Motorvridmoment: vad det är och hur det påverkar din motors prestanda

När vi ser den publicitet som de olika märkena gör av sina bilar i media kan vi se att de på teknisk nivå vanligtvis visar en rad siffror relaterade till hastighet, förbrukning, acceleration... kort sagt några kalla siffror att också en hög andel förare aldrig kommer att kunna matcha. Men det finns ett fysiskt faktum som alla förare tycker om, som sällan publiceras och som för inte många år sedan fick en viss betydelse: vridmoment.

För inte så länge sedan, när bilar ännu inte hade genomgått den nuvarande effektupptrappningen, reprisera av bilen som förmågan att få fart. Denna populära affirmation, även om när det gäller att tolka vad reprís är korrekt, till förstå vad vridmoment är det faller lite kort eller snarare felaktigt

Vad är vridmoment?

Motorvridmoment, även känt som vridmoment, är ett fysisk magnitud som mäter kraftmomentet som ska appliceras på en axel som roterar på sig själv med en viss hastighet. Tillämpad på fordonsvärlden och förklarad på ett sätt som vi alla kan förstå, kan det definieras som kraft som krävs för att motorns vevaxel ska rotera och därför vara kapabel att överföra nämnda rörelse till resten av de mekaniska elementen som är nödvändiga för att förflytta fordonet.

Och det är här vi observerar den första skillnaden mellan verklighet och sed; När vi hänvisar till motorvridmoment för att uttrycka accelerationsförmågan hos ett fordon, definierar vi inte riktigt vad motormoment är, vi beskriver bara en av dess tillämpningar. Detta beror på att vridmomentet för en motor mäter den effekt som krävs för att motorn ska svänga ett givet antal varv men inte tar hänsyn till den extra kraft som måste appliceras för att ändra vinkelhastigheten på axeln eller vevaxeln.

Lite fysik för att förklara vridmoment

För att förklara för dig vad motorvridmoment är, på flykt från fysiska principer, kommer jag att förklara vevaxelns funktion och krafterna som verkar på den.

En värmemotor alstrar effekt i cylindrarna. Specifikt är det i förbränningskammare där bränsle-luftblandningen exploderar. Det är energin som frigörs av denna explosion som genererar en linjär rörelse genom att trycka kolven i motsatt riktning mot motorhuvudet. De olika cylindrarnas kolvar är fästa på vevaxel för vevstakar och det är just i föreningen av dessa med vevaxeln som den linjära rörelsen omvandlas till roterande rörelse.

Det är värt att nämna vid denna punkt den exceptionella konstruktionen av roterande motorer, i vilka "cylindrarnas" cirkulära kammare direkt omger en central axel som roterar på sig själv rörd av de explosioner som uppstår i kamrarna, så att i detta fall roterande rörelse. I vilket fall som helst är de fysiska principerna som verkar med avseende på motorns vridmoment desamma.

Även utan att gå in i en överdriven studie, för att förenkla idén om energiomvandling, kan man säga att de roterande blocken genererar vridmoment istället för kraft. Ingen tro kan göras i detta avseende eftersom varken kamrarna eller rotorn på roterande motorer är exakt cirkulära och antändningen av bränslet sker i en del av kammaren, till skillnad från konventionella cylindermotorer där bränsle-luftblandningen upptar hela sin volym .

Gå tillbaka till den fysiska förklaringen, kraften som utövas av kolven på vevaxeln är inte konstant under hela expansionsprocessen. Detta beror på att inom varje cylinder det maximala värdet av effekt genereras vid ögonblicket för bränsletändning. Och med dessa ögonblick av maximal effekt kommer ögonblick med maximalt vridmoment.

Fördröjningen mellan det ögonblick då den maximala effekten genereras i cylindern och den maximala som appliceras på vevaxeln är inte lätt att beräkna. Det beror på att kolvarna inte gör en rent linjär rörelse utan snarare, eftersom vevaxeln inte heller är helt rak, gör de en rörelse som kombinerar kolvens linjära effekt med vevstakeslagrens cirkulära effekt.

Dessa moment med maximal effekt och maximalt vridmoment är emellertid av stor betydelse när det gäller uppfattningen av jämnhet i motorns drift.

