Moc i moment obrotowy – co to jest?

Jak ten sam silnik może mieć różne odbicia? Jaka jest różnica między mocą a momentem obrotowym? O tym – kolejny program edukacyjny "Wacomlab.pl"

CO TO JEST MOC KONIA?

– Ile masz siły? – takie pytanie słyszał każdy, kto kiedykolwiek dotknął świata samochodów. Nie trzeba nawet nikomu wyjaśniać, czym właściwie są siły – siły końskie. To w nich jesteśmy przyzwyczajeni do oceny mocy silnika, jednej z najważniejszych cech konsumenckich auta.

Już teraz praktycznie nie ma transportu konnego nawet po wsiach, a ta jednostka miary żyje i ma się dobrze od ponad stu lat. Ale w rzeczywistości moc jest nielegalna. Nie jest ujęta w międzynarodowym układzie jednostek (chyba wielu pamięta ze szkoły, że nazywa się SI) i dlatego nie ma statusu oficjalnego. Ponadto Międzynarodowa Organizacja Metrologii Prawnej wymaga jak najszybszego wycofania koni mechanicznych z obiegu, a dyrektywa UE 80/181/EWG z 1 stycznia 2010 r. wyraźnie zobowiązuje producentów samochodów do stosowania tradycyjnego „KM” tylko jako wielkość pomocnicza do wskazania mocy.

Ale nie bez powodu nawyk jest uważany za drugą naturę. W końcu w życiu codziennym mówimy „kopiarka” zamiast kopiarki, a taśmę samoprzylepną nazywamy „taśmą klejącą”. Oto nierozpoznane „hp” teraz jest używany nie tylko przez zwykłych ludzi, ale także przez prawie wszystkie firmy motoryzacyjne. Co ich obchodzą dyrektywy rekomendacyjne? Ponieważ jest to wygodniejsze dla kupującego, niech tak będzie. Dlaczego istnieją producenci – nawet państwo idzie w ślady. Jeśli ktoś zapomniał, w Rosji podatek transportowy i taryfa OSAGO liczone są od koni mechanicznych, a także koszt ewakuacji nieprawidłowo zaparkowanego pojazdu w Moskwie.

I nikt nie znalazłby w tym winy, gdyby nie jedno ważkie „ale”. Stworzona, aby ułatwić nam życie, moc w koniach mechanicznych jest w rzeczywistości myląca. W końcu pojawiła się w dobie rewolucji przemysłowej jako wartość całkowicie konwencjonalna, która nie tylko dla silnika samochodowego, nawet dla konia, ma raczej pośredni związek. Znaczenie tej jednostki jest następujące – 1 KM. wystarczy, aby podnieść 75 kg ładunek na wysokość 1 metra w ciągu 1 sekundy. W rzeczywistości jest to bardzo przeciętny wskaźnik wydajności dla jednej klaczy. I nic więcej.

Innymi słowy, nowa jednostka miary była bardzo przydatna dla przemysłowców wydobywających np. węgiel z kopalń oraz producentów związanych z nimi urządzeń. Z jego pomocą łatwiej było ocenić wyższość mechanizmów nad władzą zwierząt. A ponieważ maszyny były już napędzane parą, a później silnikami naftowymi, „KM” przekazywane w drodze dziedziczenia samodzielnym załogom.

Jak na ironię, moc została wynaleziona przez człowieka, którego nazwa pochodzi od oficjalnej jednostki do pomiaru mocy – Jamesa Watta. A ponieważ wat (a raczej, w odniesieniu do potężnych maszyn, kilowat – kW) na początku XIX wieku był również aktywnie uwzględniony w obrotach, konieczne było jakoś sprowadzenie tych dwóch wartości do siebie. To tutaj pojawiły się kluczowe nieporozumienia. Na przykład w Rosji i większości innych krajów europejskich przyjęli tak zwaną moc metryczną, która jest równa 735,49875 W lub, co jest nam teraz bardziej znane, 1 kW = 1,36 KM. Takie „hp” najczęściej oznaczają PS (z niemieckiego Pferdestärke), ale są też inne opcje – cv, hk, pk, ks, ch… Jednocześnie Wielka Brytania i szereg jej byłych kolonii postanowiło pójść własną drogą , organizując „imperialny” system pomiarowy z jego funtami, stopami i innymi rozkoszami, w którym mechaniczna (lub innymi słowy wskaźnikowa) moc wynosiła już 745.69987158227022 W. A potem – ruszamy. Na przykład w USA wynaleziono nawet moc elektryczną (746 W) i bojler (9809,5 W).

