Cum să măsori cuplul (cuplul) al mașinii tale

Cuplul este proporțional cu cai putere și variază în funcție de vehicul și de caracteristicile acestuia. Dimensiunea roții și raportul de transmisie afectează cuplul.

Indiferent dacă cumpărați o mașină nouă sau construiți un hot rod în garaj, doi factori intră în joc atunci când se determină performanța motorului: cai putere și cuplu. Dacă sunteți ca majoritatea mecanicilor de bricolaj sau pasionaților de mașini, probabil că aveți o bună înțelegere a relației dintre cai putere și cuplu, dar s-ar putea să vă fie greu să înțelegeți cum sunt obținute acele cifre „picior-lire”. Credeți sau nu, de fapt nu este atât de greu.

Înainte de a intra în detaliile tehnice, haideți să descompunem câteva fapte și definiții simple pentru a vă ajuta să înțelegeți de ce atât puterea cât și cuplul sunt factori importanți de luat în considerare. Trebuie să începem prin a defini cele trei elemente de măsurare a performanței motorului cu ardere internă: viteza, cuplul și puterea.

Partea 1 din 4: Înțelegerea modului în care viteza motorului, cuplul și puterea afectează performanța generală

Într-un articol recent din revista Hot Rod, unul dintre cele mai mari mistere ale performanței motorului a fost în sfârșit rezolvat revenind la elementele de bază despre cum contează de fapt puterea. Majoritatea oamenilor cred că dinamometrele (dinamometrele pentru motor) sunt concepute pentru a măsura puterea motorului.

De fapt, dinamometrele nu măsoară puterea, ci cuplul. Această cifră de cuplu este înmulțită cu RPM la care este măsurată și apoi împărțită la 5,252 pentru a obține cifra de putere.

Timp de peste 50 de ani, dinamometrele folosite pentru a măsura cuplul motorului și RPM pur și simplu nu au putut face față puterii mari generate de aceste motoare. De fapt, un cilindru pe acel Hemis cu nitro de 500 de inchi cubi produce aproximativ 800 de lire de tracțiune printr-o singură țeavă de evacuare.

Toate motoarele, fie ele cu ardere internă sau electrice, funcționează la turații diferite. În cea mai mare parte, cu cât un motor își finalizează mai repede cursa sau ciclul de putere, cu atât produce mai multă putere. Când vine vorba de un motor cu ardere internă, există trei elemente care îi afectează performanța generală: viteza, cuplul și puterea.

Viteza este determinată de cât de repede funcționează motorul. Când aplicăm viteza motorului unui număr sau unitate, măsurăm viteza motorului în rotații pe minut sau RPM. „Munca” pe care o face un motor este forța aplicată pe o distanță măsurabilă. Cuplul este definit ca un tip special de lucru care produce rotație. Acest lucru se întâmplă atunci când o forță este aplicată pe rază (sau, pentru un motor cu ardere internă, volantului) și este de obicei măsurată în kilograme-picior.

Caii putere este viteza cu care se lucrează. Pe vremuri, dacă obiectele trebuiau mutate, oamenii foloseau de obicei un cal pentru a face acest lucru. S-a estimat că un cal se poate mișca cu aproximativ 33,000 de picioare pe minut. De aici provine termenul „cai putere”. Spre deosebire de viteză și cuplu, caii putere pot fi măsurați în mai multe unități, inclusiv: 1 CP = 746 W, 1 CP = 2,545 BTU și 1 CP = 1,055 jouli.

Aceste trei elemente lucrează împreună pentru a produce puterea motorului. Deoarece cuplul rămâne constant, viteza și puterea rămân proporționale. Cu toate acestea, pe măsură ce turația motorului crește, crește și puterea pentru a menține constant cuplul. Cu toate acestea, mulți oameni sunt confuzi cu privire la modul în care cuplul și puterea afectează turația unui motor. Mai simplu spus, pe măsură ce cuplul și puterea cresc, la fel crește și turația motorului. Este valabil și invers: pe măsură ce cuplul și puterea scad, la fel și turația motorului.

Partea 2 din 4: Cum sunt proiectate motoarele pentru un cuplu maxim

Un motor modern cu ardere internă poate fi modificat pentru a crește puterea sau cuplul prin modificarea mărimii sau lungimii bielei și mărind alezajul sau alezajul cilindrului. Acesta este adesea denumit raportul dintre alezaj și cursă.

Cuplul se măsoară în Newtoni metri. Mai simplu spus, asta înseamnă că cuplul este măsurat într-o mișcare circulară de 360 ​​de grade. Exemplul nostru folosește două motoare identice cu același diametru (sau diametrul cilindrului de ardere). Cu toate acestea, unul dintre cele două motoare are o „cursă” mai lungă (sau adâncimea cilindrului creată de biela mai lungă). Un motor cu cursă mai lungă are o mișcare mai liniară pe măsură ce se rotește prin camera de ardere și are mai multă pârghie pentru a îndeplini aceeași sarcină.

