A dízelmotor nyomaték, fordulatszám és teljesítmény viszonya: Élettartam és optimalizálás
Amit szeretünk, azt kíméljük és óvjuk, hogy tartós legyen és sokáig szerezzen örömet. Kellemetlen ilyenkor a helyzet, ha azt hisszük, hogy óvjuk, közben pedig egyenesen gyilkoljuk. A belsőégésű motorok hatékony és biztonságos üzemeltetéséhez elengedhetetlen a nyomaték, a teljesítmény és a forgási sebesség megértése és pontos kiszámítása. Ezek a számítások alapvetőek annak biztosításához, hogy a rendszerek hatékonyan, biztonságosan és megbízhatóan működjenek.
A forgatónyomaték és a teljesítmény alapfogalmai
Gyakran halljuk, hogy "Milyen erős ez a motor? - 180 lóerő." - hangzik a párbeszéd, helytelenül, mivel a lóerő igazából nem is erő, hanem teljesítmény, vagyis egységnyi idő alatt végzett munka. A motor erejét a forgatónyomaték sokkal jobban jellemzi. A nyomaték a forgatóerő mértéke, amelyet általában egy tengelyre vagy kerékre alkalmaznak.
Mi a különbség? Fekete László valóban erős ember. Egy 200 kilós kőgolyót képes felemelni, és egy hordó tetejére tenni. Erő és elmozdulás - esetünkben ez példázza a nyomatékot. Ugyanehhez a feladathoz négy átlagos termetű férfi erejére lenne szükség, tehát Laci pontosan olyan erős, mint ők négyen. Ezzel szemben, ha egy kamionnyi cipős dobozt szeretnék kipakoltatni, akkor inkább ezt a négytagú brigádot hívnám, mint az erős embert egyedül, hiszen sokkal hamarabb végeznének. Ez a teljesítmény.
A nyomaték mértékegysége a newtonméter (Nm) vagy a font-láb (lb-ft). A newton (vagy font) a ható erőt, míg a méter (vagy láb) a kar hosszát jelöli. A forgatónyomaték másik elnevezése, amely talán világosabban kifejezi a jelentését, a rotációs erő. Ahogy azt a neve is sugallja, a rotációs erő vagy nyomaték biztosítja, hogy egy tárgy forogjon. Azt az erőt jelöli tehát, amely a jármű hajtótengelyére hat, amikor az forog. Az erő (N) ezzel szemben lineárisan gyorsítja a tárgyakat.
A teljesítmény azt mutatja meg, milyen gyorsan végeznek el munkát vagy adnak át energiát a rendszerben. A forgó gépek kontextusában a teljesítményt gyakran kilowattban (kW) fejezik ki, és a nyomaték és a fordulatszám függvénye. A teljesítmény egy gép képességének kulcsindikátora, hogy mennyi munkát tud elvégezni időegység alatt. A teljesítmény számszerű értékét kilowattban (kW) vagy (a korábban használt mértékegységben kifejezve) lóerőben (LE) adják meg. Egy watt (W) egy newtonmétert jelent másodpercenként, míg 1 lóerő az az erő, amely ahhoz szükséges, hogy 33 000 fontot pontosan egy lábnyira emeljünk fel egy perc alatt.
A forgási sebesség, amelyet percenkénti fordulatokban (ford/perc) mérnek, azt jelzi, hogy egy tárgy milyen gyorsan forog. Ez közvetlen mértéke annak, hogy egy tengely, kerék vagy más forgó elem milyen sebességgel forog. A forgási sebesség létfontosságú annak biztosítására, hogy a gépek a tervezett határaikon belül működjenek, elkerülve a mechanikai meghibásodást, a túlzott kopást vagy a hatékonyság csökkenését.
| Fogalom | Mértékegység | Leírás |
|---|---|---|
| Forgatónyomaték (T) | Newtonméter (Nm) | A forgatóerő mértéke, amely egy tárgy forgását okozza. Képlet: nyomaték = erő (N) x kar (m). |
| Teljesítmény (P) | Kilowatt (kW) / Lóerő (LE) | Az egységnyi idő alatt végzett munka vagy átadott energia mértéke. Képlet: teljesítmény = erő x sebesség. |
| Forgási sebesség (N) | Fordulat/perc (RPM) | Egy tárgy forgásának gyorsasága. |
A nyomaték, teljesítmény és fordulatszám matematikai összefüggése
A teljesítmény a forgatónyomatékból és fordulatszámból származtatott számolt mennyiség. Tulajdonképpen nincs mit megvitatni, van egy P=Tn/9,75 képlet. A (P) teljesítmény a motor (T) forgatónyomatékának és tengelyének forgási sebességének szorzata. Az (N) motor fordulatszámából adódik a forgási sebesség. P=T x N/9550, ahol a forgatónyomaték Nm-ben, a fordulatszám 1/perc-ben (RPM) van megadva, és a teljesítményt kW-ban kapjuk meg.
