Vad är egentligen skillnaden mellan en motors effekt och vridmoment?
Jag har många ggr frågat motorkunniga och fått svar som typ: ”Jomen det vet du väl, vridmomentet är ju styrkan, råkraften, och effekten är farten. Moderna bilmotorer har hög effekt, men ofta skitdåligt vridmoment, BMW måste man tokvarva för att det ska hända nåt”. Men det räcker inte som förklaring för mig. Om det nu är så enkelt att vridmomentet anger hur mycket motorn orkar, så vad anger då effektvarvet? För att köra riktigt fort med en bil behövs ju maximalt med klös i motorn, kalla det vridmoment eller effekt eller vad som helst.
På maskinförarutbildningen jag nyligen gått fick vi lära oss lite grann om ecodriving för grävmaskiner. En grävmaskin har liksom en båtmotor inga växlar kopplade till hydraliken, utan man väljer ett visst varvtal på motorn, sen gräver man på det varvtalet. Om man studerar motorns datablad, eller vad det nu kallas kan man kanske se att maxeffekten 160 hk uppnås vid 3000 varv, medans max vridmoment fås redan vid 2500 varv. Om man inte varvar motorn högre än där den ger max vridmoment har åkaren stora pengar att tjäna på minskad dieselförbrukning, speciellt när det rör sig om riktigt stora grävmaskiner. Förklaringen till det var att man kan gräva lite fortare på maxvarv, men maskinen orkar inte gräva nåt mer. ? Men om jag på en timme på maxvarv hinner ösa 120 skopor, medans jag på max vridmomentsvarv hunnit ösa 95 har väl maskinen ”orkat” mer på maxvarv? Flera av snubbarna som gick på kursen hade hållit på med traktorer och trimmat rallybilar sen de var nyfödda och visste exakt skillnaden mellan vridmoment och effektvarv. Ansåg de i alla fall, men inte ens lärarna som hade gått kurs i ecodriving kunde förklara det hela.
De här två kurvorna följs till en viss del åt, en modern motor som har max vridmoment på ett högt varvtal har ju också ett högt effektvarv. En båtdiesel har (ofta) bägge de här varvtalen ganska lågt. Det underliga är ju att kurvorna följs åt uppåt tills tex 2500 varv, sen sjunker vridmomentet samtidigt som effekten ökar! Förklara det på ett vettigt vis den som kan.
En ångmaskin har max vridmoment redan från stillastående det vet jag. Max effekt uppnås antagligen vid ett högre varv, det vet jag också. Men det förklarar ändå inte skillnaden mellan vridmoment och effekt så jag förstår det.
Det jag egentligen vill åt med det här långa inlägget är att om det där med grävmaskiners ecodriving stämmer, och det gör det ju, borde man kanske på en deplacementsbåt välja stigningen på propellern så att man på fullgas uppnår max vridmoment, men inte mycket mer. Det rekomenderas ju annars att man på fullgas ska uppnå max effektvarv. Varför då, om nu motorns vridmoment, eller råstyrka är lägre på 3000 varv än vid 2500 varv?
Nu vill jag höra en förklaring som är bättre än den jag redan hört i 40 år.
Effekt eller vridmoment?
-
Guitar Nilsson
- Diamantmedlem
- Inlägg: 2193
- Blev medlem: mån 04 okt 2004, 22:39
- Ort: Myrbacka Ljusne
- Kontakt:
Effekt eller vridmoment?
Vi seglade så fort att dagar och nätter flög förbi som vita och svarta lakan. Och skepparn var så elak att vi med honom skrämde bort hundra meter långa bläckfiskar som kom varannan dag, och ville dra oss ner i djupet.
Sambandet mellan moment och effekt är
P = w * M
där P är effekten (i Watt), M är momentet i (Newton-meter) och w är vinkelfrekvensen som man kan beräkna enligt
w = rpm * 2 * pi / 60
där rpm är varv per minut. Kort sagt så ökar effekten om momentet ökar vid samma varvtal eller, om momentet är konstant, så ökar effekten om varvtalet ökar.
Momentet i motorn beror på trycket i i cylindern, dvs hur mycket man "gasar". I en dieselmotor (som inte har något gasspjäll) så beror det på hur mycket olja man sprutar in. Mer bränsle - högre tryck - högre moment - högre effekt.
