Ob Sie ein neues Auto kaufen oder einen Hot Rod in Ihrer Garage bauen, zwei Faktoren spielen bei der Bestimmung der Motorleistung eine Rolle: Leistung und Drehmoment. Wenn Sie wie die meisten DIY-Mechaniker oder Automobil-Enthusiasten sind, haben Sie wahrscheinlich ein gutes Verständnis der Beziehung zwischen PS und Drehmoment, aber möglicherweise nicht verstehen, wie diese "Fuß-Pfund" Zahlen erreicht werden. Glauben Sie es oder nicht, es ist wirklich nicht so komplex.
Bevor wir zu technisch werden, lassen Sie uns einige einfache Fakten und Definitionen aufschlüsseln, die es leichter machen zu verstehen, warum sowohl Pferdestärken als auch Drehmoment wichtige Faktoren sind, die berücksichtigt werden müssen. Wir sollten damit beginnen, die drei Elemente der Messung der Leistung eines Verbrennungsmotors zu definieren: Geschwindigkeit, Drehmoment und Leistung.
Teil 1 von 4: Verstehen, wie sich Motordrehzahl, Drehmoment und Leistung auf die Gesamtleistung auswirken
In einem kürzlichen Hot Rod Magazin Artikel wurde eines der größten Geheimnisse in der Motorleistung schließlich herausgefunden, indem man zu den Grundlagen zurückkehrt, wie Pferdestärke tatsächlich berücksichtigt wird. Die meisten Leute nehmen an, dass Dynometer (Motorprüfstände) entworfen sind, um die Pferdestärke eines Motors zu messen.
In Wirklichkeit messen Dynometer keine Pferdestärken, sie messen das Drehmoment. Diese Drehmomentzahl wird mit der Drehzahl, bei der gemessen wird, multipliziert und dann durch 5,252 dividiert, um eine Leistungszahl zu erzeugen.
Seit mehr als 50 Jahren konnten die Dynometer, die zur Messung von Drehmoment und Motordrehzahl verwendet wurden, einfach nicht mit der starken Leistung dieser Motoren umgehen. In der Tat, ein Zylinder auf diesen 500 Kubikzoll Hubraum, Nitromethan verbrennenden Hemis produziert geschätzte 800 Pfund Schub durch eine einzige Auspuffrohr.
Alle Motoren, ob Verbrennung oder elektrisch betrieben, arbeiten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Je schneller ein Motor seinen Krafthub oder -zyklus vollendet, desto mehr Leistung wird in den meisten Fällen erzeugt. In Bezug auf einen Verbrennungsmotor sind die drei Elemente, die die Gesamtleistung dieses Motors beeinflussen, Drehzahl, Drehmoment und Leistung.
Geschwindigkeit ist definiert als wie schnell der Motor seine Arbeit verrichtet. Wenn wir die Motordrehzahl auf eine Zahl oder eine Maßeinheit anwenden, messen wir die Motordrehzahl in Umdrehungen pro Minute oder Drehzahl. Die "Arbeit", die der Motor ausführt, ist eine Kraft, die über eine gemessene Entfernung ausgeübt wird. Drehmoment ist definiert als eine spezielle Art von Arbeit, die Rotation erzeugt. Dies tritt auf, wenn eine Kraft auf einen Radius (oder für einen Verbrennungsmotor das Schwungrad) wirkt und typischerweise in Fuß-Pfund gemessen wird.
Pferdestärke ist die Geschwindigkeit, mit der Arbeit geleistet wird. Früher, als Objekte bewegt werden mussten, benutzten Menschen typischerweise ein Pferd, um es zu bewegen. Es wurde geschätzt, dass ein Pferd ungefähr 33.000 Fuß pro Minute bewegen konnte. Hier kommt der Begriff "Pferdestärke". Anders als Geschwindigkeit und Drehmoment kann die Leistung in mehreren Einheiten gemessen werden, einschließlich: 1 HP = 746 Watt, 1 HP = 2.545 BTUs und 1 HP = 1.055 Joule.
