Of u nu een nieuwe auto koopt of een hot rod bouwt in uw garage, twee factoren spelen een rol bij het bepalen van de motorprestaties: paardenkracht en koppel. Als je net als de meeste doe-het-mecaniciens of autoliefhebbers bent, heb je waarschijnlijk een goed begrip van de relatie tussen paardenkracht en koppel, maar kan het moeilijk zijn om te begrijpen hoe die "foot pond" -cijfers worden bereikt. Geloof het of niet, het is echt niet zo complex.
Voordat we te technisch worden, laten we enkele simpele feiten en definities uit de doeken doen die het gemakkelijker maken om te begrijpen waarom zowel paardenkracht als koppel belangrijke factoren zijn om te overwegen. We moeten beginnen met het definiëren van de drie elementen voor het meten van de prestaties van een verbrandingsmotor: snelheid, koppel en paardenkracht.
Deel 1 van 4: Begrijpen hoe motorsnelheid, koppel en paardenkracht de algehele prestaties beïnvloeden
In een recent Hot Rod-tijdschriftartikel werd een van de grootste mysteries in motorprestaties eindelijk bedacht door terug te gaan naar de basis van hoe pk's feitelijk worden verwerkt. De meeste mensen gaan ervan uit dat dynometers (motordynos) zijn ontworpen om de paardenkracht van een motor te meten.
In werkelijkheid meten dynometers het vermogen niet, ze meten het koppel. Dat koppel wordt vermenigvuldigd met het toerental dat wordt gemeten en vervolgens gedeeld door 5.252 om een paardenkracht te produceren.
Al meer dan 50 jaar konden de dynometers die werden gebruikt voor het meten van koppel en motortoerental eenvoudigweg het intense vermogen van deze motoren niet aan. In feite produceert één cilinder op deze 500 kubieke inch verplaatsing, nitromethaanverbrandende Hemis naar schatting 800 pond stuwkracht door een enkele uitlaatpijp.
Alle motoren, of ze nu worden verbrand of elektrisch worden aangedreven, werken op verschillende snelheden. Voor het grootste deel, hoe sneller een motor zijn krachtslag of cyclus voltooit, hoe meer kracht hij produceert. Met betrekking tot een verbrandingsmotor zijn de drie elementen die van invloed zijn op de algehele prestaties van die motor snelheid, koppel en paardenkracht.
Snelheid wordt gedefinieerd als hoe snel de motor zijn werk doet. Wanneer we de snelheid van de motor op een aantal of een maateenheid toepassen, meten we het toerental van de motor in omwentelingen per minuut of RPM. Het "werk" dat de motor uitvoert, is een kracht die over een gemeten afstand wordt uitgeoefend. Koppel wordt gedefinieerd als een speciaal soort werk dat rotatie produceert. Dit gebeurt wanneer een kracht inwerkt op een straal (of, voor een verbrandingsmotor, het vliegwiel) en wordt typisch gemeten in voet pond.
Horsepower is de snelheid waarmee het werk wordt volbracht. Vroeger, als objecten verplaatst moesten worden, gebruikten mensen typisch een paard om het te verplaatsen. Er werd geschat dat één paard ongeveer 33.000 voet per minuut zou kunnen bewegen. Dit is waar de term "paardenkracht" vandaan komt. Anders dan snelheid en koppel kan pk in meerdere eenheden worden gemeten, waaronder: 1 HP = 746 watt, 1 HP = 2.545 BTUs en 1 HP = 1.055 joules.
Deze drie elementen werken samen om motorvermogen te produceren. Omdat het koppel constant blijft, blijven snelheid en paardenkracht proportioneel. Naarmate de motorsnelheid toeneemt, neemt het vermogen ook toe om een constant koppel te behouden. Waar veel mensen in de war raken, zit echter in hoe koppel en paardenkracht de snelheid van de motor beïnvloeden. Heel eenvoudig, als het koppel en de paardenkracht toenemen, neemt ook de snelheid van de motor toe. Het omgekeerde is ook waar: wanneer het koppel en paardenkracht afnemen, neemt ook de snelheid van de motor af.
Deel 2 van 4: Hoe motoren worden gebouwd om het koppel te maximaliseren
De moderne verbrandingsmotor kan worden gewijzigd om het paardenvermogen of koppel te vergroten door de maat of lengte van de verbindingsstang te manipuleren en de boring of diameter van de cilinder te vergroten. Dit wordt vaak de boring / slag-verhouding genoemd.
Koppel wordt gemeten in Newton meter. In eenvoudige bewoordingen betekent dit dat het koppel wordt gemeten in een cirkelvormige beweging van 360 graden. Ons voorbeeld neemt twee identieke motoren met dezelfde boring (of de diameter van de verbrandingscilinder). Een van de twee motoren heeft echter een langere "slag" (of de diepte van de cilinder zoals geproduceerd door een langere verbindingsstang). De motor met de langere slag heeft meer rechte beweging terwijl deze door de verbrandingskamer draait en heeft meer hefboomwerking om dezelfde taak te volbrengen.
Koppel wordt gemeten in pond-voet of hoeveel "torsiekracht" wordt toegepast om een taak te voltooien. Stel je bijvoorbeeld voor dat je een roestige bout probeert los te maken. Laten we aannemen dat je twee verschillende pijpsleutels hebt, één is 2 'lang, de ander is 1' lang. Ervan uitgaande dat u dezelfde hoeveelheid kracht uitoefent (in dit geval 50 pond druk) past u feitelijk 100 foot pond koppel toe voor de twee-voet-sleutel (50 x 2) en slechts 50 lbs. van het koppel (1 x 50) met de steeksleutel. Met welke sleutel kunt u de bout gemakkelijker losdraaien? Het antwoord is eenvoudig: degene met meer koppel.
