Sukimo momentas ir galia
Daugumai neitin patyrusių automėgėjų iškyla klausimas: kas yra sukimo momentas ir kaip jis siejasi su galia? Kaip šios dvi charakteristikos įtakoja automobilio dinamiką? Į šiuos klausimus ir pabandysime atsakyti.
- Jėga, darbas ir laikas
Tarkime, turime vieno niutono (N) svorio kūną, pritvirtintą prie grindų. Kokia jėga mes bekeltume (1, 10 ar 50 N), t.y. kiek energijos bevartotume, darbas nebus atliktas, kadangi kūnas pritvirtintas. Jei kūną išlaisvintume, ir panaudotume jėgą, įgalinančią pakelti 1 niutono svorio kūną į 1 metro aukštį, būtų atliktas 1 N·m darbas. Jei šis veiksmas užtruktų vieną sekundę, darbas būtų atliktas 1 N·m/s greičiu. Jei veiksmo trukmė būtų 0,1 s, darbas būtų atliktas 10 N·m/s greičiu ir t.t.
Norint šį palyginimą pritaikyti automobiliui, reikia išskirti tris kintamuosius: jėgą, darbą ir laiką.
P a s t a b a: originale pateikti JAV standartus atitinkantys matavimo vienetai (colis, pėda, svaras, minutė ir t.t). Verčiant į lietuvių kalbą visi matavimo vienetai pervesti į metrine sistemą (SI) ir atlikti atitinkami perskaičiavimai:
1" (inch) = 0,0254 m
1 ft (foot) = 12" = 0,3048 m
1 mile = 1,6 km
1 lbs (pound) = 0,454 kg
Prisiminkime praeitį. Škotų inžinierius Dž. Vatas (1736-1819) pastebėjo, kad vidutinis tų laikų arklys galėjo traukti 2449,6 N (550 svarų) krovinį 0,3 m/s (1 ft/s) greičiu, darbą atlikdamas 746,625 N·m/s (33.000 lbs·ft/min) greičiu maždaug 8 valandas. Savo pastebėjimus jis viešai paskelbė, pareikšdamas, kad 746,625 N·m/s (W) galia yra ekvivalenti vieno arklio galiai (AG).
1 AG = 746,625 W = 0,747 kW
1 kW = 1,339 AG
Svarbiausia suprasti, kad niekas realiai negali išmatuoti veikiančio variklio galios. Paprastai dinamometriniu stendu mes galime išmatuoti tiktai jėgos momentą, matuojamą niutonmetrais (N·m), arba pvz. JAV - svarais pėdom (lbs·ft). Tik išmatavę sukimo momentą galėsime apskaičiuoti galią, sukimo momento jėgą išreikšdami galios matavimo vienetais.
Mūsų atveju - turime išmatuoti jėgą nuo besisukančių dalių (alkūninio veleno), t.y. sukimo jėgos momentą. 1 N·m jėgos momentas - tai jėga, reikalinga išlaikyti 1 N svorio krovinį, pakabintą ant horizontalaus besvorio sverto, 1 m atstumu nuo atramos taško.
Įsivaizduokime, kad turime minėtą 1 niutono (N) krovinį, pakabintą ant besvorio sverto per 1 metrą nuo atramos taško (sukimosi centro). Jei mes prasuksime krovinį visą apsisukimą, esant 1 N pasipriešinimo jėgai, mes nueisime 6,2832 m (2) kelią ir atliksime 6,2832 N·m darbą. Prisiminkime Dž. Vatą. Jis sakė, kad 746,6 N·m/s arba 44797,5 N·m/min galia tolygi vienai arklio galiai. Jei mes padalinsime 44797,5 N·m darbą iš 6,2832 N·m darbo, padaryto per vieną krovinio apsisukimą, prieisime išvados, kad 1 N·m sukimo momentas prie 7130 aps/min lygus 44797,5 N·m/min galiai, t.y. 1 AG. Jei mes krovinį suksime 3565 aps/min greičiu, gausime, kad galia lygi 0,5 AG ir t.t. Galime išvesti formulę, AG skaičiavimui iš N·m:
AG = N·m * rpm / 7130
- Sukimo momentas
Kas tai? "Tautiškai" kalbant, kiekvienas vairuotojas gali pasakyti, kad sukimo momentas "veža". Bet kuris automobilio, riedančio bet kuria pavara pagreitis atitiks sukimo momento kreivę (jei nepaisysime oro pasipriešinimo ir riedėjimo trinties). Kitaip sakant, išvystomas pagreitis bus didžiausias, kai sukimo momentas bus kreivės viršūnėje, nesvarbu kuri pavara bus įjungta. Sukimo momentas yra vienintelis galios parametras, kurį vairuotojas gali jausti. Arklio jėgos - tai tik neaiškus panašaus konteksto dydis. 100 N·m sukimo momentas prie 2000 aps/min išvystys tokį pat pagreitį, kaip ir prie 4000 aps/min, jei sukimo momento reikšmė bus tokia pati. Pagal formulę, pats galingumas prie 4000 aps/min padvigubės.
