Πώς να μετρήσετε τη ροπή (ροπή) του αυτοκινήτου σας

Η ροπή είναι ανάλογη της ιπποδύναμης και ποικίλλει ανάλογα με το όχημα και τα χαρακτηριστικά του. Το μέγεθος του τροχού και η σχέση μετάδοσης επηρεάζουν τη ροπή.

Είτε αγοράζετε ένα νέο αυτοκίνητο είτε κατασκευάζετε ένα hot rod στο γκαράζ σας, δύο παράγοντες παίζουν ρόλο κατά τον προσδιορισμό της απόδοσης του κινητήρα: ιπποδύναμη και ροπή. Αν είστε όπως οι περισσότεροι μηχανικοί ή λάτρεις του αυτοκινήτου, πιθανότατα έχετε καλή κατανόηση της σχέσης μεταξύ ιπποδύναμης και ροπής, αλλά μπορεί να δυσκολευτείτε να καταλάβετε πώς επιτυγχάνονται αυτοί οι αριθμοί "πόδι-λίβρα". Είτε το πιστεύετε είτε όχι, στην πραγματικότητα δεν είναι τόσο δύσκολο.

Πριν μπούμε στις τεχνικές λεπτομέρειες, ας αναλύσουμε μερικά απλά γεγονότα και ορισμούς για να σας βοηθήσουμε να κατανοήσετε γιατί τόσο η ιπποδύναμη όσο και η ροπή είναι σημαντικοί παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη. Πρέπει να ξεκινήσουμε ορίζοντας τα τρία στοιχεία της μέτρησης της απόδοσης του κινητήρα εσωτερικής καύσης: ταχύτητα, ροπή και ισχύς.

Μέρος 1 από 4: Κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η ταχύτητα του κινητήρα, η ροπή και η ισχύς επηρεάζουν τη συνολική απόδοση

Σε ένα πρόσφατο άρθρο στο περιοδικό Hot Rod, ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της απόδοσης του κινητήρα λύθηκε επιτέλους επιστρέφοντας στα βασικά του πώς μετράει η ισχύς. Οι περισσότεροι πιστεύουν ότι τα δυναμόμετρα (δυναμόμετρα κινητήρα) έχουν σχεδιαστεί για να μετρούν την ιπποδύναμη του κινητήρα.

Στην πραγματικότητα, τα δυναμόμετρα δεν μετρούν την ισχύ, αλλά τη ροπή. Αυτός ο αριθμός ροπής πολλαπλασιάζεται με τις σ.α.λ. στις οποίες μετράται και στη συνέχεια διαιρείται με 5,252 για να ληφθεί ο αριθμός ισχύος.

Για περισσότερα από 50 χρόνια, τα δυναμόμετρα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ροπής και των στροφών του κινητήρα απλά δεν μπορούσαν να αντέξουν την υψηλή ισχύ που παρήγαγαν αυτοί οι κινητήρες. Στην πραγματικότητα, ένας κύλινδρος σε αυτό το Hemis νιτροκαύσης 500 κυβικών ιντσών παράγει περίπου 800 λίβρες ώσης μέσω ενός μόνο σωλήνα εξάτμισης.

Όλοι οι κινητήρες, είτε κινητήρες εσωτερικής καύσης είτε ηλεκτρικοί, λειτουργούν με διαφορετικές ταχύτητες. Ως επί το πλείστον, όσο πιο γρήγορα ένας κινητήρας ολοκληρώσει τη διαδρομή ισχύος ή τον κύκλο του, τόσο περισσότερη ισχύς παράγει. Όταν πρόκειται για έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης, υπάρχουν τρία στοιχεία που επηρεάζουν τη συνολική του απόδοση: ταχύτητα, ροπή και ισχύς.