Cuplul este măsurat în lire-picior sau cât de mult „cuplu” este aplicat pentru a finaliza o sarcină. De exemplu, imaginați-vă că încercați să slăbiți un șurub ruginit. Să presupunem că aveți două chei pentru țevi diferite, una lungă de 2 picioare și cealaltă lungă de 1 picior. Presupunând că aplicați aceeași cantitate de forță (presiune de 50 lb în acest caz), aplicați de fapt 100 ft-lbs de cuplu pentru o cheie de două picioare (50 x 2) și doar 50 lbs. cuplu (1 x 50) cu o cheie cu un singur picior. Ce cheie vă va ajuta să deșurubați șurubul mai ușor? Răspunsul este simplu - cel cu mai mult cuplu.

Inginerii dezvoltă un motor care oferă un raport cuplu-cai putere mai mare pentru vehiculele care au nevoie de „putere” suplimentară pentru a accelera sau a urca. De obicei, vedeți cifre mai mari ale cuplului pentru vehiculele grele utilizate pentru remorcare sau motoare de înaltă performanță unde accelerația este critică (cum ar fi exemplul NHRA Top Fuel Engine de mai sus).

De aceea, producătorii de mașini evidențiază adesea potențialul motoarelor cu cuplu mare în anunțurile pentru camioane. De asemenea, cuplul motorului poate fi crescut prin modificarea momentului de aprindere, ajustarea amestecului combustibil/aer și chiar prin creșterea cuplului de ieșire în anumite scenarii.

Partea 3 din 4: Înțelegerea altor variabile care afectează cuplul nominal general al motorului

Când vine vorba de măsurarea cuplului, există trei variabile unice de luat în considerare într-un motor cu ardere internă:

Forța generată la un anumit RPM: Aceasta este puterea maximă a motorului generată la un anumit RPM. Pe măsură ce motorul accelerează, există o curbă RPM sau cai putere. Pe măsură ce turația motorului crește, crește și puterea până ajunge la nivelul maxim.

Distanța: Aceasta este lungimea cursei bielei: cu cât cursa este mai lungă, cu atât se generează mai mult cuplu, așa cum am explicat mai sus.

Constanta de cuplu: Acesta este un număr matematic care este atribuit tuturor motoarelor, 5252 sau un RPM constant unde puterea și cuplul sunt echilibrate. Numărul 5252 a fost derivat din observația că un cai putere este echivalent cu 150 de lire sterline parcurgând 220 de picioare într-un minut. Pentru a exprima acest lucru în picior-lire de cuplu, James Watt a introdus formula matematică care a inventat primul motor cu abur.

Formula arată astfel:

Presupunând că o forță de 150 de lire sterline este aplicată pe un picior de rază (sau un cerc care se află în interiorul cilindrului unui motor cu ardere internă, de exemplu), ar trebui să o convertiți în picior-lire de cuplu.

220 fpm trebuie extrapolat la RPM. Pentru a face acest lucru, înmulțiți două numere pi (sau 3.141593), care este egal cu 6.283186 picioare. Luați 220 de picioare și împărțiți la 6.28 și obținem 35.014 rpm pentru fiecare rotație.

Luați 150 de picioare și înmulțiți cu 35.014 și obțineți 5252.1, constanta noastră care numără în picioare-lire de cuplu.

Partea 4 din 4: Cum se calculează cuplul mașinii

Formula pentru cuplu este: cuplu = puterea motorului x 5252, care este apoi împărțită la RPM.

Cu toate acestea, problema cuplului este că se măsoară în două locuri diferite: direct de la motor și la roțile motoare. Alte componente mecanice care pot crește sau scădea cuplul nominal la roți includ: dimensiunea volantului, rapoartele de transmisie, raporturile axelor motoare și circumferința anvelopei/roții.

Pentru a calcula cuplul roții, toate aceste elemente trebuie luate în considerare într-o ecuație care este cel mai bine lăsată programului de calculator inclus în bancul de testare dinamică. Pe acest tip de echipament, vehiculul este așezat pe un rack, iar roțile motoare sunt așezate lângă un rând de role. Motorul este conectat la un computer care citește turația motorului, curba consumului de combustibil și rapoartele de transmisie. Aceste numere sunt luate în considerare cu viteza roții, accelerația și turația pe minut, pe măsură ce mașina este condusă pe dyno pentru perioada de timp dorită.

Calcularea cuplului motorului este mult mai ușor de determinat. Urmând formula de mai sus, devine clar modul în care cuplul motorului este proporțional cu puterea și turația motorului, așa cum este explicat în prima secțiune. Folosind această formulă, puteți determina cuplul și puterea nominală în fiecare punct al curbei RPM. Pentru a calcula cuplul, trebuie să aveți datele despre puterea motorului furnizate de producătorul motorului.

calculator de cuplu

Unii oameni folosesc calculatorul online oferit de MeasureSpeed.com, care vă cere să introduceți puterea maximă a motorului (furnizată de producător sau completată în timpul unui dyno profesionist) și RPM dorit.

Dacă observați că performanța motorului dvs. este greu de accelerat și nu are puterea pe care credeți că ar trebui să o aibă, cereți unuia dintre mecanicii autorizați AvtoTachki să efectueze o inspecție pentru a determina sursa problemei.