Как измерить крутящий момент (крутящая сила) вашего автомобиля

Крутящий момент пропорционален лошадиным силам и варьируется в зависимости от автомобиля и его особенностей. Размер колеса и передаточное число влияют на крутящий момент.

Покупаете ли вы новый автомобиль или строите хот-род в своем гараже, при определении характеристик двигателя в игру вступают два фактора: мощность и крутящий момент. Если вы похожи на большинство самодельных механиков или автомобильных энтузиастов, вы, вероятно, хорошо понимаете взаимосвязь между лошадиными силами и крутящим моментом, но вам может быть трудно понять, как достигаются эти цифры в «футо-фунтах». Хотите верьте, хотите нет, но на самом деле это не так уж и сложно.

Прежде чем мы углубимся в технические детали, давайте разберем несколько простых фактов и определений, которые помогут понять, почему и мощность, и крутящий момент являются важными факторами, которые следует учитывать. Мы должны начать с определения трех элементов измерения производительности двигателя внутреннего сгорания: скорости, крутящего момента и мощности.

Часть 1 из 4. Понимание того, как скорость двигателя, крутящий момент и мощность влияют на общую производительность

В недавней статье в журнале Hot Rod одна из величайших загадок производительности двигателя была наконец разгадана путем возвращения к основам того, как на самом деле учитывается мощность. Большинство людей считают, что динамометры (динамометры двигателей) предназначены для измерения мощности двигателя в лошадиных силах.

На самом деле динамометры измеряют не мощность, а крутящий момент. Этот показатель крутящего момента умножается на число оборотов в минуту, при котором он измеряется, а затем делится на 5,252, чтобы получить показатель мощности.

На протяжении более 50 лет динамометры, используемые для измерения крутящего момента и числа оборотов двигателя, просто не могли справиться с большой мощностью, создаваемой этими двигателями. Фактически, один цилиндр на этих 500 кубических дюймах Hemis, сжигающих нитрометан, производит примерно 800 фунтов тяги через одну выхлопную трубу.

Все двигатели, будь то двигатели внутреннего сгорания или электрические, работают на разных скоростях. По большей части, чем быстрее двигатель завершает свой рабочий такт или цикл, тем больше мощности он производит. Что касается двигателя внутреннего сгорания, то на его общую производительность влияют три элемента: скорость, крутящий момент и мощность.

Скорость определяется тем, насколько быстро двигатель выполняет свою работу. Когда мы применяем скорость двигателя к числу или единице измерения, мы измеряем скорость двигателя в оборотах в минуту или RPM. «Работа», которую совершает двигатель, представляет собой силу, приложенную на измеряемом расстоянии. Крутящий момент определяется как особый вид работы, производящий вращение. Это происходит, когда сила действует на радиус (или, для двигателя внутреннего сгорания, на маховик) и обычно измеряется в футо-фунтах.

Лошадиная сила – это скорость, с которой совершается работа. В былые времена, если объекты нужно было переместить, люди обычно использовали для этого лошадь. Было подсчитано, что одна лошадь могла двигаться со скоростью примерно 33,000 1 футов в минуту. Отсюда и происходит термин «лошадиная сила». В отличие от скорости и крутящего момента, мощность в лошадиных силах может быть измерена в нескольких единицах, включая: 746 л.с. = 1 Вт, 2,545 л.с. = 1 БТЕ и 1,055 л.с. = XNUMX джоулей.

Эти три элемента работают вместе, чтобы производить мощность двигателя. Поскольку крутящий момент остается постоянным, скорость и мощность остаются пропорциональными. Однако по мере увеличения скорости двигателя мощность также увеличивается, чтобы поддерживать постоянный крутящий момент. Однако многие люди путаются в том, как крутящий момент и мощность влияют на скорость двигателя. Проще говоря, по мере увеличения крутящего момента и мощности увеличивается и скорость двигателя. Верно и обратное: когда крутящий момент и мощность уменьшаются, падает и скорость двигателя.

Часть 2 из 4: Как устроены двигатели для максимального крутящего момента

Современный двигатель внутреннего сгорания можно изменить для увеличения мощности или крутящего момента, изменив размер или длину шатуна и увеличив отверстие или диаметр цилиндра. Это часто называют отношением диаметра цилиндра к ходу.

Крутящий момент измеряется в ньютон-метрах. Проще говоря, это означает, что крутящий момент измеряется при круговом движении на 360 градусов. В нашем примере используются два идентичных двигателя с одинаковым диаметром отверстия (или диаметром цилиндра сгорания). Однако у одного из двух двигателей более длинный «ход» (или глубина цилиндра, создаваемая более длинным шатуном). Двигатель с более длинным ходом имеет более прямолинейное движение при вращении через камеру сгорания и имеет больше рычагов для выполнения той же задачи.

