Làm thế nào để đo mô-men xoắn (mô-men xoắn) của ô tô của bạn
nội dung
Mô-men xoắn tỷ lệ thuận với mã lực và thay đổi tùy theo loại xe và tính năng của nó. Kích thước bánh xe và tỷ số truyền ảnh hưởng đến mô-men xoắn.
Cho dù bạn đang mua một chiếc ô tô mới hay chế tạo một thanh nóng trong nhà để xe của mình, hai yếu tố sẽ phát huy tác dụng khi xác định hiệu suất của động cơ: mã lực và mô-men xoắn. Nếu bạn giống như hầu hết những người đam mê xe hơi hoặc thợ máy tự làm, thì bạn có thể hiểu rõ về mối quan hệ giữa mã lực và mô-men xoắn, nhưng bạn có thể thấy khó hiểu làm thế nào để đạt được những con số "foot-pound" đó. Tin hay không thì tùy, thực ra không khó lắm đâu.
Trước khi đi vào chi tiết kỹ thuật, chúng ta hãy chia nhỏ một số sự kiện và định nghĩa đơn giản để giúp bạn hiểu tại sao cả mã lực và mô-men xoắn đều là những yếu tố quan trọng cần xem xét. Chúng ta phải bắt đầu bằng cách xác định ba yếu tố đo lường hiệu suất của động cơ đốt trong: tốc độ, mô-men xoắn và công suất.
Phần 1/4: Hiểu Tốc độ, Mô-men xoắn và Công suất Động cơ Ảnh hưởng đến Hiệu suất Tổng thể như thế nào
Trong một bài báo gần đây trên tạp chí Hot Rod, một trong những bí ẩn lớn nhất về hiệu suất của động cơ cuối cùng đã được giải quyết bằng cách quay trở lại những điều cơ bản về cách tính công suất thực sự. Hầu hết mọi người nghĩ rằng lực kế (máy đo lực động cơ) được thiết kế để đo mã lực của động cơ.
Trên thực tế, lực kế không đo công suất mà là mô-men xoắn. Con số mô-men xoắn này được nhân với RPM mà nó được đo và sau đó chia cho 5,252 để có được con số công suất.
Trong hơn 50 năm, lực kế được sử dụng để đo mô-men xoắn và RPM của động cơ đơn giản là không thể xử lý công suất cao mà các động cơ này tạo ra. Trên thực tế, một xi-lanh trên chiếc Hemis đốt nitro 500 inch khối đó tạo ra lực đẩy khoảng 800 pound thông qua một ống xả duy nhất.
Tất cả các động cơ, dù là động cơ đốt trong hay động cơ điện, đều hoạt động ở các tốc độ khác nhau. Đối với hầu hết các trường hợp, động cơ hoàn thành hành trình hoặc chu kỳ công suất càng nhanh thì càng tạo ra nhiều công suất. Khi nói đến một động cơ đốt trong, có ba yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của nó: tốc độ, mô-men xoắn và công suất.
Tốc độ được xác định bởi tốc độ thực hiện công việc của động cơ. Khi chúng tôi áp dụng tốc độ động cơ cho một số hoặc đơn vị, chúng tôi đang đo tốc độ động cơ theo số vòng quay trên phút hoặc RPM. "Công việc" mà động cơ thực hiện là lực tác dụng trên một khoảng cách có thể đo được. Mô-men xoắn được định nghĩa là một loại công việc đặc biệt tạo ra chuyển động quay. Điều này xảy ra khi một lực tác dụng lên bán kính (hoặc, đối với động cơ đốt trong, bánh đà) và thường được đo bằng foot-pound.
Mã lực là tốc độ hoàn thành công việc. Ngày xưa, nếu cần di chuyển đồ vật, người ta thường dùng ngựa để làm việc này. Người ta ước tính rằng một con ngựa có thể di chuyển với tốc độ khoảng 33,000 feet mỗi phút. Đây là nơi bắt nguồn thuật ngữ "mã lực". Không giống như tốc độ và mô-men xoắn, mã lực có thể được đo bằng một số đơn vị, bao gồm: 1 mã lực = 746 W, 1 mã lực = 2,545 BTU và 1 mã lực = 1,055 joules.