Orsaken att momentkurvan har ett max för att sedan sjunka vid högre varvtal beror på att förlusterna i motorn ökar och "stjäl moment" (eller effekt) men eftersom varvtalet ökar så fortsätter effekten att öka intill den punkt där förlusterna "äter upp" all ytterligare effektökning.
Momentet i sin tur är = kraft * hävarmens längd. Om hävarmens längd är densamma så ger ett större moment större kraft vid hävarmens ände.
P = w * M
där P är effekten (i Watt), M är momentet i (Newton-meter) och w är vinkelfrekvensen som man kan beräkna enligt
w = rpm * 2 * pi / 60
där rpm är varv per minut. Kort sagt så ökar effekten om momentet ökar vid samma varvtal eller, om momentet är konstant, så ökar effekten om varvtalet ökar.
Momentet i motorn beror på trycket i i cylindern, dvs hur mycket man "gasar". I en dieselmotor (som inte har något gasspjäll) så beror det på hur mycket olja man sprutar in. Mer bränsle - högre tryck - högre moment - högre effekt.
Orsaken att momentkurvan har ett max för att sedan sjunka vid högre varvtal beror på att förlusterna i motorn ökar och "stjäl moment" (eller effekt) men eftersom varvtalet ökar så fortsätter effekten att öka intill den punkt där förlusterna "äter upp" all ytterligare effektökning.
Momentet i sin tur är = kraft * hävarmens längd. Om hävarmens längd är densamma så ger ett större moment större kraft vid hävarmens ände.
Effekt och vridmoment hänger samman som Kjelle beskrev.
Men sedan finns det fler parametrar. Vill man köra så ekonomiskt som möjligt med en diesel finns ett varvtal där den sk "specifika bränsleförbrukningen" är som minst. Där får man mest utbyte av bränslet.
Sedan skall man minimera utsläppen, och det sker sannolikt på ett annat varvtal och en annan belastning.
När det gäller dieselbåtmotorer och propellrar finns en ytterligare faktor, och det är propellerns effektupptagning ("hur mycket kraft den tar upp från motorn"). Den är inte linjär gentemot varvtalet, utan exponentiell.
Det kan vara en bra strategi att välja en propeller som med nöd och näppe tillåter motorn att nå toppvarvet (max-effektvarvet). Att bara bekräfta propellervalet med att se om motorn varvar ut säger bara att propeller inte är för stor, inte om den är lagom. I det här fallet måste man veta vad som är för mycket. Bästa totalekonomi får man om marschvarvet ligger någonstans runt bästa specifika effekt, och med en propeller som vid det varvet belastar motorn till 70 %. Men det är vridmomentet vid det varvtalet som avgör tillgänglig effekt, så även en yster 50-hästare kan ge beskedliga 18-20 vid bästa specifika effekt. Väljer man en propeller som ger bästa verkningsgrad vid det varvtalet blir den alldeles för stor (tung) för motorn vid maxvarv. Å andra sidan kommer en propeller som ger max vid fullt varv att belasta motorn alldeles för lite om man kör på halva maxvarvet, och så får man kanske problem av det skälet.
Det är av det här skälet man har så svårt att bestämma bästa propellerstorlek. Ställbara blad är en lösning. Det är också ett skäl att tänka igenom om man verkligen skall ha en galet stor motor som aldrig "går varm", eller om man skall ha en mer "laqom" som man kör på 50-60 % när man kör ordentligt.
Men sedan finns det fler parametrar. Vill man köra så ekonomiskt som möjligt med en diesel finns ett varvtal där den sk "specifika bränsleförbrukningen" är som minst. Där får man mest utbyte av bränslet.
Sedan skall man minimera utsläppen, och det sker sannolikt på ett annat varvtal och en annan belastning.
När det gäller dieselbåtmotorer och propellrar finns en ytterligare faktor, och det är propellerns effektupptagning ("hur mycket kraft den tar upp från motorn"). Den är inte linjär gentemot varvtalet, utan exponentiell.
