Okretni moment motora: što je to i kako utječe na performanse vašeg motora

Kada vidimo publicitet koji različite marke prave od svojih automobila u medijima, možemo vidjeti da na tehničkoj razini oni obično prikazuju niz brojki vezanih uz brzinu, potrošnju, ubrzanje... ukratko, neke hladne brojke taj visoki postotak vozača nikada neće moći dostići. Međutim, postoji fizička činjenica u kojoj svi vozači uživaju, koja se rijetko objavljuje i kojoj se prije mnogo godina pridavala određena važnost: zakretni moment.

Ne tako davno, kada automobili još nisu bili podvrgnuti trenutnoj eskalaciji snage, repriza automobila kao sposobnosti da postigne brzinu. Ova popularna tvrdnja, iako je točna kada se radi o tumačenju što je reprís, do razumjeti što je okretni moment malo je kratak ili bolje rečeno netočan

Što je okretni moment?

Okretni moment motora, također poznat kao okretni moment, je a fizička veličina koja mjeri moment sile koji treba primijeniti na os koja rotira oko sebe određenom brzinom. Primijenjeno na svijet automobila i objašnjeno na način koji svi možemo razumjeti, može se definirati kao sila potrebna da se radilica motora okrene i, prema tome, biti u stanju prenijeti spomenuto kretanje na ostatak mehaničkih elemenata potrebnih za pomicanje vozila.

I tu opažamo prvu razliku između stvarnosti i običaja; Kada se pozivamo na okretni moment motora da izrazimo kapacitet ubrzanja vozila, zapravo ne definiramo što je okretni moment motora, samo opisujemo jednu od njegovih primjena. To je tako jer okretni moment motora mjeri snagu potrebnu da motor okrene određeni broj okretaja, ali ne uzima u obzir dodatnu snagu koja se mora primijeniti da bi se promijenila kutna brzina osovine ili radilice.

Malo fizike za objašnjenje momenta

Kako bih vam objasnio što je moment motora, bježeći od fizikalnih principa, objasnit ću funkciju koljenastog vratila i sile koje na njega djeluju.

Toplinski stroj stvara snaga u cilindrima. Konkretno, nalazi se u komore za izgaranje gdje smjesa goriva i zraka eksplodira. Energija oslobođena tom eksplozijom stvara linearno kretanje gurajući klip u smjeru suprotnom od smjera glave motora. Klipovi različitih cilindara pričvršćeni su na radilica za klipnjače a upravo u njihovom spoju s koljenastim vratilom pretvara se linearno kretanje u rotacijsko kretanje.

Ovdje je vrijedno spomenuti iznimnu konstrukciju rotacijski motori, u kojem kružne komore "cilindara" izravno okružuju središnju os koja se okreće oko sebe pokretana eksplozijama proizvedenim u komorama, tako da u ovom slučaju rotacijsko kretanje. U svakom slučaju, fizikalni principi koji djeluju na moment motora su isti.

Čak i da ne ulazimo u pretjerano proučavanje, da bismo pojednostavili ideju transformacije energije, moglo bi se reći da rotirajući blokovi generiraju okretni moment umjesto snage. U to se ne može vjerovati jer niti komore niti rotor rotacijskih motora nisu točno kružni i paljenje goriva događa se u dijelu komore, za razliku od konvencionalnih cilindričnih motora u kojima mješavina goriva i zraka zauzima cijeli volumen .

Vraćajući se fizičkom objašnjenju, sila kojom klip djeluje na koljenasto vratilo nije konstantna tijekom cijelog procesa proširenja. To je zato što se unutar svakog cilindra najveća vrijednost snage stvara u trenutku paljenja goriva. A s tim trenucima maksimalne snage dolaze i trenuci maksimalnog okretnog momenta.

Kašnjenje između trenutka u kojem se generira maksimalna snaga u cilindru i maksimuma primijenjenog na koljenasto vratilo nije lako izračunati. To je zato što klipovi ne čine čisto linearno kretanje, već radije, budući da ni koljenasto vratilo nije potpuno ravno, oni čine kretanje koje kombinira linearni učinak klipa s kružnim učinkom ležajeva klipnjače.

Međutim, ti trenuci maksimalne snage i maksimalnog okretnog momenta od velike su važnosti u smislu percepcije uglađenosti u radu motora.

