Крутящий момент двигателя: что это такое

Популярная механика на коленчатом валу

При вращательном движении сила зависит от точки вдоль радиуса, к которой прикладывается сопротивление вращению. Чем эта точка дальше от центра, тем меньшее усилие потребуется, очень похоже на правило рычага, которое известно гораздо большему кругу не очень хорошо помнящих физику людей. То есть для точной характеристики способностей двигателя преодолевать нагрузку надо учесть и радиус.

Для этого и придумано понятие крутящего момента (КМ) — это сила, умноженная на расстояние от оси вращения, ну или плечо рычага, если так понятнее. Чем больше сила и чем длиннее рычаг (радиус маховика или колеса), тем крутящий момент больше. Измеряется он, соответственно, в Ньютон-метрах, где Ньютон — стандартная единица измерения силы, ну а что такое метр вряд ли стоит объяснять.

Чем создаётся момент в поршневом ДВС и как его повышают

Если представить себе поршень, соединённый с шейкой коленвала через шатун, то становится понятно, что КМ однозначно определяется давлением на поршень. Отсюда и несколько выводов:

• чем больше площадь днища поршня и давление газов над ним, тем выше крутящий момент, значит надо увеличивать наполнение цилиндра полезной смесью или рабочий объём двигателя;
• если смесь сильнее сжимается, то и давление будет больше, отсюда преимущество имеют моторы с высокой степенью сжатия;
• объективными пределами для бесконечного роста момента станут прочность деталей и особенности горения, над этим и работают автомобильные инженеры.

Естественно, поршневыми моторами создатели автомобилей не ограничиваются, но у пока единственного реального конкурента ДВС — электромотора проблема момента так остро не стоит, если его и указывают, то разве что в рекламных целях. Но в любом случае надо выяснить, на что влияет крутящий момент двигателя, и почему ему уделяется столько внимания. Не инженерами, для них он реально очень важен, а миром потребителей автомобилей.

Что интересует разных водителей

Каждый, кто оказывается за рулём, со временем начинает желать, чтобы автомобиль резво реагировал на нажатие педали акселератора в любой ситуации, не требуя дополнительных действий. Но возможности моторов ограничены, для хорошей отдачи им надо развить достаточное количество оборотов, как принято называть частоту вращения коленчатого вала. Только так можно зарядить цилиндры нужным количеством рабочей смеси.

Для раскрутки моторов на любой скорости существует трансмиссия. Находящаяся в её составе коробка передач может менять своё передаточное число, вручную или автоматически, позволяя двигателю работать на больших оборотах, а значит и со значительным моментом, даже на малых скоростях, например, при подъёме гружёного автомобиля в гору. Происходит это потому, что крутящий момент водителю нужен не на валу двигателя, а на ведущих колёсах.

Законы техники утверждают, что при повышении передаточного числа скорость падает, а КМ увеличивается. Причём пропорционально, фактически он умножается на величину общего передаточного числа от двигателя к колёсам. И уже именно там он ощущается водителем как сила, толкающая машину вперёд.

Момент и мощность

Мощность двигателя простыми словами равна произведению момента на скорость вращения. То есть выигрывая в скорости, проигрываем в моменте и наоборот. Более того, это является основой для парадоксального многим заключения — значение момента вообще не должно интересовать водителя. Можно ведь просто раскрутить двигатель при увеличенном передаточном числе, сила на колёсах будет той же.

Так в чём же польза от большого крутящего момента

Можно сказать, что она в факторах второго порядка, не влияющих прямо на интенсивность разгона, которая объективно нужна в первую очередь. Ну или на способность преодолевать подъёмы и сложные участки дороги.

Далеко не всем водителям нравится, когда двигатель работает на высоких оборотах. Они бы предпочли так называемую «тракторную» тягу на низких. Это субъективно, но очень многим нравится и формирует ложное впечатление, что такие моторы более динамичны. Хотя обычно всё наоборот, достаточно понаблюдать за автогонками.

И второй фактор — у мощных форсированных двигателей максимальный КМ достигается в относительно узком диапазоне оборотов, близком к максимальной мощности. Ниже его угнетающе мало. Хотелось бы более равномерного распределения крутящего момента по оборотам. Это пришло с тех времён, когда приходилось вручную работать механической коробкой передач, да ещё и с небольшим количеством ступеней. Сейчас коробки в большинстве автоматические, часто вообще бесступенчатые (вариаторы), но привычка осталась.