Det kan vara en bra strategi att välja en propeller som med nöd och näppe tillåter motorn att nå toppvarvet (max-effektvarvet). Att bara bekräfta propellervalet med att se om motorn varvar ut säger bara att propeller inte är för stor, inte om den är lagom. I det här fallet måste man veta vad som är för mycket. Bästa totalekonomi får man om marschvarvet ligger någonstans runt bästa specifika effekt, och med en propeller som vid det varvet belastar motorn till 70 %. Men det är vridmomentet vid det varvtalet som avgör tillgänglig effekt, så även en yster 50-hästare kan ge beskedliga 18-20 vid bästa specifika effekt. Väljer man en propeller som ger bästa verkningsgrad vid det varvtalet blir den alldeles för stor (tung) för motorn vid maxvarv. Å andra sidan kommer en propeller som ger max vid fullt varv att belasta motorn alldeles för lite om man kör på halva maxvarvet, och så får man kanske problem av det skälet.
Det är av det här skälet man har så svårt att bestämma bästa propellerstorlek. Ställbara blad är en lösning. Det är också ett skäl att tänka igenom om man verkligen skall ha en galet stor motor som aldrig "går varm", eller om man skall ha en mer "laqom" som man kör på 50-60 % när man kör ordentligt.
Anders S
-
Sneseglarn
- Diamantmedlem
- Inlägg: 355
- Blev medlem: sön 06 maj 2007, 18:42
- Ort: Skåne
edit: tankevurpa...
Halvt OT: För något år sedan ställde jag frågan (till en i branschen insatt person) om man inte skulle kunna ha en liten lätt turbomatad motor med 400 hk istället för en tung långsam diesel på 400hk i lastbilar. Detta med motiveringen att en växellåda borde kunna växla ner den ylande lilla motorn till samma moment som den stora. Jag har hört till leda att det handlar om vridmoment - fast det är relaterat till effekten.
Efter konsultation med konstruktionspersonal på en av våra lastbilstillverkare återkom han med svaret att det går precis lika bra. Anledningen är driftsekonomi (bränsleåtgång och hållfasthet).
Halvt OT: För något år sedan ställde jag frågan (till en i branschen insatt person) om man inte skulle kunna ha en liten lätt turbomatad motor med 400 hk istället för en tung långsam diesel på 400hk i lastbilar. Detta med motiveringen att en växellåda borde kunna växla ner den ylande lilla motorn till samma moment som den stora. Jag har hört till leda att det handlar om vridmoment - fast det är relaterat till effekten.
Efter konsultation med konstruktionspersonal på en av våra lastbilstillverkare återkom han med svaret att det går precis lika bra. Anledningen är driftsekonomi (bränsleåtgång och hållfasthet).
Det är inte så krångligt egentligen. Om man håller sig till bensindrivna bilar som de flesta kan relatera till:
En normal bilist som ligger och slökör till och från jobbet ligger för det mesta mellan 2000 och 3000 rpm, dvs man växlar upp vid 3000 varv och kommer då in på ca 2000 varv på den högre växeln. Det som då påverkar "draget" i bilen är vilket vridmoment den har. En familjebil med runt 200 Nm i vridmoment i detta intervall känns trött, medans en turbobil med 300+ Nm känns kraftfull.
BMW:s motorer bygger på en annan filosofi, dvs samma som gäller för trimmade motorcyklar att motorn är relativt momentsvag på lägre varv, men när man börjar krypa upp i registret vaknar den till liv. Som någon sa så är effekt = vridmoment x varvtal, så den motor som kan bibehålla vridmoment långt upp i varvtalsregistret för högst effekt, tämligen ointressant för normala bilister.
Sen har vi dieselbilarna som har fullständigt fantastiska vridmomentsiffror, men inte varvar så mycket. De upplevs troligen som kraftfullare av normalbilisten.
Som en parantes kan nämnas att min chippade 9-5 2,3t biopower har 385Nm i vrid från 1800 rpm, den är väldigt snabb!
En normal bilist som ligger och slökör till och från jobbet ligger för det mesta mellan 2000 och 3000 rpm, dvs man växlar upp vid 3000 varv och kommer då in på ca 2000 varv på den högre växeln. Det som då påverkar "draget" i bilen är vilket vridmoment den har. En familjebil med runt 200 Nm i vridmoment i detta intervall känns trött, medans en turbobil med 300+ Nm känns kraftfull.
