Содержание
Крутящий момент двигателя
Автолюбители нередко дискутируют друг с другом: чей двигатель мощнее. Но иногда и не представляют при этом, из чего складывается данный параметр. Общепринятый термин «лошадиная сила» был введён изобретателем Джеймсом Уаттом в XVIII веке. Он придумал его, наблюдая за лошадью, которая была запряжена в поднимающий уголь из шахты механизм. Он рассчитал, что одна лошадь за минуту может поднять 150 кг угля на высоту 30-ти метров. Одна лошадиная сила эквивалентна 735,5 Ватт, или 1 кВт равен 1,36 л.с.
В первую очередь, мощность любого мотора оценивают в лошадиных силах, и лишь потом вспоминают о крутящем моменте. Но эта тяговая характеристика тоже даёт представление о конкретных тягово-динамических возможностях автомобиля. Крутящий момент является показателем работы силового агрегата, а мощность – основным параметром выполнения этой работы. Эти показатели тесно связаны друг с другом. Чем больше производится двигателем лошадиных сил, тем больше и потенциал крутящего момента. Реализуется этот потенциал в реальных условиях через трансмиссию и полуоси машины. Соединение этих элементов вместе и определяет, как именно мощность может переходить в крутящий момент.
Простейший пример – сравнение трактора с гоночной машиной. У гоночного болида лошадиных сил много, но крутящий момент требуется для увеличения скорости через редуктор. Чтобы такая машина двигалась вперёд, надо совсем немного работы, потому что основная часть мощности используется для развития скорости.
Что касается трактора, то у него может быть мотор с таким же рабочим объёмом, который вырабатывает столько же лошадиных сил. Но мощность в этом случае используется не для развития скорости, а для выработки тяги (См. тяговый класс). Для этого она пропускается через многоступенчатую трансмиссию. Поэтому трактор не развивает высоких скоростей, зато он может буксировать большие грузы, пахать и культивировать землю, и т.д.
В двигателях внутреннего сгорания сила передаётся от газов сгорающего топлива поршню, от поршня – передаётся на кривошипный механизм, и далее на коленчатый вал. А коленвал, через трансмиссию и приводы, раскручивает колёса.
Естественно, крутящий момент двигателя не постоянен. Он сильней, когда на плечо действует бо́льшая сила, и слабей – когда сила слабнет или перестаёт действовать. То есть, когда водитель давит на педаль газа, то сила, воздействующая на плечо, повышается, и, соответственно увеличивается крутящий момент двигателя.
Мощность обеспечивает преодоление всевозможных сил, которые мешают двигаться автомобилю. Это и сила трения в двигателе, трансмиссии и в приводах автомобиля, и аэродинамические силы, и силы качения колёс и т.д. Чем больше мощность, тем большее сопротивление сил машина сможет преодолеть и развить большую скорость. Однако мощность – сила не постоянная, а зависящая от оборотов мотора. На холостом ходу мощность одна, а на максимальных оборотах – совершенно другая. Многими автопроизводителями указывается, при каких оборотах достигается максимально возможная мощность автомобиля.
Необходимо учитывать, что максимальная мощность не развивается сразу. Автомобиль стартует с места практически при минимальных оборотах (немного выше холостого хода), и для того, чтобы отмобилизировать полную мощность, требуется время. Тут и вступает в дело крутящий момент двигателя. Именно от него и будет зависеть, за какой отрезок времени автомашина достигнет своей максимальной мощности – то есть, динамика её разгона.
Зачастую водитель сталкивается с такими ситуациями, когда требуется придать автомобилю значительное ускорение для выполнения необходимого маневра. Прижимая педаль акселератора в пол, он чувствует, что автомобиль ускоряется слабо. Для быстрого ускорения нужен мощный крутящий момент. Именно он и характеризует приёмистость автомобиля.
Основную силу в двигателе внутреннего сгорания вырабатывает камера сгорания, в которой воспламеняется топливно-воздушная смесь. Она приводит в действие кривошипно-шатунный механизм, а через него – коленчатый вал. Рычагом является длина кривошипа, то есть, если длина будет больше, то и крутящий момент тоже увеличится.
Однако увеличивать кривошипный рычаг до бесконечности невозможно. Ведь тогда придётся увеличивать рабочий ход поршня, а вместе с ним и размеры двигателя. При этом уменьшатся и обороты двигателя. Двигатели с большим рычагом кривошипного механизма можно применить только лишь в крупномерных плавательных средствах. А в легковых автомашинах с небольшими размерами коленчатого вала не поэкспериментируешь.
Откуда берутся «лошадиные силы»?
Измерять мощность моторов в «лошадиных силах» предложил знаменитый английский изобретатель Джеймс Уатт в 1789 году. Во времена начала промышленной революции в Англии на рудниках, в портах и мельницах в качестве источника силы для подъемных машин использовались лошади. Их запрягали в лебедку крана и гоняли по кругу.
Запряженное в механизм животное весом около 500 кг, вышагивая по кругу и натягивая канат через систему блоков, могло обеспечить работу крана, равную подъему груза в 90 кг со скоростью 1 метр в секунду. Груз поднимали бочками или кулями весом от 140,9 до 190,9 кг каждый. Тем самым, за 8 часов работы лошадь, ковыляя вокруг лебедки со скоростью в 3 кмч, не утруждаясь могла перегрузить 33 000 фунтов, что равняется почти 14 тоннам. Эту работу и прописали как эталон «лошадиной силы».
Паровые машины могли совершать такую же работу гораздо быстрее, потому как имели мощность в несколько лошадиных сил. Тем самым, в определении Джеймса Уатта, мощность — это не спортивная динамика машины, не приемистость, а работа, совершенная в единицу времени.
Таблица крутящего момента и мощности
| Марка автомобиля | мощность, л.с. | при об/мин | крутящий момент, Нм | приведенный момент, Нм | |
| 1 | Alfa Romeo 8C Competizione | 450 | 7000 | 470 | 470 |
| 2 | Aston Martin DB9 | 477 | 6000 | 600 | 514 |
| 3 | Audi A3 Sedan 2.0 TDI | 150 | 4000 | 320 | 183 |
| 4 | Audi A6 3.0 TDI | 204 | 4500 | 400 | 257 |
| 5 | Audi RS5 Coupe | 450 | 8250 | 430 | 507 |
| 6 | Audi S3 | 300 | 6200 | 380 | 337 |
| 7 | Audi S4 | 333 | 7000 | 441 | 441 |
| 8 | Audi S8 | 520 | 6000 | 652 | 559 |
| 9 | Audi Q7 4.2 TDI | 327 | 3750 | 760 | 407 |
| 10 | Audi R8 4.2 | 420 | 7800 | 430 | 479 |
| 11 | Bentley Mulsanne | 512 | 4200 | 1020 | 612 |
| 12 | BMW 330d F30 | 258 | 4000 | 560 | 320 |
| 13 | BMW M135i F21 | 320 | 5800 | 450 | 373 |
| 14 | BMW M5 F10 | 560 | 7000 | 680 | 680 |
| 15 | BMW M550d xDrive F10 | 381 | 4400 | 740 | 465 |
| 16 | BMW 750i F01 | 450 | 5500 | 650 | 511 |
| 17 | BMW M3 E92 | 420 | 8300 | 400 | 474 |
| 18 | BMW X5 M50d E70 | 381 | 4400 | 740 | 465 |
| 19 | Bugatti Veyron 16.4 | 1001 | 6000 | 1250 | 1071 |
| 20 | Cadillac Escalade | 403 | 5700 | 565 | 460 |
| 21 | Chevrolet Camaro ZL1 | 580 | 6000 | 754 | 646 |
| 22 | Chevrolet Corvette Z06 | 507 | 6300 | 637 | 573 |
| 23 | Citroën C5 V6 HDi 240 | 240 | 3800 | 450 | 244 |
| 24 | Citroën DS5 eHDi 160 | 160 | 3750 | 340 | 182 |
| 25 | Dodge Challenger SRT8 392 | 470 | 6000 | 637 | 546 |
| 26 | Dodge SRT Viper | 650 | 6150 | 814 | 715 |
| 27 | Ferrari 458 Italia | 570 | 9000 | 540 | 694 |
| 28 | Ferrari 550 Maranello | 480 | 7000 | 569 | 569 |
| 29 | Ferrari F12 Berlinetta | 740 | 8700 | 690 | 858 |
| 30 | Ferrari FF | 660 | 8000 | 683 | 781 |
| 31 | Ford Explorer 2.0L EcoBoost | 243 | 5500 | 366 | 288 |
| 32 | Ford Fiesta ST | 182 | 5700 | 240 | 195 |
| 33 | Ford Focus ST | 250 | 6000 | 340 | 291 |
| 34 | Ford Kuga 1.6 EcoBoost | 182 | 5700 | 240 | 195 |
| 35 | Ford Mondeo 2.2 TDCi | 200 | 3500 | 420 | 210 |
| 36 | Honda Civic Type-R mk8 | 201 | 7800 | 193 | 215 |
| 37 | Honda CR-V | 190 | 7000 | 222 | 222 |
| 38 | Honda S2000 | 240 | 7800 | 220 | 245 |
| 39 | Hyundai Santa Fe 2.2 CRDi | 197 | 3800 | 421 | 229 |
| 40 | Infiniti G37 Sport | 333 | 7000 | 365 | 365 |
| 41 | Infiniti FX30d | 238 | 3750 | 550 | 295 |
| 42 | Jaguar XF 3.0 V6 D S | 275 | 4000 | 600 | 343 |
| 43 | Jaguar XJ 5.0 SC Supersport | 510 | 6500 | 625 | 580 |
| 44 | Jaguar XKR-S Coupe | 550 | 6500 | 680 | 631 |
| 45 | Jeep Grand Cherokee 3.0 CRD | 250 | 4000 | 570 | 326 |
| 46 | Jeep Grand Cherokee SRT8 | 465 | 6000 | 624 | 535 |
| 47 | Kia Optima 2.4 | 180 | 6000 | 231 | 198 |
| 48 | Kia Sorento 2.2 CRDi | 197 | 3800 | 421 | 229 |
| 49 | Koenigsegg Agera | 940 | 6900 | 1100 | 1084 |
| 50 | Lamborghini Aventador LP700-4 | 700 | 8250 | 690 | 813 |
| 51 | Land Rover Discovery 4 5.0 V8 | 375 | 6500 | 510 | 474 |
| 52 | Land Rover Discovery 4 SDV6 | 245 | 4000 | 600 | 343 |
| 53 | Lexus LF-A | 560 | 8700 | 480 | 597 |
| 54 | Lexus IS-F | 423 | 6600 | 505 | 476 |
| 55 | Maserati 3200GT | 370 | 6250 | 491 | 438 |
| 56 | Maserati Granturismo S | 440 | 7000 | 490 | 490 |
| 57 | Maybach 57 | 550 | 5250 | 900 | 675 |
| 58 | Mazda 6 2.2 SkyActiv-D | 175 | 4500 | 420 | 270 |
| 59 | Mazda CX-9 Touring AWD | 277 | 6250 | 366 | 327 |
| 60 | Mclaren F1 | 627 | 7500 | 651 | 698 |
| 61 | Mclaren MP4-12C | 600 | 7000 | 600 | 600 |
| 62 | Mercedes-Benz A 45 AMG | 360 | 6000 | 450 | 386 |
| 63 | Mercedes-Benz C 250 CDI W204 | 201 | 4200 | 500 | 300 |
| 64 | Mercedes-Benz CLA 250 | 211 | 5500 | 350 | 275 |
| 65 | Mercedes-Benz GL63 AMG | 558 | 5250 | 759 | 569 |
| 66 | Mercedes-Benz S 600 W221 | 517 | 5000 | 830 | 593 |
| 67 | Mercedes-Benz S 63 AMG W222 | 585 | 5500 | 900 | 707 |
| 68 | Mercedes-Benz SL 65 AMG R231 | 630 | 5000 | 1000 | 714 |
