MOC ELASTYCZNA – charakterystyka silnika...

JAK PORÓWNAĆ RÓŻNE SILNIKI…

Zwykle producent podaje 2 parametry: moc maksymalną i maksymalny moment obrotowy.
Moc jest głównym parametrem określającym charakterystykę silnika, jednak wskazuje on generalnie na maksymalne osiągi możliwe do uzyskania, a nie mówi wiele o elastyczności silnika.
Natomiast prawda jest taka, że w codziennej eksploatacji wykorzystujemy zwykle tylko niewielką część mocy maksymalnej i ważna jest właśnie elastyczność silnika.
Uważa się, że za elastyczność odpowiada moment obrotowy. Jest to prawda, jednak nie w sensie, w jakim zwykle się o tym mówi. Np. bezsensowne jest twierdzenie, że silniki diesla są bardziej elastyczne od benzynowych, ponieważ mają większy moment obrotowy. Pierwszy fałsz polega tutaj na tym, że mówiąc o dieslu mamy na myśli turbodiesla, a właśnie turbina jest tym elementem, który zwykle sprawia, że uzyskujemy większy moment obrotowy w dolnym zakresie obrotów, co zwykle znacznie poprawia elastyczność. Ale najważniejsze jest to, że silniki diesla pracują w węższym zakresie obrotów, więc musimy stosować „dłuższe” przełożenia, co skutkuje większym obniżeniem momentu obrotowego uzyskiwanego na kołach w stosunku do uzyskiwanego „na silniku”. Nie można więc bezpośrednio porównywać momentu obrotowego silników różniących się zakresem obrotów.

Chyba wystarczy tego wstępu…

Właśnie po to, by ułatwić porównanie elastyczności silników bez zbytniego wgłębiania się w powyższe dylematy wymyśliłem jakiś czas temu „wielkość fizyczną”, którą opisałem jak poniżej.

Ciekawe artykuły i dyskusje:

Tu twierdza, ze liczy sie moc:
http://blogsilnika.blogspot.com/2009/04/od-czego-zalezy-predkosc-maksymalna-i.html

Tu, ze moment obrotowy:
http://www.technikajazdy.info/techniczne/moc-czy-moment-obrotowy/

Tu o elastyczności:
http://blogsilnika.blogspot.com/2008/12/elastyczno-was-ist-das.html

Tu o wszystkim:
http://www.daciaklub.pl/forum/viewtopic.php?t=2229

Mysle, ze moze to zaciekawic rowniez motocyklistow. Analogicznie do porownan silnika benzynowego z dieslem mozna porownywac np rzedowy z widlastym.

W 1. artykule padla mocno naciagana teza, ze liczy sie tylko moc. Podstawowym wzorem jakiego uzyto to F=M/V (siła=moc/prędkość), wiadac od razu, ze jest to to samo co wzor na moment obrotowy, tyle ze zamiast predkosci obrotowej jest ”zwykla”. Czyli sila napedowa, od ktorej zalezy przyspieszenie, to praktycznie wlasnie moment obrotowy. Nie jest tez wielkim odkryciem, ze na nizszym biegu przyspieszenie bedzie lepsze, o czym wspomnialem w jednym z komentarzy pod artykulem. Moc, ktora zalezy scisle od momentu obrotowego, wprowadzono bo lepiej obrazuje osiagi pojazdu, nie trzeba uwzgledniac przelozen czy zakresu obrotow.

Uogolniajac: wyzsza moc maksymalna to wieksza predkosc maksymalna i wieksze przyspieszenie maksymalne (przy optymalnym wykorzystaniu biegow), wiekszy moment maksymalny (przy podobnej mocy max. i zakresie obrotów) to lepsze przyspieszanie na nizszych obrotach. Widac w przykladach wyzszosc silnikow diesela Dacii nad benzynowymi.

Tak patrzac na ten wskaznik elastycznisci en*em zastanawiam sie jak porownac 2 silniki. Najlepiej chyba pasuje procent z 10. Czyli jak jeden silnik bedzie mial wskaznik 2, drugi 5, czyl 20% i 50%, wiec ten drugi bedzie o 30% lepszy (50-20).

