วิธีวัดแรงบิด (torque) ของรถคุณ

แรงบิดนั้นแปรผันตามแรงม้าและแตกต่างกันไปตามรถและคุณสมบัติของรถ ขนาดล้อและอัตราทดเกียร์ส่งผลต่อแรงบิด

ไม่ว่าคุณจะซื้อรถใหม่หรือสร้างแกนร้อนในโรงรถของคุณ ปัจจัยสองประการที่ส่งผลต่อสมรรถนะของเครื่องยนต์ ได้แก่ แรงม้าและแรงบิด หากคุณเป็นเหมือนช่างยนต์หรือผู้ที่ชื่นชอบรถที่ต้องทำด้วยตัวเองส่วนใหญ่ คุณอาจเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างแรงม้าและแรงบิดเป็นอย่างดี แต่คุณอาจพบว่ามันยากที่จะเข้าใจว่าการบรรลุตัวเลข "ปอนด์ต่อตารางนิ้ว" นั้นทำได้อย่างไร เชื่อหรือไม่ จริงๆ แล้วมันไม่ได้ยากขนาดนั้น

ก่อนที่เราจะพูดถึงรายละเอียดทางเทคนิค เราจะมาแจกแจงข้อเท็จจริงและคำจำกัดความง่ายๆ เพื่อช่วยให้คุณเข้าใจว่าทำไมทั้งแรงม้าและแรงบิดจึงเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณา เราต้องเริ่มต้นด้วยการกำหนดองค์ประกอบสามประการของการวัดสมรรถนะเครื่องยนต์สันดาปภายใน: ความเร็ว แรงบิด และกำลัง

ส่วนที่ 1 จาก 4: การทำความเข้าใจว่าความเร็วของเครื่องยนต์ แรงบิด และกำลังส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวมอย่างไร

ในบทความล่าสุดในนิตยสาร Hot Rod ความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเรื่องหนึ่งเกี่ยวกับประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ได้รับการแก้ไขแล้วโดยกลับไปสู่พื้นฐานของการนับกำลังที่แท้จริง คนส่วนใหญ่คิดว่าไดนาโมมิเตอร์ (ไดนาโมมิเตอร์ของเครื่องยนต์) ออกแบบมาเพื่อวัดแรงม้าของเครื่องยนต์

ในความเป็นจริง ไดนาโมมิเตอร์ไม่ได้วัดกำลัง แต่วัดแรงบิด ตัวเลขแรงบิดนี้คูณด้วย RPM ที่วัดแล้วหารด้วย 5,252 เพื่อให้ได้ตัวเลขกำลัง

กว่า 50 ปีที่ไดนาโมมิเตอร์ใช้ในการวัดแรงบิดของเครื่องยนต์และ RPM นั้นไม่สามารถรองรับกำลังสูงที่เครื่องยนต์เหล่านี้สร้างขึ้นได้ อันที่จริง หนึ่งกระบอกบนเฮมิสที่เผาไหม้ด้วยไนโตรขนาด 500 ลูกบาศก์นิ้วนั้นสร้างแรงขับประมาณ 800 ปอนด์ผ่านท่อไอเสียท่อเดียว

เครื่องยนต์ทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในหรือเครื่องยนต์ไฟฟ้า ทำงานที่ความเร็วต่างกัน โดยส่วนใหญ่ ยิ่งเครื่องยนต์ทำจังหวะหรือรอบกำลังได้เร็วเท่าไร ก็ยิ่งผลิตกำลังได้มากเท่านั้น เมื่อพูดถึงเครื่องยนต์สันดาปภายใน มีสามองค์ประกอบที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวม: ความเร็ว แรงบิด และกำลัง