| 69 | MINI Cooper SD Countryman | 143 | 4000 | 305 | 174 |
| 70 | MINI JCW | 211 | 6000 | 280 | 240 |
| 71 | Mitsubishi Lancer Evolution X | 295 | 6500 | 422 | 392 |
| 72 | Mitsubishi Outlander 3.0 | 230 | 6250 | 291 | 260 |
| 73 | Mitsubishi Pajero 3.2 DI-D | 200 | 3800 | 441 | 239 |
| 74 | Nissan GT-R R35 | 550 | 6400 | 632 | 578 |
| 75 | Nissan Patrol | 405 | 5800 | 560 | 464 |
| 76 | Opel Astra OPC | 280 | 5500 | 400 | 314 |
| 77 | Opel Insignia 2.0 CDTI | 195 | 4000 | 400 | 229 |
| 78 | Opel Insignia OPC | 325 | 5250 | 435 | 326 |
| 79 | Peugeot 308 2.0 HDI | 140 | 4000 | 340 | 194 |
| 80 | Peugeot RCZ 200 THP | 200 | 5800 | 275 | 228 |
| 81 | Porsche 911 Carrera S 991 | 400 | 7400 | 440 | 465 |
| 82 | Porsche 911 Turbo S 991 | 560 | 6750 | 750 | 723 |
| 83 | Porsche Carrera GT | 612 | 8000 | 590 | 674 |
| 84 | Porsche Cayenne S Diesel | 382 | 3750 | 850 | 455 |
| 85 | Porsche Panamera Diesel | 300 | 4000 | 650 | 371 |
| 86 | Range Rover 5.0 Supercharged | 510 | 6500 | 625 | 580 |
| 87 | Range Rover Sport 4.4 TDV8 | 339 | 3500 | 700 | 350 |
| 88 | Renault Clio RS | 200 | 7100 | 215 | 218 |
| 89 | Renault Megane dCi 160 | 160 | 3750 | 380 | 204 |
| 90 | Rolls-Royce Ghost | 570 | 5250 | 780 | 585 |
| 91 | Rolls-Royce Wraith | 635 | 5600 | 800 | 640 |
| 92 | Skoda Fabia RS | 180 | 6200 | 250 | 221 |
| 93 | Skoda Octavia 2.0 TDI | 143 | 4000 | 320 | 183 |
| 94 | Subaru Impreza WRX STI | 300 | 6200 | 350 | 310 |
| 95 | Subaru Legacy Outback 3.6 | 250 | 6000 | 335 | 287 |
| 96 | Toyota GT86 | 200 | 7000 | 205 | 205 |
| 97 | Toyota RAV4 | 180 | 6000 | 233 | 200 |
| 98 | Volkswagen Golf GTI | 230 | 6200 | 350 | 310 |
| 99 | Volkswagen Touareg 3.0 TDI | 204 | 4750 | 450 | 305 |
| 100 | Volvo S60 T6 | 304 | 5600 | 440 | 352 |
| 101 | Volvo XC60 D5 | 215 | 4000 | 420 | 240 |
- 1
- 9001
Так что же важнее и лучше?
Здесь сложно сказать одно выходит из другого. С одной стороны момент, позволит развивать вам быстро максимальную мощность, в примере с дизелем, но он не сможет крутиться до таких оборотов как бензин, а значит его максимальная мощность в пике будет ниже. Тут знаете, кому что нужно, может быть вы водитель коммерческого транспорта, и вам не нужна максимальная скорость но важна тяга «с низов». Или наоборот, вы любите турбо моторы, которые крутятся до 8000 – 9000 оборотов и выстреливают с места.
Лично мне нравятся новые бензиновые агрегаты, такие как скажем у МАЗДЫ, мотор Skyactiv которые сейчас устанавливаются на многие модели. Здесь увеличили степень сжатия, немного приблизили мотор к дизелю, но он остался бензиновым с высокими оборотами. Здесь есть и мощность и крутящий момент, золотая середина! Думаю за такими моторами будущее (если не брать гибриды и электромобили).
И запомните: — крутящий момент толкает машину вперед, а вот мощность это то, что этот момент производит. Так что покупаем лошадиные силы, а ездим на моменте!
Сейчас видео версия статьи, смотрим.
А сейчас голосование, что вы считаете важнее – крутящий момент или мощность двигателя.
НА этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ, подписывайтесь на канал в YOUTUBE.
Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя
Выделяют следующие типы нагрузок:
Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.
Постоянный вращающий момент
Как видно из названия – «постоянный вращающий момент» – подразумевается, что величина вращающего момента, необходимого для приведения в действие какого- либо механизма, постоянна, независимо от скорости вращения. Примером такого режима работы могут служить конвейеры.
Переменный вращающий момент и мощность
«Переменный вращающий момент» – эта категория представляет для нас наибольший интерес. Этот момент имеет отношение к нагрузкам, для которых требуется низкий вращающий момент при низкой частоте вращения, а при увеличении скорости вращения требуется более высокий вращающий момент. Типичным примером являются центробежные насосы.
Вся остальная часть данного раздела будет посвящена исключительно переменному вращающему моменту и мощности.
Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия
, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.
Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.
Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.
В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.
Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Grundfos предлагает ряд электродвигателей со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели.
Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.
На рисунке показан центробежный насос в разрезе. Требования к вращающему моменту для такого типа нагрузки почти противоположны требованиям при «постоянной мощности». Для нагрузок при переменном вращающем моменте потребный вращающий момент при низкой частоте вращения – мал, а потребный вращающий момент при высокой частоте вращения – велик. В математическом выражении вращающий момент пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность – кубу скорости вращения.
Это можно проиллюстрировать на примере характеристики вращающий момент/частота вращения, которую мы использовали ранее, когда рассказывали о вращающем моменте электродвигателя:
Когда электродвигатель набирает скорость от нуля до номинальной скорости, вращающий момент может значительно меняться. Величина вращающего момента, необходимая при определённой нагрузке, также изменяется с частотой вращения. Чтобы электродвигатель подходил для определённой нагрузки, необходимо чтобы величина вращающего момента электродвигателя всегда превышала вращающий момент, необходимый для данной нагрузки.
В примере, центробежный насос при номинальной нагрузке имеет вращающий момент, равный 70 Нм, что соответствует 22 кВт при номинальной частоте вращения 3000 мин-1. В данном случае насосу при пуске требуется 20% вращающего момента при номинальной нагрузке, т.е. приблизительно 14 Нм. После пуска вращающий момент немного падает, а затем, по мере того, как насос набирает скорость, увеличивается до величины полной нагрузки.
Очевидно, что нам необходим насос, который будет обеспечивать требуемые значения расход/напор (Q/H). Это значит, что нельзя допускать остановок электродвигателя, кроме того, электродвигатель должен постоянно ускоряться до тех пор, пока не достигнет номинальной скорости. Следовательно, необходимо, чтобы характеристика вращающего момента совпадала или превышала характеристику нагрузки на всём диапазоне от 0% до 100% скорости вращения. Любой «избыточный» момент, т.е. разница между кривой нагрузки и кривой электродвигателя, используется как ускорение вращения.
Число пусков электродвигателя в час
Современные сложные системы управления электродвигателями могут контролировать число пусков в час каждого конкретного насоса и электродвигателя. Необходимость контроля этого параметра состоит в том, что каждый раз, когда осуществляется пуск электродвигателя с последующим ускорением, отмечается высокое потребление пускового тока. Пусковой ток нагревает электродвигатель. Если электродвигатель не остывает, продолжительная нагрузка от пускового тока значительно нагревает обмотки статора электродвигателя, что приводит к выходу из строя электродвигателя или сокращению срока службы изоляции.
Обычно за количество пусков, которое может выполнить электродвигатель в час, отвечает поставщик электродвигателя. Например, Grundfos указывает максимальное число пусков в час в технических данных на насос, так как максимальное количество пусков зависит от момента инерции насоса.
Немного о понятии «мощность»
А как же можно забыть о таком немаловажном показателе, как мощность. С этим понятием дело обстоит немного иначе, нежели с крутящим моментом
Во множестве источниках и на интернет-ресурсах рядом с характеристикой мощности указывается количество оборотов коленчатого вала, требуемых для достижения указанного параметра. Как правило, количество указываемых оборотов приближается к максимальному значению. В любой другой ситуации двигатель выдаёт лишь часть величины указанного параметра.
Найти этому всему объяснение совершенно несложно. Исходя из формулы расчётов мощности двигателя, исчисляемой в киловаттах, мощность (N) представляет собой произведение среднего крутящего момента двигателя (Mкр) и оборотов коленчатого вала (n, об/мин), и в дальнейшем все разделённое на 9549 (N=Mкр×n/9549). Из приведённой формулы ясно, что на величину мощности влияют и обороты силового агрегата и крутящий момент. Однако, сравнивая эти два значения даже усреднённо, можно сделать вывод, что значение величины крутящего момента гораздо меньше оказывает влияние на мощность, нежели количество оборотов (2900 оборотов против 110 Н·м). Это является ещё одним подтверждением того, что сила мотора не выражается в значении мощности.
Это также легко подтверждается с помощью наглядного примера. Во время езды по трассе с постоянной скоростью сила тяги двигателя расходуется на несколько противодействующих факторов (аэродинамика, потоки воздушных масс, качение колёс), а также на возникающее трение в некоторых узлах. Но если появляется необходимость пойти на обгон, ускориться не всегда удаётся, так как нужно ещё преодолеть и возникшую силу инерции. В таких случаях очень часто говорят о том, что двигателю недостаёт мощности. Однако это утверждение неверно. Сила тяги противостоит всем противодействующим силам, а зависит она именно от крутящего момента. Именно от его величины зависит, сможет ли автомобиль быстро ускориться.
