Hoe het koppel (koppel) van uw auto te meten?
Inhoud
Het koppel is evenredig met het vermogen en varieert afhankelijk van het voertuig en zijn kenmerken. Wielmaat en overbrengingsverhouding hebben invloed op het koppel.
Of u nu een nieuwe auto koopt of een hot rod in uw garage bouwt, twee factoren spelen een rol bij het bepalen van de motorprestaties: pk's en koppel. Als je net als de meeste doe-het-zelvers of autoliefhebbers bent, heb je waarschijnlijk een goed begrip van de relatie tussen pk's en koppel, maar vind je het misschien moeilijk om te begrijpen hoe die "foot-pound" -cijfers worden bereikt. Geloof het of niet, het is eigenlijk niet zo moeilijk.
Voordat we ingaan op de technische details, laten we een aantal eenvoudige feiten en definities op een rijtje zetten om u te helpen begrijpen waarom zowel pk's als koppel belangrijke factoren zijn om te overwegen. We moeten beginnen met het definiëren van de drie elementen van prestatiemeting van verbrandingsmotoren: snelheid, koppel en vermogen.
Deel 1 van 4: Begrijpen hoe motortoerental, koppel en vermogen de algehele prestaties beïnvloeden
In een recent artikel in het tijdschrift Hot Rod werd een van de grootste mysteries van motorprestaties eindelijk opgelost door terug te gaan naar de basisprincipes van hoe vermogen echt telt. De meeste mensen denken dat dynamometers (motordynamometers) zijn ontworpen om het motorvermogen te meten.
In feite meten dynamometers geen vermogen, maar koppel. Dit koppelcijfer wordt vermenigvuldigd met het toerental waarmee het wordt gemeten en vervolgens gedeeld door 5,252 om het vermogenscijfer te krijgen.
Meer dan 50 jaar lang konden de dynamometers die werden gebruikt om het motorkoppel en het toerental te meten, het hoge vermogen dat deze motoren genereerden gewoon niet aan. In feite produceert één cilinder op die 500 kubieke inch nitroverbrandende Hemis ongeveer 800 pond stuwkracht door een enkele uitlaatpijp.
Alle motoren, of het nu gaat om verbrandingsmotoren of elektrische motoren, werken met verschillende snelheden. Hoe sneller een motor zijn arbeidsslag of -cyclus voltooit, hoe meer vermogen hij produceert. Als het gaat om een verbrandingsmotor, zijn er drie elementen die de algehele prestaties beïnvloeden: snelheid, koppel en vermogen.
Snelheid wordt bepaald door hoe snel de motor zijn werk doet. Wanneer we de motorsnelheid toepassen op een getal of eenheid, meten we de motorsnelheid in omwentelingen per minuut of RPM. Het "werk" dat een motor doet, is de kracht die over een meetbare afstand wordt uitgeoefend. Koppel wordt gedefinieerd als een speciaal soort werk dat rotatie produceert. Dit gebeurt wanneer een kracht wordt uitgeoefend op de straal (of, voor een verbrandingsmotor, het vliegwiel) en wordt meestal gemeten in foot-pounds.
Paardenkracht is de snelheid waarmee het werk wordt gedaan. Als er vroeger voorwerpen moesten worden verplaatst, gebruikten mensen daarvoor meestal een paard. Er wordt geschat dat een paard met een snelheid van ongeveer 33,000 voet per minuut kan bewegen. Hier komt de term "paardenkracht" vandaan. In tegenstelling tot snelheid en koppel kan paardenkracht worden gemeten in verschillende eenheden, waaronder: 1 pk = 746 W, 1 pk = 2,545 BTU en 1 pk = 1,055 joule.
Deze drie elementen werken samen om het motorvermogen te produceren. Aangezien het koppel constant blijft, blijven snelheid en vermogen proportioneel. Naarmate het motortoerental toeneemt, neemt echter ook het vermogen toe om het koppel constant te houden. Veel mensen zijn echter in de war over hoe koppel en vermogen de snelheid van een motor beïnvloeden. Simpel gezegd, naarmate het koppel en het vermogen toenemen, neemt ook het toerental van de motor toe. Het omgekeerde is ook waar: naarmate koppel en vermogen afnemen, neemt ook het toerental van de motor af.
Deel 2 van 4: Hoe motoren zijn ontworpen voor maximaal koppel
Een moderne verbrandingsmotor kan worden aangepast om het vermogen of koppel te vergroten door de maat of lengte van de drijfstang te wijzigen en de boring of cilinderboring te vergroten. Dit wordt vaak de verhouding tussen boring en slag genoemd.
Het koppel wordt gemeten in Newtonmeter. Simpel gezegd betekent dit dat het koppel wordt gemeten in een cirkelvormige beweging van 360 graden. Ons voorbeeld gebruikt twee identieke motoren met dezelfde boringdiameter (of verbrandingscilinderdiameter). Een van de twee motoren heeft echter een langere "slag" (of cilinderdiepte gecreëerd door de langere drijfstang). Een motor met een langere slag heeft een meer lineaire beweging terwijl hij door de verbrandingskamer draait en heeft meer hefboomwerking om dezelfde taak uit te voeren.
