Når vi sammenligner udviklingen af motorer gennem årene, bemærker vi, at effektværdierne er steget til niveauer, man aldrig havde forestillet sig, som et eksempel på 1,0 liters Fiat (se artiklen i afsnittet Coming Soon, på dit værksted, fra apriludgaven i år, om udviklingen af Uno Mille-motoren).
Lad os finde ud af, hvorfor det er nemt at trække heste ud, i modsætning til drejningsmoment, som er direkte forbundet med fysiske problemer med forskydning, plejlstangslængde, krumtapakselslag, blandt andre variabler.
Som forskningskilde brugte vi koncepterne præsenteret af den internationale institution How Stuff Works.
Hvad er moment?
Moment er en kraft, der har tendens til at rotere eller dreje objekter. For eksempel: Drejningsmoment genereres hver gang der påføres kraft ved hjælp af en skruenøgle. Stramning af bilens hjulmøtrikker er et godt eksempel. Når en hjulnøgle bruges, ender den med at anvende en vis kraft for at dreje den. Denne kraft skaber et drejningsmoment på møtrikken, som har tendens til at rotere omkring (bolt)akslen.
Engelske enheder for drejningsmoment er tomme-pund eller foot-pund, og SI-enheden (International System of Units) er Newton-meter.
Momentenheder skal have to relaterede komponenter: kraft og afstand. For at beregne drejningsmomentet er det kun nødvendigt at gange den påførte kraft med afstanden målt mellem påføringspunktet og centrum af rotationsaksen. I tilfælde af møtrikker, hvis skruenøglen er 1 fod lang, og den påførte kraft er 200 pounds, genererer du et drejningsmoment på 200 foot-pounds. Hvis du bruger en 2 fods skruenøgle, skal du bruge en kraft på 100 pund for at generere det samme drejningsmoment, og så videre. Det er derfor, dækværksteder bruger overdimensionerede skruenøgler til at løsne stramme lastbilmøtrikker.
En forbrændingsmotor skaber drejningsmoment og bruger det til at dreje krumtapakslen. Dette drejningsmoment skabes på nøjagtig samme måde: en kraft påføres over en vis afstand.
Se nu nogle detaljer om drejningsmomentdannelse, hvor "X" er den vandrette arbejdsafstand eller drejningsmomentgenerering:
1. Start af forbrændingstid: Stemplet falder, og drejningsmomentet stiger
2º Halv forbrændingstid: Stemplet fortsætter med at falde, og drejningsmomentet vises fuldt ud (X=den maksimale ydelsesafstand mellem tap og aksel)
3º Slut på forbrændingstid: Stemplet afslutter nedstigningen, og momentet falder gradvist
Forbrændingen i cylinderen skaber tryk mod stempelhovedet, så det samme tryk skaber en kraft, som presser det ned. Kraften overføres fra stemplet til plejlstangen og fra det til krumtapakslen. I figur nr. 2 skal du bemærke, at det punkt, hvor plejlstangen forbinder krumtapakslen, er i den største afstand fra midten af dens aksel. Den vandrette afstand ændres under krumtapakslens rotation og dermed ændres momentet også, da moment er lig med kraft ganget med afstand.
Du spørger måske, hvorfor kun den vandrette afstand er vigtig for at bestemme motorens drejningsmoment. Når stemplet er på det højeste punkt i sin cyklus, er plejlstangen placeret lige ned, på linje med midten af krumtapakslen. Der genereres intet drejningsmoment i denne position, fordi kun kraften, der virker på et håndtag vinkelret på aksen, kan generere drejningsmoment (det ville være det samme som at placere en hjulnøgle lodret og klatre på den, dvs. selv hvis det var muligt at balancere på toppen af nøglen, ville møtrikken ikke blive løsnet).
I denne situation er der ingen måde for motoren at generere noget drejningsmoment.
Forskelle mellem drejningsmomentmåleenheder
De mest brugte enheder i brasilianske værksteder er kgfm (kilogram-kraftmåler) og Nm (Newton-meter). Den enhed, der officielt er godkendt af SI (International System of Units) er Newton-meteret, svarende til drejningsmomentet forårsaget af en kraft på 1 Newton, udøvet i en afstand af 1 meter fra rotationspunktet.