Чтобы добиться более резкого ускорения, можно попросту переключиться на передачу ниже. Но в подобном случае может возникнуть непредвиденная опасность «перекрутить» мотор. Похожая ситуация может случиться и в момент подъёма на гору, где переход на пониженную передачу более вероятен.
Простым языком о крутящем моменте
Если внимательно изучить основные характеристики двигателя авто, то можно столкнуться со следующими понятиями:
- уровень мощности мотора машины, который измеряется в лошадиных силах;
- крутящий момент мотора машины (измеряется в ньютонометрах);
- число оборотов, которые мотор машины делает в течение одной минуты.
Подавляющее большинство людей, которые видят значение в 100 или же в 200 л.с. считают, что это хорошо. И, по большому счету, это действительно так. 100 л.с. или же лошадиных сил являются очень хорошими показателями для городских кроссоверов, которые отличаются компактными размерами, или же для мощных хэтчбеков.
Однако такие характеристики как крутящий момент, число оборотов, которые мотор делает в течение одной минуты, являются не менее важными характеристиками мотора. Потому как уровень мощности в 200 л.с. может быть достигнут, только когда мотор автотранспортного средства работает на пределе. От крутящего момента и будет зависеть быстрота разгона транспортного средства.
Допустим, что вы едете на своей машине по автомобильной трассе на большой скорости, включив четвертую или же пятую передачу. Если вдруг дорога станет подниматься, то уровень мощности мотора вашего транспортного средства может просто оказаться недостаточно.
По этой причине вам придется переходить на низкие передачи, уровень мощности мотора, соответственно, от этого будет увеличиваться. Крутящий же момент обеспечивает увеличение уровня мощности мотора автотранспортного средства, помогая активизировать все его силы на то, чтобы преодолеть препятствие.
Это будет зависеть главным образом от конкретной марки транспортного средства. Что касается двигателей дизельного типа, то у них максимальный крутящий момент в подавляющем большинстве случаев наблюдается на трех-четырех тысячах оборотов в течение одной минуты.
Соответственно, у них гораздо лучше динамика разгона. Тем не менее, в плане максимального уровня мощности они очень сильного проигрывают двигателям, которые работают на бензине.
Ну и для того, чтобы читателям было совсем понятно, что представляет собой крутящий момент, расскажем о единицах, в которых он измеряется. Это метры и ньютоны. Это та сила, с которой мощность поступает от поршня на маховик через коленвал. И уже от него на трансмиссию (коробку передач). От скорости движения поршня будет непосредственным образом зависеть скорость движения маховика.
Хотя существуют и такие автотранспортные средства, мотор которых вырабатывает тягу даже при низких оборотах. К таким в частности, можно отнести различного рода трактора, самосвалы, а также внедорожники.
От чего зависит крутящий момент мотора автотранспортного средства
Само собой разумеется, что самые мощные моторы транспортных средств обладают достаточно крупными размерами. Соответственно, если ваше транспортное средство – это малолитражка или же компактный хэтчбек, то у вас не получится ни резко разогнаться, ни «стартануть» с места.
Исходя из этого, на малолитражках двигатель используется только лишь на половину своей максимальной мощности. В то время как мощные транспортные средства способны разгоняться практически с места. При этом отсутствует необходимость в быстром переключении передач.
Еще одним важным параметром, который оказывает самое непосредственное влияние на крутящий момент мотора автотранспортного средства, является его эластичность. Этот параметр показывает соотношение числа оборотов, которое делает мотор в течение одной минуты, и уровня мощности.
Даже на низкой передаче авто может ехать с достаточно высокой скоростью при двигателе, работающем на полную мощность. Это является особенно актуальным при езде по городским улицам, потому как там водителям приходится постоянно притормаживать, разгоняться, а потом снова притормаживать.
При езде по автомобильной трассе это тоже очень выгодно, потому как можно разогнать двигатель транспортного средства до необходимого количества оборотов всего одним нажатием на педаль.
Как правильно разгоняться, используя максимальный крутящий момент
Для этого важно уметь работать с коробкой передач. Для максимального разгона надо переключаться так, чтобы обороты упали примерно на пик крутящего момента либо выше него, но чтобы оставался запас по увеличению оборотов – разгон больше оборотов максимальной мощности будет проходить медленней
Идеальным вариантом на обычных машинах можно назвать разгон «от пика момента до пика мощности». В тоже время, на двигателях современных автомобилей электроника просто не даст «перекрутить» мотор более его пика мощности – произойдёт «отсечка».
Крутящий момент дизельного двигателя
Особенностью дизельных двигателей сравнительно с бензиновыми аналогами является более высокий крутящий момент и меньшая мощность. Дело в том, что дизельные моторы имеют суженный диапазон оборотов. Это связано с конструктивными отличиями таких моторов (ход поршня), а также более высокой степенью сжатия и спецификой процесса сгорания дизтоплива.
Другими словами, дизель изначально не приспособлен для работы на высоких оборотах. Следовательно, агрегат не так хорошо раскручивается. Параллельно с этим температура выхлопа у дизельного двигателя ниже по сравнению с бензиновым, а также на «низах» моторы на солярке не так склонны к детонации. В результате конструкторы смогли установить сложные и максимально эффективные системы турбонаддува именно на дизель.
Благодаря таким особенностям крутящий момент дизельного двигателя на низких оборотах намного выше аналогичных атмосферных или тубированных бензиновых ДВС. Поднимать мощность такого агрегата не имеет смысла, так как уверенная тяга на низах, высокий КПД и топливная экономичность полностью перекрывают небольшое отставание дизелей по показателю мощности и максимальной скорости.
Добавим, что потенциал дизеля позволяет сделать его даже мощнее бензиновых собратьев, но это приведет к существенному удорожанию и утяжелению всей конструкции двигателя. Также понадобится доработка системы питания дизельного мотора и установка более выносливой КПП, которая будет способна выдерживать просто огромный крутящий момент. Не следует забывать и об экологических нормах, для соответствия которым мощные дизели потребуют серьезной модернизации. Получается, поднимать мощность дизеля сегодня попросту нецелесообразно.
Зачем автомобилю крутящий момент
Итак, с терминологией и сравнениями разобрались. Высокий крутящий момент грузовому транспорту очень важен, потому что ему часто приходится перевозить тяжелые грузы, что создает дополнительное сопротивление вращению коленчатого вала.
Однако для легкового транспорта этот показатель не менее важен. Вот один пример. Машина стоит на светофоре. Ее мотор слабенький – средний показатель момента двс достигается лишь на 3-4 тысячах оборотов. Авто стоит под горку на ручнике. Чтобы машина не заглохла, водителю нужно раскрутить мотор немного сильнее, чем если бы он был на ровной дороге. Далее он плавно отпускает сцепление и одновременно ручник.
Машина заглохла, потому что автомобилист еще не привык к характеристикам своего авто. Но в большинстве случаев водители справляются с такой ситуацией – они просто сильнее раскручивают ДВС. А что будет с мотором, если таких горок со светофорами в городе много? Тогда перегрев обеспечен.
Крутящий момент двигателя, что это такое? Как его увеличить?
Механизмы, узлы или детали автомобиля, все вместе и каждый по отдельности, безусловно важны, но основным элементом конструкции конечно же является двигатель. Анализ технических характеристик этого генератора движущей силы позволяет судить о том, насколько быстро авто набирает определенную скорость, как изменяются его тяговые и динамические возможности при увеличении его массы, езде в сложных дорожных условиях.
Базовые параметры двигателей внутреннего сгорания, бензиновых или дизельных, которые устанавливаются на абсолютное большинство современных легковых автомобилей, можно условно разбить на две группы.
Конструктивно заданные характеристики закладываются при проектировании и в процессе производства силового агрегата, являются неизменными в процессе эксплуатации:
- тип двигателя (бензиновый или дизельный);
- рабочий объем;
- степень сжатия топливовоздушной смеси.
Показателями, характеризующими работу мотора или так называемыми рабочими параметрами, являются:
- мощность;
- крутящий момент;
- удельный расход топлива.
Наибольший интерес вызывают параметры, от которых напрямую зависят динамические свойства автомобиля – это мощность и крутящий момент двигателя. Что же из себя представляют эти характеристики?
Что такое мощность двигателя
В официальных описаниях технических характеристик силовых агрегатов, параллельно с указанием мощности, обязательно приводится значение крутящего момента. Понятие мощности двигателя и понимание этого параметра, как правило, не вызывает сложностей – это физическая величина, характеризующая работу двигателя, выполняемую за единицу времени. То есть, мощность показывает, как быстро сможет автомобиль, имеющий определенную массу, преодолеть заданное расстояние. Чем больше мощность, тем больше максимальная скорость при неизменной снаряженной массе.
Мощность измеряется в ваттах или киловаттах (кВт), а также в лошадиных силах. Стоит о – это внесистемная единица измерения (1 лошадиная сила = 735,5 Вт или 1 кВт = 1,36 л. с.).
На что влияет мощность и крутящий момент?
Мощность преодолевает силу трения в движке, приводах и трансмиссии, аэродинамические нагрузки, а также силу качения колес. Чем больше мощность силового агрегата, тем лучше автомобиль сопротивляется этим силам, а соответственно способен достигать большей скорости.
При движении автомобиль преодолевает силу трения в движке, приводах, трансмиссии и т.д.
Но мощность зависит от оборотов движка – на холостом ходу она значительно меньше, нежели на максимальных оборотах. Как правило, производители указывают какого числа оборотов нужно достичь, чтобы получить максимальную мощность.
Сразу при старте большую мощность развить невозможно, так как в начале движения автомобиль работает на малых оборотах. Движок выдает полную мощность только по истечении некоторого времени, которое определяет крутящий момент. Другими словами он определяет то, как быстро автомобиль будет набирать обороты. А от числа оборотов, которое выдает двигатель, зависит запас его силы.
К примеру, если максимальное число оборотов составляет 6000, то за счет большего запаса, педаль газа будет уже не так легко вжиматься в пол. Но с другой стороны двигатель будет дольше набирать все эти обороты, а значит медленнее развивать скорость. А чем выше будет крутящий моменту двигателя, тем стремительнее будут набираться обороты и «лошадиные силы» будут более ощутимы при нажатии на педаль газа.
Бывает, что и при высоком значении крутящего момента автомобиль разгоняется медленно. Это связано с тем, что движку нужно набрать определенное число оборотов, а после их достижения включается его максимальный крутящий момент. Он позволяет двигателю быстрее реагировать на действия водителя.
Но зависимость крутящего момента от мощности
есть, потому что мощность характеризует непосредственно работу движка, а точнее – количество совершенных силовым агрегатом крутящих моментов за определенную единицу времени. То есть крутящий момент – это та самая работа двигателя.