Ingenieurs ontwikkelen een motor om een hogere koppel / pk-verhouding te produceren voor voertuigen die het extra "vermogen" nodig hebben voor versnelling of voor klimmen. Doorgaans ziet u hogere koppelwaarden voor zware vrachtwagens die worden gebruikt voor sleeptoepassingen of krachtige motoren waarbij versnelling van cruciaal belang is (zoals het bovenstaande voorbeeld van de NHRA Top Fuel Engine).
Dit is de reden waarom autofabrikanten vaak wijzen op het hoge koppelpotentieel van motoren in vrachtwagenreclame. Het motorkoppel kan ook worden versterkt door de ontstekingstijdstip te wijzigen, lucht aan brandstofmengsels aan te passen en zelfs te manipuleren om de koppeloutput tijdens bepaalde scenario's te verhogen.
Deel 3 van 4: Begrip van andere variabelen die van invloed zijn op de totale koppelbelasting van een motor
Als het gaat om het meten van het koppel, zijn er drie unieke variabelen binnen de verbrandingsmotor die u moet overwegen:
De kracht gecreëerd bij een specifiek toerental: dit is het maximale vermogen van de motor geproduceerd met een gewenst toerental. Wanneer een motor accelereert, is er een toerental of paardenkrachtcurve. Naarmate de RPM van de motor toeneemt, neemt ook het vermogen toe, totdat het een maximaal niveau bereikt.
De afstand: dit is de lengte van de drijfstangslag: hoe langer de slag, hoe meer koppel wordt gecreëerd zoals we hierboven hebben uitgelegd.
De constante van het koppel: dit is een wiskundig getal dat is toegewezen aan alle motoren, 5252 of het constante toerental waarbij het vermogen en het koppel in balans zijn. Het nummer 5252 was afgeleid van de waarneming dat één paardenkracht equivalent was aan 150 pond, die 220 voet in één minuut bedekte. Om dit in voet pond koppel te uiten, werd een wiskundige formule geïntroduceerd door James Watt, die de eerste stoommachine uitvond.
De formule is als volgt:
Ervan uitgaande dat de kracht van 150 pond wordt toegepast op een voet van een radius (of cirkel die bijvoorbeeld in een cilinder van een verbrandingsmotor wordt gevonden), zou je dit moeten omrekenen naar een kilootje aan voetkoppel.
220 voet in één minuut moet worden geëxtrapoleerd in omwentelingen per minuut. Om dit te doen, zou je twee keer Pi (of 3.141593) nemen, wat gelijk is aan 6.283186 voet. Neem 220 voet en deel door 6.28 en we krijgen een RPM van 35.014 voor elke revolutie.
Neem de 150 voet en vermenigvuldig maal 35.014 en je krijgt 5252.1 - dat is onze constante die wordt meegewogen in het meten van kilootjes koppel.
Deel 4 van 4: Hoe het koppel van een voertuig te berekenen
De formule voor het berekenen van het koppel is het koppel = paardenkracht van de motor x 5252, die vervolgens wordt gedeeld door de RPM's.
Het probleem met het koppel is echter dat het op twee verschillende plaatsen wordt gemeten: rechtstreeks van de motor en van de aandrijfwielen. Andere mechanische componenten dan de koppelwaarden voor de wielen kunnen verhogen of verlagen, zijn: vliegwielgrootte, overbrengingsverhoudingen, aandrijfasoverbrengingsverhoudingen en band / wielomtrek.
Om het koppel van het wiel te berekenen, moeten al deze items worden meegewogen in de vergelijking, die het best overgelaten wordt aan een computerprogramma dat is opgenomen in een prestatiedynamo. Bij dit type apparatuur wordt de auto op een rek geplaatst en worden de aandrijfbanden naast een reeks rollen geplaatst. De motor is aangesloten op een computer die het motortoerental, de brandstofcurve en overbrengingsverhoudingen controleert. Deze getallen worden meegerekend met wielsnelheid, acceleratie en schakel-RPM's als het voertuig gedurende een gewenste tijdsduur op de dyno wordt aangedreven.
De berekening van het koppel van de motor is een stuk eenvoudiger te bepalen. Volgens de bovenstaande formule is het duidelijk om te zien hoe het koppel van de motor evenredig is met de paardenkracht en het toerental van de motoren, zoals uitgelegd in het eerste gedeelte. Door deze formule te gebruiken, kunt u het koppel en de paardenkrachten berekenen op elk punt van de RPM-curve. U moet de paardenkrachtcijfers van de motor hebben die door de motorfabrikant zijn geproduceerd om het koppel te berekenen.
KoppelcalculatorSommige mensen maken gebruik van een online rekenmachine, aangeboden door MeasureSpeed.com, waarbij u de maximale paardenkrachten van de motor moet invoeren (geleverd door de fabrikant of voltooid tijdens een professionele dyno-trekkracht) en de gewenste RPM.
Als u merkt dat uw motorprestaties moeilijker te versnellen zijn en niet over de benodigde kracht beschikken, laat dan een door Vermin-Club gecertificeerd monteur een inspectie uitvoeren om de oorzaak van het probleem te achterhalen.