Как это решается в современных автомобилях, и почему производители всё упрощают

Хороший двигатель сейчас немыслим без турбонаддува. Не вдаваясь в описание этого устройства, можно сказать, что наполнение цилиндров легко обеспечивается почти при любых оборотах, начиная практически с холостых. Отсюда ровная «полка» крутящего момента, который достигает своей максимальной величины при 1500–2000 об/мин и не меняется до максимальных , у подобных двигателей значительно меньших, чем у старых «атмосферников».

Казалось бы, проблема решена, но нельзя же без рекламного эффекта. И производители начинают соревнование — кто большую величину момента укажет в характеристиках новой модели. Зачем это знать водителю — непонятно, всё равно автоматическая коробка передач выберет нужный момент на колёсах, который в несколько раз выше, создаваемого мотором, каким бы он ни был. А разгон автомобиля и прочие его способности определяются исключительно максимальной мощностью. Обороты, при которых она достигается, у гражданских автомобилей примерно одинаковые. То есть надо упоминать равномерность распределения момента по оборотам, чтобы под нагрузкой момент не падал даже без переключений, но нет, указывается только абстрактное число Ньютон-метров.

Нам мощность не надо, момента давайте!

К сожалению, борьбу за момент всячески поддерживают автожурналисты и блоггеры, с гордостью сообщая Ньютон-метры рядом с лошадиными силами. Явно в большинстве своём не понимая вообще, что это такое. Доходит даже до озвучивания принципиального преимущества дизельных двигателей в моменте. Забывая при этом, что у дизелей обычно значительно меньше обороты максимальной мощности и дело всё равно остаётся за коробкой передач.

Простой пример, уточняющий что такое крутящий момент двигателя автомобиля простыми словами — чтобы уравнять возможности двигателей с моментом, допустим, 300 и 400 Н*м, достаточно бесступенчатой коробке чуть сдвинуть управляющие конусы вариатора — и момент на колёсах станет одинаковым. А именно он и придаёт автомобилю тот самый уверенный разгон. Поэтому не стоит внимательно относиться к заявленным численным величинам крутящего момента двигателя, достаточно знать его мощность.

Крутящий момент двигателя, что это такое? Как его увеличить?

В сопроводительной документации любого транспортного средства имеются данные о том, какую максимальную мощность развивает силовой агрегат. Но там не всегда можно встретить информацию о величине крутящего момента конкретного двигателя внутреннего сгорания. Известно, что по величине крутящего момента двигателя определяется, сколько потребуется времени, чтобы разогнать машину до максимальной скорости.

Крутящий момент двигателя, что это такое?

Автомобиль является сложным устройством, в состав которого входит большое количество узлов, систем, агрегатов, мелких и крупных деталей. Каждый из перечисленных элементов играет важную роль в слаженной работе авто. Среди большого разнообразия механизмов двигатель внутреннего сгорания выполняет главную функцию, он полностью обеспечивает энергией движения каждый подвижный элемент транспортного средства.

Мотор работает по следующему алгоритму:

1. Топливо, поступающее в рабочие цилиндры, сжигается в камере сгорания.
2. Поршень приходит в движение под воздействием расширяющихся газов.
3. Через кривошипно-шатунный механизм энергия движения передается на коленчатый вал.
4. Вращающийся коленвал передает вращение через трансмиссию на ходовую часть.
5. Крутящий момент, получаемый от силового агрегата, приводит в движение колеса автомобиля.

Крутящий момент двигателя – расчетный параметр, характеризующий силу, передаваемую поршнем на коленвал. Единица измерения крутящего момента – ньютон метр (сокращенно Н*м).

Передача крутящего момента от двигателя к коробке передач производится при помощи элементов механизма разрыва мощности (фрикционных дисков сцепления, гидромуфты, гидротрансформатора).

Как увеличить крутящий момент двигателя?

При стабильной работе двигателя внутреннего сгорания машина выполняет следующие функции:

1. Быстро набирает скорость и движется в заданном режиме.
2. Может изменять тяговые усилия.
3. Может свободно маневрировать на ходу в соответствии с дорожными условиями (обгонять, тормозить, ускоряться и пр.).