Što više cilindara vozilo ima, to će više puta u minuti postojati taj moment maksimalne sile i homogenija će biti percepcija vozača o glatkom radu motora.

To je zbog činjenice da će kod 2-cilindričnog motora postojati jedan moment maksimalne sile svakih 360º rotacije koljenastog vratila, kod trocilindričnog motora to će se dogoditi svakih 240º, kod jednog od šest svakih 120º i tako dalje. Naravno, ovo se mora tumačiti kao čista teorija budući da današnji proizvođači nastoje svoje motore učiniti što mirnijim u radu.

Ovaj faktor također utječe na činjenicu da u praznom hodu motor stvara više vibracija te da su i uočljiviji: kod 1.000 okretaja u minuti ima upola manje momenata najveće sile nego kod 2.000 okretaja. Na primjer, počevši od prosječne brzine praznog hoda od 850 okretaja u minuti, trocilindrični motor će generirati manje od deset trenutaka sile u sekundi, dok će blok sa šest cilindara generirati gotovo dvadeset.

Ako uzmemo u obzir da "normalan" čovjek, suočen s isprekidanom silom kontinuiranog djelovanja, bolje raspoznaje intervale veće od desetinke sekunde od onih manjih, evo banalnog objašnjenja po kojem šira javnost prepoznaje vibracije motori od dva ili tri cilindra: jer je interval između momenata maksimuma van veći od desetinke sekunde.

Koliki moment isporučuje vaš motor?

U mnogim publikacijama o svijetu motora obično se mjeri okretni moment koji "isporučuje" motor vozila. Ova izjava, po definiciji, nije točna sve dok razumijemo da je par a primijenjena sila i to ne jedan rezultantna sila. Međutim, također zbog fizičkog principa akcije-reakcije, kada se moment sile primijeni na os koja rotira oko sebe, drugi moment sile se automatski generira s istim intenzitetom i smjerom, ali u suprotnom smjeru od izvornog (Newtonov treći zakon).

Kako izračunati moment motora – opterećenje motora

Okretni moment motora se može izmjeriti, ali je njegov izračun iznimno kompliciran i gotovo nemoguć za smrtnike, pa ga je lakše prepustiti profesionalcima sposobnim za rukovanje modernim strojevima i vrlo složenim računalnim programima, iako na prvi pogled vidimo samo valjkastu banku.

Kao što slijedi iz njegove definicije, u motoru s unutarnjim izgaranjem moment je varijabla koja ovisi o snazi ​​stvorenoj u komorama cilindara i broju okretaja na kojima se motor okreće u tom trenutku, pa se njezina vrijednost može izračunati iz formule P = T · ω gdje je P snaga izražena u vatima ili vatima , T je zakretni moment izražen u Newton metrima i ω je radijalna brzina rotacije izražena u radijanima po sekundi.

Međutim, postoje drugi čimbenici koji utječu na teorijske vrijednosti koje se mogu dobiti izravnom primjenom formule, kao što je unutarnje trenje motora. Ta unutarnja trenja znače da se dio snage koju motor dobije ne može koristiti izvana, već se "gubi" u istom procesu kretanja motora, obično u obliku topline. Zapamti to energija se niti stvara niti stvara niti uništava, ona se samo transformira.

Postoje također vanjski faktori koji mogu utjecati na snagu koju generira motor, čak i u situacijama koje bi mogle biti interno usporedive. Na primjer, isti motor koji se okreće konstantnom brzinom od 2.000 okretaja u minuti će generirati više snage pri vožnji ravnom cestom nego pri spuštanju nizbrdo. Iako je broj okretaja konstantan, a time i kutna brzina koljenastog vratila, različita vrijednost generirane snage u svakom trenutku također se prevodi u različitu vrijednost momenta koji se primjenjuje na koljenasto vratilo.

Mnogi od vas će se zapitati kako je to moguće, a objašnjenje je vrlo jednostavno. Kao što svi znamo, pokret se stvara zahvaljujući paljenju stehiometrijska smjesa goriva i zraka u komorama cilindra i ako je potrebna manja snaga rješenje je ubrizgavanje smjese koja je siromašnija gorivom i bogatija zrakom. To je i razlog zašto računala u našim automobilima bilježe manju ili čak nultu trenutnu potrošnju kada spustimo priključak.