Egy példa: ha a pad 2500 1/perc fordulatszámon 150NM forgatónyomatékot mér, akkor a teljesítmény = 150NM x 2500 RPM /7127 = 52,61 HP (lóerő) az adott fordulaton. Ez ennyire egyszerű. Tehát, a pad is kizárólag forgatónyomatékot mér, majd ebből számolja a teljesítményt a fenti összefüggés alapján. Ezért jelenik meg két görbe: a forgatónyomaték, és a teljesítmény. A fentiek miatt, a továbbiakban kizárólag a forgatónyomaték görbéről fogunk beszélni, mivel ez a mért mennyiség és ez utal közvetlenül az autó használhatóságára, élettartamára, fogyasztására.
A hatalom fogalma az egységnyi idő alatt végzett munka. Egy bizonyos teljesítmény mellett minél nagyobb a fordulatszám, annál kisebb a nyomaték, és fordítva. Például ugyanaz az 1,5 kW-os motor, a 6. fokozat kimeneti nyomatéka nagyobb, mint a 4. fokozaté. Az M=9550P/n képlet durva számításhoz is használható. AC motoroknál: névleges nyomaték = 9550* névleges teljesítmény/névleges fordulatszám; az egyenáramú motoroknál ez nagyobb gondot okoz, mert túl sok típus van. T = 9,55*P/N, T kimeneti nyomaték, P teljesítmény, N fordulatszám. Így érthető, hogy ha a P teljesítmény változatlan marad, minél nagyobb a fordulatszám, annál kisebb a kimeneti nyomaték.
Miért fontosabb a nyomaték a mindennapokban?
A legtöbben, ha bármilyen tuning megoldás szóba kerül, mindig a teljesítményről beszélnek, teljesítménymérés lehetőségét kérdezik. holott az autó dinamikáját, robbanékonyságát, gyorsulási képességét, vezethetőségét, fogyasztását sokkal inkább a forgatónyomaték nagysága és leadásának jellege határozza meg, mintsem az autó teljesítménye. A teljesítmény a forgatónyomatékból és fordulatszámból származtatott számolt mennyiség, aminek főként akkor vesszük nagy hasznát, vagy akkor érezzük a hiányát, ha az autót a végsebesség közeli tartományban használjuk.
A motor nyomatékának és a motor teljesítményének, ezen keresztül az autó mindennapokban mutatott viselkedésének megértéséhez fontos tudni, hogy a belső égésű motorok a maximális nyomatékukat a maximális teljesítménynél alacsonyabb fordulatszámon érik el. Amikor tehát arról beszélünk, hogy már az alacsonyabb fordulatszám-tartományoktól nagy a teljesítmény, akkor ez alatt azt értjük, hogy alacsony fordulatszámokon is nagy nyomaték áll rendelkezésre.
A közhiedelemmel ellentétben, a mindennapokban a nyomaték fontosabb szerepet játszik, mint a (maximális) teljesítmény. Ennek hátterében az áll, hogy az erőforrások - azaz a környezet, az emberek pénztárcája és idegei - kímélése érdekében a mérnökök a már az alacsony fordulatszám-tartományokban jelentkező nagy vonóerő biztosítását tűzik ki célul. Vezetési élményre lefordítva a nagy nyomaték azt jelenti, hogy a lehető legrövidebb idő telik el a gázpedál lenyomása és a motor reakciója között. A gyorsan kifejtett nagy nyomatékból tehát a vezető a nagyfokú biztonság (előzéskor), az intenzívebb vezetési élmény és a hatékonyság formájában merít előnyt.
Ez az elektromos motor otthon készült, és letépi a fejed
Az elektromos autók nyomatéka
Ezzel el is érkeztünk az elektromos autók motorjához. Mi a nagy előnye az elektromos autóknak? Hát az, hogy már az elindulás pillanatától rendelkezésre áll a teljes nyomatékuk - úgy, hogy semmilyen késlekedés nincs a gázpedál lenyomása és a motor reakciója között. Ezért is olyan nagy élmény az elektromos autók gyorsulása úgy a vezető, mint az utasok számára.