Taigi, arklio jėgos iš dalies nėra tokios svarbios. Galios (arklio jėgomis) ir sukimo momento (niutonmetrais) skaitinės vertės susilygina prie 7130 aps/min.
Priešingai sukimo momento kreivei, AG kreivė greitai kyla kartu su variklio sukimosi dažniui, ypač kai sukimo momento kreivė dar nebūna pasiekusi piko. Net kai pastaroji jau leidžiasi žemyn, galios greivė vis dar kyla, kol kyla variklio apsukos. AG kreivė pradeda leistis, kai sukimo momento kreivė pradeda "smigti" greičiau, nei kyla apsukos. Ir net kai galia pasiekia savo piką, vairuotojas to nejaučia, kadangi sukimo momento reikšmė jau gerokai sumažėjusi.
Netikite tuo? Tada paimkite bet kurį neturbuotą automobilį (turbina duoda šiokių tokių niuansų) ir įjungę pirmą pavara įsibėgėkite, kol variklis pasieks sukimo momento piką. Tada staigiai spūstelėkit akseleratorių iki dugno. Tikrai pajusite, kaip jūsų nugara įsirėžia į sėdynę. O dabar leiskite varikliui pasiekti galios piką. Vėl spūstelėję akseleratorių pajusite, kad trauka nebe tokia stipri, kaip pirmu atveju.
- Galia
Jei jau sukimo momentas toks svarbus, kodėl mes paisome galingumo? Todėl, kad geriau sukimo momento pikas aukštesnėse apsukose, negu žemesnėse. Tik tada mes išnaudosime pavarų dėžės teikiamus privalumus.
Lyrinis nukrypimas. Kartą teko matyti vandens ratą. Tai buvo prieš kelis šimtmečius sukonstruotas, masyvus, tingiai besisukantis vandens ratas, kurio velenas prijungtas prie malūno įrengimų. Man pavyko sužinoti, kad rato sukimo momentas siekė 3530 N·m . Rato sukosi 12 aps/min greičiu. Jeigu prikabintume rato veleną prie varančiųjų automobilio ratų, šie akimirksniu pagreitėtų iki 12 aps/min.
Rato sukimąsis 12 aps/min greičiu apytiksliai prilygsta 1,6 km/h automobilio greičiui. Tam kad greitį pakelti iki 100 km/h, reikalinga aukšinanti pavara. Bet po tokios pavaros, ratai atiduos tik 58 N·m. Tai yra labai mažai. Kad vidutiniam automobiliui pasiekti 100 km/h greitį, reikalingas didesnis sukimo momentas. Panaudokime išvestą formulę:
AG = 3530 · 12 / 7130 = 6
Viso labo 6 arklio jėgos !!! Dabar mes matome reikalo esmę - nors vandens ratas atiduoda daug jėgos, ta jėga yra labai ribota.
- Lenktynių trasoje
Dabar išsiaiškinsime, kokią įtaką automobilio pagreičiui daro galia, nepaisant to, kokius pojūčius sukelia sukimo momentas. Labai geras pavyzdys yra sulyginti du variklius - LT1 Corvette ir 1991 metų L98 Vettes. Štai lentelė:
Variklis Max galia AG (rpm) Max suk. mom., N·m (rpm)
L98 250 (4000) 460 (3200)
LT1 300 (5000) 460 (3600)
Automobiliai turi vienodas greičių dėžes, taip pat jų masė nedaug skiriasi, todėl tai yra labai geras palyginimas.