Ju fler cylindrar fordonet har, desto fler gånger per minut kommer det momentet med maximal kraft att finnas och mer homogen blir förarens uppfattning om motorns smidiga gång.

Detta beror på det faktum att i en 2-cylindrig motor kommer det att finnas ett enda moment av maximal kraft varje 360º rotation av vevaxeln, i en trecylindrig motor kommer det att ske var 240º, i ett av sex var 120º och så vidare. Naturligtvis måste detta tolkas som ren teori eftersom tillverkarna idag strävar efter att göra sina motorer så smidiga som möjligt vad gäller deras funktion.

Denna faktor påverkar också det faktum att en motor vid tomgång genererar fler vibrationer och att de också är mer märkbara: vid 1.000 2.000 varv per minut finns hälften av momenten med maximal kraft än vid 850 XNUMX varv. Till exempel, från ett genomsnittligt tomgångsvarvtal på XNUMX varv per minut, kommer en trecylindrig motor att generera mindre än tio kraftmoment per sekund, medan ett sexcylindrigt block genererar nästan tjugo.

Om vi ​​tar med i beräkningen att den "normala" människan, som står inför en intermittent kraft av kontinuerlig applicering, bättre känner igen intervaller som är större än en tiondels sekund än de som är mindre än, här är den banala förklaringen genom vilken allmänheten känner igen vibrationerna av motorerna för två eller tre cylindrar: eftersom intervallet mellan momenten för maximal utsida är större än en tiondels sekund.

Vilket vridmoment levererar din motor?

I många publikationer om motorvärlden mäts vanligtvis vridmomentet som ett fordons motor "levererar". Detta påstående är per definition inte korrekt så länge vi förstår att paret är en tillagd kraft och inte en resulterande kraft. Men även på grund av den fysiska principen om aktion-reaktion, när ett kraftmoment appliceras på en axel som roterar på sig själv, genereras ytterligare ett kraftmoment automatiskt med samma intensitet och riktning men i motsatt riktning mot originalet (Newtons tredje lag).

Hur man beräknar motorns vridmoment – ​​motorbelastning

Motorns vridmoment kan mätas men dess beräkning är extremt komplicerad och nästan omöjlig för dödliga, så det är lättare att överlåta det till proffs som kan hantera moderna maskiner och mycket komplexa datorprogram, även om vi vid första anblicken bara ser en rullbank.

Som följer av dess definition, i en förbränningsmotor vridmoment är en variabel vilket beror på den effekt som genereras i cylinderkamrarna och antalet varv som motorn snurrar vid just det ögonblicket, så dess värde kan beräknas utifrån formeln P = T · ω där P är effekten uttryckt i watt eller watt , T är vridmomentet uttryckt i Newtonmeter och ω är den radiella rotationshastigheten uttryckt i radianer per sekund.

Det finns dock andra faktorer som påverkar de teoretiska värdena som kan erhållas från direkt tillämpning av formeln, såsom inre motorfriktion. Dessa inre friktioner gör att en del av den effekt som motorn erhåller inte kan användas externt utan snarare "försvinner" i samma rörelseprocess för motorn, normalt i form av värme. Kom ihåg det energi varken skapas eller skapas eller förstörs, den förvandlas bara.

Det finns även yttre faktorer som kan påverka den effekt som genereras av en motor, även i situationer som kan vara internt jämförbara. Till exempel kommer samma motor som snurrar med en konstant hastighet på 2.000 XNUMX varv per minut att generera mer kraft när du kör på en plan väg än när du kör nerför en backe. Även om antalet varv är konstant, och därför även vevaxelns vinkelhastighet, övergår det olika värdet på den kraft som genereras vid varje ögonblick också till ett annat värde på det vridmoment som appliceras på vevaxeln.

Många av er kommer att undra hur detta kan vara och förklaringen är väldigt enkel. Som vi alla vet genereras rörelsen tack vare tändningen av stökiometrisk blandning av bränsle-luft i cylinderkamrarna och om mindre effekt krävs är lösningen att injicera en blandning som är magrare på bränsle och rikare på luft. Detta är också anledningen till att datorerna i våra bilar markerar en lägre eller till och med noll momentan förbrukning när vi sänker en port.

