Moc, moment obrotowy, prędkość obrotowa

Prędkość obrotowa silnika, moc, moment obrotowy to parametry, które definiują wydajność silnika.

Wszystkie te 3 parametry są ze sobą ściśle powiązane.

Prędkość obrotowa - określa częstotliwość obrotów wału korbowego, czyli liczbę obrotów w jednostce czasu.

W technice prędkość obrotową wyrażamy jako częstotliwość obrotów w obrotach na sekundę s^-1, lub jako prędkość kątową ω wyrażaną w rad/s (radianach na sekundę).

W praktyce stosujemy używamy jednostki obr/min, czyli ilość obrotów wykonanych w ciągu minuty.

Bez problemu możemy przeliczyć prędkość obrotową, ponieważ istnieje prosta zależność:

jeśli prędkość obrotowa n jest wyrażona w obrotach na sekundę - s^-1, oraz 

jeśli n jest określona w obr/min.

Moment obrotowy - mówiąc ogólnie moment siły M, to jest siła F₁ pomnożona przez ramię r na którym ta siła działa.

W powyższym przypadku moment będzie wynosił 

Moment wyrażamy w Nm - niutonometrach. 

W silniku spalinowym jednak tłok wykonuje ruchy posuwisto-zwrotne (porusza się po jednej linii, ale zmienia stronę w którą się porusza). Skąd więc bierze się moment obrotowy? Tłok jest powiązany korbowodem w wałem korbowym i właśnie dzięki temu układowi zachodzi zamiana ruchu posuwisto-zwrotnego na obrotowy.

Spalanie paliwa powoduje wzrost ciśnienia w cylindrze i przesuwa tłok w niższe położenie. Tłok za pomocą korbowodu obraca wałem korbowy i wytwarza moment obrotowy. W naszym przypadku będzie to

Czyli im większe ciśnienie gazów, tym większa będzie siła F i większy moment. Jeśli wnikliwiej przyjrzymy się rysunkowi to dojdziemy do wniosku, że wartość siły F będzie zmieniać się w zależności od kąta obrotu wału korbowego. 

Ten rysunek jest bardzo uproszczony, zaznaczyłem tylko siłę F aby wytłumaczyć jak powstaje moment obrotowy. Natomiast w silniku działa bardzo dużo sił, których część opiszę przy okazji wyrównoważenia silnika.

Aby zwiększyć moment obrotowy silnika należy zwiększyć ciśnienie gazów, powierzchnię tłoka, lub ramię wykorbienia r (zobacz silnik kwadratowy).

Wytworzony w ten sposób moment obrotowy "przechodzi" przez sprzęgło, skrzynię biegów, przekładnie główną i trafia na koła jezdne samochodu.

Moment obrotowy silnika jest parametrem podstawowym silnika, choć większość osób operuje mocą. Natomiast badając silnik na hamowni jesteśmy w stanie zmierzyć moment obrotowy i prędkość obrotową. Natomiast moc jest wielkością, którą wyliczymy na tej podstawie.

Moc silnika.

Posiadając moment obrotowy oraz obroty odpowiadające temu momentowi możemy wyliczyć moc silnika.

gdzie:

• P - moc silnika [W],
• M - moment obrotowy silnika [Nm],
• ω - prędkość kątowa wału korbowego silnika [rad/s]

Obecnie moc silników samochodowych wyrażamy w [kW] (1000*wat).

Moc inaczej mówiąc moc to ilość pracy wykonanej w czasie.

Wobraźmy sobie, że musimy podnieść wiaderko w studni na wysokość 10m. Wiaderko waży 100N (około 10kg).

Kręcimy korbą z dowolną prędkością. Wykonamy pracę 1000 J (dżuli). Możemy to zrobić w ciągu minuty lub w ciągu tygodnia. Wykonana praca pozostanie taka sama. Ale jeśli uwzględnimy czas w jakim wykonamy tę operację to uzyskamy moc.

Kiedyś jednostką mocy był koń mechaniczny. Jednostka była powiązana z mocą zwykłego konia, który potrafił podnieść 73 kg na wysokość 1 m w ciągu 1 sekundy. 

Jeśli podzielimy moc przez objętość skokową silnika, to otrzymamy stopień wysilenia silnika.