Michael Griese, a BMW szakértője a következőképpen magyarázza el, hogy mitől is olyan különlegesek az elektromos autók. „Az elektromos motor nagy nyomatéka lehetővé teszi, hogy az ilyen erőforrással ellátott járművek hatékonyan és energiatakarékosan közlekedjenek.” Az elektromos motor maximális nyomatéka már igen alacsony fordulatszámon jelentkezik. „Ez pedig közel állandó szinten marad egészen addig, amíg a motor el nem éri a maximális teljesítményét” - magyarázza tovább Griese mérnök. Ettől a ponttól kezdve a nyomaték csökken, a motorteljesítmény pedig állandó marad.
Az alacsony fordulatszám és a dízelmotorok kenése: Rejtett veszélyek
Viszont van egy olyan motorjellemző, amire talán nem fordítottak elég figyelmet a tribológusok, és hamar a piros mezőbe terelhetjük a képzeletbeli terhelést mutató műszerünket. Ez pedig az alacsony fordulati terhelés.
Tapasztalatok a Peugeot 405 dízel kombiról
Gyakran halljuk, hogy ebbe a motorba nagyon komoly olaj kell, mert ez a blokk nagy fordulatú. Ez lehet önmagában igaz, de az indoklás általában nem ez, ugyanis a nagy fordulat a legtöbb kenési hely számára előnyös. Most nyilván nem az extrém fordulatokról beszélünk, hanem a maximális teljesítményhez tartozó fordulat alatti tartományról, amelyen a motort járatva a kenés szinte ideális.
Ami nagyobb fordulatú, az nagyobb terhelést kap, ez nyilvánvaló, de ha a kenés kialakul és megfelelő, akkor a kopás szinte nulla. A forgattyús mechanikában a siklócsapágyakban szépen kialakult a hidrodinamikus kenés, a csap felúszott az olajfilmre, a forgattyús hajtómű szórja az olajat, mint bolond pék a lisztet, a hengerfal bőven kapja a kenést, az olajlehúzó gyűrű alig tudja levenni felesleget a hengerfalról. A két holtpontban van egy kis probléma, mert ott nincs a megfelelő kenéshez elég siklási sebesség, de nem baj, ettől úgysem tudunk megszabadulni.
De mi van, ha nincs elég fordulat? Az bizony, probléma. A kis fordulaton, nagy terheléssel üzemelő motor - például ötödikben 40-nel erőltetve - siklócsapágyaiban a hidrodinamikus kenés nem tud tökéletesen felépülni. Vegyes súrlódás alakul ki, és a csap bele-bele csiszol a csapágycsészébe. Ezt a kenéstechnikusok csap-süllyedésnek hívják. Ilyenkor kicsi és vékony a terhelhető olajfilm, a fogattyúcsap meg nem úszik fel rá tökéletesen. A vezérlésnél sincs akkora olajmennyiség, a nagy fordulat hiányában az olaj nem kavog és cirkulál a karterben sem annyira, a forgattyús hajtómű nem szórja olyan intenzíven a kenőanyagot. Az olajnyomás még nem a szabályozott tartományban van, hanem annyi, amennyit a pumpa éppen nyomni tud és amennyi kialakul. Az olaj fizikai tulajdonságai között itt jön képbe a viszkozitás, ami a nyomásra és a térfogatáramra nagy hatással van.
Ez probléma volt régen is, azonban azok a motorok kegyetlenül tudtunkra adták, ha túl kicsi a fordulat. Remegtek, böfögtek, buta hangot adtak, csúnya rezonanciák jöttek belőlük. A mai motorok hangolt gumitámaszokon vannak, némelyiket elektronikusan változó keménységű tartóbakkal, kettős tömegű, a rezonanciát elnyelő lendkerékkel szerelik, járásukat, azaz a másodlagos tömegerőiket kiegyensúlyozó tengelyek simítják. A finom járás biztosított, a zajszigetelés pedig minden hangot elnyel. Nem kell botfülűnek lenni ahhoz, hogy ne vegyük észre, hogy a motor a haláltusáját vívja. Ez nem túlzás, nem kell halmozott probléma, hogy ez valóban így legyen. Különös gond ez a selymes futású V6-os motoroknál, leginkább a feltöltött dízeleknél.