Что такое крутящий момент двигателя
Несколько по-иному обстоит ситуация с пониманием крутящего момента, но, зная основные законы физики и базовое устройство силового агрегата, можно без труда прояснить это понятие. Крутящий момент двигателя – это качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала. Этот параметр рассчитывается как произведение силы, приложенной к поршню, на плечо (расстояние от центральной оси вращения коленчатого вала до места крепления поршня (шатунной шейки)). Крутящий момент измеряется в ньютонах на метр (Нм).
Крутящий момент на коленчатом валу, как следует из вышеприведенной формулы, зависит от силы давления газов на поршень, а также от рабочего объема двигателя и степени сжатия топливной смеси в цилиндрах. Кстати сказать, значительно более высокий крутящий момент дизельных двигателей, по сравнению с аналогичными по объему бензиновыми моторами, объясняется чрезвычайно высокой степенью сжатия смеси дизельного топлива и воздуха в камерах сгорания (бензиновые — примерно 10:1, дизельные – около 20:1).
Высокий крутящий момент двигателя обеспечивает автомобилю отличную динамику разгона уже при низких оборотах вращения коленчатого вала, существенно увеличивает тяговые характеристики силового агрегата – повышает грузоподъемность авто и его проходимость.
Максимальное значение крутящего момента двигатель внутреннего сгорания достигает при определенных оборотах. У бензиновых моторов этот показатель более высокий, чем у «дизелей».
Крутящий момент дизельного двигателя
Особенностью дизельных двигателей сравнительно с бензиновыми аналогами является более высокий крутящий момент и меньшая мощность. Дело в том, что дизельные моторы имеют суженный диапазон оборотов. Это связано с конструктивными отличиями таких моторов (ход поршня), а также более высокой степенью сжатия и спецификой процесса сгорания дизтоплива.
Другими словами, дизель изначально не приспособлен для работы на высоких оборотах. Следовательно, агрегат не так хорошо раскручивается. Параллельно с этим температура выхлопа у дизельного двигателя ниже по сравнению с бензиновым, а также на «низах» моторы на солярке не так склонны к детонации. В результате конструкторы смогли установить сложные и максимально эффективные системы турбонаддува именно на дизель.
Благодаря таким особенностям крутящий момент дизельного двигателя на низких оборотах намного выше аналогичных атмосферных или тубированных бензиновых ДВС. Поднимать мощность такого агрегата не имеет смысла, так как уверенная тяга на низах, высокий КПД и топливная экономичность полностью перекрывают небольшое отставание дизелей по показателю мощности и максимальной скорости.
Добавим, что потенциал дизеля позволяет сделать его даже мощнее бензиновых собратьев, но это приведет к существенному удорожанию и утяжелению всей конструкции двигателя. Также понадобится доработка системы питания дизельного мотора и установка более выносливой КПП, которая будет способна выдерживать просто огромный крутящий момент. Не следует забывать и об экологических нормах, для соответствия которым мощные дизели потребуют серьезной модернизации. Получается, поднимать мощность дизеля сегодня попросту нецелесообразно.
Мощность или крутящий момент — что важнее?
Если провести сравнительную оценку двух рабочих характеристик двигателя – мощности и крутящего момента, то очевидными становятся следующие факты:
- крутящий момент на коленчатом валу – основной параметр, характеризующий работу силового агрегата;
- мощность двигателя – это вторичная рабочая характеристика мотора, которая, по своей сути, является производной крутящего момента;
- зависимость мощности от крутящего момента выражается отношением: Р = М*n, где Р – мощность, М – крутящий момент, n – количество оборотов коленчатого вала в минуту;
- мощность двигателя линейно зависима от частоты вращения коленчатого вала: чем выше обороты, тем больше мощность мотора (естественно, до определенных пределов);
- крутящий момент также увеличивается при повышении оборотов двигателя, но достигнув своего максимального значения (при определенной частоте вращения коленчатого вала), его показатели снижаются, независимо от дальнейшего увеличения оборотов (график зависимости крутящего момента от частоты вращения двигателя имеет вид перевернутой параболы).
Особенности правильного разгона машины. Как выжать из авто максимум
Основа правильного разгона — умение работать с коробкой передач и следование принципу «от максимума момента до пика мощности». То есть, добиться наилучшей динамики разгона машины можно только поддерживая частоту вращения коленвала в том диапазоне значений, при которых КМ достигает своего максимума. Очень важно, чтобы обороты совпали с пиком крутящего момента, но при этом должен оставаться запас по их увеличению. Если разгоняться на оборотах выше пиковой мощности, динамика разгона будет меньше.
Диапазон оборотов, соответствующий максимуму крутящего момента, обусловлен характеристиками двигателя.
Некоторые выводы
- При оценке эксплуатационных параметров автомобиля и непосредственно рабочих характеристик его двигателя, величина крутящего момента обладает большим приоритетом, чем мощность.
- Среди силовых агрегатов, имеющих схожие конструктивные и рабочие параметры, предпочтительнее выглядят те, у которых крутящий момент больше.
- Для обеспечения наилучшей динамики разгона автомобиля и обеспечения оптимальных тяговых свойств двигателя, частоту вращения коленчатого вала нужно поддерживать в том диапазоне значений, при которых крутящий момент достигает своих пиковых показателей.
Какие можно сделать выводы по вышесказанному
Оценивая эксплуатационные параметры автомобиля и непосредственно рабочие характеристики его мотора, величина крутящего момента будет обладать большим приоритетом, чем мощность. Среди двигателей, которые имеют примерно одинаковые конструктивные и рабочие параметры, более предпочтительными будут те, у которых крутящий момент выше.
Для обеспечения лучшей динамики разгона машины и обеспечения оптимальных тяговых свойств двигателя, частоту вращения коленчатого вала надо поддерживать в том диапазоне значений, при которых крутящий момент может достичь пиковых своих показателей.
В итоге, можно сделать вывод о том, что классифицировать и сравнивать машины только по мощности (лошадиных силам) двигателя не совсем правильно. Необходимо обращать особенное внимание ещё и на крутящий момент (Н.м). Если крутящий момент двигателя значительно выше, чем у аналогичного или близкого по ТТХ конкурента, то такой мотор будет обладать бо́льшей динамикой.
Своей наибольшей мощности двигатель внутреннего сгорания развивает на определённых оборотах. Для автомобилей бензиновых это около 6 тысяч оборотов в минуту, для дизельных – менее 4 тысяч об/мин. Вот почему дизельные моторы относятся, как правило, к классу низкооборотных, а бензиновые – высокооборотных.
Для движения в городском ритме лучше всего подходят низкооборотные моторы с турбонаддувом. Если же есть желание посоперничать в скоростях на трассе, то лучше выбрать автомобиль с высокооборотным силовым агрегатом.
Изменение крутящего момента и динамика автомобиля
Чтобы обеспечить наилучшие динамические характеристики, автопроизводители стремятся устанавливать на автомобили силовые агрегаты, обладающие максимальным крутящим моментом в более широком диапазоне оборотов двигателя. Высокий крутящий момент характерен для дизельных силовых агрегатов, а также многоцилиндровых и турбированных моторов.
Чтобы правильно оценивать роль мощности и крутящего момента в формировании динамических характеристик автомобиля, нужно уяснить следующие факты:
- автомобиль с более мощным, но не обладающим достаточным крутящим моментом двигателем, будет уступать в разгонной динамике авто с высоким крутящим моментом;
- высокий крутящий момент, «подхватываемый» двигателем на низких оборотах, позволяет автомобилю ускоряться значительно эффективней;
- максимально возможная скорость автомобиля напрямую зависит от мощности двигателя, а крутящий момент не влияет на этот показатель: автомобили, обладающие огромным крутящим моментом, могут развивать весьма скромную максимальную скорость; пример: спортивные болиды (небольшой крутящий момент на карданном валу и высокая скорость) или тяжелые внедорожники (внушительный крутящий момент и невысокая максимальная скорость).
Независимо от мощности двигателя, разгонная динамика автомобиля, а также его способность «резво» преодолевать подъемы всецело зависят от величины максимального крутящего момента. Чем больший крутящий момент передается на ведущие колеса и чем шире диапазон оборотов двигателя, в котором он достигается, тем увереннее авто ускоряется и преодолевает сложные участки дороги.
Стоит заметить, что сравнение характеристик конструкционно идентичных, но имеющих разные крутящие моменты двигателей, имеет смысл только при одинаковых параметрах трансмиссии; коробки переключения передач должны обладать схожими передаточными отношениями. В противном случае, сравнивать крутящие моменты двигателей не имеет практического смысла.
Крутящий момент
Читая характеристики двигателя той или иной модели, мы встречаем такие понятия:
- мощность — лошадиные силы;
- максимальный крутящий момент — Ньютон/метры;
- обороты в минуту.
Люди, увидев значение 100 или 200 лошадиных сил, полагают, что это очень хорошо. И они правы — 200 лошадиных сил для мощного кроссовера или 100 л.с. для компактного городского хетчбэка действительно неплохие показатели. Но нужно обращать внимание также на максимальный крутящий момент и обороты двигателя, поскольку такая мощность достигается на пике работы двигателя.
Говоря простым языком, максимальную мощность в 100 л.с. ваш двигатель может развить при определенных оборотах двигателя. Если же вы ездите по городу, а стрелка тахометра показывает 2000-2500 оборотов, тогда как максимум составляет 4-5-6 тысяч, то в данный момент используется лишь часть этой мощности — 50 или 60 лошадиных сил. Соответственно и скорость будет небольшая.
Если же вам нужно перейти на более быстрый режим движения — выехали на скоростную трассу или хотите обогнать фуру — вам нужно увеличить количество оборотов, тем самым увеличив скорость.
Момент силы, он же крутящий момент, как раз и определяет, как быстро ваша машина может ускориться и выдать максимум мощности.
Другой пример — вы едете по трассе, на большой скорости на 4-5 передаче. Если же дорога начинает подниматься в гору и уклон довольно ощутимый, то мощности двигателя может просто не хватить. Поэтому приходится переключаться на пониженные передачи, при этом выжимая большую мощность с двигателя. Крутящий момент в данном случае служит для увеличения мощности и помогает активизировать все силы вашего двигателя на преодоление препятствия.
Наибольший крутящий момент выдают бензиновые двигатели — при 3500-6000 оборотов в минуту в зависимости от марки автомобиля. У дизельных моторов максимальный крутящий момент наблюдается при 3-4 тысячах оборотов. Соответственно, у дизельных автомобилей динамика разгона лучше, им проще быстро разгоняться и выжимать всех «лошадей» с мотора.
Однако, по максимальной мощности они проигрывают своим бензиновым собратьям, поскольку при 6000 оборотах мощность у бензинового автомобиля может достигать нескольких сотен лошадиных сил. Не зря ведь все самые быстрые и мощные автомобили, о которых мы писали на Vodi.su ранее, работают исключительно на высокооктановом бензине А-110.
