Ha összehasonlítjuk a motorok fejlődését az évek során, azt látjuk, hogy a teljesítményértékek olyan szintekre nőttek, amelyekről elképzelni sem lehetett, például az 1,0 literes Fiatnál (lásd a cikket a Hamarosan című szakaszban, az Ön műhelyében, ez év áprilisi számából, az Uno Mille motor evolúciójáról).
Nézzük meg, miért könnyű kihúzni a lovakat, ellentétben a nyomatékkal, amely közvetlenül összefügg az elmozdulás, a hajtórúd hosszával, a főtengely löketével és egyéb változókkal kapcsolatos fizikai problémákkal.
Kutatási forrásként a How Stuff Works nemzetközi intézmény által bemutatott fogalmakat használtuk.
Mi a nyomaték?
A forgatónyomaték olyan erő, amely hajlamos elforgatni vagy elfordítani a tárgyakat. Például: A forgatónyomaték minden alkalommal generálódik, amikor egy csavarkulccsal erőt alkalmaznak. Jó példa az autó kerékanyáinak meghúzása. Amikor kerékkulcsot használnak, az bizonyos erőt fejt ki a forgatáshoz. Ez az erő nyomatékot hoz létre az anyán, amely hajlamos a (csap) tengely körül forogni.
A nyomaték mértékegysége az angol hüvelyk-font vagy lábfont, a Nemzetközi Mértékegységrendszer (SI) mértékegysége pedig a Newton-méter.
A nyomatékegységeknek két kapcsolódó összetevővel kell rendelkezniük: az erővel és a távolsággal. A nyomaték kiszámításához csak az alkalmazott erőt kell megszorozni az alkalmazási pont és a forgástengely középpontja között mért távolsággal. Anyák esetében, ha a kulcs 1 láb hosszú és az alkalmazott erő 200 font, akkor 200 font forgatónyomatékot generál. Ha kétlábú csavarkulcsot használ, akkor 100 font erőt kell kifejtenie, hogy ugyanazt a nyomatékot generálja, és így tovább. Ez az oka annak, hogy a gumijavító műhelyek túlméretezett csavarkulcsokat használnak a teherautó-anyák meglazításához.
Egy belső égésű motor nyomatékot hoz létre, és ezzel forgatja a főtengelyt. Ez a nyomaték pontosan ugyanúgy jön létre: egy bizonyos távolságon keresztül erőt fejtenek ki.
Nézze meg most a nyomatékképzés néhány részletét, ahol az „X” a vízszintes munkatávolság vagy a nyomaték generálása:
1. Égési idő kezdete: A dugattyú lemegy és a nyomaték növekszik
2º Fél égési idő: A dugattyú tovább süllyed, és a nyomaték teljesen megjelenik (X=a maximális teljesítménytávolság a tengely és a csap között)
3º Az égési idő vége: a dugattyú befejezi a süllyedést, és a nyomaték fokozatosan csökken
A hengerben keletkező égés nyomást gyakorol a dugattyúfejre, így ugyanaz a nyomás erőt hoz létre, amely lenyomja azt. Az erő a dugattyúról a hajtórúdra, onnan pedig a főtengelyre kerül. A 2. ábrán vegye figyelembe, hogy az a pont, ahol a hajtórúd a főtengelyhez csatlakozik, a legnagyobb távolságra van a tengely középpontjától. A vízszintes távolság a főtengely forgása során változik, és így a nyomaték is változik, mivel a nyomaték egyenlő az erő szorzatával a távolsággal.
Megkérdezheti, hogy miért csak a vízszintes távolság fontos a motor nyomatékának meghatározásában. Amikor a dugattyú ciklusának legmagasabb pontján van, a hajtórúd egyenesen lefelé helyezkedik el, egy vonalban a főtengely középpontjával. Ebben a helyzetben nem keletkezik nyomaték, mert csak a tengelyre merőleges karra ható erő tud nyomatékot generálni (ez ugyanaz lenne, mintha egy kerékkulcsot függőlegesen pozícionálnánk és rámásznánk, vagyis még akkor is, ha lehetne egyensúlyozni a kulcs tetején, az anya nem lazulna meg).
Ebben a helyzetben nincs mód arra, hogy a motor nyomatékot generáljon.
A nyomatékmérő egységek közötti különbségek
A brazil műhelyekben a leggyakrabban használt mértékegységek a kgfm (kilogramm-erőmérő) és az Nm (Newton-mérő). Az SI (International System of Units) által hivatalosan elfogadott mértékegység a Newton-méter, amely megfelel a forgásponttól 1 méteres távolságban kifejtett 1 Newton erő által okozott nyomatéknak.