В момент нажатия на педаль акселератора, возрастает объем подачи топлива, усилие давления поршня на коленвал и, соответственно, момент вращения. Процесс продолжается в заданном алгоритме.

По величине крутящего момента оценивается эффективность двигателя внутреннего сгорания. С его помощью определяют динамические характеристики разгона, максимальное ускорение транспортного средства.

Разработчики и производители автомобильных ДВС постоянно работают над проблемой увеличения крутящего момента и мощности двигателя. Существует несколько способов, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы:

• замена существующего коленвала на новый экземпляр с коленом большей длины (это влечет за собой необходимость менять рабочие цилиндры с учетом изменившегося хода поршня);
• увеличение объема двигателя за счет расточки стенок цилиндров и замены поршней.

В отличие от бензиновых силовых агрегатов, дизели не раскручивают коленвал до высоких оборотов, максимум до 3 – 5 тыс. об/мин. При этом крутящий момент дизельного двигателя на низких оборотах превышает карбюраторные в несколько раз, но в то же время отмечается сравнительно меньшая мощность. Чтобы улучшить динамику разгона, мощностные характеристики дизельного мотора, а также предотвратить возникновение «эффекта турбоямы», применяется специальная система турбонаддува с изменяемой геометрией турбины.

Примечание: турбояма – это частое явление, мешающее водителям совершать своевременные обгоны на дороге. При нажатии на педаль газа двигателю не всегда хватает объема для быстрого ускорения.

От чего зависит крутящий момент двигателя?

Не каждый водитель сможет дать определение, что такое крутящий момент двигателя автомобиля. Физический смысл данного понятия можно встретить в учебниках школьной программы. Там же дается формула крутящего момента двигателя. Данный параметр измеряется в ньютоно-метрах. Для определения его величины требуется умножить усилие поршня на расстояние между коленчатым валом и точкой крепления поршня (длина плеча).

Формула момента кручения двигателя:

Отсюда следует ответ на вопрос – как повысить крутящий момент двигателя? Чтобы момент вращения силового агрегата стал больше, нужно увеличить либо усилие, либо плечо, а лучше всего оба показателя.

Крутящий момент и мощность двигателя находятся в прямой зависимости:

Р = М кр х n, где

М кр – момент вращения;

n – количество об/мин коленвала.

Что такое максимальный крутящий момент двигателя?

На представленном графике можно наблюдать две рабочие характеристики двигателя внутреннего сгорания: мощность и момент кручения в сравнении.

Первичным показателем является крутящий момент, развиваемый коленчатым валом. Именно от значения Мкр зависит вторичный рабочий параметр – мощность силового агрегата. Из графика становится понятно, что мощность возрастает на фоне максимального значения момента вращения при росте количества оборотов коленвала.

Момент вращения тоже увеличивается с ростом оборотов, но не до бесконечности. После достижения максимального значения этот параметр остается постоянным при определенных оборотах. Если же скорость вращения коленчатого вала постоянно наращивать, парабола графика момента резко идет на снижение. Это обусловлено механическими потерями в двигателе на преодоление силы трения между кольцами поршней и боковыми стенками рабочих цилиндров. Коэффициент полезного действия силового агрегата резко снижается, энергия начинает уходить на преодоление возрастающих нагрузок.

Производители автомобилей предпочитают устанавливать двигатели, у которых кривая графика максимального крутящего момента находится в наибольшем диапазоне оборотов коленчатого вала. То есть, когда отрезок верхней горизонтальной линии (полка крутящего момента), имеет наибольшую длину.

Мощность и крутящий момент автомобильного двигателя

Так принято, что во время оценки технических характеристик любого автомобиля, прежде всего, смотрят на его мощность, однако не менее значительным показателем считается крутящий момент. Что представляют собой оба этих понятия, какова история их появления – обо всем этом и многом другом пойдет речь в нашем сегодняшнем материале.