Η ταχύτητα καθορίζεται από το πόσο γρήγορα ο κινητήρας κάνει τη δουλειά του. Όταν εφαρμόζουμε την ταχύτητα του κινητήρα σε έναν αριθμό ή μονάδα, μετράμε την ταχύτητα του κινητήρα σε στροφές ανά λεπτό ή RPM. Η «δουλειά» που κάνει ένας κινητήρας είναι η δύναμη που εφαρμόζεται σε μια μετρήσιμη απόσταση. Η ροπή ορίζεται ως ένα ειδικό είδος εργασίας που παράγει περιστροφή. Αυτό συμβαίνει όταν εφαρμόζεται μια δύναμη στην ακτίνα (ή, για έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης, στον σφόνδυλο) και συνήθως μετριέται σε πόδι-λίβρες.

Η ιπποδύναμη είναι η ταχύτητα με την οποία γίνεται η εργασία. Τα παλιά χρόνια, αν χρειαζόταν να μετακινηθούν αντικείμενα, οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν συνήθως ένα άλογο για να το κάνουν αυτό. Έχει υπολογιστεί ότι ένα άλογο μπορούσε να κινηθεί με περίπου 33,000 πόδια ανά λεπτό. Από εδώ προέρχεται ο όρος «ιπποδύναμη». Σε αντίθεση με την ταχύτητα και τη ροπή, η ιπποδύναμη μπορεί να μετρηθεί σε πολλές μονάδες, όπως: 1 ίπποι = 746 W, 1 ίπποι = 2,545 BTU και 1 ίπποι = 1,055 τζάουλ.

Αυτά τα τρία στοιχεία συνεργάζονται για να παράγουν ισχύ κινητήρα. Εφόσον η ροπή παραμένει σταθερή, η ταχύτητα και η ισχύς παραμένουν ανάλογες. Ωστόσο, καθώς αυξάνονται οι στροφές του κινητήρα, αυξάνεται και η ισχύς για να διατηρείται σταθερή η ροπή. Ωστόσο, πολλοί άνθρωποι έχουν σύγχυση σχετικά με το πώς η ροπή και η ισχύς επηρεάζουν την ταχύτητα ενός κινητήρα. Με απλά λόγια, καθώς η ροπή και η ισχύς αυξάνονται, αυξάνονται και οι στροφές του κινητήρα. Ισχύει και το αντίστροφο: όσο μειώνονται η ροπή και η ισχύς, τόσο μειώνεται η ταχύτητα του κινητήρα.

Μέρος 2 από 4: Πώς οι κινητήρες είναι σχεδιασμένοι για μέγιστη ροπή

Ένας σύγχρονος κινητήρας εσωτερικής καύσης μπορεί να τροποποιηθεί για να αυξήσει την ισχύ ή τη ροπή αλλάζοντας το μέγεθος ή το μήκος της μπιέλας και αυξάνοντας τη διάτρηση ή την οπή του κυλίνδρου. Αυτό αναφέρεται συχνά ως η αναλογία διάτρησης προς εγκεφαλικό επεισόδιο.

Η ροπή μετριέται σε Νιούτον μέτρα. Με απλά λόγια, αυτό σημαίνει ότι η ροπή μετριέται με κυκλική κίνηση 360 μοιρών. Το παράδειγμά μας χρησιμοποιεί δύο πανομοιότυπους κινητήρες με την ίδια διάμετρο οπής (ή διάμετρο κυλίνδρου καύσης). Ωστόσο, ο ένας από τους δύο κινητήρες έχει μεγαλύτερη «διαδρομή» (ή βάθος κυλίνδρου που δημιουργείται από τη μακρύτερη μπιέλα). Ένας κινητήρας μεγαλύτερης διαδρομής έχει μια πιο γραμμική κίνηση καθώς περιστρέφεται μέσα από τον θάλαμο καύσης και έχει μεγαλύτερη δύναμη για να ολοκληρώσει την ίδια εργασία.