BMW:s motorer bygger på en annan filosofi, dvs samma som gäller för trimmade motorcyklar att motorn är relativt momentsvag på lägre varv, men när man börjar krypa upp i registret vaknar den till liv. Som någon sa så är effekt = vridmoment x varvtal, så den motor som kan bibehålla vridmoment långt upp i varvtalsregistret för högst effekt, tämligen ointressant för normala bilister.
Sen har vi dieselbilarna som har fullständigt fantastiska vridmomentsiffror, men inte varvar så mycket. De upplevs troligen som kraftfullare av normalbilisten.
Som en parantes kan nämnas att min chippade 9-5 2,3t biopower har 385Nm i vrid från 1800 rpm, den är väldigt snabb!
Senast redigerad av 2 FredrikW, redigerad totalt 0 gång.
Gillar att segla!
Om man gör jämförelsen med bil så ligger det till så här:
tex max vridmoment Nm 4000rpm
max effekt Hk/Kw 6000rpm
Vill du att din bil ska accerelera så snabbt som möjligt eller köra den högsta toppfarten ska du genom att lägga i den växel som ger varvtal för högsta effekt. Försök få bilen att hålla så nära 6000 rpm som du kan under hela accelerationen eller toppfartskörningen med hjälp av rätt växel.
Alltså det varvtal där max effekt uppnås = motorns högsta energi.
Är du begränsad av en viss växel, säg 4e växeln och trycker plattan i botten från 1500 rpm, så kommer bilen att accelerera snabbast när
du når max vridmoment 4000 rpm. Säg att detta sker i 120 km/t,
sedan avtar accelerationen successivt upp till max varv. Men vill du i 120 km/t uppnå maximal acceleration växlar du ner till ex 3an och försöker fånga 6000 rpm där max effekt uppnås.
Förstår ni?
tex max vridmoment Nm 4000rpm
max effekt Hk/Kw 6000rpm
Vill du att din bil ska accerelera så snabbt som möjligt eller köra den högsta toppfarten ska du genom att lägga i den växel som ger varvtal för högsta effekt. Försök få bilen att hålla så nära 6000 rpm som du kan under hela accelerationen eller toppfartskörningen med hjälp av rätt växel.
Alltså det varvtal där max effekt uppnås = motorns högsta energi.
Är du begränsad av en viss växel, säg 4e växeln och trycker plattan i botten från 1500 rpm, så kommer bilen att accelerera snabbast när
du når max vridmoment 4000 rpm. Säg att detta sker i 120 km/t,
sedan avtar accelerationen successivt upp till max varv. Men vill du i 120 km/t uppnå maximal acceleration växlar du ner till ex 3an och försöker fånga 6000 rpm där max effekt uppnås.
Förstår ni?
-
Guitar Nilsson
- Diamantmedlem
- Inlägg: 2193
- Blev medlem: mån 04 okt 2004, 22:39
- Ort: Myrbacka Ljusne
- Kontakt:
Javisst förstår jag det där. Det lärde jag mig för 35 år sen när jag började trimma mopeder och laborerade med olika utväxlingar. Jag hade en fördel av att ara den enda med 4-växlad låda. Men jag tycker inte varken din eller någon annans förklaring på de tre forum jag ställt samma fråga förklarar hur vridmomentet över 4000 varv kan sjunka samtidigt som effekten ökar. Jag har nog liksom de flesta i många år trott att jag förstått det där med vrid och effekt men har nu insett att jag inte förstår. Det är nog en hel del andra som är i samma situation, man tror man vet hur nåt hänger ihop, men det gör man inte alls.sterio skrev:Om man gör jämförelsen med bil så ligger det till så här:
tex max vridmoment Nm 4000rpm
max effekt Hk/Kw 6000rpm
Vill du att din bil ska accerelera så snabbt som möjligt eller köra den högsta toppfarten ska du genom att lägga i den växel som ger varvtal för högsta effekt. Försök få bilen att hålla så nära 6000 rpm som du kan under hela accelerationen eller toppfartskörningen med hjälp av rätt växel.
Alltså det varvtal där max effekt uppnås = motorns högsta energi.