1. Лошадиная сила и Ватт
2. Мощность двигателя: как измеряют
3. Крутящий момент, его соотношение с мощностью
4. Обороты силовой установки
5. Что важнее?
6. Подводя итоги

Лошадиная сила и Ватт

Понятие «лошадиная сила» впервые использовал известный изобретатель и инженер конца 18-го – начала 19-го века Джеймс Уатт. Именно он придумал паровой мотор, а также первым просчитал мощность, которую развивает лошадь, поднимая уголь из шахты.

С тех пор, а это уже более чем 200 лет, развиваемая одной лошадью мощность, то бишь одна лошадиная сила, составляет 33 тыс. футов в мин. Эта мера используется в некоторых мировых государствах, но если говорить о Европе, то большее распространение там получила еще одна единица измерения мощности, именуемая ваттами. Ученые даже вывели формулу, и в соответствии с ней 1 л.с. = 746 Вт. Говоря иными словами, 1 кВт, равный 1 тыс. ваттам, соответствует 1 л.с., которая была умножена на 1,34.

Мощность двигателя: как измеряют

Говоря о понятии «мощность двигателя», важно отметить, что для него существуют не только различные единицы измерения, но и разные их способы, причем, каждый из этих способов измерения демонстрирует другой результат.

Стандартным способом измерения считается тот, который использует киловатты, он применяется в большинстве европейских стран. А вот когда мощность силовой установки дана в лошадиных силах, способы измерения могут розниться в зависимости от того, о каком именно государстве идет речь.

Так, в Японии и Соединенных Штатах для этого привлекают две разновидности показателей:

• Нетто. Подразумевается испытание мотора на стенде, причем, мотора, который оснащен всем, что необходимо для полноценной эксплуатации ТС – глушителем, вентилятором, генератором и т.д.
• Брутто. Данным способом испытывают обычно силовые установки, которые не оснащены дополнительными агрегатами. Мощность брутто на 10-20 процентов превышает мощность нетто.

DIN. Этот способ расчета мощности был внедрен немецким институтом стандартизации специально для измерения показателей моторов с т.н. неотделимым оборудованием, которое присутствует в машине по умолчанию. В этом случае имеется в виду насос и вентилятор системы охлаждения, генератор без нагрузки, топливный и масляный насос.

Крутящий момент, его соотношение с мощностью

Обе упомянутых выше единицы измерения мощности (лошадиные силы и ватты, а для укрупнения показателей последней единицы принято использовать понятие киловатт) придумал Дж. Уатт, однако движет авто крутящий момент, измеряемый в ньютон-метрах. Почему не от мощности двигателя машины зависит ее способность к движению?

Мощность и крутящий момент – тесно связанные между собой характеристики: мощность, измеряемая в ваттах, представляет собой пример умножения крутящего момента на 0,1047 и на число об./мин.

Говоря иными словами, мощность показывает объем работы, выполняемой за указанный промежуток времени. Крутящий момент демонстрирует саму способность двигателя выполнять эту работу.

Например, если авто застряло в болоте и перестало двигаться, мощность мотора равняется нулю, т.к. никакая работа не выполняется, тогда как крутящий момент присутствует даже при том, что его показатели окажутся минимальными, недостаточными для начала движения. Таким образом, крутящий момент без мощности бывает, но не наоборот.

На практике от мощности напрямую зависят скоростные показатели транспортного средства: чем она выше, тем быстрее может двигаться автомобиль. Крутящий момент (его еще называют «момент силы») — показатель силы вращения коленвала и его способность оказывать сопротивление вращению. Высокий крутящий момент двигателя нагляднее всего в процессе разгона или при езде в тяжелых условиях, когда мотор выдерживает критические нагрузки.

Еще одним важнейшим показателем, отображающим возможности двигателя, по праву считается диапазон оборотов, когда достигается наибольшая тяга. Также немаловажное значение имеет эластичность мотора, то есть его возможность развивать высокие обороты под большой нагрузкой. Имеется в виду соотношение между числом оборотов для наивысшей мощности и для достижения максимально возможного крутящего момента.

Это влияет на регулировку скорости движения посредством педалей акселератора и тормоза без использования КПП, а также возможность движения с маленькой скоростью на высших передачах.

Так, например, благодаря хорошей эластичности двигателя машина на 5-й передаче ускорится с 75-80-ти км/час до 120-ти, и чем быстрее это произойдет, тем эластичнее силовая установка. Если будет стоять выбор между двумя моторами с аналогичным объемом и мощностью, то лучше тот, который эластичнее, ведь он экономичнее, тише в работе, отличается большей износостойкостью.