ความเร็วถูกกำหนดโดยความเร็วของเครื่องยนต์ที่ทำงาน เมื่อเราใช้ความเร็วมอเตอร์กับตัวเลขหรือหน่วย เรากำลังวัดความเร็วของมอเตอร์เป็นรอบต่อนาทีหรือรอบต่อนาที "งาน" ที่เครื่องยนต์ทำคือแรงที่ใช้ในระยะที่วัดได้ แรงบิดถูกกำหนดให้เป็นงานประเภทพิเศษที่สร้างการหมุน สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อแรงถูกนำไปใช้กับรัศมี (หรือสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน มู่เล่) และมักจะวัดเป็นฟุต-ปอนด์

แรงม้าคือความเร็วในการทำงาน ในสมัยก่อนถ้าจำเป็นต้องเคลื่อนย้ายสิ่งของ คนมักใช้ม้าทำสิ่งนี้ มีการประเมินว่าม้าตัวหนึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้ประมาณ 33,000 ฟุตต่อนาที นี่คือที่มาของคำว่า "แรงม้า" แรงม้าสามารถวัดได้หลายหน่วย ซึ่งต่างจากความเร็วและแรงบิด ซึ่งรวมถึง: 1 แรงม้า = 746 วัตต์ 1 แรงม้า = 2,545 BTU และ 1 แรงม้า = 1,055 จูล

องค์ประกอบทั้งสามนี้ทำงานร่วมกันเพื่อผลิตกำลังของเครื่องยนต์ เนื่องจากแรงบิดคงที่ ความเร็วและกำลังจึงเป็นไปตามสัดส่วน อย่างไรก็ตาม เมื่อความเร็วของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น กำลังก็จะเพิ่มขึ้นเพื่อรักษาแรงบิดให้คงที่ อย่างไรก็ตาม หลายคนสับสนว่าแรงบิดและกำลังส่งผลต่อความเร็วของเครื่องยนต์อย่างไร พูดง่ายๆ ก็คือ เมื่อแรงบิดและกำลังเพิ่มขึ้น ความเร็วของเครื่องยนต์ก็เช่นกัน สิ่งที่ตรงกันข้ามก็เป็นจริงเช่นกัน เมื่อแรงบิดและกำลังลดลง ความเร็วของเครื่องยนต์ก็เช่นกัน

ส่วนที่ 2 จาก 4: เครื่องยนต์ได้รับการออกแบบอย่างไรให้มีแรงบิดสูงสุด

เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ทันสมัยสามารถปรับเปลี่ยนเพื่อเพิ่มกำลังหรือแรงบิดโดยการเปลี่ยนขนาดหรือความยาวของก้านสูบและเพิ่มกระบอกสูบหรือกระบอกสูบ นี้มักจะเรียกว่าอัตราส่วนของเจาะต่อโรคหลอดเลือดสมอง

แรงบิดมีหน่วยเป็นนิวตันเมตร พูดง่ายๆ ก็คือ แรงบิดนั้นวัดเป็นการเคลื่อนที่แบบวงกลม 360 องศา ตัวอย่างของเราใช้เครื่องยนต์ที่เหมือนกันสองตัวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางรูเจาะเท่ากัน (หรือเส้นผ่านศูนย์กลางกระบอกสูบของการเผาไหม้) อย่างไรก็ตาม หนึ่งในสองเครื่องยนต์มี "ระยะชัก" ที่ยาวกว่า (หรือความลึกของกระบอกสูบที่สร้างขึ้นโดยก้านสูบที่ยาวกว่า) เครื่องยนต์ระยะชักที่ยาวขึ้นจะมีการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงมากขึ้นเมื่อหมุนผ่านห้องเผาไหม้และมีแรงงัดมากกว่าเพื่อทำงานเดียวกันให้สำเร็จ