Ba yếu tố này kết hợp với nhau để tạo ra công suất động cơ. Vì mô-men xoắn không đổi nên tốc độ và công suất vẫn tỷ lệ thuận. Tuy nhiên, khi tốc độ động cơ tăng lên, công suất cũng tăng lên để giữ cho mô-men xoắn không đổi. Tuy nhiên, nhiều người nhầm lẫn về cách mô-men xoắn và công suất ảnh hưởng đến tốc độ của động cơ. Nói một cách đơn giản, khi mô-men xoắn và công suất tăng lên thì tốc độ của động cơ cũng tăng theo. Điều ngược lại cũng đúng: khi mô-men xoắn và công suất giảm thì tốc độ của động cơ cũng giảm.
Phần 2/4: Động cơ được thiết kế như thế nào để đạt mô-men xoắn cực đại
Một động cơ đốt trong hiện đại có thể được sửa đổi để tăng công suất hoặc mô-men xoắn bằng cách thay đổi kích thước hoặc chiều dài của thanh kết nối và tăng lỗ khoan hoặc lỗ xi lanh. Điều này thường được gọi là tỷ lệ đường kính trên hành trình.
Mô-men xoắn được đo bằng Newton mét. Nói một cách đơn giản, điều này có nghĩa là mô-men xoắn được đo theo chuyển động tròn 360 độ. Ví dụ của chúng tôi sử dụng hai động cơ giống hệt nhau có cùng đường kính lỗ khoan (hoặc đường kính xi lanh đốt). Tuy nhiên, một trong hai động cơ có "hành trình" dài hơn (hoặc độ sâu xi-lanh do thanh nối dài hơn tạo ra). Động cơ hành trình dài hơn có chuyển động tuyến tính hơn khi nó quay qua buồng đốt và có nhiều đòn bẩy hơn để hoàn thành cùng một nhiệm vụ.
Mô-men xoắn được đo bằng pound-feet hoặc lượng "mô-men xoắn" được áp dụng để hoàn thành một tác vụ. Ví dụ, hãy tưởng tượng bạn đang cố nới lỏng một chiếc chốt gỉ. Giả sử bạn có hai cờ lê ống khác nhau, một cái dài 2 foot và cái kia dài 1 foot. Giả sử bạn đang tác dụng cùng một lực (áp suất 50 lb trong trường hợp này), thì trên thực tế, bạn đang tác dụng mô-men xoắn 100 ft-lb cho cờ lê hai foot (50 x 2) và chỉ 50 lb. mô-men xoắn (1 x 50) với cờ lê một chân. Cờ lê nào giúp bạn tháo bu lông dễ dàng hơn? Câu trả lời rất đơn giản - loại có nhiều mô-men xoắn hơn.
Các kỹ sư đang phát triển một động cơ cung cấp tỷ lệ mô-men xoắn trên mã lực cao hơn cho những phương tiện cần thêm "sức mạnh" để tăng tốc hoặc leo dốc. Bạn thường thấy các số liệu mô-men xoắn cao hơn đối với các phương tiện hạng nặng được sử dụng để kéo hoặc động cơ hiệu suất cao trong đó khả năng tăng tốc là rất quan trọng (chẳng hạn như trong ví dụ về Động cơ sử dụng nhiên liệu hàng đầu của NHRA ở trên).
Đó là lý do tại sao các nhà sản xuất ô tô thường nhấn mạnh tiềm năng của động cơ mô-men xoắn cao trong quảng cáo xe tải. Mô-men xoắn của động cơ cũng có thể được tăng lên bằng cách thay đổi thời điểm đánh lửa, điều chỉnh hỗn hợp nhiên liệu/không khí và thậm chí tăng mô-men xoắn đầu ra trong một số tình huống nhất định.
Phần 3/4: Tìm hiểu các biến số khác ảnh hưởng đến mô-men xoắn định mức động cơ tổng thể
Khi nói đến việc đo mô-men xoắn, có ba biến duy nhất cần xem xét trong động cơ đốt trong:
Lực được tạo ra ở RPM cụ thể: Đây là công suất động cơ tối đa được tạo ra ở một RPM nhất định. Khi động cơ tăng tốc, có một đường cong RPM hoặc mã lực. Khi tốc độ động cơ tăng lên, công suất cũng tăng lên cho đến khi đạt mức tối đa.