Alla dessa parametrar som ändrar operationen och de teoretiska resultaten av en mekanism kallas motorbelastning, vilket kan definieras som mängden vridmoment som en motor måste producera för att övervinna de motstånd som motverkar dess rörelse.

Som vi har sett beror motorbelastningen både på inre orsaker till motorn, såsom friktionen hos dess olika rörliga delar, och på externa faktorer såsom däckens friktion eller bilens egen aerodynamik. Jag har gett dessa två exempel helt utanför fordonets mekanik eftersom de i båda fallen genererar krafter som är motsatta och ständigt varierande till fordonets rörelse, vilket också har återverkningar på motorbelastningsvärde kommer också att vara en parameter konstant varierande.

Motorbelastning påverkar oss även under körning på ett mycket tydligt sätt som alla förare uppskattar. Om vi ​​fortsätter med samma exempel på ett fordon som färdas med konstant hastighet och med konstant motorvarvtal, varför är det svårare för bilen att få fart på en uppförsbacke än på en nedförsbacke? Tja, på grund av variationen i motorbelastningen.

När en bil kommer in igen i en teoretisk värld, när en bil cirkulerar med konstant hastighet på en plan väg, har den två yttre krafter som motverkar dess rörelse: aerodynamik och luftmotstånd. När fordonet börjar cirkulera på en stigande sektion, om vi håller hastigheten konstant, kan vi anse att den aerodynamiska kraften i motsats till rörelsen bibehålls, men friktionen modifieras i den meningen att det är en gravitationskraft och för tillfället att fordonet börjar stiga blir det en del av friktionen som "drar" bilen bakåt.

Vill vi snurra väldigt fint kan vi också ta in i spelet kinetisk energi och potentiell energi. Den kinetiska energin beror på fordonets massa och hastighet och den potentiella energin på massan och höjden. När höjden ökar, kommer den kinetiska energin att omvandlas till potentiell energi, enligt principen om energibevarande.

I detta fall av uppförsväg, genom att lägga till uppsättningen externa krafter som motverkar rörelsen, kan vi säga att motorbelastningen ökar och därför minskar mängden "användbart" vridmoment för motorn, och flera situationer kan observeras:

• Om vi ​​vill bibehålla konstant rotation av motorn vi måste kräva mer kraft genom att trycka hårdare på gasreglaget för att spruta in en rikare blandning av bränsle i cylinderkamrarna.
• Om vägens lutning ökar kan tiden komma när fordonet börjar tappa fart. Detta beror på att motorbelastningen (krafter mot rörelse) är större än det vridmoment som kan genereras i motorn (positiva krafter till rörelse).

• genom att stanna konstant kraft och vridmoment, och ökande motorbelastning, kommer mindre kraft att finnas tillgänglig för att öka fordonshastigheten eftersom accelerationen är proportionell mot applicerad kraft: mindre kraft betyder mindre accelerationskraft.

Motorvridmoment och växellåda

Men fysiken är också kapabel att modifiera beteendet hos kroppar som utsätts för olika krafter, och i fallet med vår bils motorvevaxel kan man säga att den kan skicka vridmomentet den får från cylindrarna till andra delar av fordonet, såsom växellådan.

Vridmoment kommer från motorn till växellådan i form av rotationsrörelse genom den ingående axeln. Det är därför när en tillverkare talar om sin katalog över förändringar, talar den alltid om vridmomentbegränsningar och inte effekt. Inuti växellådan finns en transformation från vridmoment till tangentiell kraft och tillbaka till vridmoment. Hur?

Inuti växellådan finns ett antal kugghjul som överför rörelsen till varandra helt enkelt genom att tänderna griper in i varandra. Dessa tandade kronor, som avser antalet växlar som växellådan har, har en annan storlek eller ”utväxling”, därför kan man ibland utläsa att en växellåda har x hastigheter eller x förhållanden; är samma.

I vilket fall som helst är denna olika storlek på ringväxlarna det som varierar in- och utvridmomentet också med fysiska principen om energibevarande: När två hjul snurrar i ingrepp (teoretiskt) sparar de energi, så produkten av vridmomentet gånger vinkelhastigheten måste hållas konstant.