Diese drei Elemente arbeiten zusammen, um Motorleistung zu erzeugen. Da das Drehmoment konstant bleibt, bleiben Geschwindigkeit und Leistung proportional. Wenn jedoch die Motordrehzahl ansteigt, steigt auch die Leistung, um ein konstantes Drehmoment aufrechtzuerhalten. Wo viele Menschen jedoch verwirrt werden, ist, wie Drehmoment und PS die Motorgeschwindigkeit beeinflussen. Ganz einfach, wenn das Drehmoment und die Leistung zunehmen, nimmt auch die Motordrehzahl zu. Das Umgekehrte ist auch wahr: wenn das Drehmoment und die Pferdestärke sinken, nimmt auch die Geschwindigkeit des Triebwerks ab.
Teil 2 von 4: Wie Motoren gebaut werden, um das Drehmoment zu maximieren
Der moderne Verbrennungsmotor kann verändert werden, um die Leistung oder das Drehmoment zu erhöhen, indem die Größe oder Länge der Pleuelstange manipuliert wird und die Bohrung oder der Durchmesser des Zylinders vergrößert wird. Dies wird oft als Bohrungs / Hub-Verhältnis bezeichnet.
Das Drehmoment wird in Newtonmetern gemessen. In einfachen Worten bedeutet dies, dass das Drehmoment in einer 360-Grad-Kreisbewegung gemessen wird. In unserem Beispiel werden zwei identische Motoren mit der gleichen Bohrung (oder dem Durchmesser des Verbrennungszylinders) verwendet. Einer der beiden Motoren hat jedoch einen längeren "Hub" (oder die Tiefe des Zylinders, wie sie von einer längeren Pleuelstange erzeugt wird). Der Motor mit dem längeren Hub hat eine geradlinigere Bewegung, während er sich durch die Verbrennungskammer dreht und mehr Hebelwirkung hat, um die gleiche Aufgabe zu erfüllen.
Das Drehmoment wird in Pfund-Fuß gemessen oder wie viel "Drehkraft" angewendet wird, um eine Aufgabe zu erfüllen. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie versuchen, einen rostigen Bolzen zu lösen. Nehmen wir an, Sie haben zwei verschiedene Rohrzangen, einer ist 2 'lang, der andere ist 1' lang. Unter der Annahme, dass Sie die gleiche Menge an Kraft (in diesem Fall 50 Pfund Druck) anwenden, wenden Sie tatsächlich 100 Fuß-Pfund Drehmoment für den Zwei-Fuß-Schlüssel (50 x 2) und nur 50 lbs. von Drehmoment (1 x 50) mit dem Ein-Fuß-Schlüssel. Welcher Schraubenschlüssel hilft Ihnen, den Bolzen leichter zu lösen? Die Antwort ist einfach - die mit mehr Drehmoment.
Ingenieure entwickeln einen Motor, um ein höheres Verhältnis von Drehmoment zu Leistung für Fahrzeuge zu erzeugen, die die zusätzliche "Kraft" zum Beschleunigen oder zum Klettern benötigen. Typischerweise sehen Sie höhere Drehmomente für Schwerlastkraftwagen, die für Schleppanwendungen verwendet werden, oder Hochleistungsmotoren, bei denen die Beschleunigung kritisch ist (wie z. B. das oben erwähnte NHRA Top Fuel Engine-Beispiel).
Deshalb beleuchten die Automobilhersteller oft das hohe Drehmomentpotenzial von Motoren in Lkw-Werbespots. Das Motordrehmoment kann auch verstärkt werden, indem der Zündzeitpunkt geändert wird, Luft-Kraftstoff-Gemische eingestellt werden und sogar manipuliert wird, um die Drehmomentausgabe während bestimmter Szenarien zu erhöhen.
Teil 3 von 4: Andere Variablen verstehen, die das Gesamtdrehmoment eines Motors beeinflussen
Wenn es darum geht, das Drehmoment zu messen, gibt es drei eindeutige Variablen innerhalb des Verbrennungsmotors, die Sie beachten müssen:
Die Kraft, die bei einer bestimmten Drehzahl erzeugt wird: Dies ist die maximale Leistung des Motors, die bei einer gewünschten Drehzahl erzeugt wird. Wenn ein Motor beschleunigt, gibt es eine Drehzahl- oder Leistungskurve. Wenn die Motordrehzahl ansteigt, erhöht sich auch die Leistung, bis sie ein maximales Niveau erreicht.