Abu automobiliai prispaus jūsų nugaras prie sėdynių labai panašiai, nes važiuojant bet kuria pavara, variklis yra arba beveik yra ant sukimo momento maksimalios reikšmės. Viena yra jausti automobilio galią savo kūnu ir visai kas kita yra lenktyniauti trasoje. Va čia ir pastebėsime, kad LT1 bus kur kas greitesnis, net jei ir nebus tokios geros traukos, kaip L98. Jei prisiminsime formulę, suprasime, kodėl L98 atsilieka. Štai kita formulės išraiška:
N·m = AG * 7130 / rpm
Pasinaudoję šia išraiška apskaičiuosime, kad L98 išvysto 445 N·m sukimo momentą, esant galios pikui (250 AG / 4000 rpm). Galime prieiti išvadą, kad sukimo momentas negali būti didesnis kaip 357 N·m prie 5000 rpm, kitaip variklio galia prie tokių apsukų būtų didesnė, kaip 250 AG. Iš tikrųjų L98 prie 5000 rpm išvysto ne daugiau, kaip 285 N·m.
Kita vertus, LT1 lengvai išvysto 427 N·m prie 5000 rpm.
Taigi lenktynių trasoje šie automobiliai būtų daugiau ar mažiau lygiaverčiai. L98 gali būti šiek tiek pranašesnis startuojant dėl sukimo momento piko žemesnėse apsukose, tačiau LT1 turi platesnę ir lėkštesnę sukimo momento kreivę. To pasekmė - LT1 įsiveržtų į priekį esant vidutinėms ir aukštoms apsukoms. Taigi, L98 pranašesnis startuojant, o LT1 - esant didesnėms apsukoms.
Kitas pavyzdys - LT1 sulyginimas su ZR-1. Šiuo atveju ZR-1 startuos sunkiau už LT1 (sukimo momento pranašumas čia kompensuojamas didesnės masės), tačiau didesnėse apsukose ZR-1 pranašesnis, kai LT1 jau turi įjungti aukštesnę pavarą.
Yra daugiau šio reiškinio pavyzdžių. Honda Integra GS-R taip pat sunkiau startuoja už kitas Integras, tačiau GS-R startas yra ilgesnis, t.y. aukštesnė pavara įjungiama pasiekus aukštesnes apsukas.
Paskutinis pavyzdys. Įsivaizduokime, kad turime LT1 variklį. Jo sukimo momento kreivės maksimumas yra 460 N·m prie 3600 rpm, bet užuot kreivė kritusi iki 430 N·m prie 5000 rpm, ji išlieka ne mažesnė kaip 430 N·m iki pat 15.000 rpm (nebent turbokompresorius galėtų sustabdyti kreivės kritimą prie tokių apsukų)
Turedami serijinį LT1 greta aukščiau aprašytojo, stebėtume tokį reiškinį: startas, kurio metu abu automobiliai startuoja vienodai, po to serijinis automobilis šiek tiek atsilieka, nes įjungia 2 pavarą. Po kiek laiko jūs jau matote varžovą savo veidrodėlyje, bejungiantį 3, po to 4 pavarą. O jūs vis dar beprotiškai greitėjate, važiuodamas 1 pavara .
Pagal kompiuterinį simuliatorių, LT1 Vette 0,25 mylios (apie 400 metrų) nuvažiuoja per 13,38 s ir būna išvystęs 104,5 mph (167 km/h) greitį. Tai labai artimi rezultatai, ką gali padaryti realus LT1 "drago" aikštelėje, esant 100% oro tankiui. O mūsų patobulinto LT1, naudojančio tik 1 pavarą atitinkami duomenys būtų tokie: 0,25 mylios per 11,96 s, pasiektas greitis - 135,1 mph (216 km/h). Pastarojo automobilio trauka nebus didesnė, bet bus ilgesnė - o tai akivaizdus pranašumas - prie 15.000 rpm bus išvystyta 900 AG galia.
