ENGINEERING AND TECHNOLOGY IN TRANSPORT Diagnostics and repair
Хората се хвърлят през автомобилните термини през цялото време, без наистина да разбират какви са. Един от най-добрите примери е, когато се цитират спецификации за конски сили и въртящ момент за автомобил и всички поклащат тържествено глава. Въпреки че може да знаете, че мощността или въртящият момент за една кола е по-висока от друга, наистина ли разбирате какво означава това? Ами ако един двигател на колата произвежда повече конски сили, но друг има по-висок въртящ момент?
Някои ентусиасти на автомобилите дори ще седят и ще спорят дали конските сили или въртящият момент са по-критични за производителността. Ще откриете, че има страстни и на пръв поглед валидни аргументи от двете страни на този въпрос. Но ако наистина не разбирате как се различават конските сили и въртящият момент, плюс защо има значение, ще се почувствате изгубени. Време е да научите какво разделя конските сили от въртящия момент за автомобилните двигатели.
Какво е конска сила?
Конската сила е мярка за това колко работа може да извърши един двигател за определен период от време. Това е прилагането на въртящ момент с течение на времето за преместване на превозно средство. Конските сили първоначално се основаваха на това колко тегло може да вдигне средният теглещ кон за една минута с помощта на скрипец (отговор: 33 000 lbs.!). Днес това е мярка за изходна мощност, равна на 550 фута. в секунда, или 745,7 вата.
РАБОТА
За да разберете конските сили и въртящия момент, първо трябва да разберете концепцията за работа. Когато едно тяло или предмет се бута или дърпа срещу друго, нещата могат да се движат. За да се движи автомобил, двигателят трябва да прилага повече сила, отколкото каквото и да е съпротивление при завъртане на колелата. Ако някога сте били извън пътя и сте останали в кал или пясък, знаете какво се случва, когато съпротивата стане твърде голяма. Работата е, когато сила е приложена от един обект върху друг, а другият обект действително се е преместил. Това се изразява в уравнение:
Работа = D (преместено разстояние) x F (приложена сила)
Трябва също да знаете, че работата винаги се изчислява като движение по права или равнина, което я прави векторна сила.
Съществуват различни начини за измерване на конски сили, но най-често използваният сега е NET HORSEPOWER . Това се измерва при коляновия вал или маховика на двигателя СЛЕД загуби от триене. Това включва неща като задвижващи ремъци, водна помпа, компресор (ако се използва), противоналягане на турбокомпресора (ако се използва), алтернатор и други аксесоари (без натоварване на аксесоарите, различно от нормалното триене на задвижването). Как се измерват конските сили е описано в стандарта SAE J1349. В изминалите дни числата от конски сили обикновено се завишавали чрез премахване на нормалните загуби от триене и измерване на мощността без паразити в двигателя.
ЗАБЕЛЕЖКА: Нетната мощност на двигателя не отчита загубите от триене в трансмисията и задвижването, което може да намали мощността на задвижващите колела с 30 до 40 к.с. или повече. Ето защо движението на вашето превозно средство на шаси dyno и измерването на конските сили на задните колела е най-точният метод за определяне на това колко мощност всъщност достига до пътя. Нещо друго, което трябва да знаете, е, че нетната мощност на двигателя е върховата мощност, която произвежда, обикновено около 5500 до 6500 об / мин или по-висока. Конската мощност започва на празен ход (може би само 40 или 50 к.с. при типичен V8), след което постепенно се увеличава с оборотите на двигателя. Колкото по-високи са оборотите на двигателя, толкова повече въздух и гориво изгаря и толкова повече мощност произвежда. В крайна сметка достига точка, в която изходната мощност достига пик и започва да спада поради ограничения във въздушния поток (ограничения във всмукателната система, корпуса на дроселната клапа, всмукателния колектор, главите на цилиндрите и / или обратното налягане на изпускателните газове).
Конската сила не се измерва директно на дино. По-скоро Dyno измерва въртящия момент и след това изчислява конски сили на базата на мощността на въртящия момент на двигателя.