แรงบิดวัดเป็นปอนด์-ฟุต หรือใช้ "แรงบิด" มากน้อยเพียงใดในการทำงานให้เสร็จสิ้น ตัวอย่างเช่น สมมติว่าคุณกำลังพยายามคลายสลักเกลียวที่เป็นสนิม สมมติว่าคุณมีประแจท่อต่างกันสองตัว อันหนึ่งยาว 2 ฟุต และอีกอันยาว 1 ฟุต สมมติว่าคุณใช้แรงเท่ากัน (แรงดัน 50 ปอนด์ในกรณีนี้) คุณกำลังใช้แรงบิด 100 ฟุต-ปอนด์สำหรับประแจสองฟุต (50 x 2) และเพียง 50 ปอนด์เท่านั้น แรงบิด (1 x 50) ด้วยประแจขาเดียว ประแจตัวไหนที่จะช่วยให้คุณคลายเกลียวน็อตได้ง่ายขึ้น? คำตอบนั้นง่าย - อันที่มีแรงบิดมากกว่า

วิศวกรกำลังพัฒนาเครื่องยนต์ที่ให้อัตราส่วนแรงบิดต่อแรงม้าที่สูงขึ้นสำหรับรถยนต์ที่ต้องการ "กำลัง" เพิ่มเติมเพื่อเร่งความเร็วหรือไต่ระดับ โดยทั่วไปคุณจะเห็นค่าแรงบิดที่สูงขึ้นสำหรับยานพาหนะหนักที่ใช้สำหรับการลากจูงหรือเครื่องยนต์สมรรถนะสูงซึ่งการเร่งความเร็วเป็นสิ่งสำคัญ (เช่นในตัวอย่าง NHRA Top Fuel Engine ด้านบน)

นั่นเป็นเหตุผลที่ผู้ผลิตรถยนต์มักจะเน้นย้ำถึงศักยภาพของเครื่องยนต์แรงบิดสูงในโฆษณารถบรรทุก แรงบิดของเครื่องยนต์ยังสามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยการเปลี่ยนเวลาการจุดระเบิด การปรับส่วนผสมของเชื้อเพลิง/อากาศ และแม้กระทั่งการเพิ่มแรงบิดเอาต์พุตในบางสถานการณ์

ส่วนที่ 3 จาก 4: การทำความเข้าใจตัวแปรอื่นๆ ที่ส่งผลต่อแรงบิดพิกัดของมอเตอร์โดยรวม

เมื่อพูดถึงการวัดแรงบิด มีตัวแปรเฉพาะสามตัวที่ควรพิจารณาในเครื่องยนต์สันดาปภายใน:

แรงที่สร้างที่ RPM เฉพาะ: นี่คือกำลังเครื่องยนต์สูงสุดที่สร้างขึ้นที่ RPM ที่กำหนด ขณะที่เครื่องยนต์เร่งความเร็ว จะมี RPM หรือเส้นโค้งแรงม้า เมื่อความเร็วของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น กำลังก็เพิ่มขึ้นเช่นกันจนถึงระดับสูงสุด

ระยะทาง: นี่คือความยาวของระยะชักของก้านสูบ ยิ่งระยะชักยาวเท่าใด แรงบิดก็จะยิ่งมากขึ้นตามที่เราอธิบายไว้ข้างต้น

ค่าคงที่แรงบิด: นี่คือตัวเลขทางคณิตศาสตร์ที่กำหนดให้กับมอเตอร์ทั้งหมด 5252 หรือรอบต่อนาทีคงที่ซึ่งกำลังและแรงบิดสมดุลกัน ตัวเลข 5252 ได้มาจากการสังเกตว่าหนึ่งแรงม้ามีค่าเท่ากับ 150 ปอนด์เดินทาง 220 ฟุตในหนึ่งนาที เพื่อแสดงสิ่งนี้ด้วยแรงบิดฟุตปอนด์ เจมส์ วัตต์ได้แนะนำสูตรทางคณิตศาสตร์ที่คิดค้นเครื่องยนต์ไอน้ำเครื่องแรก

สูตรมีลักษณะดังนี้:

สมมติว่าใช้แรง 150 ปอนด์กับรัศมีหนึ่งฟุต (หรือวงกลมที่อยู่ภายในกระบอกสูบของเครื่องยนต์สันดาปภายใน เป็นต้น) คุณจะต้องแปลงค่านี้เป็นฟุต-ปอนด์ของแรงบิด

ต้องคาดการณ์ 220 fpm เป็น RPM เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้คูณเลข pi สองตัว (หรือ 3.141593) ซึ่งเท่ากับ 6.283186 ฟุต ใช้ 220 ฟุตแล้วหารด้วย 6.28 แล้วเราจะได้ 35.014 รอบต่อนาทีสำหรับการปฏิวัติแต่ละครั้ง

ใช้ระยะ 150 ฟุตแล้วคูณด้วย 35.014 แล้วคุณจะได้ 5252.1 ค่าคงที่ของเราซึ่งนับในหน่วยฟุต-ปอนด์ของแรงบิด

ตอนที่ 4 ของ 4: วิธีคำนวณแรงบิดของรถ

สูตรแรงบิดคือ แรงบิด = กำลังเครื่องยนต์ x 5252 แล้วหารด้วย RPM

อย่างไรก็ตาม ปัญหาของแรงบิดคือการวัดในสองตำแหน่งที่แตกต่างกัน: โดยตรงจากเครื่องยนต์และไปยังล้อขับเคลื่อน ส่วนประกอบทางกลอื่นๆ ที่สามารถเพิ่มหรือลดอัตราแรงบิดที่ล้อ ได้แก่ ขนาดล้อตุนกำลัง อัตราทดเกียร์ อัตราส่วนเพลาขับ และเส้นรอบวงยาง/ล้อ

ในการคำนวณแรงบิดของล้อ องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้จะต้องนำมาประกอบเป็นสมการที่เหมาะสมที่สุดสำหรับโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่รวมอยู่ในม้านั่งทดสอบไดนามิก ในอุปกรณ์ประเภทนี้ ยานพาหนะจะวางบนชั้นวางและวางล้อขับเคลื่อนไว้ข้างๆ แถวของลูกกลิ้ง เครื่องยนต์เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ที่อ่านความเร็วของเครื่องยนต์ เส้นโค้งการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง และอัตราทดเกียร์ ตัวเลขเหล่านี้ถูกนำมาพิจารณาด้วยความเร็วล้อ ความเร่ง และ RPM เนื่องจากรถขับเคลื่อนด้วยไดโนในระยะเวลาที่ต้องการ

การคำนวณแรงบิดของเครื่องยนต์นั้นง่ายต่อการตรวจสอบ เมื่อปฏิบัติตามสูตรข้างต้น จะเห็นได้ชัดว่าแรงบิดของเครื่องยนต์นั้นแปรผันตามกำลังของเครื่องยนต์และรอบต่อนาทีอย่างไร ดังที่อธิบายไว้ในหัวข้อแรก เมื่อใช้สูตรนี้ คุณจะกำหนดพิกัดแรงบิดและแรงม้าในแต่ละจุดบนเส้นโค้ง RPM ได้ ในการคำนวณแรงบิด คุณต้องมีข้อมูลกำลังเครื่องยนต์จากผู้ผลิตเครื่องยนต์

เครื่องคิดเลขแรงบิด

บางคนใช้เครื่องคิดเลขออนไลน์ที่นำเสนอโดย MeasureSpeed.com ซึ่งกำหนดให้คุณป้อนพิกัดกำลังเครื่องยนต์สูงสุด (จัดหาโดยผู้ผลิตหรือกรอกระหว่างไดโนมืออาชีพ) และ RPM ที่ต้องการ

หากคุณสังเกตเห็นว่าสมรรถนะของเครื่องยนต์เร่งได้ยากและไม่มีกำลังเท่าที่ควร ให้ช่างเครื่องที่ผ่านการรับรองของ AvtoTachki ทำการตรวจสอบเพื่อหาสาเหตุของปัญหา