För att förklara grundprincipen som påverkar vridmomentet, de lägre hastigheterna har större kedjehjul än de högre växlarna och dess fysiska logik är väldigt lätt att förstå med ett exempel eftersom det är något som alla förare uppfattar och känner till. dra fördel av, så vi fortsätter med samma bil som cirkulerar med 2.000 XNUMX varv per minut och genererar konstant effekt och vridmoment.

Relaterad artikel:

Automatiska ändringar: typer, hur de fungerar och egenskaper

cirkulerar in ettans växel, den ingående ingående axeln vrider växellådan med en given vinkelhastighet men är i växel. större ringväxel som kommer att rotera med lägre hastighet än den ingående axeln. Eftersom kraften förblir konstant i växeln, När vinkelhastigheten minskar ökar vridmomentet..

Om vi ​​å andra sidan cirkulerar i högsta växeln, med kronhjulet ännu mindre än den primära ingående axeln, kommer precis tvärtom att hända: kronhjulet på den högsta växeln kommer att rotera med högre hastighet och därför utgående vridmoment kommer att minska. .

Denna variation i vridmoment inför en teoretisk konstanthet av både blockets effektivitet och motorbelastning är ansvarig för de olika beteenden som kan observeras i bilen när den ökar hastigheten. Eftersom alla vet att körning med konstant varvtal är lättare att öka varvtalet på motorn i en låg växel än i en lång, även om kraften och vridmomentet som genereras i motorn är desamma.

Anledningen är det i en högre växel når mindre vridmoment drivhjulen. Anledningen är att vid samma varvtal kommer däcken att snurra snabbare ju högre växel. Det är därför vi ibland kan klättra uppför en ganska brant ramp på första växeln i 1.500 5 varv per minut och andra gånger, när vi kör i 6:an eller XNUMX:an, får vi den minsta lutning att sänka en växel för att inte tappa fart även om vi kör på högre revolutionernas regim.

Logiskt sett är vi återigen i en teoretisk värld eftersom i praktiken, när hastigheten ökar, ökar också den aerodynamiska kraften som tenderar att sakta ner bilen, energiförluster till exempel på grund av den större uppvärmningen av däcken... Kort sagt en serie externa medel som genererar krafter i strid med rörelse och som det helt enkelt är värt att de låter lite bekanta för dig för att bättre förstå motorns vridmoment.

Vridmoment i elmotorer

Som i roterande motorer, elmotorer generera direkt roterande rörelse och därför vridmoment istället för kraft förstås som sådant. Detta beror på att funktionsprincipen för en elmotor är baserad på en grundprincipen för magnetism varvid laddningar av samma tecken stöter bort varandra och laddningar av motsatt tecken attraherar varandra.

La konstruktiv grund för en elmotor, förklarat grovt, för att vara en magnetiserad cylinder som korsas av en rötor som roterar på sig själv tack vare de konstanta förändringarna i belastningen på den yttre cylindern. Det mest grundläggande exemplet skulle vara kompassen: om den inte rörs pekar den mot den magnetiska norra delen av jorden, men om vi för en magnet närmare och får den att rotera i cirkulära rörelser runt kompassen, kommer dess nål att rotera på sig själv med den hastighet med vilken vi förflyttar magneten.

Det finns en grundläggande skillnad när det kommer till kvaliteten på par erhållits: es CASI Constante. Medan i en värmemotor kan vridmomentet variera beroende på antalet varv som blocket roterar med, i en elmotor är vridmomentet CASI konstant. Detta beror på den grundläggande funktionsprincipen för dessa motortyper och den teknik som används idag.

Som jag har nämnt beror rotationen av rotorn på en elmotor på kontinuerlig statorförspänning som blir ett litet magnetfält kan vrida rotorn genom växlingen av attraktionskrafter och repulsionskrafter och det är vid denna punkt där nuvarande tekniska framsteg tillåter gravitationskrafterna som genereras i rotorn att ha ett nästan konstant maximalt vridmoment.