Är du begränsad av en viss växel, säg 4e växeln och trycker plattan i botten från 1500 rpm, så kommer bilen att accelerera snabbast när
du når max vridmoment 4000 rpm. Säg att detta sker i 120 km/t,
sedan avtar accelerationen successivt upp till max varv. Men vill du i 120 km/t uppnå maximal acceleration växlar du ner till ex 3an och försöker fånga 6000 rpm där max effekt uppnås.
Förstår ni?
Vi seglade så fort att dagar och nätter flög förbi som vita och svarta lakan. Och skepparn var så elak att vi med honom skrämde bort hundra meter långa bläckfiskar som kom varannan dag, och ville dra oss ner i djupet.
Multiplikation, Helge, multiplikation...Guitar Nilsson skrev:Men jag tycker inte varken din eller någon annans förklaring på de tre forum jag ställt samma fråga förklarar hur vridmomentet över 4000 varv kan sjunka samtidigt som effekten ökar.
Även om vridmomentet sjunker med stigande varvtal, så ökar ju varvtalet, och så länge varvtalet ökar mer än vridmomentet minskar så ökar fortfarande effekten . men inte lika mycket!
Anders S
Fick lära mig i skolan (förvisso för mycket länge sedan, men det borde gälla även idag...) att definitionen på effekt är arbete/tidsenhet och mäts med Si-enheten Watt. Vridmomentet, på en motor, är den tillgängliga "kraft" som momentant finns att tillgå och är varvtalsberoende och mäts i enheten Nm.
Så minns/fattade jag skolläraren, men det var som sagt länge sedan..
Lasse
Så minns/fattade jag skolläraren, men det var som sagt länge sedan..
Lasse
I en grävmaskin har motorn troligen (?) vartalsregulator. Det betyder att oavsett belastning (så länge motorn orkar dra) så bibehålls varvtalet. Eftersom belastningen varierar (beror lite på hur hydrauliken är utformad) så varierar behovet av effekt. Det som sker då är att mängden bränsle som sprutas in styrs så att man får precis det tryck i cylindern som behövs för att övervinna det moment som belastningen kräver vid det bestämda varvtalet.
Motorn ger alltså bara det moment och effekt som belastningen på motorn fordrar för tillfället. Den effekt (och moment) som motortillverkare anger avser vanligtvis bara den maximala effekten vid varje varvtal. Den effekt som motorn de facto avger är något mellan 0 - 100 % av den maximala.
Varför minskar momentet vid högt varvtal? Svaret är att de interna förlusterna i motorn ökar. Den effekt som utvecklas i cylindern används till att komprimera luft i en annan cylinder, övervinna friktion i lager och tätytor och effekt som behövs för driva framför allt ventilsystemet på topplocket. Vidare finns förluster i smörjolljepumpningen, kylvattenpump, generator, fläktar och allt annat som motorn ska dra. Alla dessa förluster ökar med ökat varvtal och vissa av dem även med belastningen på motorn(lagerfriktion). Vidare så ökar strömningsmotstånden i insugningsrör / kanaler och avgassystem. Det första medför att när cylindern laddas med luft under insugningsfasen så blir det ett allt lägre tryck i cylindern med ökat varvtal och därmed kan mindre bränsle tillföras och man får mindre effekt. Samma gäller avgaserna; det blir större gasflöden vid högre effekt och därmed ökat motstånd - kolven måste hjälpa till med att pressa ut gaserna ur cylindern och det uppstår mottryck i turboaggregatets turbin, i avgasrör och i ljuddämpare. Hur mycket beror på hur motorn är konstruerad och för vilket varvtal den är avsedd att arbeta vid.
Normalt brukar man finna att motorer (vid full last) har sin bästa verkningsgrad ungefär vid momentmax. När man ska mäta verkningsgraden så gäller - som Anders skriver, den specifika bränsleförbrukningen vanligen mätt i kg bränsle per avgiven kWh på motorns utgående axel. En stor dieselmotor (lastbil) kan man få upp till 40 - 45 %. En fartygsdiesel t o m högre.
Motorn ger alltså bara det moment och effekt som belastningen på motorn fordrar för tillfället. Den effekt (och moment) som motortillverkare anger avser vanligtvis bara den maximala effekten vid varje varvtal. Den effekt som motorn de facto avger är något mellan 0 - 100 % av den maximala.