Koppel wordt gemeten in pond-voeten, of hoeveel "koppel" wordt toegepast om een taak te voltooien. Stel je bijvoorbeeld voor dat je een roestige bout probeert los te draaien. Stel dat u twee verschillende pijptangen heeft, de ene 2 voet lang en de andere 1 voet lang. Ervan uitgaande dat u dezelfde hoeveelheid kracht uitoefent (50 lbs druk in dit geval), oefent u in feite 100 ft-lbs koppel uit voor een tweevoetsleutel (50 x 2) en slechts 50 lbs. aanhaalmoment (1 x 50) met een steeksleutel. Met welke sleutel kunt u de bout gemakkelijker losdraaien? Het antwoord is simpel: degene met meer koppel.
Ingenieurs ontwikkelen een motor die een hogere verhouding tussen koppel en pk levert voor voertuigen die extra "kracht" nodig hebben om te accelereren of te klimmen. Meestal ziet u hogere koppelcijfers voor zware voertuigen die worden gebruikt voor het slepen of krachtige motoren waarbij acceleratie van cruciaal belang is (zoals in het voorbeeld van de NHRA Top Fuel Engine hierboven).
Daarom benadrukken autofabrikanten vaak het potentieel van motoren met een hoog koppel in advertenties voor vrachtwagens. Het motorkoppel kan ook worden verhoogd door het ontstekingstijdstip te wijzigen, het brandstof/luchtmengsel aan te passen en in bepaalde scenario's zelfs het uitgaande koppel te verhogen.
Deel 3 van 4: Inzicht in andere variabelen die van invloed zijn op het totale nominale motorkoppel
Als het gaat om het meten van koppel, zijn er drie unieke variabelen waarmee rekening moet worden gehouden in een verbrandingsmotor:
Kracht gegenereerd bij specifiek toerental: Dit is het maximale motorvermogen dat wordt gegenereerd bij een bepaald toerental. Naarmate de motor accelereert, is er een RPM- of paardenkrachtcurve. Naarmate het motortoerental toeneemt, neemt ook het vermogen toe totdat het het maximale niveau bereikt.
Afstand: Dit is de lengte van de slag van de drijfstang: hoe langer de slag, hoe meer koppel wordt gegenereerd, zoals we hierboven hebben uitgelegd.
Koppelconstante: Dit is een wiskundig getal dat is toegewezen aan alle motoren, 5252 of een constant toerental waarbij vermogen en koppel in balans zijn. Het getal 5252 is afgeleid van de waarneming dat één paardenkracht gelijk is aan 150 pond die in één minuut 220 voet aflegt. Om dit uit te drukken in foot-pounds koppel, introduceerde James Watt de wiskundige formule die de eerste stoommachine uitvond.
De formule ziet er als volgt uit:
Ervan uitgaande dat er een kracht van 150 pond wordt uitgeoefend op een straal van één voet (of een cirkel die zich bijvoorbeeld in de cilinder van een verbrandingsmotor bevindt), zou u dit moeten omzetten in voetpond koppel.
220 fpm moet worden geëxtrapoleerd naar RPM. Om dit te doen, vermenigvuldigt u twee pi-nummers (of 3.141593), wat gelijk is aan 6.283186 voet. Neem 220 voet en deel dit door 6.28 en we krijgen 35.014 tpm voor elke omwenteling.
Neem 150 voet en vermenigvuldig dit met 35.014 en je krijgt 5252.1, onze constante die telt in foot-pounds koppel.
Deel 4 van 4: Het autokoppel berekenen
De formule voor het koppel is: koppel = motorvermogen x 5252, dat vervolgens wordt gedeeld door het toerental.
Het probleem met koppel is echter dat het op twee verschillende plaatsen wordt gemeten: rechtstreeks van de motor en naar de aangedreven wielen. Andere mechanische componenten die het koppel bij de wielen kunnen verhogen of verlagen, zijn onder meer: vliegwielmaat, overbrengingsverhoudingen, aandrijfasverhoudingen en band / wielomtrek.
Om het wielkoppel te berekenen, moeten al deze elementen worden verwerkt in een vergelijking die het beste kan worden overgelaten aan het computerprogramma dat is opgenomen in de dynamische testbank. Bij dit type materieel wordt het voertuig op een stelling geplaatst en worden de aandrijfwielen naast een rij rollen geplaatst. De motor is aangesloten op een computer die het motortoerental, de brandstofverbruikscurve en de overbrengingsverhoudingen uitleest. Met deze getallen wordt rekening gehouden met de wielsnelheid, acceleratie en RPM terwijl de auto gedurende de gewenste tijd op de dyno wordt gereden.
Het berekenen van het motorkoppel is veel gemakkelijker te bepalen. Door de bovenstaande formule te volgen, wordt duidelijk hoe het motorkoppel evenredig is met het motorvermogen en het toerental, zoals uitgelegd in het eerste deel. Met behulp van deze formule kunt u het koppel en het vermogen op elk punt op de RPM-curve bepalen. Om het koppel te kunnen berekenen, hebt u de motorvermogensgegevens van de motorfabrikant nodig.
Sommige mensen gebruiken de online rekenmachine die wordt aangeboden door MeasureSpeed.com, waarbij u het maximale motorvermogen (geleverd door de fabrikant of ingevuld tijdens een professionele dyno) en het gewenste toerental moet invoeren.
Als u merkt dat de prestaties van uw motor moeilijk te versnellen zijn en niet het vermogen heeft dat u denkt dat het zou moeten hebben, laat dan een van de gecertificeerde monteurs van AvtoTachki een inspectie uitvoeren om de oorzaak van het probleem te achterhalen.