Ну и чтоб стало совсем понятно, что такое крутящий момент, нужно посмотреть на единицы его измерения: Ньютоны на метры. Говоря простым языком, это сила с которой мощность передается от поршня через шатуны и коленчатый вал на маховик. А уже от маховика эта сила передается на трансмиссию — коробку передач и от нее на колеса. Чем быстрее движется поршень, тем быстрее вращается маховик.
Отсюда приходим к выводу, что мощность двигателя производит крутящий момент. Есть техника, в которой максимальная тяга вырабатывается на низких оборотах — 1500-2000 об/мин. Действительно, в тракторах, самосвалах или внедорожниках мы прежде всего ценим мощность — водителю джипа некогда раскручивать коленвал до 6-ти тысяч оборотов, чтобы выехать из ямы. То же самое можно сказать о тракторе, который тянет тяжелую дисковую борону или трехкорпусный плуг — максимальная мощность нужна ему на малых оборотах.
От чего зависит крутящий момент
Понятно, что самые мощные моторы обладают самым большим объемом. Если у вас какая-нибудь малолитражка типа Daewoo Nexia 1.5L или компактный хетчбэк Hyundai i10 1.1L, то резко разогнаться или стартовать с места с пробуксовкой вряд ли получится, хотя умение правильно переключать передачи и использовать всю мощь мотора делает свое дело.
Соответственно, на малолитражках мы используем лишь часть потенциала двигателя, тогда как на более мощных автомобилях с хорошими показателями и эластичностью двигателя — диапазонами переключения передач — можно разгоняться практически с места, при этом не переключая передачи так быстро.
Эластичность двигателя — это важный параметр, говорящий о том, что соотношение мощности и количества оборотов оптимальное. Можно ехать на пониженных передачах с довольно большой скоростью, выжимая при этом максимум с двигателя. Это очень хорошее качество как для городского режима езды, где нужно постоянно тормозить, разгоняться и снова останавливаться, — так и для трассы — одним нажатием на педаль можно разогнать двигатель до высоких оборотов.
Природа мифа о важности мощности
Миф о важности мощности зародился в эпоху наклеек с автомобилями «Турбо». На обороте или же под картинкой располагались сведения о производителе авто, модели и мощности двигателя в лошадиных силах. Ни один обзор не обходится без указания мощности двигателя. А крутящий момент остаётся в тени.
Но на самом деле от него эта самая мощность и зависит! Ведь согласно школьному курсу физики мощность показывает, сколько операций способен выполнить мотор за отрезок времени. А крутящий момент входит в формулу ее определения. Параметр умножают на количество оборотов двигателя за минуту и делят на странное число 9549.
Как рассчитать крутящий момент двигателя?
Автолюбители нередко дискутируют друг с другом: чей двигатель мощнее. Но иногда и не представляют при этом, из чего складывается данный параметр. Общепринятый термин «лошадиная сила» был введён изобретателем Джеймсом Уаттом в XVIII веке. Он придумал его, наблюдая за лошадью, которая была запряжена в поднимающий уголь из шахты механизм. Он рассчитал, что одна лошадь за минуту может поднять 150 кг угля на высоту 30-ти метров. Одна лошадиная сила эквивалентна 735,5 Ватт, или 1 кВт равен 1,36 л.с.
В первую очередь, мощность любого мотора оценивают в лошадиных силах, и лишь потом вспоминают о крутящем моменте. Но эта тяговая характеристика тоже даёт представление о конкретных тягово-динамических возможностях автомобиля. Крутящий момент является показателем работы силового агрегата, а мощность – основным параметром выполнения этой работы. Эти показатели тесно связаны друг с другом. Чем больше производится двигателем лошадиных сил, тем больше и потенциал крутящего момента. Реализуется этот потенциал в реальных условиях через трансмиссию и полуоси машины. Соединение этих элементов вместе и определяет, как именно мощность может переходить в крутящий момент.
Простейший пример – сравнение трактора с гоночной машиной. У гоночного болида лошадиных сил много, но крутящий момент требуется для увеличения скорости через редуктор. Чтобы такая машина двигалась вперёд, надо совсем немного работы, потому что основная часть мощности используется для развития скорости.
Что касается трактора, то у него может быть мотор с таким же рабочим объёмом, который вырабатывает столько же лошадиных сил. Но мощность в этом случае используется не для развития скорости, а для выработки тяги (См. тяговый класс). Для этого она пропускается через многоступенчатую трансмиссию. Поэтому трактор не развивает высоких скоростей, зато он может буксировать большие грузы, пахать и культивировать землю, и т.д.
В двигателях внутреннего сгорания сила передаётся от газов сгорающего топлива поршню, от поршня – передаётся на кривошипный механизм, и далее на коленчатый вал. А коленвал, через трансмиссию и приводы, раскручивает колёса.
Естественно, крутящий момент двигателя не постоянен. Он сильней, когда на плечо действует бо́льшая сила, и слабей – когда сила слабнет или перестаёт действовать. То есть, когда водитель давит на педаль газа, то сила, воздействующая на плечо, повышается, и, соответственно увеличивается крутящий момент двигателя.
Мощность обеспечивает преодоление всевозможных сил, которые мешают двигаться автомобилю. Это и сила трения в двигателе, трансмиссии и в приводах автомобиля, и аэродинамические силы, и силы качения колёс и т.д. Чем больше мощность, тем большее сопротивление сил машина сможет преодолеть и развить большую скорость. Однако мощность – сила не постоянная, а зависящая от оборотов мотора. На холостом ходу мощность одна, а на максимальных оборотах – совершенно другая. Многими автопроизводителями указывается, при каких оборотах достигается максимально возможная мощность автомобиля.
Необходимо учитывать, что максимальная мощность не развивается сразу. Автомобиль стартует с места практически при минимальных оборотах (немного выше холостого хода), и для того, чтобы отмобилизировать полную мощность, требуется время. Тут и вступает в дело крутящий момент двигателя. Именно от него и будет зависеть, за какой отрезок времени автомашина достигнет своей максимальной мощности – то есть, динамика её разгона.
Зачастую водитель сталкивается с такими ситуациями, когда требуется придать автомобилю значительное ускорение для выполнения необходимого маневра. Прижимая педаль акселератора в пол, он чувствует, что автомобиль ускоряется слабо. Для быстрого ускорения нужен мощный крутящий момент. Именно он и характеризует приёмистость автомобиля.
Основную силу в двигателе внутреннего сгорания вырабатывает камера сгорания, в которой воспламеняется топливно-воздушная смесь. Она приводит в действие кривошипно-шатунный механизм, а через него – коленчатый вал. Рычагом является длина кривошипа, то есть, если длина будет больше, то и крутящий момент тоже увеличится.
Однако увеличивать кривошипный рычаг до бесконечности невозможно. Ведь тогда придётся увеличивать рабочий ход поршня, а вместе с ним и размеры двигателя. При этом уменьшатся и обороты двигателя. Двигатели с большим рычагом кривошипного механизма можно применить только лишь в крупномерных плавательных средствах. А в легковых автомашинах с небольшими размерами коленчатого вала не поэкспериментируешь.
Дизельная система впрыска (ДВС)
Устройство бензиновой системы впрыска гораздо легче для восприятия, чем дизельная. ДВС используется в комбинации двух устройств, обеспечивающих стабильность и надежность работы мотора.
Система ТНВД – это самая распространенная дизельная система, ставшая основой для остальных усовершенствованных систем.. Она используется только в вместе с системой насос-форсунок, за счет которых топливо подается в камеру сгорания. При использовании системы насос-форсунок без ТНВД затрудняется работа силового агрегата, что объясняет необходимость совмещения двух устройств.
Комбинация ТНВД и насос-форсунок распространена не только в России, но и в других странах мира. Дизельное топливо под давлением ТНВД подается в рампу, сжимается и впрыскивается в камеру сгорания. Система не только оптимизирует работу мотора автомобиля, но и значительно повышает его мощность, а также благополучно воздействует на количество потребляемого топлива.