Elmotorns vridmoment vs. termiskt motormoment

Jag har kommenterat att paret är CASI konstant för en mycket specifik detalj och det förklarar på ett visst sätt begränsningarna för elbilar på motorvägar eller dubbla körbanor men också deras fördelar i stadstrafik. Till skillnad från en värmemotor genererar elmotorer motorvridmoment från början av svängen och de håller den konstant tills den maximala effektnivån uppnås, varvid vridmomentet sjunker. För att nämna ett exempel BMW i3 ger maximal kraft 170cv och ett maximalt vridmoment på 250 Nm, men låt oss se hur det distribueras:

• Elmotorn i BMW i3 erbjuder ett konstant vridmoment på 250Nm från nästan 0 motorvarv till cirka 4.500 XNUMX motorvarv per minut.
• I detta intervall från 0 till 4.500 0 varv per minut ökar effekten från 170 till 127 hästkrafter (XNUMXkw).
• Med start vid 4.500 XNUMX varv per minut börjar både vridmoment och effekt minska.
• Vid 8.000 3 varv per minut erbjuder motorn i BMW i150 cirka 125 hästkrafter och ett vridmoment på XNUMX Nm.

Vad kan man läsa av dessa siffror? Jo, i fallet med BMW i3-motorn kan man säga att den är utrustad med en väldigt glad motor upp till 4.500 XNUMX rpm, vilket gör denna bil mycket snabb på acceleration vid låg hastighet. Faktum är att den når 100 km/h från stillastående på bara 7 sekunder, vilket gör att den kan utmana sig själv ansikte mot ansikte med BMW 120i.

Sin embargo, från 4.500 XNUMX varv Både effekt och vridmoment börjar minska och påverkar både accelerationsförmåga och förbrukning negativt, vilket kan fördubblas jämfört med de godkända siffrorna. Det är också därför många elbilar har en "Eco läge vilket begränsar dess toppfart till 90 eller 100 km/h, precis när en bil som BMW 120i kunde få, genom att hålla hastigheten konstant, mycket låg förbrukning.

Förresten, det finns en annan mycket slående och intressant fördel med bilar utrustade med elmotorer: de visar mindre känslig för sportig körning eller stadstrafik och ökningen av energiförbrukningen är inte så uttalad som den skulle vara i ett fordon med en likvärdig termisk motor. Det beror på att genom att erbjuda ett så högt och relativt konstant vridmoment kan motorn sägas ha lättare att öka motorns rotationshastighet eller som kräver mindre ökning av vridmomentet för att öka dess rotationshastighet.

Bensin vridmoment vs. diesel vridmoment vs. överladdningsmoment

I det här avsnittet är det inte tillrådligt att gå för länge eftersom skillnaderna mellan vridmomentet från ett bensindrivet block och ett annat som drivs med diesel beror på särskilda konstruktionsegenskaper av varandra och släppt energi genom att deras respektive bränslen tänds.

Om vi ​​tittar på en klassisk läsning av dessa siffror, förståelse som sådan en jämförelse mellan atmosfäriska block som matas genom injektion eller vad som mer eller mindre skulle vara ett hopp till 80 år, de dieseldrivna blocken erbjöd mer vridmoment och vid ett lägre varvtal jämfört med bensinblock, men i dagens ögon kan dess effektnivåer till och med vara löjliga.

I detta avseende kan vi komma ihåg början av artikeln där jag förklarade att fordonets teoretiska kraft är proportionell mot vridmomentet och vinkelhastigheten för rotationen. Ett atmosfäriskt bensinfordon har en faktisk användningsmarginal cirka mellan 1.000 5.500 och 1.000 4.000 varv per minut och en atmosfärisk diesel mellan XNUMX XNUMX och XNUMX XNUMX varv per minut. I den verkliga världen, den praktisk användningsmarginal Den varierar mellan 2.000 4.000 och 1.500 3.000 varv per minut för bensinmotorer och mellan XNUMX XNUMX och XNUMX XNUMX varv för dieseldrivna mekaniker.