Svi ti parametri koji modificiraju rad i teoretske rezultate mehanizma nazivaju se opterećenje motora, koji se može definirati kao količina okretnog momenta koju motor mora proizvesti kako bi svladao otpore koji se suprotstavljaju njegovom kretanju.

Kao što smo vidjeli, opterećenje motora ovisi o unutarnjim uzrocima motora, kao što je trenje njegovih različitih pokretnih dijelova, i o vanjskim faktorima kao što je trenje guma ili vlastita aerodinamika automobila. Dao sam ova dva primjera potpuno izvan mehanike vozila jer u oba slučaja generiraju sile koje su suprotne i stalno promjenjive u odnosu na kretanje vozila, što također ima posljedice na vrijednost opterećenja motora također će biti parametar stalno promjenjiv.

Opterećenje motora također utječe na nas tijekom vožnje na vrlo jasan način koji svi vozači cijene. Ako nastavimo s istim primjerom vozila koje se kreće konstantnom brzinom i konstantnom brzinom motora, zašto je potrebno više vremena da automobil dobije brzinu na uzbrdici nego na nizbrdici? Zbog varijacije opterećenja motora.

Ulazeći opet u teorijski svijet, kada automobil kruži konstantnom brzinom po ravnoj cesti, on ima dvije vanjske sile koje se suprotstavljaju njegovom kretanju: aerodinamike i otpora. Kada vozilo počne kružiti na uzlaznoj dionici, ako održavamo brzinu konstantnom, možemo smatrati da je aerodinamička sila suprotna gibanju zadržana, ali je trenje modificirano u smislu da je gravitacijska sila iu trenutku da se vozilo počne dizati, postojat će dio trenja koji "vuče" auto unatrag.

Ako želimo vrtjeti vrlo fino, možemo također uvesti u igru kinetička energija i potencijalna energija. Kinetička energija ovisi o masi i brzini vozila, a potencijalna energija o masi i visini. S povećanjem visine, po principu očuvanja energije, kinetička energija će se transformirati u potencijalnu.

U ovom slučaju od cesta uzbrdo, dodavanjem skupa vanjskih sila koje se suprotstavljaju kretanju, možemo reći da se opterećenje motora povećava i stoga se smanjuje količina "upotrebljivog" momenta motora, a može se uočiti nekoliko situacija:

• Ako želimo održavati stalnu rotaciju motora moramo zahtijevati više snage snažnijim pritiskom na gas kako bismo ubrizgali bogatiju smjesu goriva u komore cilindra.
• Ako se nagib ceste poveća, može doći vrijeme kada će vozilo krenuti izgubiti brzinu. To je zbog činjenice da je opterećenje motora (sile suprotne kretanju) veće od okretnog momenta koji se može generirati u motoru (pozitivne sile gibanja).

• boravkom konstantna snaga i moment, i povećanjem opterećenja motora, bit će dostupno manje snage za povećanje brzine vozila jer je ubrzanje proporcionalno primijenjenoj sili: manja snaga znači manju snagu ubrzanja.

Moment motora i mjenjač

Međutim, fizika je također sposobna modificirati ponašanje tijela podvrgnutih različitim silama, au slučaju radilice motora našeg automobila, može se reći da je sposobna poslati okretni moment koji prima od cilindara na druge dijelove vozila, kao što je mjenjač.

Okretni moment dolazi od motora do mjenjača u obliku rotacijskog gibanja kroz ulaznu osovinu. To je razlog zašto kada proizvođač govori o svom katalogu promjena, uvijek govori o ograničenjima momenta, a ne snage. Unutar mjenjača nalazi se transformacija momenta u tangencijalnu silu i natrag u moment. Kako?

Unutar mjenjača nalazi se niz nazubljeni kotači koji prenose pokret jedan na drugi jednostavnim zahvatanjem zuba jedan s drugim. Ove zupčaste krune, koje se odnose na broj zupčanika koje mjenjač ima, imaju različitu veličinu ili “prijenosni omjer”, pa se ponekad može pročitati da mjenjač ima x brzina ili x omjera; je isti.