Конски сили = (Въртящ момент х RPM), разделен на 5252
Показанията на конски сили могат да бъдат преобразувани в показания в киловат, като се използва тази формула:
Killowats = Въртящ момент (в Nm) x RPM, разделен на 9549
ВЪРТЯЩ МОМЕНТ
Ако знаете много за двигателите, знаете, че коляновият вал и маховикът се въртят около оста. За да измерим тази невекторна сила, използваме въртящ момент. Съвсем буквално въртящият момент е усукваща сила. Хората обикновено мислят за двигатели, произвеждащи пушещи гуми, но тези гуми се въртят чрез силата на усукване на коляновия вал, трансмисията, задвижващия вал и т.н. Трябва да разберете защо въртящият момент е толкова важен елемент от това, което двигателят прави, защото това силно влияе върху производителността . Въпреки че различните области използват различни единици за измерване на силата, като фунт фута (lb.-ft.) или Нютон метри (Nm), всички те описват въртящата сила, умножена по разстоянието от оста, където всичко се върти. Това може да изглежда объркващо, но наистина е доста проста концепция, след като разберете как работи. Работата се случва само когато има движение, тъй като можете да приложите въртящ момент върху нещо като болт, но може да не е достатъчно, за да го накарате да помръдне.
Въртящият момент е количеството на въртящата се усукваща сила, която двигателят генерира на коляновия вал. Въртящият момент обикновено се изразява в лири фута (lb. ft) или Нютон метри (Nm).
Въртящ момент = (конски сили x 5252), разделен на оборотите на двигателя
Въртящият момент на двигателя се измерва на дино чрез прилагане на калибрирано съпротивление към мощността на двигателя (водна спирачка или спирачка с вихрови токове върху диноза). След това резултатите от въртящия момент и конските сили трябва да бъдат „коригирани“, за да се компенсират разликите в местната надморска височина (барометрично налягане), температура и влажност. Всичко това е описано в стандарта SAE J1349 за това как трябва да се измерват въртящият момент и конските сили. Такива корекции са необходими, тъй като по-тънкият въздух на по-голяма надморска височина намалява мощността на двигателя. Също и по-горещият сух въздух. Ако резултатите от dyno не бъдат коригирани, те могат да бъдат подвеждащи и да доведат до по-ниски от очакваните числа. По същия начин безскрупулен дино оператор може да играе с корекционния коефициент, за да надуе или преувеличи числата на конските сили и въртящия момент.
Когато погледнете динамичната графика на въртящия момент и мощността на въртящия момент, линията на въртящия момент винаги започва високо, а линията на конските сили винаги започва ниско. С увеличаване на оборотите в минута въртящият момент се увеличава донякъде, но не толкова бързо, колкото конските сили. Конските сили се качват бързо с обороти в минута. Когато двигателят достигне 5252 PRM, въртящият момент и конските сили се пресичат. Конската сила обикновено продължава да се изкачва, преди да падне, докато въртящият момент продължава да спада след 5252 оборота в минута. При ниски обороти, въртящият момент кара автомобила да се движи и му помага да ускорява. При по-високи обороти в минута конските сили поемат и продължават да вървят. Колянов вал с по-дълъг ход ще създаде повече въртящ момент от колянов вал с по-къс ход поради разликата в лоста. Това е същата концепция като използването на ключ с дълга дръжка за затягане на болта спрямо по-къс ключ. Можете да приложите повече сила с по-дългия ключ, защото той има по-голям лост.Двигател, който произвежда много въртящ момент от нисък до среден клас (без работа на празен ход до 3500 об / мин), ще осигури по-добра реакция на газта, ускорение и управляемост на улицата, отколкото двигател, който прави по-голямата част от мощността си при по-високи обороти на двигателя. С плъзгащ се автомобил или състезателен автомобил, високите цифрови предавателни числа както в трансмисията, така и в диференциала могат да увеличат максимално възможностите за ускорение на двигателя, който прави по-голямата част от мощността си над 6000 оборота в минута.
Факторите, които влияят върху обхвата на оборотите, когато двигателят произвежда върхов въртящ момент, включват времето на разпределителния вал, продължителността и припокриването на клапаните (по-малкото времетраене и припокриването увеличават ниския и средния въртящ момент), както и размера (обема) на всмукателните пътечки в главата на цилиндъра (висок скоростният поток е по-добър за въртящия момент от огромния брой потоци), дължината на всмукателните колела (по-дългият е по-добър за въртящия момент) и размерът на корпуса на дросела или карбуратора (по-големият е по-добър за върховите конски сили, но твърде големият намалява въртящия момент и дросела отговор). Най-честите грешки, които аматьорите допускат при изграждането на двигател с висока производителност, са прекаляването с него.