Крутящий момент измеряется в фунтах-футах или в том, какая «крутящая сила» приложена для выполнения задачи. Например, представьте, что вы пытаетесь ослабить ржавый болт. Предположим, у вас есть два разных трубных ключа, один длиной 2 фута, другой длиной 1 фут. Предполагая, что вы прикладываете такое же количество силы (в данном случае давление 50 фунтов), вы фактически прикладываете крутящий момент 100 футо-фунтов для двухфутового ключа (50 x 2) и только 50 фунтов. крутящего момента (1 x 50) с помощью ключа с одной ножкой. Какой ключ поможет вам легче открутить болт? Ответ прост – тот, у которого больше крутящий момент.

Инженеры разрабатывают двигатель, обеспечивающий более высокое отношение крутящего момента к лошадиным силам для транспортных средств, которым требуется дополнительная «мощность» для ускорения или набора высоты. Как правило, вы видите более высокие значения крутящего момента для большегрузных автомобилей, используемых для буксировки, или для высокопроизводительных двигателей, где критично ускорение (например, в приведенном выше примере NHRA Top Fuel Engine).

Вот почему производители автомобилей часто подчеркивают потенциал двигателей с высоким крутящим моментом в рекламе грузовиков. Крутящий момент двигателя также можно увеличить, изменив угол опережения зажигания, отрегулировав топливно-воздушную смесь и даже увеличив выходной крутящий момент в определенных сценариях.

Часть 3 из 4. Понимание других переменных, влияющих на общий номинальный крутящий момент двигателя

Когда дело доходит до измерения крутящего момента, в двигателе внутреннего сгорания необходимо учитывать три уникальные переменные:

Сила, создаваемая при определенных оборотах: это максимальная мощность двигателя, создаваемая при заданных оборотах. Когда двигатель разгоняется, возникает кривая числа оборотов в минуту или лошадиных сил. По мере увеличения оборотов двигателя мощность также увеличивается, пока не достигнет максимального уровня.

Расстояние: это длина хода шатуна: чем длиннее ход, тем больший крутящий момент создается, как мы объяснили выше.

Константа крутящего момента: это математическое число, которое присваивается всем двигателям, 5252 или постоянное число оборотов в минуту, при котором мощность и крутящий момент сбалансированы. Число 5252 было получено из наблюдения, что одна лошадиная сила эквивалентна 150 фунтам, которые преодолевают 220 футов за одну минуту. Чтобы выразить это в футо-фунтах крутящего момента, Джеймс Уатт ввел математическую формулу, изобретшую первую паровую машину.

Формула выглядит следующим образом:

Предполагая, что сила в 150 фунтов приложена к одному футу радиуса (или окружности, которая находится внутри цилиндра двигателя внутреннего сгорания, например), вам придется преобразовать это в фут-фунты крутящего момента.

220 футов в минуту нужно экстраполировать на обороты в минуту. Для этого умножьте два числа Пи (или 3.141593), что равно 6.283186 футов. Возьмите 220 футов и разделите на 6.28, и мы получим 35.014 оборотов в минуту на каждый оборот.

Возьмите 150 футов и умножьте на 35.014, и вы получите 5252.1 — нашу константу, которая учитывается при измерении футо-фунтов крутящего момента.

Часть 4 из 4: Как рассчитать крутящий момент автомобиля

Формула для определения крутящего момента: крутящий момент = мощность двигателя x 5252, которая затем делится на число оборотов в минуту.

Однако проблема с крутящим моментом заключается в том, что он измеряется в двух разных местах: непосредственно от двигателя и к ведущим колесам. К другим механическим компонентам, которые могут увеличивать или уменьшать номинальный крутящий момент на колесах, относятся: размер маховика, передаточные числа трансмиссии, передаточные числа ведущего моста и окружность шины/колеса.

Чтобы вычислить крутящий момент на колесе, все эти элементы должны быть учтены в уравнении, которое лучше оставить компьютерной программе, включенной в динамический стенд. На этом типе оборудования автомобиль размещается на стеллаже, а ведущие колеса размещаются рядом с рядом катков. Двигатель подключен к компьютеру, который считывает число оборотов двигателя, кривую расхода топлива и передаточные числа. Эти числа учитываются со скоростью вращения колес, ускорением и числом оборотов в минуту, когда автомобиль движется на динамометрическом стенде в течение желаемого периода времени.

Расчет крутящего момента двигателя определить намного проще. Следуя приведенной выше формуле, становится ясно, как крутящий момент двигателя пропорционален мощности и оборотам двигателя, как объяснялось в первом разделе. Используя эту формулу, вы можете определить номинальные значения крутящего момента и мощности в каждой точке кривой оборотов. Чтобы рассчитать крутящий момент, вам необходимо иметь данные о мощности двигателя, предоставленные производителем двигателя.

Калькулятор крутящего момента

Некоторые люди используют онлайн-калькулятор, предлагаемый MeasureSpeed.com, который требует, чтобы вы вводили максимальную номинальную мощность двигателя (предоставляется производителем или заполняется во время профессионального динамометрического стенда) и желаемые обороты.

Если вы заметили, что производительность вашего двигателя с трудом ускоряется, и он не обладает той мощностью, которая, по вашему мнению, должна быть, попросите одного из сертифицированных механиков AvtoTachki провести осмотр, чтобы определить источник проблемы.