Aišku, tie, kas domėjosi ir turi žinių apie sportinius "dragsterius" dabar juokiasi - juk save gerbiantis automobilis per ketvirtį mylios pasiekiantis 135 mph greitį, tą padaro mažiau nei per 10 s. Taip, tai tiesa, tačiau noriu pabrėžti, kad bet koks save gerbiantis variklis, varantis Vette, turi daug didesnį, nei 460 N·m sukimo momentą.
Iš esmės, reali Corvette, per ketvirtį mylios pasiekianti 135 mph greitį (čia variklis turbūt bus Mega Big Block), turėtų išvystyti 950-1100 N·m sukimo momentą. Jos trauka būtų sunkesnė, negu aprašyto "popierinio" tigro. Reikėtų daug modifikacijų, kad toks sukimo momentas būtų paverstas į automobilio judesį į priekį.
Sugrįžkime prie simuliatoriaus. Jei su savo fantastiniu LT1 atlikdami ketvirčio mylios važiavimus įmontuotume modufikuotą transmisiją su galinio perdavimo skaičiumi 10.35:1, pasiektume tokius pačius rezultatus, kaip ir su Big Block varikliu.
- Greičio ruože
Žiūrint į greičio maksimumą, laimi galingumas, nes didelis sukimo momentas aukštose apsukose reiškia, kad bet kuriam greičiui reikės atitinkamos pavaros, kad išgauti efektyvų sukimo momentą varančiuose ratuose.
Galiausiai, operuodami galios maksimumu, jūs darote visą kas geriausia, bet kuriame greityje skaičiuodami sukimo momentą varančiuose ratuose. Jeigu pagreičio kreivė atitinka sukimo momento kreivę, tai greičio maksimumą atitinka galios pikas. LT1 Vette vėl gali tai pailiustruoti. Jei greitėsime iki sukimo momento maksimumo (3600 rpm), įjungę pavarą, labiausiai tinkamą esamom apsukom, varantieji ratai įgaus sukimo momentą, mažesnį už variklio sukimo momentą (460 N·m) tiek kartų, koks yra galutinis pavaros perdavimo skaičius.
Jei perjungsime pavarą, kad variklio apsukos pasiektų galios maksimumą (5000 rpm), išlaikant tokį patį greitį, varantieji ratai gaus didesnį sukimo momentą, nes pavaros perdavimo skaičius pasikeitė maždaug 39% (5000/3600), o sukimo momentas sumažėjo tik 7% (430/460). Jūs išlošiate 29% varančiųjų ratų sukimo momento priedą, esant galios maksimumui prieš sukimo momento maksimumą esant duotam automobilio greičiui.
Bet koks kitas variklio greitis (kalbama apie greitį, kuriuo pasiekiamas galios maksimumas) tiktai sumažins sukimo momentą varančiuose ratuose. Tai galioja visiems automobiliams. Teoriškai maksimalus greitis visada bus pasiekiamas, kai variklis dirba maksimalios galios apsukose.
- Modernizuojant XVIII amžių
Kas gi būtų, jei vietoje vandens rato įrengtume LT1 variklį, jį paleistume 5000 rpm greičiu ir apsukas per pavarą nužemintume iki 12 rpm? Gautume daugiau kaip 178.000 N·m sukimo momentą.
P a b a i g a i
Kartokite paskui mane: – Geriau turėti didesnį sukimo momenrą aukštesnėse apsukose, negu žemesnėse, nes taip galime geriau išnaudoti pavarą.
Informacija versta į lietuvių kalbą iš Bruce Augenstein paruoštos medžiagos puslapiui http://www.datsuns.com . Komentarus autoriui siųsti adresu [email protected] .
http://www.autos.lt
)
Keleivio sėdynė per daug iškelta į viršų ir nėra labai patogi. Nei vienas mano vežtas keleivis nepasakė nieko gero sėdynės atžvilgiu.
prasidejo 1946 m. Pirmi motociklai buvo mazi dvieju voztuvu 98 cc, kuriu pavadinimai buvo "K1-B" arba "Kievlyanin". Tie motociklai buvo vokieciu motociklo Wanderer "98" rusiska versija. Tai buvo silpni motociklai: 2 AG, 50 km/h, dvieju laipsniu greiciu deze, su dviracio pedalais (pamenat RIGA?). "Kievlyanin" Buvo gaminami iki 1951 m.