportionellt mot hästkrafter och varierar beroende på fordonet och dess egenskaper. Hjulstorlek och utväxling påverkar vridmomentet.
Oavsett om du köper en ny bil eller bygger en hot rod i ditt garage spelar två faktorer in när du bestämmer motorns prestanda: hästkrafter och vridmoment. Om du är som de flesta gör-det-själv-mekaniker eller bilentusiaster har du förmodligen en god förståelse för förhållandet mellan hästkrafter och vridmoment, men du kan ha svårt att förstå hur dessa "foot-pound"-siffror uppnås. Tro det eller ej, men det är faktiskt inte så svårt.
Innan vi går in på de tekniska detaljerna, låt oss bryta ner några enkla fakta och definitioner för att hjälpa dig förstå varför både hästkrafter och vridmoment är viktiga faktorer att ta hänsyn till. Vi måste börja med att definiera de tre delarna av mätning av förbränningsmotorns prestanda: hastighet, vridmoment och effekt.
Del 1 av 4: Förstå hur motorhastighet, vridmoment och effekt påverkar den totala prestandan
I en ny artikel i tidningen Hot Rod löstes ett av de största mysterierna med motorprestanda äntligen genom att gå tillbaka till grunderna för hur kraft faktiskt räknas. De flesta tror att dynamometrar (motordynamometrar) är designade för att mäta motorns hästkrafter.
Faktum är att dynamometrar inte mäter effekt, utan vridmoment. Detta vridmoment multipliceras med varvtalet vid vilket det mäts och divideras sedan med 5,252 för att få effektsiffran.
I över 50 år kunde dynamometrarna som användes för att mäta motorns vridmoment och varvtal helt enkelt inte hantera den höga effekt som dessa motorer genererade. Faktum är att en cylinder på den 500 kubiktums nitrobrinnande Hemis producerar ungefär 800 pund dragkraft genom ett enda avgasrör.
Alla motorer, oavsett om de är förbränningsmotorer eller elektriska, arbetar med olika hastigheter. För det mesta, ju snabbare en motor slutför sin krafttakt eller cykel, desto mer kraft producerar den. När det kommer till en förbränningsmotor finns det tre faktorer som påverkar dess totala prestanda: hastighet, vridmoment och effekt.
Hastigheten bestäms av hur snabbt motorn gör sitt arbete. När vi tillämpar motorhastighet på ett tal eller en enhet, mäter vi motorhastigheten i varv per minut eller RPM. "Arbetet" en motor gör är kraften som appliceras över ett mätbart avstånd. Vridmoment definieras som en speciell typ av arbete som producerar rotation. Detta inträffar när en kraft appliceras på radien (eller, för en förbränningsmotor, svänghjulet) och mäts vanligtvis i foot-pounds.
Hästkrafter är den hastighet med vilken arbetet utförs. Förr i tiden, om föremål behövde flyttas, använde man vanligtvis en häst för att göra detta. Det har uppskattats att en häst skulle kunna röra sig i cirka 33,000 1 fot per minut. Det är härifrån termen "hästkrafter" kommer. Till skillnad från hastighet och vridmoment kan hästkrafter mätas i flera enheter, bland annat: 746 hk = 1 W, 2,545 hk = 1 BTU och 1,055 hk = XNUMX joule.
Dessa tre element samverkar för att producera motorkraft. Eftersom vridmomentet förblir konstant förblir hastighet och effekt proportionella. Men när motorvarvtalet ökar, ökar också effekten för att hålla vridmomentet konstant. Men många människor är förvirrade över hur vridmoment och effekt påverkar hastigheten på en motor. Enkelt uttryckt, i takt med att vridmoment och effekt ökar, ökar även motorns varvtal. Det omvända är också sant: när vridmoment och effekt minskar, minskar även motorns varvtal.
Del 2 av 4: Hur motorer är designade för maximalt vridmoment
En modern förbränningsmotor kan modifieras för att öka effekt eller vridmoment genom att ändra storleken eller längden på vevstaken och öka hålet eller cylinderloppet. Detta kallas ofta förhållandet mellan borrning och slag.
Vridmoment mäts i Newtonmeter. Enkelt uttryckt betyder detta att vridmomentet mäts i en 360 graders cirkulär rörelse. Vårt exempel använder två identiska motorer med samma håldiameter (eller förbränningscylinderdiameter). En av de två motorerna har dock ett längre "slag" (eller cylinderdjup som skapas av den längre vevstaken). En motor med längre slaglängd har en mer linjär rörelse när den roterar genom förbränningskammaren och har mer hävstång för att utföra samma uppgift.