U svakom slučaju, ova različita veličina prstenastih zupčanika je ono što mijenja ulazni i izlazni moment također prema fizikalni princip očuvanja energije: Kada se dva kotača okreću u zaprezi (teoretski), oni štede energiju, tako da umnožak okretnog momenta i kutne brzine mora ostati konstantan.

Objašnjavajući osnovni princip koji utječe na okretni moment, niže brzine imaju veće zupčanike od onih viših stupnjeva prijenosa i njegovu fizičku logiku vrlo je lako razumjeti na primjeru jer je to nešto što svi vozači percipiraju i znaju. iskoristite prednost, pa nastavljamo s isti automobil koji kruži brzinom od 2.000 okretaja u minuti, generirajući konstantnu snagu i okretni moment.

Povezani članak:

Automatske promjene: vrste, način rada i karakteristike

kruži u prva brzina, ulazno ulazno vratilo zakreće mjenjač zadanom kutnom brzinom, ali je u stupnju prijenosa. veći prstenasti zupčanik koji će se okretati manjom brzinom od ulaznog vratila. Budući da snaga ostaje konstantna u zupčaniku, Kako se kutna brzina vrtnje smanjuje, zakretni moment raste..

Ako, s druge strane, cirkuliramo u najvišem stupnju prijenosa, s prstenastim zupčanikom čak manjim od onog primarnog ulaznog vratila, dogodit će se upravo suprotno: prstenast zupčanik najvišeg stupnja prijenosa okretat će se brže i stoga će izlazni moment smanjiti..

Ova varijacija okretnog momenta u odnosu na teoretsku postojanost i učinkovitosti bloka i opterećenja motora odgovorna je za različito ponašanje koje se može primijetiti u automobilu pri dobivanju brzine. Jer svi znaju da je u vožnji konstantnom brzinom lakše povećati brzinu motora u nižem nego u dugom, iako su snaga i okretni moment koji se generiraju u motoru isti.

Razlog je taj u višem stupnju prijenosa manje momenta dolazi do pogonskih kotača. Razlog je što će se pri istom broju okretaja gume okretati brže što je stupanj prijenosa veći. Zato se ponekad možemo popeti prilično strmom rampom u prvoj brzini pri 1.500 okretaja u minuti, a ponekad nas, vozeći u 5. ili 6., i najmanji nagib tjera da smanjimo brzinu kako ne bismo izgubili brzinu čak i ako vozimo višom režim revolucija.

Logično, opet smo u teoretskom svijetu jer, u praksi, kako se brzina povećava, aerodinamička sila koja nastoji usporiti automobil također se povećava, gubici energije primjerice zbog većeg zagrijavanja guma... Ukratko, niz vanjskih agensa koji stvaraju sile suprotne kretanju i za koje je jednostavno vrijedno da vam zvuče pomalo poznato kako biste bolje razumjeli okretni moment motora.

Moment u elektromotorima

Kao i kod rotacijskih motora, elektromotori generirati izravno rotacijsko kretanje i, prema tome, okretni moment umjesto snage shvaćene kao takve. To je zato što se princip rada elektromotora temelji na a osnovni princip magnetizma pri čemu se naboji istog predznaka međusobno odbijaju, a naboji suprotnog predznaka privlače.

La konstruktivna osnova elektromotora, ugrubo objašnjeno, kao magnetizirani cilindar kojim prolazi rotor koji se okreće sam po sebi zahvaljujući stalnim promjenama opterećenja vanjskog cilindra. Najosnovniji primjer bio bi onaj s kompasom: ako ga ne dodirnemo, pokazuje magnetski sjever zemlje, ali ako približimo magnet i natjeramo ga da se okreće u kružnim pokretima oko kompasa, njegova će se igla okretati oko sebe. brzinom kojom pomičemo magnet.

Postoji osnovna razlika kada je u pitanju kvaliteta dobiveni par: es casi konstanta. Dok u toplinskom motoru vrijednost zakretnog momenta može varirati ovisno o broju okretaja pri kojima se blok okreće, u elektromotoru je zakretni moment casi konstantno. To je zbog njihovog osnovnog principa rada vrste motora i tehnologiju koja se danas primjenjuje.

Kao što sam spomenuo, rotacija rotora elektromotora je posljedica kontinuirani prednapon statora koji postaje malo magnetsko polje sposobni okretati rotor izmjenom sila privlačenja i sila odbijanja i upravo u ovoj točki trenutni tehnički napredak omogućuje gravitacijskim silama stvorenim u rotoru da imaju gotovo konstantan maksimalni moment.