A kilogramm-erő mértékegysége az 1 kilogramm tömegre kifejtett erő, amely a Föld gravitációjának van kitéve. Rövidítése kgf, néha csak kg. Bár a gravitációs erő a földgömbön pontról pontra változik, az alapértelmezett 9,80665 m/s² értéket veszik figyelembe.
Tehát 1 kilogramm erőmérő (kgfm)=9,80665 Nm
Azaz 1 Nm majdnem 10-szer többet ér, mint a kgfm mértékegység.
Pl: Ha egy autómotor 10 kgfm nyomatékot ad le 5000 ford./percnél, akkor 98 066 Nm nyomatékot ad le, vagy egyszerűen 98 Nm-t, mivel a tizedesvessző utáni helyek elhanyagolhatóak ennek a mértékegységnek a használatakor..
Érdekességek
Bár a Newton-méter dimenzióiban egy Joule-nak felel meg (az Energia és Munka Nemzetközi Rendszerének mértékegysége), ez egy skaláris mennyiség, míg az erő nyomatéka keresztszorzatként van meghatározva, tehát vektoros mennyiség.
A kilogramm-erő soha nem volt része az 1960-ban bevezetett nemzetközi rendszer mértékegységeinek, amelynek a Newton az erőegysége. Egykor azonban széles körben használt mértékegység volt, nevezetesen a repüléstechnikában (ahol a rakéták tolóerejét jelezte) és az autóiparban. Ma is néha az Európai Űrügynökség használja.
Mi az a hatalom?
A teljesítmény azt méri, hogy milyen gyorsan fut egy munka.
Pl: Egy kar használatával 200 font láb forgatónyomatékot generálhat, de el tudná forgatni percenként 3000-szer?
Tehát a teljesítmény mértékét referenciaként (és értékesítési jellemzőként) használják az autóipari univerzumban a könnyű és közepes méretű autók esetében, amelyek a legnagyobb sebességgel rendelkeznek. A nehéz vonalakon (teherautók és buszok) a nyomaték kötelező.
A következő hasonlattal élhetünk: képzeljünk el egy 20 emeletes épületet, két, egyenként 15 000 literes víztartállyal. Ezután a vízszivattyúnak bizonyos sebességgel fel kell töltenie a víztartályokat. A teljesítmény összehasonlítható azzal a sebességgel, amellyel a víz eléri a dobozokat (az emelkedéshez szükséges idő). A nyomaték összehasonlítható azzal az erővel vagy vízmennyiséggel, amelyet a szivattyú a dobozokhoz tud nyomni.
A fenti példához hasonlóan a motornak tökéletesen egyeznie kell a nyomatékkal és a teljesítményegységekkel.
A nagy nyomatékú motorokat nem lehet túlzottan rákényszeríteni a forgásra (RPM) olyan fizikai korlátok miatt, mint például: a hajtórudak hossza, a főtengely hosszú lökete, többek között olyan tényezők, amelyek törést okozhatnak. Másrészt a nagy sebességű motorok nagy teljesítményt adnak le mérsékelt nyomaték mellett (amely arányos lesz a lökettérfogattal), kivéve a kompresszoros motorok esetében.
Például: A 430 LE-s C-12 teherautóban használt 12 literes Caterpillar dízelmotor több mint 228 Nm nyomatékot ad le mindössze 1200 ford./percnél, míg a hasonlóan 437 literes Ford Mustang lóerős motor „csak” 48,9 kg/m nyomaték 5600 ford./percnél. Ennek az az oka, hogy a Ford Mustang maximális „X” távolsága sokkal rövidebb a Caterpillar motorhoz képest.
Kompenzációként a teherautó végsebessége korlátozott lesz, ellentétben a járművel, amely magas pontokat fog elérni.
Európában az autógyártók a kW-ot (kilowatt) használják erőforrásként. A kilowatt értékek eléréséhez egyszerűen szorozza meg a deklarált lóerőt (cv) 0,7354988-cal.
Pl.: Egy 100 LE-s jármű 73,549875 kW-os vagy egyszerűen 73,5 kW-os lesz.
Példa Caterpillar C-12 motorral felszerelt teherautóra, amely alacsony fordulatszámon nagy nyomatékot ad le
Az előkészített Ford Mustang a Caterpillar-motorhoz hasonló teljesítményt ad, de körülbelül 4-szer nagyobb fordulatszámmal és 4-szer kisebb nyomatékkal