Om vi ​​lämnar en av variablerna konstant, till exempel varvningen vid 2.000 XNUMX varv per minut, kommer vi att få mindre effekt i dieselmotorn men samtidigt ge oss mer vridmoment. Vad handlar det här om? Jo, det är enkelt, motorns vridmoment orsakas av kolvarnas linjära rörelse enligt bränslets antändning i cylinderkamrarna och kraften som genereras beroende på om bensin eller diesel förbränns är olika. Den mekaniska förklaringen är dock giltig för båda fallen.

Elektronik och överladdning

Än i dag finns det jag just har förklarat för er kvar för minnet av de mest nostalgiker. Faktum är att många av er har märkt att ibland en tillverkare erbjuder fordon med olika vridmoment och effektsiffror utvunna från samma motorblock. Eller till och med ett fordon som har en "Eco läge kan modifiera dessa siffror genom att helt enkelt trycka på en knapp, vilket är fallet med till exempel Fiat Panda Cross TwinAir: i normalt läge erbjuder den 90cv och 145Nm och i "ECO"-läge stannar den på 78cv och 100Nm.

Detta beror på Tekniska framsteg och framför allt elektronik som tillämpas på bilvärlden. Idag är vi inte längre förvånade över att höra om fasvariatorn för fordon med flerventilshuvuden, diesel- och bensinmotorer med samma kompressionsförhållande eller till och med motorer med variabel kompression, men om det är något som har representerat ett jättesteg i fråga om siffror för vridmoment och effekt för ett fordon är övermatning.

Även om dess mekaniska förklaring kan bli mycket komplicerad grunderna för övermatning är mycket enkelt: öka trycket inuti cylinderkamrarna för att öka kraften som genereras i antändningen av bränslet, vilket gör kolvarna sjunka med mer kraft och därför når mer vridmoment vevaxeln.

Som väntat är dess mekaniska genomförande något mer komplicerat och kräver mycket studier av dess korrekta placering inuti motorhuven på en bil, nya inlopps- och utloppsgrenrör, specifika förstärkningar i kolvarna, vevstakar, vevaxel... men grundprincipen är att öka trycket inuti cylinderkammaren och det är det som är viktigt för att relatera det till en motors vridmoment.

Överladdning kan drivas direkt av motorns rotation eller av trycket från avgaserna. Numera har även elektroniken nått överladdning och det nya Audi SQ7 TDI har premiärvisat första elektriska turbo på marknaden och resultaten kunde inte vara mer spektakulära: 435cv konstant mellan 3.750 5.000 och XNUMX XNUMX varv per minut och 900 Nm konstant mellan 1.000 3.250 och XNUMX XNUMX varv per minut.

Relaterad artikel:

Turbomotorn, dess för- och nackdelar

Vridmomentet igår och idag

Tills för inte många år sedan visste bara de mest kunniga att en bil med fyrkantscylindrar (diameter = slaglängd) var den mest balanserade att köra, att om slaglängden var mindre än diametern skulle det vara en kraftfull bil men med ett blygsamt vridmoment. och att om slaglängden var större än diametern skulle den vara precis tvärtom, tystare och med mer vridmoment.

Numera tillhör de flesta motorerna modulära familjer, som gör det möjligt för tillverkare att erbjuda block med fler eller färre cylindrar och bensin eller diesel med relativ lätthet och minimala förändringar, variationer i vridmoment och effekt ges av användning och kombination av olika tekniska och elektroniska applikationer som tillverkaren vill använda.

Trots allt detta som jag har förklarat i den här artikeln överträffar verkligheten teorin i alla aspekter. På den nuvarande marknaden kan vi hitta sexcylindriga motorer med kraften hos en av åtta, trecylindriga motorer lika smidiga eller mer än andra fyrcylindriga motorer med liknande kapacitet eller till och med dieselmotorer med samma kompressionsförhållande som bensinmotorer och det är Idag är allt möjligt.

La Grundläggande anledning i denna artikel var att på ett begripligt sätt förklara vad motorns vridmoment eller vridmoment är, att du kan känna igen hur det påverkar den dagliga körningen och att du inser att kraften hos en bil, om den inte är relaterad till motorns vridmoment, Det är inte ett särskilt indikativt värde för dess beteende. Jag hoppas att jag har lyckats.