Okazuje się więc, że ten sam samochód z tym samym silnikiem w różnych krajach na papierze może mieć różną moc. Weźmy na przykład popularny crossover Kia Sportage – w Rosji lub Niemczech, według paszportu, jego dwulitrowy turbodiesel w dwóch wersjach rozwija 136 lub 184 KM, aw Anglii – 134 i 181 "konie". Chociaż w rzeczywistości moc silnika w jednostkach międzynarodowych wynosi dokładnie 100 i 135 kW – i to w dowolnym miejscu na świecie. Ale widzisz, brzmi to nietypowo. A liczby nie są już tak imponujące. Dlatego producenci samochodów nie spieszą się z przejściem na oficjalną jednostkę miary, tłumacząc to marketingiem i tradycjami. Jak to jest? Konkurenci będą mieli 136 mocy, a my mamy tylko jakieś 100 kW? Nie, to nie wystarczy…

JAK MIERZY SIĘ MOC?

Jednak triki „mocy” nie ograniczają się do zabawy z jednostkami miary. Do niedawna był nie tylko wyznaczany, ale nawet mierzony na różne sposoby. W szczególności w Ameryce przez długi czas (do początku lat 70.) producenci samochodów ćwiczyli testy laboratoryjne silników rozebranych do naga – bez połączenia, takiego jak generator, sprężarka klimatyzacji, pompa układu chłodzenia, a zamiast tego z rurą jednorazową licznych tłumików. Oczywiście silnik, który zrzucił kajdany, z łatwością wytwarzał o 10-20 procent więcej „KM”, tak niezbędnej dla kierowników sprzedaży. Rzeczywiście, niewielu kupujących zagłębiło się w zawiłości metodologii testów.

Druga skrajność (ale znacznie bliższa rzeczywistości) to pobieranie kierunkowskazów bezpośrednio z kół auta, na działające bębny. Tak robią zespoły wyścigowe, warsztaty tuningowe i inne zespoły, dla których ważna jest znajomość zwrotu silnika, biorąc pod uwagę wszystkie możliwe straty, w tym straty w skrzyni biegów.

Ostatecznie jednak kompromisowa opcja została przyjęta jako model w różnych metodach, takich jak europejskie ECE, DIN czy amerykańskie SAE. Gdy silnik jest ustawiony na ławce, ale ze wszystkimi zaczepami niezbędnymi do płynnej pracy, w tym ze standardowym układem wydechowym. Wymontować można tylko wyposażenie związane z innymi układami maszyny (na przykład sprężarkę zawieszenia pneumatycznego lub pompę wspomagania kierownicy). Oznacza to, że silnik jest testowany dokładnie w takiej formie, w jakiej faktycznie stoi pod maską samochodu. Pozwala to wykluczyć „jakość” przekładni z końcowego wyniku i określić moc na wale korbowym z uwzględnieniem strat na napędzie głównych osprzętu. Tak więc, jeśli mówimy o Europie, to procedura ta jest regulowana dyrektywą 80/1269 / EWG, przyjętą po raz pierwszy w 1980 roku i od tego czasu regularnie aktualizowaną.

CO TO JEST MOMENT OBROTOWY?

Ale jeśli moc, jak mówią w Ameryce, pomaga sprzedawać samochody, to moment obrotowy napędza je do przodu. Jest mierzony w niutonometrach (N ∙ m), jednak większość kierowców nadal nie ma jasnego wyobrażenia o tej charakterystyce silnika. W najlepszym razie zwykli ludzie wiedzą jedno – im wyższy moment obrotowy, tym lepiej. Prawie jak moc, prawda? Czym więc „N ∙ m” różni się od „HP”.

W rzeczywistości są to wielkości powiązane. Co więcej, moc pochodzi z momentu obrotowego i obrotów silnika. I po prostu niemożliwe jest rozpatrywanie ich osobno. Wiedz – aby uzyskać moc w watach, musisz pomnożyć moment obrotowy w niutonometrach przez aktualne obroty wału korbowego i współczynnik 0,1047. Czy chcesz zwykłą moc? Nie ma problemu! Podziel wynik przez 1000 (aby otrzymać kilowaty) i pomnóż przez współczynnik 1,36.

Technicznie rzecz biorąc, moc wskazuje, ile pracy może wykonać silnik w jednostce czasu. Ale moment obrotowy charakteryzuje potencjał silnika do wykonania tej właśnie pracy. Pokazuje opór, który może pokonać. Na przykład, jeśli samochód opiera koła na wysokim krawężniku i nie może się ruszyć, moc wyniesie zero, ponieważ silnik nie wykonuje żadnej pracy – nie ma ruchu, ale jednocześnie rozwija się moment obrotowy. Rzeczywiście, w chwili, gdy silnik zgaśnie z naprężeń, mieszanina robocza wypali się w cylindrach, gazy naciskają na tłoki, a korbowody próbują obrócić wał korbowy. Innymi słowy, chwila bez mocy może istnieć, ale moc bez chwili nie może. Oznacza to, że to „N ∙ m” są głównym „produktem” silnika, który wytwarza, przekształcając energię cieplną w energię mechaniczną.