Kilogram-kraften er en enhed defineret som den kraft, der udøves af en masse på 1 kilogram udsat for Jordens tyngdekraft. Det forkortes til kgf, nogle gange kun kg. Selvom tyngdekraften varierer fra punkt til punkt på kloden, tages der hensyn til standardværdien på 9,80665 m/s².
Så 1 kilogram-kraftmeter (kgfm)=9,80665 Nm
Det vil sige, 1 Nm er næsten 10 gange mere værd end måleenheden kgfm.
Eks.: Hvis en bilmotor leverer 10 kgfm drejningsmoment ved 5.000 rpm, så vil den levere 98.066 Nm drejningsmoment eller blot 98 Nm, da pladserne efter decim altegnet er ubetydelige ved brug af denne måleenhed.
Curiosities
Selvom Newton-meteret er dimensionsmæssigt ækvivalent med en Joule (enhed i det internationale system for energi og arbejde), er dette en skalær størrelse, mens momentet af en kraft defineres som et krydsprodukt, og dermed er en vektormængde.
Kilogram-kraften var aldrig en del af enhederne i det internationale system implementeret i 1960, og som har Newton som sin styrkeenhed. Det var dog engang en meget brugt måleenhed, nemlig i luftfartsindustrien (hvor den indikerede raketters fremstød) og i bilindustrien. I dag bruges det stadig nogle gange af European Space Agency.
Hvad er magt?
Kraft er et mål for, hvor hurtigt et job kører.
Eks.: Ved at bruge et håndtag kan du generere et drejningsmoment på 200 pund-fod, men kunne du dreje det 3000 gange i minuttet?
Så kraftmålet bruges som reference (og salgsattribut) i biluniverset for lette og mellemstore biler, som har den højeste hastighed. På den tunge strækning (lastbiler og busser) er drejningsmoment obligatorisk.
Vi kan lave følgende analogi: forestil dig en bygning på 20 etager med to vandtanke på hver 15.000 liter. Så skal vandpumpen fylde vandtankene med en vis hastighed. Effekten kan sammenlignes med den hastighed, hvormed vandet når kasserne (tid påkrævet for opstigningen). Moment kan sammenlignes med kraften eller volumen af vand, som pumpen kan skubbe til kasserne.
Som i ovenstående eksempel skal en motor have et perfekt match mellem drejningsmomentet og kraftenhederne.
Motorer med højt drejningsmoment kan ikke forceres for meget i rotation (RPM) på grund af fysiske begrænsninger såsom: længden af plejlstænger, lang slaglængde af krumtapakslen, blandt andre variabler, der kan forårsage brud. På den anden side leverer højhastighedsmotorer høj effekt med moderat drejningsmoment (som vil være proportional med slagvolumen), undtagen i tilfælde af kompressormotorer.
Eks.: En 12-liters Caterpillar-dieselmotor, der bruges i C-12-lastbilen med 430 hk, leverer mere end 228 Nm drejningsmoment ved kun 1.200 o/min, mens en tilsvarende 437-liters Ford Mustang-motor hk leverer "kun" 48,9 kgfm. drejningsmoment ved 5.600 o/min. Dette skyldes, at den maksimale afstand "X" mellem tappen og tappen på Ford Mustang er meget kortere sammenlignet med Caterpillar-motoren.
Til kompensation vil lastbilen have en begrænset sluthastighed, i modsætning til køretøjet, som vil nå høje karakterer.
I Europa bruger bilproducenter kW (kilowatt) som en kraftenhed. For at nå frem til kilowatt-værdierne skal du blot gange den deklarerede hestekræfter (cv) med 0,7354988.
Eks: Et 100 hk køretøj vil have 73,549875 kW eller blot 73,5 kW.
Eksempel på lastbil udstyret med Caterpillar C-12-motor, der leverer højt drejningsmoment ved lave omdrejninger
Forberedt Ford Mustang yder effekt svarende til Caterpillar-motoren, men med omkring 4 gange mere omdrejningstal og 4 gange mindre drejningsmoment