Обороты силовой установки

При указании технических характеристик ТС присутствует понятие не только крутящего момента, но и оборотов двигателя. Понять, как они связаны между собой, можно лишь разобравшись в самой природе ДВС, а он представляет собой агрегат, в котором химическая энергия сгорающего в рабочей зоне топлива превращается в механическую работу.

Так, из-за возгорания топливной смеси начинается перемещение поршня, влекущее за собой проворачивание коленвала. Получается, что происходящие поочередные циклы расширения и сжатия активируют механизм, а он обеспечивает преобразование движений поршня в обороты коленвала.

Это позволяет нам сделать вывод, что основные характеристики любого ТС – это крутящий момент и мощность двигателя плюс обороты, когда требуемые показатели достигаются. Само понятие обозначает число выполненных коленвалом оборотов в мин. Мощность и крутящий момент – переменные величины, непосредственное воздействие на которые оказывает как раз количество оборотов.

Для расчета мощности специалисты пользуются обычными математическими вычислениями, в частности, существует формула крутящего момента через мощность, которая выглядит так:

• М — крутящий момент;
• n — частота вращения, измеряемая в оборотах в минуту;
• w — угловая скорость вращения вала.

У многих людей возникает вполне логичный вопрос о том, зачем измерять мощность через обороты и крутящий момент. На самом деле это важно по ряду причин и во многих случаях, в частности составление графика крутящего момента двигателя — обязательная процедура в процессе разработки и сертификации каждой новой силовой установки.

Полученные данные нужны для возможного дальнейшего совершенствования двигателя и достижения максимальных эксплуатационных характеристик.Благодаря периодическому проведению всех требуемых замеров и составлению графика можно оценить реальное техническое состояние мотора.

Что важнее?

Ключевым достижением или главной целью любого работающего мотора является тяга, для нее тепловая энергия и трансформируется в механическую. Высокие тяговые показатели больше присущи силовым агрегатам, работающим на дизтопливе, которые отличаются большим ходом поршня.

Высокий крутящий момент в этом случае сводится на нет сравнительно небольшим максимально допустимым количеством оборотов – это специальное решение конструкторов с целью увеличения ресурса мотора.

Для бензиновых же агрегатов характерно большее число оборотов, а также определенный крен к мощности, и обусловлено это легкостью деталей и низкой степенью сжатия. Справедливости ради следует отметить, что с каждым годом оба вида моторов (и на дизельном топливе, и на бензине) совершенствуются, поэтому они становятся ближе не только с конструктивной точки зрения, но и в плане показателей, а вот простейшее правило рычага все еще сохраняется: если больше сила, ниже скорость и меньше расстояние и наоборот.

Однозначно никто не скажет, что важнее – мощность или крутящий момент, не существует, ведь оба показателя важны.

Машины с высокой мощностью мотора способны развивать большую скорость, да и сам скоростной диапазон у них заметно выше, а вот авто с высоким крутящим моментом гораздо быстрее разгоняется до первой сотни.

Так как с ростом крутящего момента увеличивается мощность, то те силовые установки, обороты которых выше, обычно характеризуются и большим количеством «лошадок».

Здесь целесообразно упомянуть понятие рабочего диапазона — расстояния, если можно так выразиться, между предельно высоким крутящим моментом и аналогичной мощностью, когда мотор работает наиболее эффективно и демонстрирует высокую производительность в сочетании с экономичным расходом топлива.

Подводя итоги

Подводя итоги, следует отметить, что и мощность двигателя, и крутящий момент неимоверно важны. Касаемо того, какую силовую установку предпочесть – более мощную или ту, у которой выше крутящий момент, то при сравнительно одинаковой мощности лучше взять мотор более «моментный». Это особенно актуально в машинах и механической коробкой передач.

Источник https://autobibikka.ru/krutyashhij-moment-dvigatelya/

Источник https://automonth.ru/krutjashhij-moment-dvigatelja/

Источник https://perevozka24.ru/pages/moschnost-i-krutyaschiy-moment-avtomobilnogo-dvigatelya