Таблица крутящего момента и мощности
| Марка автомобиля | мощность, л.с. | при об/мин | крутящий момент, Нм | приведенный момент, Нм | |
| 1 | Alfa Romeo 8C Competizione | 450 | 7000 | 470 | 470 |
| 2 | Aston Martin DB9 | 477 | 6000 | 600 | 514 |
| 3 | Audi A3 Sedan 2.0 TDI | 150 | 4000 | 320 | 183 |
| 4 | Audi A6 3.0 TDI | 204 | 4500 | 400 | 257 |
| 5 | Audi RS5 Coupe | 450 | 8250 | 430 | 507 |
| 6 | Audi S3 | 300 | 6200 | 380 | 337 |
| 7 | Audi S4 | 333 | 7000 | 441 | 441 |
| 8 | Audi S8 | 520 | 6000 | 652 | 559 |
| 9 | Audi Q7 4.2 TDI | 327 | 3750 | 760 | 407 |
| 10 | Audi R8 4.2 | 420 | 7800 | 430 | 479 |
| 11 | Bentley Mulsanne | 512 | 4200 | 1020 | 612 |
| 12 | BMW 330d F30 | 258 | 4000 | 560 | 320 |
| 13 | BMW M135i F21 | 320 | 5800 | 450 | 373 |
| 14 | BMW M5 F10 | 560 | 7000 | 680 | 680 |
| 15 | BMW M550d xDrive F10 | 381 | 4400 | 740 | 465 |
| 16 | BMW 750i F01 | 450 | 5500 | 650 | 511 |
| 17 | BMW M3 E92 | 420 | 8300 | 400 | 474 |
| 18 | BMW X5 M50d E70 | 381 | 4400 | 740 | 465 |
| 19 | Bugatti Veyron 16.4 | 1001 | 6000 | 1250 | 1071 |
| 20 | Cadillac Escalade | 403 | 5700 | 565 | 460 |
| 21 | Chevrolet Camaro ZL1 | 580 | 6000 | 754 | 646 |
| 22 | Chevrolet Corvette Z06 | 507 | 6300 | 637 | 573 |
| 23 | Citroën C5 V6 HDi 240 | 240 | 3800 | 450 | 244 |
| 24 | Citroën DS5 eHDi 160 | 160 | 3750 | 340 | 182 |
| 25 | Dodge Challenger SRT8 392 | 470 | 6000 | 637 | 546 |
| 26 | Dodge SRT Viper | 650 | 6150 | 814 | 715 |
| 27 | Ferrari 458 Italia | 570 | 9000 | 540 | 694 |
| 28 | Ferrari 550 Maranello | 480 | 7000 | 569 | 569 |
| 29 | Ferrari F12 Berlinetta | 740 | 8700 | 690 | 858 |
| 30 | Ferrari FF | 660 | 8000 | 683 | 781 |
| 31 | Ford Explorer 2.0L EcoBoost | 243 | 5500 | 366 | 288 |
| 32 | Ford Fiesta ST | 182 | 5700 | 240 | 195 |
| 33 | Ford Focus ST | 250 | 6000 | 340 | 291 |
| 34 | Ford Kuga 1.6 EcoBoost | 182 | 5700 | 240 | 195 |
| 35 | Ford Mondeo 2.2 TDCi | 200 | 3500 | 420 | 210 |
| 36 | Honda Civic Type-R mk8 | 201 | 7800 | 193 | 215 |
| 37 | Honda CR-V | 190 | 7000 | 222 | 222 |
| 38 | Honda S2000 | 240 | 7800 | 220 | 245 |
| 39 | Hyundai Santa Fe 2.2 CRDi | 197 | 3800 | 421 | 229 |
| 40 | Infiniti G37 Sport | 333 | 7000 | 365 | 365 |
| 41 | Infiniti FX30d | 238 | 3750 | 550 | 295 |
| 42 | Jaguar XF 3.0 V6 D S | 275 | 4000 | 600 | 343 |
| 43 | Jaguar XJ 5.0 SC Supersport | 510 | 6500 | 625 | 580 |
| 44 | Jaguar XKR-S Coupe | 550 | 6500 | 680 | 631 |
| 45 | Jeep Grand Cherokee 3.0 CRD | 250 | 4000 | 570 | 326 |
| 46 | Jeep Grand Cherokee SRT8 | 465 | 6000 | 624 | 535 |
| 47 | Kia Optima 2.4 | 180 | 6000 | 231 | 198 |
| 48 | Kia Sorento 2.2 CRDi | 197 | 3800 | 421 | 229 |
| 49 | Koenigsegg Agera | 940 | 6900 | 1100 | 1084 |
| 50 | Lamborghini Aventador LP700-4 | 700 | 8250 | 690 | 813 |
| 51 | Land Rover Discovery 4 5.0 V8 | 375 | 6500 | 510 | 474 |
| 52 | Land Rover Discovery 4 SDV6 | 245 | 4000 | 600 | 343 |
| 53 | Lexus LF-A | 560 | 8700 | 480 | 597 |
| 54 | Lexus IS-F | 423 | 6600 | 505 | 476 |
| 55 | Maserati 3200GT | 370 | 6250 | 491 | 438 |
| 56 | Maserati Granturismo S | 440 | 7000 | 490 | 490 |
| 57 | Maybach 57 | 550 | 5250 | 900 | 675 |
| 58 | Mazda 6 2.2 SkyActiv-D | 175 | 4500 | 420 | 270 |
| 59 | Mazda CX-9 Touring AWD | 277 | 6250 | 366 | 327 |
| 60 | Mclaren F1 | 627 | 7500 | 651 | 698 |
| 61 | Mclaren MP4-12C | 600 | 7000 | 600 | 600 |
| 62 | Mercedes-Benz A 45 AMG | 360 | 6000 | 450 | 386 |
| 63 | Mercedes-Benz C 250 CDI W204 | 201 | 4200 | 500 | 300 |
| 64 | Mercedes-Benz CLA 250 | 211 | 5500 | 350 | 275 |
| 65 | Mercedes-Benz GL63 AMG | 558 | 5250 | 759 | 569 |
| 66 | Mercedes-Benz S 600 W221 | 517 | 5000 | 830 | 593 |
| 67 | Mercedes-Benz S 63 AMG W222 | 585 | 5500 | 900 | 707 |
| 68 | Mercedes-Benz SL 65 AMG R231 | 630 | 5000 | 1000 | 714 |
| 69 | MINI Cooper SD Countryman | 143 | 4000 | 305 | 174 |
| 70 | MINI JCW | 211 | 6000 | 280 | 240 |
| 71 | Mitsubishi Lancer Evolution X | 295 | 6500 | 422 | 392 |
| 72 | Mitsubishi Outlander 3.0 | 230 | 6250 | 291 | 260 |
| 73 | Mitsubishi Pajero 3.2 DI-D | 200 | 3800 | 441 | 239 |
| 74 | Nissan GT-R R35 | 550 | 6400 | 632 | 578 |
| 75 | Nissan Patrol | 405 | 5800 | 560 | 464 |
| 76 | Opel Astra OPC | 280 | 5500 | 400 | 314 |
| 77 | Opel Insignia 2.0 CDTI | 195 | 4000 | 400 | 229 |
| 78 | Opel Insignia OPC | 325 | 5250 | 435 | 326 |
| 79 | Peugeot 308 2.0 HDI | 140 | 4000 | 340 | 194 |
| 80 | Peugeot RCZ 200 THP | 200 | 5800 | 275 | 228 |
| 81 | Porsche 911 Carrera S 991 | 400 | 7400 | 440 | 465 |
| 82 | Porsche 911 Turbo S 991 | 560 | 6750 | 750 | 723 |
| 83 | Porsche Carrera GT | 612 | 8000 | 590 | 674 |
| 84 | Porsche Cayenne S Diesel | 382 | 3750 | 850 | 455 |
| 85 | Porsche Panamera Diesel | 300 | 4000 | 650 | 371 |
| 86 | Range Rover 5.0 Supercharged | 510 | 6500 | 625 | 580 |
| 87 | Range Rover Sport 4.4 TDV8 | 339 | 3500 | 700 | 350 |
| 88 | Renault Clio RS | 200 | 7100 | 215 | 218 |
| 89 | Renault Megane dCi 160 | 160 | 3750 | 380 | 204 |
| 90 | Rolls-Royce Ghost | 570 | 5250 | 780 | 585 |
| 91 | Rolls-Royce Wraith | 635 | 5600 | 800 | 640 |
| 92 | Skoda Fabia RS | 180 | 6200 | 250 | 221 |
| 93 | Skoda Octavia 2.0 TDI | 143 | 4000 | 320 | 183 |
| 94 | Subaru Impreza WRX STI | 300 | 6200 | 350 | 310 |
| 95 | Subaru Legacy Outback 3.6 | 250 | 6000 | 335 | 287 |
| 96 | Toyota GT86 | 200 | 7000 | 205 | 205 |
| 97 | Toyota RAV4 | 180 | 6000 | 233 | 200 |
| 98 | Volkswagen Golf GTI | 230 | 6200 | 350 | 310 |
| 99 | Volkswagen Touareg 3.0 TDI | 204 | 4750 | 450 | 305 |
| 100 | Volvo S60 T6 | 304 | 5600 | 440 | 352 |
| 101 | Volvo XC60 D5 | 215 | 4000 | 420 | 240 |
- 1
- 9001
Так что же важнее и лучше?
Здесь сложно сказать одно выходит из другого. С одной стороны момент, позволит развивать вам быстро максимальную мощность, в примере с дизелем, но он не сможет крутиться до таких оборотов как бензин, а значит его максимальная мощность в пике будет ниже. Тут знаете, кому что нужно, может быть вы водитель коммерческого транспорта, и вам не нужна максимальная скорость но важна тяга «с низов». Или наоборот, вы любите турбо моторы, которые крутятся до 8000 – 9000 оборотов и выстреливают с места.
Лично мне нравятся новые бензиновые агрегаты, такие как скажем у МАЗДЫ, мотор Skyactiv которые сейчас устанавливаются на многие модели. Здесь увеличили степень сжатия, немного приблизили мотор к дизелю, но он остался бензиновым с высокими оборотами. Здесь есть и мощность и крутящий момент, золотая середина! Думаю за такими моторами будущее (если не брать гибриды и электромобили).
И запомните: — крутящий момент толкает машину вперед, а вот мощность это то, что этот момент производит. Так что покупаем лошадиные силы, а ездим на моменте!
Сейчас видео версия статьи, смотрим.
А сейчас голосование, что вы считаете важнее – крутящий момент или мощность двигателя.
НА этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ, подписывайтесь на канал в YOUTUBE.
Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя
Выделяют следующие типы нагрузок:
Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.
Постоянный вращающий момент
Как видно из названия – «постоянный вращающий момент» – подразумевается, что величина вращающего момента, необходимого для приведения в действие какого- либо механизма, постоянна, независимо от скорости вращения. Примером такого режима работы могут служить конвейеры.
Переменный вращающий момент и мощность
«Переменный вращающий момент» – эта категория представляет для нас наибольший интерес. Этот момент имеет отношение к нагрузкам, для которых требуется низкий вращающий момент при низкой частоте вращения, а при увеличении скорости вращения требуется более высокий вращающий момент. Типичным примером являются центробежные насосы.
Вся остальная часть данного раздела будет посвящена исключительно переменному вращающему моменту и мощности.
Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия
, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.
Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.
Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.
В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.
Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Grundfos предлагает ряд электродвигателей со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели.
Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.
На рисунке показан центробежный насос в разрезе. Требования к вращающему моменту для такого типа нагрузки почти противоположны требованиям при «постоянной мощности». Для нагрузок при переменном вращающем моменте потребный вращающий момент при низкой частоте вращения – мал, а потребный вращающий момент при высокой частоте вращения – велик. В математическом выражении вращающий момент пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность – кубу скорости вращения.
Это можно проиллюстрировать на примере характеристики вращающий момент/частота вращения, которую мы использовали ранее, когда рассказывали о вращающем моменте электродвигателя:
Когда электродвигатель набирает скорость от нуля до номинальной скорости, вращающий момент может значительно меняться. Величина вращающего момента, необходимая при определённой нагрузке, также изменяется с частотой вращения. Чтобы электродвигатель подходил для определённой нагрузки, необходимо чтобы величина вращающего момента электродвигателя всегда превышала вращающий момент, необходимый для данной нагрузки.
В примере, центробежный насос при номинальной нагрузке имеет вращающий момент, равный 70 Нм, что соответствует 22 кВт при номинальной частоте вращения 3000 мин-1. В данном случае насосу при пуске требуется 20% вращающего момента при номинальной нагрузке, т.е. приблизительно 14 Нм. После пуска вращающий момент немного падает, а затем, по мере того, как насос набирает скорость, увеличивается до величины полной нагрузки.
Очевидно, что нам необходим насос, который будет обеспечивать требуемые значения расход/напор (Q/H). Это значит, что нельзя допускать остановок электродвигателя, кроме того, электродвигатель должен постоянно ускоряться до тех пор, пока не достигнет номинальной скорости. Следовательно, необходимо, чтобы характеристика вращающего момента совпадала или превышала характеристику нагрузки на всём диапазоне от 0% до 100% скорости вращения. Любой «избыточный» момент, т.е. разница между кривой нагрузки и кривой электродвигателя, используется как ускорение вращения.
7.2: Классическая механика
Область классической механики включает изучение тел в движении, особенно физические законы, касающиеся тел, находящихся под воздействием сил. Большинство механических аспектов проектирования роботов тесно связано с концепциями из этой области. В данном блоке описываются несколько ключевых применяемых концепций классической механики.