Jeśli narysujemy analogie z osobą, „N ∙ m” odzwierciedla jego siłę, a „hp” – wytrzymałość. Dlatego wolnoobrotowe silniki wysokoprężne, ze względu na swoje cechy konstrukcyjne, są z reguły ciężarowcami w naszym kraju – wszystkie inne rzeczy są równe, mogą więcej ciągnąć na siebie i łatwiej pokonywać opór na kołach, choć nie tak szybko . Ale szybkoobrotowe silniki benzynowe częściej należą do biegaczy – gorzej utrzymują ładunek, ale poruszają się szybciej. Generalnie obowiązuje prosta zasada dźwigni – wygrywamy siłą, tracimy dystansem lub szybkością. I wzajemnie.

Jak to się wyraża w praktyce? Przede wszystkim należy zrozumieć, że to krzywe momentu obrotowego i mocy (razem, a nie osobno!) Na tak zwanej zewnętrznej charakterystyce prędkości silnika ujawnią jego prawdziwe możliwości. Im wcześniej osiągany jest szczyt ciągu, a później szczyt mocy, tym lepiej silnik jest przystosowany do swoich zadań. Weźmy prosty przykład – samochód jedzie po płaskiej drodze i nagle zaczyna się wspinać. Zwiększa się opór na kołach, dzięki czemu przy stałym dopływie paliwa obroty zaczną spadać. Ale jeśli charakterystyka silnika jest prawidłowa, moment obrotowy zacznie rosnąć. Oznacza to, że silnik dostosuje się do wzrostu obciążenia i nie będzie wymagał od kierowcy ani elektroniki przełączania na niższy bieg. Przełęcz mija, zaczyna się zjazd. Auto zaczęło przyspieszać – duży ciąg nie jest tu już tak ważny, kolejny czynnik staje się krytyczny – silnik musi mieć czas na jego wygenerowanie. Oznacza to, że moc wysuwa się na pierwszy plan. Które można regulować nie tylko przełożeniami w skrzyni biegów, ale także zwiększając prędkość obrotową silnika.

W tym miejscu wypada przypomnieć silniki do samochodów wyścigowych lub motocykli. Ze względu na stosunkowo małe objętości robocze nie mogą osiągnąć rekordowego momentu obrotowego, ale ich zdolność do obracania się do 15 tys. obr./min i więcej pozwala im dostarczać fantastyczną moc. Na przykład, jeśli konwencjonalny silnik przy 4000 obr./min dostarcza 250 N∙m i odpowiednio około 143 KM, to przy 18000 obr./min może już wytwarzać 640,76 KM. Imponujące, prawda? Inna sprawa, że „cywilne” technologie nie zawsze są w stanie to osiągnąć.

Nawiasem mówiąc, pod tym względem silniki elektryczne mają charakterystykę zbliżoną do ideału. Od samego początku rozwijają maksymalne „niutonometry”, a następnie krzywa momentu obrotowego stopniowo spada wraz ze wzrostem obrotów. Jednocześnie wykres mocy rośnie progresywnie.

Chyba już zrozumiałeś – w charakterystyce auta ważne są nie tylko maksymalne wartości mocy i momentu obrotowego, ale także ich zależność od obrotów. Dlatego dziennikarze tak chętnie powtarzają słowo „półka” – kiedy na przykład silnik wytwarza maksymalny ciąg nie w jednym punkcie, ale w zakresie od 1500 do 4500 obr./min. W końcu, jeśli jest dopływ momentu obrotowego, prawdopodobnie wystarczy również moc.

Jednak najlepszym wskaźnikiem „jakości” (nazwijmy to) powrotu silnika samochodowego jest jego elastyczność, czyli zdolność do nabierania pędu pod obciążeniem. Wyraża się to np. przyspieszeniem od 60 do 100 km/h na czwartym biegu lub od 80 do 120 km/h na piątym – to standardowe testy w motoryzacji. I może się zdarzyć, że jakiś nowoczesny turbodoładowany silnik z dużym ciągiem przy niskich obrotach i szeroką półką momentu obrotowego daje poczucie doskonałej dynamiki w mieście, ale na autostradzie przy wyprzedzaniu będzie gorzej niż starożytny silnik atmosferyczny o korzystniejszej charakterystyce nie tylko chwili, ale także mocy…

Więc nawet jeśli różnica między jednostkami wysokoprężnymi i benzynowymi staje się ostatnio coraz bardziej niewyraźna, pozwólmy na rozwój silników alternatywnych, ale wieczne połączenie mocy, momentu obrotowego i prędkości obrotowej silnika pozostanie aktualne. Jest zawsze.

  • "Nadciśnienie. Wszystko o ciśnieniu ”

Originally posted on 13 grudnia, 2021 @ 8:51 am

Dodaj komentarz