Okretni moment elektromotora vs. termički moment motora

Komentirao sam da je par casi konstantan za vrlo specifičan detalj i to na određeni način objašnjava ograničenja električnih automobila na autocestama ili dvokolnim trakama, ali i njihove prednosti u gradskom prometu. Za razliku od toplinskog motora, elektromotori stvaraju moment motora od početka zavoja i održavaju ga konstantnim dok se ne postigne maksimalna razina snage, nakon čega okretni moment opada. Da navedem primjer, BMW i3 nudi maksimalnu snagu 170cv i najveći okretni moment od 250 Nm, ali da vidimo kako se distribuira:

• Električni motor BMW-a i3 nudi konstantan okretni moment od 250 Nm od gotovo 0 okretaja motora do približno 4.500 okretaja motora u minuti.
• U tom intervalu od 0 do 4.500 okretaja u minuti snaga se povećava od 0 do 170 konjskih snaga (127kw).
• Počevši od 4.500 okretaja u minuti, okretni moment i snaga počinju se smanjivati.
• Pri 8.000 okretaja u minuti motor BMW-a i3 nudi približno 150 konjskih snaga i okretni moment od 125 Nm.

Kakvo se čitanje može napraviti iz ovih brojki? Pa, u slučaju motora BMW i3, može se reći da je opremljen vrlo veselim motorom do 4.500 okretaja u minuti, što ovaj automobil čini vrlo brz na ubrzanju malom brzinom. Zapravo, postiže 100 km/h počevši s mjesta za samo 7 sekunde, što mu omogućuje da se izazove licem u lice s BMW 120i.

Međutim, od 4.500 okretaja I snaga i okretni moment počinju se smanjivati ​​i negativno utječu na kapacitet ubrzanja i potrošnju, koja se može udvostručiti u usporedbi s odobrenim brojkama. To je i razlog zašto mnogi električni automobili imaju “ECO” način rada što ograničava njegovu najveću brzinu na 90 ili 100 km/h, baš kad bi automobil poput BMW-a 120i mogao postići, održavajući konstantnu brzinu, vrlo nisku potrošnju.

Usput, postoji još jedna vrlo upečatljiva i zanimljiva prednost automobila opremljenih električnim motorima: oni pokazuju manje osjetljiv na sportsku vožnju ili gradski promet a povećanje potrošnje energije nije tako izraženo kao što bi bilo u vozilu s ekvivalentnim toplinskim motorom. To je zato što se može reći da motor ima tako visok i relativno konstantan okretni moment lakše povećati brzinu vrtnje motora ili koji zahtijeva manji porast zakretnog momenta da bi se povećala brzina vrtnje.

Okretni moment benzina vs. dizelski moment vs. moment superpunjenja

U ovom odjeljku nije preporučljivo ići predugo jer su razlike između okretnog momenta dobivenog od bloka koji pokreće benzin i drugog pogona na dizel zbog posebne građevinske karakteristike međusobno i oslobođena energija paljenjem njihovih odgovarajućih goriva.

Ako se posvetimo klasičnom čitanju ovih brojki, shvaćajući kao takvu usporedbu između atmosferskih blokova hranjenih ubrizgavanjem ili što bi više-manje bio skok na 80-ih godina, blokovi na dizelsko gorivo nudili su više okretnog momenta i pri nižim okretajima u usporedbi s benzinski blokovi, ali u današnjim očima, njegove razine snage mogu biti čak i smiješne.

S tim u vezi možemo se sjetiti početka članka gdje sam objasnio da je teoretska snaga vozila proporcionalna momentu i kutnoj brzini vrtnje. Atmosfersko benzinsko vozilo ima a stvarna granica korištenja otprilike između 1.000 i 5.500 okretaja u minuti, a atmosferski dizel između 1.000 i 4.000 okretaja u minuti. U stvarnom svijetu, praktična margina upotrebe Kreće se između 2.000 i 4.000 okretaja u minuti za benzinske motore i između 1.500 i 3.000 okretaja za mehaniku na dizel gorivo.