Varför minskar momentet vid högt varvtal? Svaret är att de interna förlusterna i motorn ökar. Den effekt som utvecklas i cylindern används till att komprimera luft i en annan cylinder, övervinna friktion i lager och tätytor och effekt som behövs för driva framför allt ventilsystemet på topplocket. Vidare finns förluster i smörjolljepumpningen, kylvattenpump, generator, fläktar och allt annat som motorn ska dra. Alla dessa förluster ökar med ökat varvtal och vissa av dem även med belastningen på motorn(lagerfriktion). Vidare så ökar strömningsmotstånden i insugningsrör / kanaler och avgassystem. Det första medför att när cylindern laddas med luft under insugningsfasen så blir det ett allt lägre tryck i cylindern med ökat varvtal och därmed kan mindre bränsle tillföras och man får mindre effekt. Samma gäller avgaserna; det blir större gasflöden vid högre effekt och därmed ökat motstånd - kolven måste hjälpa till med att pressa ut gaserna ur cylindern och det uppstår mottryck i turboaggregatets turbin, i avgasrör och i ljuddämpare. Hur mycket beror på hur motorn är konstruerad och för vilket varvtal den är avsedd att arbeta vid.
Normalt brukar man finna att motorer (vid full last) har sin bästa verkningsgrad ungefär vid momentmax. När man ska mäta verkningsgraden så gäller - som Anders skriver, den specifika bränsleförbrukningen vanligen mätt i kg bränsle per avgiven kWh på motorns utgående axel. En stor dieselmotor (lastbil) kan man få upp till 40 - 45 %. En fartygsdiesel t o m högre.
Den där grafen som SWE visade stämmer (naturligtvis) väldigt bra över hela intervallet, med :
Effekt[W] = Vrid[NM] * rpm * 2 * PI / 60.
Bara att kontrollräkna! Och då ser man tydligt att det är som Anders skrev, effekten kan visst öka även om vridmomentet minskar, så länge vridmomentet minskar måttligt, dvs procentuellt mindre än vad varvtalet ökar. Men efter ett tag når man den punkt då vridmomentet minskar mer procentuellt sätt än varvtalet ökar, och vips börjar effekten sjunka.
Hälsningar
Tommy
Effekt[W] = Vrid[NM] * rpm * 2 * PI / 60.
Bara att kontrollräkna! Och då ser man tydligt att det är som Anders skrev, effekten kan visst öka även om vridmomentet minskar, så länge vridmomentet minskar måttligt, dvs procentuellt mindre än vad varvtalet ökar. Men efter ett tag når man den punkt då vridmomentet minskar mer procentuellt sätt än varvtalet ökar, och vips börjar effekten sjunka.
Hälsningar
Tommy
Javisst förstår jag det där. Det lärde jag mig för 35 år sen när jag började trimma mopeder och laborerade med olika utväxlingar. Jag hade en fördel av att ara den enda med 4-växlad låda. Men jag tycker inte varken din eller någon annans förklaring på de tre forum jag ställt samma fråga förklarar hur vridmomentet över 4000 varv kan sjunka samtidigt som effekten ökar. Jag har nog liksom de flesta i många år trott att jag förstått det där med vrid och effekt men har nu insett att jag inte förstår. Det är nog en hel del andra som är i samma situation, man tror man vet hur nåt hänger ihop, men det gör man inte alls.
Effekt är energi. Kraft i förhållande till hastighet.
Vridmoment bara kraft.
Om du orkar lyfta 20kg 1m upp med armen långsamt.
Om jag kan lyfta 15 kg 1m upp med armen snabbt kan jag generera mer energi, alltså mer Hk/Kw.
I detta fall producerar jag lägre vridmoment men med högre fart. Ändå blir energin högre.
Gäller att hålla rak kurs här!sterio skrev:
Effekt är energi. Kraft i förhållande till hastighet.
Vridmoment bara kraft.
Om du orkar lyfta 20kg 1m upp med armen långsamt.
Om jag kan lyfta 15 kg 1m upp med armen snabbt kan jag generera mer energi, alltså mer Hk/Kw.
I detta fall producerar jag lägre vridmoment men med högre fart. Ändå blir energin högre.
Håkan har startat en intressant tråd!
Du har väl förresten hittat moment- och effektdiagrammen för 3GM30 ? Och bränslediagrammet!
/J