МОЩНОСТ
Ако искате да измервате колко бързо е свършена работата, мощността е начинът да го направите. Буквално мощността е колко работа се извършва през определен блок от време. Ако двама души затегнат един и същ болт, като прилагат точно същото количество въртящ момент, но единият го прави за половината от времето, отколкото другият, това би означавало, че по-бързият човек е бил два пъти по-мощен. Повечето хора не знаят, че една единица к.с. е равна на мощността, необходима за извършване на 33 000 фута. работа само за една минута. Откъде дойде това изчисление? Джеймс Уат, инженер от 1700-те, е този, който го е създал. Уотс наблюдава колко много работа може да свърши един силен кон, докато върти задвижвана от зъбни колела помпа, ето защо е кръстен на кон. И така, 1 к.с.е 33 000 ft.- lb. на енергия, произведена от автомобил всяка минута. Това означава hp = ft.-lb./minute, разделено на 33 000. Друг начин за математическо изразяване на конските сили е умножаването на въртящия момент по оборотите на двигателя.
Как конската сила и въртящият момент влияят на ускорението
Повече конски сили и въртящ момент означава по-бързо ускорение. Това е дъното. Колко бързо автомобилът ускорява от 0 до 60 mph, 0 до 100 mph или изминава четвърт миля зависи от три неща: мощност, тегло и сцепление. Много конски сили (или въртящ момент), намалено телесно тегло и добро сцепление са това, което е необходимо.Колкото и впечатляващи да са тези цифри, те са най-вече за самохвалство, тъй като малко превозни средства на улицата се нуждаят от този вид конски сили или ускорение. Нещо повече, след като нивото на мощността на двигателя надхвърли около 500 к.с., тягата се превръща в голямо предизвикателство. На суха настилка с гуми от мека гумена смес задните колела обикновено могат да поддържат сцепление, ако автомобилът се движи нормално. Но на влажна настилка или мокра настилка тези автомобили се справят като хокейни шайби и в най-добрия случай имат минимално сцепление. Дори и с контрол на сцеплението, наистина мощно превозно средство може да бъде сложно да се движи по обществени пътища.
Използване на конски сили и числа на въртящия момент за оценка на ускорението
Съществуват всякакви сложни формули за оценка на скоростта на движение на превозното средство. Факторите, които оказват влияние върху скоростта, включват върхова мощност / въртящ момент на двигателя и общото тегло на превозното средство, а също и сцепление (което е наистина трудно да се изчисли), предавателни числа на трансмисията и диференциала, задвижване на задни колела или задвижване на всички колела, разпределение на теглото (съотношение отпред / отзад) и дори аеродинамично съпротивление на вятъра. Повечето превозни средства не достигат теоретично най-доброто си поради прекомерно завъртане на колелата, загуба на сцепление, приплъзване на съединителя или лоши шофьорски умения.
Съотношение между мощност и тегло
Най-добрият (и най-простият) начин за изчисление за това колко бързо дадено превозно средство може да ускори е неговото съотношение мощност / тегло. Колкото по-ниско е съотношението, толкова по-добре, защото има повече конски сили за преместване на всеки килограм маса превозно средство.
Съотношение мощност / тегло = Тегло на превозното средство, разделено на конска сила.
Мощността е това, което двигателят доставя към задвижващите колела на шаси
Теглото е собственото тегло на автомобила, плюс теглото на водача.
Електрически превозни средства и въртящ момент
Една от основните разлики между двигателите с вътрешно горене и електрическите двигатели е, че електрическите двигатели развиват върхов въртящ момент от самото начало, докато двигателят с интегрална схема бавно изгражда въртящ момент с обороти в минута. Това обяснява защо електрически автомобил като Tesla може да бъде много бърз. Електрическият мотор и батерията на Tesla Model S P100D с Ludicrous Mode могат да генерират 588 к.с. (438 Kw) с невероятни 947 lb.ft. (1247 Nm) въртящ момент! Такива цифри с задвижване на всички колела могат да изтласкат автомобила от 0 до 60 мили / ч за 2.7 секунди.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
След като прочетете всичко това, надявам се да не сте твърде объркани. Връзката между конските сили и въртящия момент по природа е доста техническа и сложна, но това е нещо, което трябва да разберете. Двете неща са свързани доста тясно, но всъщност не са толкова сходни. Ако това звучи като противоречие, това е така, защото въртящият момент и конските сили са донякъде противоречиви. И така, кое е по-добре: конски сили или въртящ момент? Това наистина е грешен въпрос. Конските сили и въртящият момент са от еднакво значение, но по различни причини.