Przy okazji tych rozwazazan dokonalem epokowego ;) odkrycia wymyslajac nowa jednostke pomocna w porownywaniu jakosci silnikow. Nazwijmy ja ”moca elastyczna” i oznaczmy przez ”ME”:

ME = moment maksymalny(NM) * obroty maksymalne(obr/min)

Jesli ktos chce otrzymac wynik w KW powinien zastosowac wzor:

ME=PI*obroty/30*moment/1000

Hmm… Chyba lepiej (i latwiej) zamiast obrotow maksymalnych wziac obroty uzyskiwane przy mocy maksymalnej…

Jak juz wspomnialem – wyzszy moment to lepsze przyspieszenia. Jesli porownujemy silniki o tej samej mocy to (o ile dobrze mysle) ten z wiekszym momentem max. bedzie go osiagal przy nizszych obrotach, ma to zasadnicze znaczenie dla elastycznosci. Natomiast im wieksza wartosc maksymalnych obrotow to wiekszy zakres obrotow uzytecznych, oznacza to, ze mozemy dluzej ”ciagnac” na nizszym biegu i wykorzystac przelozenie do uzyskiwania lepszych przyspieszen. Tak jak w dieslu Dacii – ma wiekszy moment niz benzyna, ale mniejsze obroty, dlatago moc i osiagi maksymalne podobne, jednak na nizszych obrotach powinien przyspieszac lepiej. Jesli ME bedzie zblizona do mocy maksymalnej to silnik bedzie malo elastyczny.
ME mozna interpretowac jako moc ogolna, ulepszony wskaznik elastycznosci. Moc maksymalna, jak sama nazwa wskazuje, mowi nam o maksymalnych osiagach pojazdu, czyli uzyskiwanych na wysokich obrotach. ME mowi o przyspieszeniach praktycznie w calym zakresie obrotow.
W odroznieniu od wspolczynnikow elastycznosci (np en*em), ktore sluza raczej do porownywania silnikow o tej samej mocy max., za pomoca parametru ME mozna porownywac rozne silniki. Jesli silniki maja takie same obroty maksymalne to, oczywiscie, wystarczy porownac ich momenty maksymalne.

W praktyce jesli kogos interesuja tylko osigi maksymalne moze ograniczyc sie tylko do mocy max., jesli znaczenie ma rowniez przyspieszenie na nizszych obrotach powinien zwrocic uwage na ME. Jesli ktos sporadycznie wkreca maszyne na maksymalne obroty to dla niego lepszym pojazdem bedzie ten o wiekszej ME, nawet jesli bedzie mial mniejsza moc max.

Wszystko to takie moje przemyslenia na szybko. Przy okazji policze ME dla roznych motocykli…

Ducati 1098R: M = 132,4 ME = 136,82 KW
Aprilia RSV4 Factory: M = 132,4 ME = 150,54 KW, NA KOLE: 117,6/132,21
Honda FireBlade 2009: M = 130,7 ME = 140,75 KW, NA KOLE: 120,4/134,46

To jeszcze Ducati 620 SPORT z silnikiem V2, wykres charakterystyki:

Widzimy, że moc max. uzyskuje przy 8750 obrotów, ale kręci aż do 10500 bez znaczącej straty mocy, więc w tej sytuacji chyba bardziej miarodajne będzie jednak policzyć ME dla maksymalnych obrotów. Przyjmijmy 10000, bo wykres mało dokładny, co daje ME=57 KW przy 45 KW mocy max.
Można jednak zauważyć kolejny problem – użyteczny zakres obrotów zaczyna sie dopiero od 3500, o ile pamiętam – poniżej tej wartości występowało szarpanie łańcuchem. Ale na razie nie będę się zastanawiał jaki to ma wpływ na elastyczność.

Na razie tyle. W najbliższej przyszłości postaram się napisać więcej o elastyczności i porównać inne silniki, tym razem samochodowe.