СКОРОСТЬ – это мера того, насколько быстро перемещается объект. Обозначает изменение положения во времени (проще говоря, какое расстояние способен преодолеть объект за заданный период времени). Данная мера представлена в единицах расстояния, взятых в единицу времени, например, в количестве миль в час или футов в секунду.
ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ – Скорость может также выражаться во вращении, то есть насколько быстро объект движется по кругу. Измеряется в единицах углового перемещения во времени (то есть в градусах в секунду), или в циклах вращения в единицу времени (например, в оборотах в минуту). Когда измерения представлены в оборотах в минуту (RPM), речь идет о частоте вращения. Есть речь идет об об/мин автомобильного двигателя, это означает, что измеряется скорость вращения двигателя.
УСКОРЕНИЕ – Изменение скорости во времени представляет собой ускорение. Чем больше ускорение, тем быстрее изменяется скорость. Если автомобиль развивает скорость от 0 до 60 миль в час за две секунды, в этом случае ускорение больше, чем когда он развивает скорость от 0 до 40 миль в час за тот же период времени. Ускорение – это мера изменения скорости. Отсутствие изменения означает отсутствие ускорения. Если объект движется с постоянной скоростью – ускорение отсутствует.
СИЛА – Ускорение является следствием воздействия сил, которые провоцируют изменение в движении, направлении или форме. Если вы нажимаете на объект, это означает, что вы прикладываете к нему силу. Робот ускоряется под воздействием силы, которую его колеса прикладывают к полу. Сила измеряется в фунтах или ньютонах.
Например, масса объекта воздействует на объект как сила вследствие гравитации (ускорение объекта в направлении центра Земли).
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ – Сила, направленная по кругу (вращение объекта), называется крутящим моментом. Крутящий момент – это вращающая сила. Если к объекту приложен крутящий момент, на границе первого возникает линейная сила. В примере с колесом, катящемся по земле, крутящий момент, приложенный к оси колеса, создает линейную силу на границе покрышки в точке ее контакта с поверхностью земли. Так и определяется крутящий момент – как линейная сила на границе круга. Крутящий момент определяется величиной силы, умноженной на расстояние от центра вращения (Сила х Расстояние = Крутящий момент). Крутящий момент измеряется в единицах силы, умноженной на расстояние, например, фунто-дюймах или ньютон-метрах.
В примере с колесом, катящемся по земле, если известен крутящий момент, приложенный к оси с закрепленным на ней колесом, мы можем рассчитать количество силы, прикладываемой колесом к поверхности. В этом случае, радиус колеса является расстоянием силы от центра вращения.
Сила = Крутящий момент/Радиус колеса
В примере с рукой робота, удерживающей объект, мы можем рассчитать крутящий момент, требуемый для поднятия объекта. Если объект обладает массой, равной 1 ньютону, а рука имеет длину 0,25 метра (объект располагается на расстоянии 0,25 метра от центра вращения), тогда
Крутящий момент = Сила х Расстояние = 1 ньютон х 0,25 метра = 0,25 ньютон-метров.
Это означает, что для удержания объекта в неподвижном положении, необходимо применить крутящий момент, равный 0,25 ньютон-метров. Чтобы переместить объект вверх, роботу необходимо приложить к нему крутящий момент, значение которого будет превышать 0,25 ньютон-метров, так как необходимо преодолеть силу гравитации. Чем больше крутящий момент робота, тем больше силы он прикладывает к объекту, тем больше ускорение объекта, и тем быстрее рука поднимет объект.
Для данных примеров, мы можем рассчитать крутящий момент, необходимый для подъем этих объектов.
Пример 7.2 – Крутящий момент = Сила х Расстояние = 1 ньютон х 0,125 метра = 0,125 ньютон-метров.
Для данного примера, длина рука равна половине длины руки из Примера 1, поэтому значение требуемого крутящего момента также в два раза меньше. Значение длины руки пропорционально значению требуемого крутящего момента. При равных исходных характеристиках объекта, чем короче рука, тем меньший крутящий момент необходим для подъема.
Пример 7.3 – Крутящий момент = Сила * Расстояние = 1 ньютон х 0,5 метра = 0,5 ньютон-метров.
Для данного примера, длина рука равна удвоенной длине руки из Примера 1, поэтому значение требуемого крутящего момента также в два раза больше.
Еще одна точка зрения относительно ограниченного крутящего момента в соединении руки робота заключается в следующем: более короткая рука сможет поднять объект большей массы, чем более длинная рука; однако, для первой доступная высота подъема объекта будет меньше, чем для второй.
Эти примеры иллюстрируют руку робота, поднимающую объекты разной массы. Какова взаимосвязь с требуемым количеством крутящего момента?
Пример 4 – Крутящий момент = Сила х Расстояние = ½ ньютона х 0,25 метра = 0,125 ньютон-метров.
Пример 5 – Крутящий момент = Сила х Расстояние = 2 ньютона х 0,25 метра = 0,5 ньютон-метров.
Число пусков электродвигателя в час
Современные сложные системы управления электродвигателями могут контролировать число пусков в час каждого конкретного насоса и электродвигателя. Необходимость контроля этого параметра состоит в том, что каждый раз, когда осуществляется пуск электродвигателя с последующим ускорением, отмечается высокое потребление пускового тока. Пусковой ток нагревает электродвигатель. Если электродвигатель не остывает, продолжительная нагрузка от пускового тока значительно нагревает обмотки статора электродвигателя, что приводит к выходу из строя электродвигателя или сокращению срока службы изоляции.
Обычно за количество пусков, которое может выполнить электродвигатель в час, отвечает поставщик электродвигателя. Например, Grundfos указывает максимальное число пусков в час в технических данных на насос, так как максимальное количество пусков зависит от момента инерции насоса.
Уравновешивание
Центробежные силы инерции рассчитываемого двигателя и их моменты полностью уравновешены: и =0.
Силы инерции первого порядка и их моменты также уравновешены: ; .
Сила инерции второго порядка для всех цилиндров направлены в одну сторону:
Уравновешивание сил инерции второго порядка в рассчитываемом двигателе нецелесообразно, ибо применение двухвальной системы с противовесами для уравновешивания значительно усложнит конструкцию двигателя.
Моменты сил инерции второго порядка в связи с зеркальным расположением цилиндров полностью уравновешены: .
Немного о понятии «мощность»
А как же можно забыть о таком немаловажном показателе, как мощность. С этим понятием дело обстоит немного иначе, нежели с крутящим моментом
Во множестве источниках и на интернет-ресурсах рядом с характеристикой мощности указывается количество оборотов коленчатого вала, требуемых для достижения указанного параметра. Как правило, количество указываемых оборотов приближается к максимальному значению. В любой другой ситуации двигатель выдаёт лишь часть величины указанного параметра.
Найти этому всему объяснение совершенно несложно. Исходя из формулы расчётов мощности двигателя, исчисляемой в киловаттах, мощность (N) представляет собой произведение среднего крутящего момента двигателя (Mкр) и оборотов коленчатого вала (n, об/мин), и в дальнейшем все разделённое на 9549 (N=Mкр×n/9549). Из приведённой формулы ясно, что на величину мощности влияют и обороты силового агрегата и крутящий момент. Однако, сравнивая эти два значения даже усреднённо, можно сделать вывод, что значение величины крутящего момента гораздо меньше оказывает влияние на мощность, нежели количество оборотов (2900 оборотов против 110 Н·м). Это является ещё одним подтверждением того, что сила мотора не выражается в значении мощности.
Это также легко подтверждается с помощью наглядного примера. Во время езды по трассе с постоянной скоростью сила тяги двигателя расходуется на несколько противодействующих факторов (аэродинамика, потоки воздушных масс, качение колёс), а также на возникающее трение в некоторых узлах. Но если появляется необходимость пойти на обгон, ускориться не всегда удаётся, так как нужно ещё преодолеть и возникшую силу инерции. В таких случаях очень часто говорят о том, что двигателю недостаёт мощности. Однако это утверждение неверно. Сила тяги противостоит всем противодействующим силам, а зависит она именно от крутящего момента. Именно от его величины зависит, сможет ли автомобиль быстро ускориться.
Чтобы добиться более резкого ускорения, можно попросту переключиться на передачу ниже. Но в подобном случае может возникнуть непредвиденная опасность «перекрутить» мотор. Похожая ситуация может случиться и в момент подъёма на гору, где переход на пониженную передачу более вероятен.
Что такое мощность двигателя
В официальных описаниях технических характеристик силовых агрегатов, параллельно с указанием мощности, обязательно приводится значение крутящего момента. Понятие мощности двигателя и понимание этого параметра, как правило, не вызывает сложностей – это физическая величина, характеризующая работу двигателя, выполняемую за единицу времени. То есть, мощность показывает, как быстро сможет автомобиль, имеющий определенную массу, преодолеть заданное расстояние. Чем больше мощность, тем больше максимальная скорость при неизменной снаряженной массе.
Как правильно разгоняться, используя максимальный крутящий момент
Для этого важно уметь работать с коробкой передач. Для максимального разгона надо переключаться так, чтобы обороты упали примерно на пик крутящего момента либо выше него, но чтобы оставался запас по увеличению оборотов – разгон больше оборотов максимальной мощности будет проходить медленней
Идеальным вариантом на обычных машинах можно назвать разгон «от пика момента до пика мощности». В тоже время, на двигателях современных автомобилей электроника просто не даст «перекрутить» мотор более его пика мощности – произойдёт «отсечка».
Крутящий момент дизельного двигателя
Особенностью дизельных двигателей сравнительно с бензиновыми аналогами является более высокий крутящий момент и меньшая мощность. Дело в том, что дизельные моторы имеют суженный диапазон оборотов. Это связано с конструктивными отличиями таких моторов (ход поршня), а также более высокой степенью сжатия и спецификой процесса сгорания дизтоплива.
Другими словами, дизель изначально не приспособлен для работы на высоких оборотах. Следовательно, агрегат не так хорошо раскручивается. Параллельно с этим температура выхлопа у дизельного двигателя ниже по сравнению с бензиновым, а также на «низах» моторы на солярке не так склонны к детонации. В результате конструкторы смогли установить сложные и максимально эффективные системы турбонаддува именно на дизель.
Благодаря таким особенностям крутящий момент дизельного двигателя на низких оборотах намного выше аналогичных атмосферных или тубированных бензиновых ДВС. Поднимать мощность такого агрегата не имеет смысла, так как уверенная тяга на низах, высокий КПД и топливная экономичность полностью перекрывают небольшое отставание дизелей по показателю мощности и максимальной скорости.