Vridmoment mäts i pund-fot, eller hur mycket "vridmoment" som appliceras för att slutföra en uppgift. Tänk dig till exempel att du försöker lossa en rostig bult. Anta att du har två olika rörtångar, en 2 fot lång och den andra 1 fot lång. Om du antar att du applicerar samma mängd kraft (50 lbs tryck i det här fallet), applicerar du faktiskt 100 ft-lbs vridmoment för en tvåfotsnyckel (50 x 2) och bara 50 lbs. vridmoment (1 x 50) med en bennyckel. Vilken skiftnyckel hjälper dig att skruva loss bulten lättare? Svaret är enkelt - den med mer vridmoment.
Ingenjörer utvecklar en motor som ger ett högre vridmoment-till-hästkraftsförhållande för fordon som behöver extra "kraft" för att accelerera eller klättra. Du ser vanligtvis högre vridmoment för tunga fordon som används för bogsering eller högpresterande motorer där acceleration är kritisk (som i exemplet NHRA Top Fuel Engine ovan).
Det är därför biltillverkare ofta lyfter fram potentialen hos motorer med högt vridmoment i lastbilsannonser. Motorvridmomentet kan också ökas genom att ändra tändningstiden, justera bränsle/luftblandningen och till och med öka utgående vridmoment i vissa scenarier.
Del 3 av 4: Förstå andra variabler som påverkar motorns totala nominella vridmoment
När det gäller att mäta vridmoment finns det tre unika variabler att ta hänsyn till i en förbränningsmotor:
Kraft genererad vid specifikt varvtal: Detta är den maximala motoreffekten som genereras vid ett givet varvtal. När motorn accelererar finns det en varvtalskurva eller hästkraftskurva. När motorvarvtalet ökar ökar också effekten tills den når maxnivån.
Avstånd: Detta är längden på vevstakens slaglängd: ju längre slaglängd, desto mer vridmoment genereras, som vi förklarade ovan.
Momentkonstant: Detta är ett matematiskt nummer som tilldelas alla motorer, 5252 eller ett konstant varvtal där effekt och vridmoment är balanserade. Siffran 5252 härleddes från observationen att en hästkraft motsvarar 150 pund som reser 220 fot på en minut. För att uttrycka detta i foot-pounds av vridmoment, introducerade James Watt den matematiska formeln som uppfann den första ångmaskinen.
Formeln ser ut så här:
Om du antar att en kraft på 150 pund appliceras på en fots radie (eller en cirkel som är inuti cylindern på en förbränningsmotor, till exempel), skulle du behöva konvertera detta till fot-punds vridmoment.
220 fpm måste extrapoleras till RPM. För att göra detta, multiplicera två pi-tal (eller 3.141593), vilket är lika med 6.283186 fot. Ta 220 fot och dividera med 6.28 så får vi 35.014 rpm för varje varv.
Ta 150 fot och multiplicera med 35.014 och du får 5252.1, vår konstant som räknas i foot-pounds av vridmoment.
Del 4 av 4: Hur man beräknar bilens vridmoment
Formeln för vridmoment är: vridmoment = motoreffekt x 5252, som sedan divideras med RPM.
Problemet med vridmomentet är dock att det mäts på två olika ställen: direkt från motorn och till drivhjulen. Andra mekaniska komponenter som kan öka eller minska vridmomentet vid hjulen inkluderar: svänghjulsstorlek, utväxlingsförhållanden, drivaxelförhållanden och däck/hjulomkrets.
För att beräkna hjulvridmomentet måste alla dessa element inkluderas i en ekvation som bäst överlåts till datorprogrammet som ingår i den dynamiska testbänken. På denna typ av utrustning placeras fordonet på ett stativ och drivhjulen placeras bredvid en rad med rullar. Motorn är kopplad till en dator som läser av motorvarvtal, bränsleförbrukningskurva och utväxlingar. Dessa siffror beaktas med hjulets hastighet, acceleration och varvtal när bilen körs på dyno under önskad tid.
Att beräkna motorns vridmoment är mycket lättare att fastställa. Genom att följa formeln ovan blir det tydligt hur motorvridmomentet är proportionellt mot motoreffekt och varvtal, som förklaras i det första avsnittet. Med den här formeln kan du bestämma vridmoment och hästkrafter vid varje punkt på RPM-kurvan. För att kunna beräkna vridmoment måste du ha motoreffektdata från motortillverkaren.
Vissa människor använder online-kalkylatorn som erbjuds av MeasureSpeed.com, som kräver att du anger maximal motoreffekt (som tillhandahålls av tillverkaren eller fylls i under en professionell dyno) och önskat varvtal.
Om du märker att din motors prestanda är svår att accelerera och den inte har den kraft du tror att den borde ha, låt en av AvtoTachkis certifierade mekaniker utföra en inspektion för att fastställa källan till problemet.