Der Abstand: Dies ist die Länge des Pleuelstangenhubs: je länger der Hub, desto mehr Drehmoment wird erzeugt, wie oben erläutert.
Die Konstante des Drehmoments: Dies ist eine mathematische Zahl, die allen Motoren zugeordnet ist, 5252 oder die konstante Drehzahl, bei der die Pferdestärke und das Drehmoment ausgeglichen sind. Die Zahl 5252 wurde von der Beobachtung abgeleitet, dass eine Pferdestärke 150 Pfund entsprach, die 220 Fuß in einer Minute bedeckten. Um dies in Fuß Pfund Drehmoment auszudrücken, wurde eine mathematische Formel von James Watt eingeführt, der die erste Dampfmaschine erfand.
Die Formel lautet wie folgt:
Unter der Annahme, dass die Kraft von 150 Pfund auf einen Fuß eines Radius (oder eines Kreises, der sich beispielsweise in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors befindet) aufgebracht wird, müsste dies in Fuß-Pfund-Drehmoment umgewandelt werden.
220 Fuß in einer Minute müssen in Umdrehungen pro Minute extrapoliert werden. Um dies zu tun, würden Sie zweimal Pi (oder 3,141593) nehmen, was 6,283186 Fuß entspricht. Nimm 220 Fuß und dividiere durch 6,28 und wir bekommen eine RPM von 35.014 für jede Umdrehung.
Nimm die 150 Fuß und multipliziere mal 35.014 und du bekommst 5252.1 - das ist unsere Konstante, die bei der Messung von Fuß-Pfund Drehmoment berücksichtigt wird.
Teil 4 von 4: Wie berechne ich das Drehmoment eines Fahrzeugs?
Die Formel zum Bestimmen des Drehmoments ist das Drehmoment = Leistung des Motors × 5252, das dann durch die RPMs dividiert wird.
Das Problem mit dem Drehmoment ist jedoch, dass es an zwei verschiedenen Orten gemessen wird: direkt vom Motor und zu den Antriebsrädern. Andere mechanische Komponenten, als die Drehmomentwerte der Räder erhöhen oder verringern können, umfassen: Schwungradgröße, Getriebeübersetzungsverhältnisse, Antriebsachsenübersetzungsverhältnisse und Reifen / Radumfang.
Um das Drehmoment für das Rad herauszufinden, müssen alle diese Punkte in die Gleichung einbezogen werden, was am besten einem computergestützten Programm überlassen wird, das in einem Leistungsdynamo enthalten ist. Bei dieser Art von Ausrüstung wird das Auto auf einem Gestell platziert und die Antriebsreifen werden neben einer Reihe von Rollen platziert. Der Motor ist an einen Computer angeschlossen, der die Motordrehzahl, die Kraftstoffkurve und die Getriebeübersetzung überwacht. Diese Zahlen werden mit der Radgeschwindigkeit, der Beschleunigung und der Schaltdrehzahl berücksichtigt, wenn das Fahrzeug für eine gewünschte Zeitdauer auf dem Prüfstand gefahren wird.
Die Berechnung des Drehmoments des Motors ist viel einfacher zu bestimmen. Nach der obigen Formel ist es klar zu sehen, wie das Drehmoment des Motors proportional zur Pferdestärke und der Motordrehzahl ist, wie im ersten Abschnitt erläutert. Mit dieser Formel können Sie die Drehmoment- und PS-Nennwerte an jedem Punkt der Drehzahlkurve ermitteln. Sie müssen die PS-Werte des Motors haben, die vom Motorhersteller erzeugt werden, um das Drehmoment zu berechnen.
DrehmomentrechnerEinige Leute benutzen einen Online-Rechner, der von MeasureSpeed.com angeboten wird, der erfordert, dass Sie die maximalen Leistungswerte des Motors eingeben (vom Hersteller geliefert oder während eines professionellen Motorprüfstandes absolviert) und die gewünschte Drehzahl.
Wenn Sie bemerken, dass Ihre Motorleistung zu kämpfen hat und nicht die Kraft hat, von der Sie denken, dass sie sollte, lassen Sie eine von Vermin-Clubs zertifizierten Mechanikern eine Inspektion durchführen, um die Ursache des Problems zu ermitteln.