Khoảng cách: Đây là độ dài của hành trình của thanh kết nối: hành trình càng dài thì mô-men xoắn được tạo ra càng nhiều, như chúng tôi đã giải thích ở trên.
Hằng số mô-men xoắn: Đây là một số toán học được gán cho tất cả các động cơ, 5252 hoặc RPM không đổi trong đó công suất và mô-men xoắn được cân bằng. Con số 5252 bắt nguồn từ quan sát rằng một mã lực tương đương với 150 pound khi di chuyển 220 feet trong một phút. Để thể hiện điều này bằng foot-pound mô-men xoắn, James Watt đã đưa ra công thức toán học đã phát minh ra động cơ hơi nước đầu tiên.
Công thức có dạng như sau:
Giả sử một lực 150 pound được tác dụng lên một foot bán kính (hoặc một vòng tròn bên trong xi lanh của động cơ đốt trong chẳng hạn), bạn sẽ phải chuyển đổi lực này thành mô-men xoắn foot-pound.
220 fpm cần được ngoại suy thành RPM. Để làm điều này, hãy nhân hai số pi (hoặc 3.141593), bằng 6.283186 feet. Lấy 220 feet và chia cho 6.28 và chúng tôi nhận được 35.014 vòng / phút cho mỗi vòng quay.
Lấy 150 feet và nhân với 35.014 và bạn nhận được 5252.1, hằng số của chúng tôi được tính bằng foot-pound mô-men xoắn.
Phần 4/4: Cách tính momen xoắn ô tô
Công thức cho mô-men xoắn là: mô-men xoắn = công suất động cơ x 5252, sau đó được chia cho RPM.
Tuy nhiên, vấn đề với mô-men xoắn là nó được đo ở hai nơi khác nhau: trực tiếp từ động cơ và đến các bánh dẫn động. Các thành phần cơ khí khác có thể tăng hoặc giảm định mức mô-men xoắn tại các bánh xe bao gồm: kích thước bánh đà, tỷ số truyền, tỷ số trục truyền động và chu vi lốp/bánh xe.
Để tính toán mô-men xoắn của bánh xe, tất cả các yếu tố này phải được đưa vào một phương trình mà tốt nhất là để chương trình máy tính có trong băng thử động. Trên loại thiết bị này, xe được đặt trên một giá đỡ và các bánh dẫn động được đặt bên cạnh một hàng con lăn. Động cơ được kết nối với một máy tính đọc tốc độ động cơ, đường cong tiêu thụ nhiên liệu và tỷ số truyền. Những con số này được tính đến với tốc độ bánh xe, gia tốc và RPM khi ô tô được điều khiển trên dyno trong khoảng thời gian mong muốn.
Tính toán mô-men xoắn động cơ dễ xác định hơn nhiều. Bằng cách làm theo công thức trên, sẽ thấy rõ mô-men xoắn của động cơ tỷ lệ thuận với công suất và vòng tua máy của động cơ như đã giải thích trong phần đầu tiên. Sử dụng công thức này, bạn có thể xác định xếp hạng mô-men xoắn và mã lực tại mỗi điểm trên đường cong RPM. Để tính toán mô-men xoắn, bạn cần có dữ liệu công suất động cơ do nhà sản xuất động cơ cung cấp.
Một số người sử dụng máy tính trực tuyến do MeasureSpeed.com cung cấp, công cụ này yêu cầu bạn nhập định mức công suất động cơ tối đa (do nhà sản xuất cung cấp hoặc điền trong khi sử dụng máy phát điện chuyên nghiệp) và RPM mong muốn.
Nếu bạn nhận thấy hiệu suất của động cơ khó tăng tốc và không có công suất như bạn nghĩ, hãy nhờ một trong những thợ máy được chứng nhận của AvtoTachki tiến hành kiểm tra để xác định nguồn gốc của vấn đề.