Η ροπή μετριέται σε λίβρα-πόδια ή πόση "ροπή" εφαρμόζεται για την ολοκλήρωση μιας εργασίας. Για παράδειγμα, φανταστείτε ότι προσπαθείτε να χαλαρώσετε ένα σκουριασμένο μπουλόνι. Ας υποθέσουμε ότι έχετε δύο διαφορετικά κλειδιά σωλήνων, το ένα μήκους 2 πόδια και το άλλο μήκους 1 ποδιού. Υποθέτοντας ότι εφαρμόζετε την ίδια ποσότητα δύναμης (50 lbs πίεση σε αυτήν την περίπτωση), εφαρμόζετε στην πραγματικότητα 100 ft-lbs ροπής για ένα κλειδί δύο ποδιών (50 x 2) και μόνο 50 lbs. ροπή (1 x 50) με κλειδί με ένα πόδι. Ποιο κλειδί θα σας βοηθήσει να ξεβιδώσετε πιο εύκολα το μπουλόνι; Η απάντηση είναι απλή - αυτή με μεγαλύτερη ροπή.

Οι μηχανικοί αναπτύσσουν έναν κινητήρα που παρέχει υψηλότερη αναλογία ροπής προς ιπποδύναμη για οχήματα που χρειάζονται επιπλέον «δύναμη» για να επιταχύνουν ή να ανέβουν. Συνήθως βλέπετε υψηλότερα νούμερα ροπής για βαρέα οχήματα που χρησιμοποιούνται για ρυμούλκηση ή κινητήρες υψηλής απόδοσης όπου η επιτάχυνση είναι κρίσιμη (όπως στο παραπάνω παράδειγμα NHRA Top Fuel Engine).

Γι' αυτό οι κατασκευαστές αυτοκινήτων συχνά υπογραμμίζουν τις δυνατότητες των κινητήρων υψηλής ροπής στις διαφημίσεις φορτηγών. Η ροπή του κινητήρα μπορεί επίσης να αυξηθεί αλλάζοντας το χρονισμό ανάφλεξης, ρυθμίζοντας το μείγμα καυσίμου/αέρα, ακόμη και αυξάνοντας τη ροπή εξόδου σε ορισμένα σενάρια.

Μέρος 3 από 4: Κατανόηση άλλων μεταβλητών που επηρεάζουν τη συνολική ονομαστική ροπή κινητήρα

Όταν πρόκειται για τη μέτρηση της ροπής, υπάρχουν τρεις μοναδικές μεταβλητές που πρέπει να ληφθούν υπόψη σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης:

Δύναμη που δημιουργείται σε συγκεκριμένες σ.α.λ.: Αυτή είναι η μέγιστη ισχύς του κινητήρα που παράγεται σε μια δεδομένη σ.α.λ. Καθώς ο κινητήρας επιταχύνει, υπάρχει καμπύλη RPM ή ιπποδύναμης. Καθώς οι στροφές του κινητήρα αυξάνονται, η ισχύς αυξάνεται επίσης μέχρι να φτάσει στο μέγιστο επίπεδο.

Απόσταση: Αυτό είναι το μήκος της διαδρομής της μπιέλας: όσο μεγαλύτερη είναι η διαδρομή, τόσο περισσότερη ροπή δημιουργείται, όπως εξηγήσαμε παραπάνω.

Σταθερά ροπής: Αυτός είναι ένας μαθηματικός αριθμός που εκχωρείται σε όλους τους κινητήρες, 5252 ή σταθερές σ.α.λ. όπου η ισχύς και η ροπή εξισορροπούνται. Ο αριθμός 5252 προήλθε από την παρατήρηση ότι ένας ίππος ισοδυναμεί με 150 λίβρες που ταξιδεύουν 220 πόδια σε ένα λεπτό. Για να το εκφράσει αυτό σε πόδι-λίβρες ροπής, ο James Watt εισήγαγε τον μαθηματικό τύπο που εφηύρε την πρώτη ατμομηχανή.

Ο τύπος μοιάζει με αυτόν:

Υποθέτοντας ότι εφαρμόζεται μια δύναμη 150 λιβρών σε ένα πόδι ακτίνας (ή σε έναν κύκλο που βρίσκεται μέσα στον κύλινδρο μιας μηχανής εσωτερικής καύσης, για παράδειγμα), θα πρέπει να τη μετατρέψετε σε λίβρες ροπής.