Ostavimo li jednu od varijabli konstantnom, primjerice okret na 2.000 okretaja u minuti, dobit ćemo manju snagu u dizelskom motoru, ali će nam istovremeno ponuditi više momenta. o cemu se radi Pa, jednostavno je, okretni moment motora uzrokovan je linearnim kretanjem klipova prema paljenju goriva u komorama cilindara, a snaga koja se stvara ovisno o tome sagorijeva li se benzin ili dizel je različita. Međutim, mehaničko objašnjenje vrijedi za oba slučaja.

Elektronika i superpunjenje

I dan danas ostaje za sjećanje najnostalgičarima ovo što sam vam upravo objasnio. Zapravo, mnogi od vas primijetili su da proizvođač ponekad nudi vozila sa različite vrijednosti okretnog momenta i snage izvađene iz istog bloka motora. Ili čak vozilo koje ima “ECO” način rada sposobni mijenjati te brojke jednostavnim pritiskom na gumb, kao što je slučaj, na primjer, s Fiat Panda Cross TwinAir: u normalnom načinu rada nudi 90 cv i 145 Nm, au "ECO" načinu rada ostaje na 78 cv i 100 Nm.

To je zbog Tehnički napredak a prije svega elektronika primijenjena na svijet automobila. Danas nas više ne iznenađuje kada čujemo o faznom varijatoru za vozila s glavama s više ventila, dizelskim i benzinskim motorima s istim omjerom kompresije ili čak motorima s promjenjivom kompresijom, ali ako postoji nešto što je predstavljalo ogroman korak u pogledu podaci o momentu i snazi ​​vozila su prekomjerno hranjenje.

Iako njegovo mehaničko objašnjenje može postati vrlo komplicirano, osnove prekomjernog hranjenja je vrlo jednostavan: povećajte tlak unutar komora cilindara kako biste povećali silu koja se stvara pri paljenju goriva, što čini klipovi spuštaju se s većom silom i stoga više okretnog momenta dolazi do radilice.

Očekivano, njegova mehanička izvedba je nešto kompliciranija i zahtijeva puno proučavanja njegovog ispravnog smještaja unutar haube automobila, nove ulazne i izlazne grane, specifična pojačanja u klipovima, klipnjačama, radilici... ali osnovni princip je povećati tlak unutar komore cilindra i to je ono što je važno za povezivanje s okretnim momentom motora.

Supercharging se može pokrenuti izravno rotacijom motora ili pritiskom ispušnih plinova. U današnje vrijeme elektronika je stigla i do superpunjenja i novog Audi SQ7 TDI je premijerno prikazao prvi električni turbo na tržištu a rezultati ne mogu biti spektakularniji: 435cv konstantan između 3.750 i 5.000 okretaja u minuti i 900 Nm konstantan između 1.000 i 3.250 okretaja u minuti.

Povezani članak:

Turbo motor, njegove prednosti i mane

Okretni moment jučer i danas

Do prije ne tako mnogo godina samo su najupućeniji znali da je automobil s četvrtastim cilindrima (promjer = hod) najuravnoteženiji za vožnju, da ako je hod manji od promjera to će biti moćan auto, ali sa skromnim okretnim momentom a da je hod veći od promjera bilo bi upravo suprotno, tiše i s više momenta.

Danas većina motora pripada modularne obitelji, koji proizvođačima omogućuje da ponude blokove s više ili manje cilindara i benzin ili dizel s relativnom lakoćom i minimalnim promjenama, varijacije u okretnom momentu i snazi ​​dane su upotrebom i kombinacijom različitih tehničkih i elektroničkih aplikacija koje proizvođač želi koristiti.

Unatoč svemu ovome što sam objasnio u ovom članku, stvarnost nadmašuje teoriju u svim aspektima. Na trenutnom tržištu možemo pronaći šestocilindrične motore snage jedne od osam, trocilindrične motore jednako uglađene ili više od ostalih četverocilindričnih motora sličnog kapaciteta ili čak dizelske motore s istim omjerom kompresije kao benzinski i to Danas je sve moguće.

La Temeljni razlog ovog članka je na razumljiv način objasniti što je okretni moment ili moment motora, da možete prepoznati kako on utječe na svakodnevnu vožnju i da shvatite da snaga automobila, ako nije povezana s momentom motora, Nije baš indikativna vrijednost njegovog ponašanja. Nadam se da sam uspio.