A mérnök, aki a motor kenési körét tervezte, nem ostoba, tudja az üzemi fordulatszám-tartományt, ismeri a motorolaj paramétereit, és ezekhez választ olajszivattyút, szűrőt, s a nyomásértékeket is így tervezi. Tudja, hogy a motor már kis fordulaton terhelhető, így az olajpumpát úgy lövi be, hogy a szabályozott nyomás már egészen kis fordulaton meglegyen. Viszont jönnek a zavaró körülmények, amelyekre nem biztos, hogy minden esetben számítanak.
Egyik a kopás, amikor a térfogatkiszorításos olajpumpa már nem teljesít úgy, ahogy 150 ezer kilométerrel korábban. Nagy a résveszteség, kisebb a nyomás, ez főleg kis fordulaton jelentkezik, pont, amikor a rendszer kényes a megfelelő nyomásra. Aztán a hosszú csereperiódusú kenőolaj a ciklus végénél már számottevő mennyiségben tartalmaz tüzelőanyagot is. Pláne a dízelek, amelyek többlet tüzelőanyaggal tisztítják, regenerálják a részecskeszűrőt. Ha már így állnak a dolgaink, és ekkor kezdünk alapjárat feletti közlekedni, terhelni a motort, rendkívül nagy károkat okozunk, de erről fogalmunk sincs. Amikor efféle használat után, tömítéscsere miatt levesszük a szelepfedelet, meglepetten látjuk a durva kopásnyomokat a vezérműtengelyen... Persze ehhez sok dolog együttes hatása kell, de a műhelytapasztalat azt mutatja, elég gyakran megtörténik.
Motorvédelem és a biztonságos beállítások
Mit lehet tenni? Sokat futott olajjal nem szabad kis fordulaton terhelni a motort, helyette szépen forgatni kell, középtartományban járatni. Fokozottan igaz ez, ha a motorban van már legalább 150-200 ezer kilométer - ilyenkor még az olajcsere-periódust is érdemes rövidíteni legalább 20, vagy akár 30 százalékkal.
Motorbeállítások és chiptuning
Fordulatszám minimum: Ez az a fordulatszám, amely alatt TILOS a gyári beállítást „erősíteni”, megváltoztatni. Ha ez alatt a fordulatszám alatt emelünk a forgatónyomatékon, akkor kockáztatjuk a motor csapágyazását, mechanikus alkatrészeinek élettartamát, mivel ez alatt a fordulatszám alatt kritikussá válik az olajpumpa által szállított kenőanyag mennyisége és nyomása. Manuális váltóval és száraz kuplunggal szerelt autók esetén, az elindulásnál és váltások alkalmával időre van szükség amíg a kuplung teljesen „összezár” felkészülve akár a maximális nyomaték átvitelére.
Fordulatszám maximum: Ez nem összekeverendő a motor maximális fordulatszámával. Ha a motortól magas fordulatszámon is nagyobb nyomatékot várunk el, akkor ahhoz nagyobb üzemanyag mennyiség és magasabb turbónyomás szükséges. A nagy fordulaton megemelt üzemanyag mennyiség következtében növekszik a meddő hő mennyisége, amelyet el kell tudni vezetni a hengerfejről. A fordulatszám maximum pontjának megállapítása változó. A gyakorlatban mi a beállítás során követjük a gyári nyomatékjelleg esését, és minden esetben visszatérünk a gyári nyomatékra a kritikus fordulatszám alatt. Ezzel garantáljuk a motor hosszútávú megbízható működését.
Gyári maximális forgatónyomaték és a biztonságos max. nyomaték: Ez a gyár által megadott és a mérés során felvett adat. A biztonságos beállítás kialakításánál pedig egy irány szám. Feltöltéses motoroknál (turbó vagy kompresszor) nem javasolt 20%-ot meghaladó emelés a maximális értékhez képest! Figyelembe kell venni a nagynyomású üzemanyagrendszer túlterhelését, injektorokat stb. Összegezve: a bemutatott példákból látszik, hogy sokan nem tartják be az élettartamra és emisszióra vonatkozó irányelveket. figyelembe van véve az autó gyárilag betervezett túlméretezése.
Vigyázz az autód élettartamára és ne dőlj be a túlzó ígéreteknek, és az élettartam csökkenést előrejelző túlhúzott referenciáknak, diagramoknak! Az autód állapotfelmérését követően a számodra legjobb beállítást fogjuk kidolgozni.
tags: #diesel #motor #nyomatek #fordulatszam