Τα 220 fpm πρέπει να προεκταθούν σε RPM. Για να το κάνετε αυτό, πολλαπλασιάστε δύο αριθμούς pi (ή 3.141593), που ισούται με 6.283186 πόδια. Πάρτε 220 πόδια και διαιρέστε με 6.28 και παίρνουμε 35.014 rpm για κάθε περιστροφή.

Πάρτε 150 πόδια και πολλαπλασιάστε με 35.014 και παίρνετε 5252.1, τη σταθερά μας που μετράει σε πόδι-λίβρες ροπής.

Μέρος 4 από 4: Πώς να υπολογίσετε τη ροπή του αυτοκινήτου

Ο τύπος για τη ροπή είναι: ροπή = ισχύς κινητήρα x 5252, η οποία στη συνέχεια διαιρείται με τις σ.α.λ.

Ωστόσο, το πρόβλημα με τη ροπή είναι ότι μετριέται σε δύο διαφορετικά σημεία: απευθείας από τον κινητήρα και στους κινητήριους τροχούς. Άλλα μηχανικά εξαρτήματα που μπορούν να αυξήσουν ή να μειώσουν την ονομαστική ροπή στους τροχούς περιλαμβάνουν: μέγεθος σφονδύλου, σχέσεις μετάδοσης, σχέσεις κινητήριων αξόνων και περιφέρεια ελαστικού/τροχού.

Για τον υπολογισμό της ροπής του τροχού, όλα αυτά τα στοιχεία πρέπει να συνυπολογιστούν σε μια εξίσωση που καλύτερα να αφεθεί στο πρόγραμμα υπολογιστή που περιλαμβάνεται στον πάγκο δυναμικής δοκιμής. Σε αυτόν τον τύπο εξοπλισμού, το όχημα τοποθετείται σε ράφι και οι κινητήριοι τροχοί τοποθετούνται δίπλα σε μια σειρά κυλίνδρων. Ο κινητήρας είναι συνδεδεμένος σε έναν υπολογιστή που διαβάζει τις στροφές του κινητήρα, την καμπύλη κατανάλωσης καυσίμου και τις σχέσεις μετάδοσης. Αυτοί οι αριθμοί λαμβάνονται υπόψη με την ταχύτητα του τροχού, την επιτάχυνση και τις σ.α.λ. καθώς το αυτοκίνητο οδηγεί στο δυναμό για το επιθυμητό χρονικό διάστημα.

Ο υπολογισμός της ροπής του κινητήρα είναι πολύ πιο εύκολο να προσδιοριστεί. Ακολουθώντας τον παραπάνω τύπο, γίνεται σαφές πώς η ροπή του κινητήρα είναι ανάλογη με την ισχύ και τις στροφές του κινητήρα, όπως εξηγείται στην πρώτη ενότητα. Χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο, μπορείτε να προσδιορίσετε τις τιμές ροπής και ιπποδύναμης σε κάθε σημείο της καμπύλης RPM. Για να υπολογίσετε τη ροπή, πρέπει να έχετε τα δεδομένα ισχύος του κινητήρα που παρέχονται από τον κατασκευαστή του κινητήρα.

αριθμομηχανή ροπής

Μερικοί άνθρωποι χρησιμοποιούν την ηλεκτρονική αριθμομηχανή που προσφέρεται από το MeasureSpeed.com, η οποία απαιτεί να εισαγάγετε τη μέγιστη ονομαστική ισχύ του κινητήρα (που παρέχεται από τον κατασκευαστή ή συμπληρώνεται κατά τη διάρκεια ενός επαγγελματικού δυναμοδότη) και τις επιθυμητές στροφές ανά λεπτό.

Εάν παρατηρήσετε ότι η απόδοση του κινητήρα σας είναι δύσκολο να επιταχυνθεί και δεν έχει την ισχύ που νομίζετε ότι θα έπρεπε να έχει, ζητήστε από έναν από τους πιστοποιημένους μηχανικούς της AvtoTachki να πραγματοποιήσει έλεγχο για να προσδιορίσει την πηγή του προβλήματος.