Po przeprowadzeniu gruntownej analizy, którą opisałem tutaj:

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA

okazało się, że moc elastyczna sprawdza się nawet lepiej niż myślałem. Bardzo wiernie oddaje średni moment obrotowy w całym zakresie obrotów, czyli średnie przyspieszenie na danym biegu. Potwierdziło się też, że turbina daje większą siłę przy niskich obrotach.

Podsumowując:

1.      Jeśli zależy nam wyłącznie na maksymalnych osiągach, np. w wyścigach – wtedy najlepszy będzie pojazd z najwyższą mocą maksymalną. Myślę jednak, że do codziennej jazdy ten parametr będzie mało przydatny, chyba że innych nie znamy.

2.       W większości przypadków ważniejsza będzie dynamika uzyskiwana przy różnych obrotach silnika, bo raczej mało kto na co dzień piłuje silnik do najwyższych obrotów. W tej sytuacji najlepszy będzie pojazd o najwyższej mocy elastycznej, czyli o najlepszym średnim przyspieszeniu. Wyliczamy ją mnożąc maksymalny moment obrotowy przez maksymalne obroty silnika:

ME=moc max*obroty max

lub, jeśli wynik ma być w „kilowatach”:

ME=moc max*obroty max/9554

3. Jeśli szczególnie zależy nam na dynamice przy niskich obrotach możemy wyliczyć wskaźnik eM lub podzielić moc elastyczną przez moc maksymalną, otrzymamy również wskaźnik elastyczności, nazwijmy go wskaźnikiem elastyczności mocy i oznaczmy jako eME:

eME=ME/moc max

Im wyższy wskaźnik, tym zazwyczaj lepsza dynamika w dolnym zakresie obrotów, ale tylko gdy porównujemy silniki o podobnej mocy max. Zwykle będzie miał też wyższą moc elastyczną.
Jeśli chcemy porównać silniki o różnej mocy możemy pomnożyć:

eME*ME lub eM*ME

Wynik w dość dużym przybliżeniu będzie wskazywał dynamikę przy niskich obrotach.

Przykłady z zestawienia silników Dacii:

benzyna          1.4: moc 58 kW, ME 70 kW, eME 1,21
turbodiesel     1.5: moc 50 kW, ME 75 kW, eME 1,51

Benzyna ma większą moc maksymalną, więc będzie miała lepsze przyspieszenie maksymalne i prędkość maksymalną, ale mniejsze średnie przyspieszenia i jeszcze mniejsze przy niskich obrotach w stosunku do diesla. Pod względem dynamiki na niskich obrotach ten diesel przewyższa nawet benzynę 1.6 o mocy 64 kW !

No to znów rozgorzeją wojny między zwolennikami diesli i benzyniaków… ;)

Na koniec może jeszcze spróbuję wyjaśnić czym jest moc, a czym moment obrotowy na innym przykładzie. Niezrozumienie często wynika ze zmiany pojęć. W mowie potocznej siła i moc jest tym samym, a w fizyce moc jest tym, co rozumiemy pod pojęciem wydajnośći:

P=W/t

czyli praca wykonana w danym czasie.

Załóżmy, że mamy do wykonania pracę polegającą na przenoszeniu cegieł na pewną odległość. Zwykle pracownicy noszą po 2 cegły. Czy siłacz potrafiący przenosić 10 cegieł na raz będzie lepszym pracownikiem ? Na pozór – tak, ale faktycznie tego nie wiemy, jeśli nie wiadomo jak szybko te cegły może nosić. W sensie fizycznym mocniejszy jest ten, kto 2 cegły przenosi w ciągu 10 s od kogoś, kto przenosi 10 cegieł, ale zajmuje mu to 100 s. Tę moc (wydajność) mamy zwykle ograniczoną, dlatego gdy zwiększamy szybkość spada nam siła (przenosimy mniej cegieł na raz), a w przypadku pojazdów – moment obrotowy (przyspieszenie):

moment obrotowy = moc / prędkość