Добавим, что потенциал дизеля позволяет сделать его даже мощнее бензиновых собратьев, но это приведет к существенному удорожанию и утяжелению всей конструкции двигателя. Также понадобится доработка системы питания дизельного мотора и установка более выносливой КПП, которая будет способна выдерживать просто огромный крутящий момент. Не следует забывать и об экологических нормах, для соответствия которым мощные дизели потребуют серьезной модернизации. Получается, поднимать мощность дизеля сегодня попросту нецелесообразно.
Мощность или крутящий момент — что важнее?
Если провести сравнительную оценку двух рабочих характеристик двигателя – мощности и крутящего момента, то очевидными становятся следующие факты:
- крутящий момент на коленчатом валу – основной параметр, характеризующий работу силового агрегата;
- мощность двигателя – это вторичная рабочая характеристика мотора, которая, по своей сути, является производной крутящего момента;
- зависимость мощности от крутящего момента выражается отношением: Р = М*n, где Р – мощность, М – крутящий момент, n – количество оборотов коленчатого вала в минуту;
- мощность двигателя линейно зависима от частоты вращения коленчатого вала: чем выше обороты, тем больше мощность мотора (естественно, до определенных пределов);
- крутящий момент также увеличивается при повышении оборотов двигателя, но достигнув своего максимального значения (при определенной частоте вращения коленчатого вала), его показатели снижаются, независимо от дальнейшего увеличения оборотов (график зависимости крутящего момента от частоты вращения двигателя имеет вид перевернутой параболы).
Некоторые выводы
- При оценке эксплуатационных параметров автомобиля и непосредственно рабочих характеристик его двигателя, величина крутящего момента обладает большим приоритетом, чем мощность.
- Среди силовых агрегатов, имеющих схожие конструктивные и рабочие параметры, предпочтительнее выглядят те, у которых крутящий момент больше.
- Для обеспечения наилучшей динамики разгона автомобиля и обеспечения оптимальных тяговых свойств двигателя, частоту вращения коленчатого вала нужно поддерживать в том диапазоне значений, при которых крутящий момент достигает своих пиковых показателей.
- https://avtonam.ru/useful/krutyashhij-moment-dvigatelya/
- https://aif.ru/auto/about/chto_takoe_krutyashchiy_moment_i_pochemu_ego_pokazatel_vazhnee_loshadinyh_sil
- https://AvtoNov.com/%D0%BA%D1%80%D1%83%D1%82%D1%8F%D1%89%D0%B8%D0%B9-%D0%BC%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82-%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8F-%D1%87%D1%82%D0%BE-%D1%8D%D1%82%D0%BE/
- https://motoran.ru/dvigatel/krutyashhij-moment
- https://toptexnik.ru/dvigarely/krutyashhij-moment-dvigatelya-chto-eto-za-harakteristiki-i-ot-chego-zavisit
- https://reedr.ru/auto/chto-takoe-krutyashhij-moment-dvigatelya/
- https://autoiwc.ru/other/krutyashiy-moment.html
- https://www.kolesa.ru/article/chto-vazhnee-dlja-razgona-moschnost-ili-krutjaschij-moment-2015-02-02
Как добиться быстрого разгона автомобиля
Подводя небольшой промежуточный итог можно подытожить, что крутящий момент — это крайне важная величина в характеристиках современного автомобиля, от которой напрямую зависит динамика транспортного средства. Если крутящий момент выше, то и лошадиные силы агрегата, размещенного в подкапотном пространстве, становятся заметно сильнее. Также не стоит забывать о том, что при помощи такого параметра, как крутящий момент, определяется заявленная эластичность двигателя. Иными словами, это указывает на продолжительность одинаковых показателей тяги в большом разбросе диапазона оборотов. В частности, многие автомобилисты предпочитают, чтобы самый высокий крутящий момент был на старте, так как это влияет на разгон, что отразится на ускорении автомобиля и его динамике.
По этой причине, для уверенного и резкого старта автомобилистам стоит рассматривать автомобили с дизельными силовыми агрегатами. Такие модели быстро стартуют, а в случае наличия турбокомпрессора и вовсе могут удерживать необходимую тягу вплоть до высоких оборотов. Существенно уступают дизелям стандартные атмосферные бензиновые моторы, которые для лучшего эффекта необходимо раскручивать до трех и выше тысяч оборотов. У двигателей с турбокомпрессорами такой беды нет, правда их крутящий момент также проваливается при достижении определенных показателей на тахометре.
Что же касается лошадиных сил, то они требуются совершенно для другого. С помощью такого термина выражается готовность силового агрегата оказывать сопротивление встречному ветру, а также иным нагрузкам, с которыми будет сталкиваться транспортное средство при последующей повседневной эксплуатации. Здесь необходимо отдать должное, что высокая мощность автомобиля, чаще всего отражается в максимальной скорости авто.
Также необходимо упомянуть, что лошадиные силы — это вполне надежная и проверенная характеристика, которая хоть и устарела, но все еще актуальна, учитывая современные реалии. Тем более, что с помощью данного параметра и применения некоторого хитрого программного обеспечения можно прибавить мощность мотору или наоборот ее снизить. Этим пользуются многие современные автомобильные компании, которые в теории раздувают мощность силового агрегата в своей модели, но по факту будущий автовладелец не замечает существенной отдачи. Именно поэтому количество крутящего момента (Н*м) в маркировке двигателя для очередного транспортного средства значительно важнее, нежели число лошадиных сил, которое заявлено производителем.
Общие сведения о ГРМ
Газораспределение или газообмен, являясь неотъемлемой частью действительного (рабочего) цикла ДВС, служит для управления процессами впуска в цилиндры двигателя свежего заряда (горючей смеси или воздуха) и выпуска отработавших газов в соответствии с принятым для двигателя порядком работы.
Для реализации процессов газообмена впускные и выпускные отверстия цилиндров должны открываться и закрываться, с заданной закономерностью, с помощью специальных запирающих элементов (клапаны, золотники), кинематически связанных с коленчатым валом.
Совокупность этих элементов, деталей передачи движения с ними, управления ими и привода образуют газораспределительный механизм (ГРМ).
Важные функции ГРМ состоят еще в том, чтобы надежно уплотнять впускные и выпускные отверстия цилиндров, а также способствовать лучшей очистке цилиндров и обеспечивать хорошее наполнение их свежим зарядом.
В зависимости от конструкции запирающих элементов ГРМ, в настоящее время, существует три способа газораспределения: клапанное, золотниковое и комбинированное.
Клапанное газораспределение получило преобладающее применение в четырехтактных автомобильных ДВС. Остальные способы газораспределения реализованы в двухтактных ДВС, в частности, золотниковое газораспределение – в ДВС малой мощности (мотоциклетные и др.), комбинированное (клапанно-золотниковое) газораспределение – в ДВС большой мощности (тепловозные, судовые).
Важнейшей характеристикой любого способа газообмена, является круговая диаграмма фаз газораспределения (рисунок 13), отражающая продолжительность открытия впускных или выпускных отверстий цилиндра в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. В зависимости от назначения отверстий, соединяющих цилиндровую полость двигателя с впускным или выпускным трубопроводами, различают фазы впуска (продувки) и выпуска.
Величину фаз выбирают сообразно с тактностью двигателя, особенностями его конструкции и быстроходностью. Правильность выбора фаз газораспределения для каждой конкретной модели двигателя уточняют экспериментально при доводке двигателя на стенде.
Какому двигателю отдать предпочтение
Из-за разных типов мотора одна и та же модель может отличаться по показателям мощности мотора и крутящему моменту, при этом разница может быть значительной.
Бензиновый двигатель
Бензиновый двигатель формирует воздушно-топливную смесь, заполняющую цилиндр. Температура внутри него поднимается до примерно 500 градусов. У таких моторов номинальный коэффициент сжатия составляет порядка 9-10, реже 11 единиц. Поэтому, когда происходит впрыск необходимо использование свечей зажигания.
Дизельный двигатель
В цилиндрах работающего на дизеле движка коэффициент сжатия смеси может достигать показателя в 25 единиц, температура – 900 градусов. Поэтому смесь зажигается без использования свечи.
Электродвигатель
Автомобильный трехфазный асинхронный электродвигатель работает по совершенно другим законам, поэтому его мощность и КМ отличаются от традиционных кардинально. Электромотор состоит из ротора и статора, кратность которых позволяет выдавать пиковый КМ (600 Нм) на любой скорости. При этом мощность электродвигателя, например, у Теслы, составляет 416 л. с.
Чтобы ответить на вопрос – дизельный, бензиновый или электродвигатель лучше, надо сначала исключить третий вариант, поскольку электродвигатели пока не так распространены, как первые два типа.
Кроме того, благодаря большему крутящему момент автомобиль, использующийся как грузовой, обладает большей грузоподъемностью за счет двигателя. Особенно если двигатель дизель-генераторный.
Комбинированный двигатель внутреннего сгорания
Основная статья: Комбинированный двигатель внутреннего сгорания
— двигатель внутреннего сгорания, представляющий собой комбинацию из поршневой и лопаточной машин (турбина, компрессор), в котором обе машины в соотносимой мере участвуют в осуществлении рабочего процесса. Примером комбинированного ДВС служит поршневой двигатель с газотурбинным наддувом (турбонаддув). Большой вклад в теорию комбинированных двигателей внёс советский инженер, профессор А. Н. Шелест.
Турбонагнетание
Наиболее распространённым типом комбинированных двигателей является поршневой с турбонагнетателем. Турбонагнетатель или турбокомпрессор (ТК, ТН) — это нагнетатель, который приводится в движение выхлопными газами. Получил своё название от слова «турбина» (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение). Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закреплённых на противоположных концах общего вала. Струя рабочего тела (в данном случае, выхлопных газов) воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из сплава, близкого к легированной стали. На валу, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевых сплавов, который при вращении вала позволяет нагнетать воздух в цилиндры ДВС. Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора. Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем воздуха (интеркулером) позволяет обеспечивать подачу более плотного воздуха в цилиндры ДВС (в современных турбированных двигателях используется именно такая схема). Часто при применении в двигателе турбокомпрессора говорят о турбине, не упоминая компрессора. Турбокомпрессор — это одно целое. Нельзя использовать энергию выхлопных газов для подачи воздушной смеси под давлением в цилиндры ДВС при помощи только турбины. Нагнетание обеспечивает именно та часть турбокомпрессора, которая именуется компрессором.
На холостом ходу, при небольших оборотах, турбокомпрессор вырабатывает небольшую мощность и приводится в движение малым количеством выхлопных газов. В этом случае турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает примерно так же, как без нагнетания. Когда от двигателя требуется намного большая выходная мощность, то его обороты, а также зазор дросселя, увеличиваются. Пока количества выхлопных газов достаточно для вращения турбины, по впускному трубопроводу подаётся намного больше воздуха.
Турбонагнетание позволяет двигателю работать более эффективно, поскольку тому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов, которая, в противном случае, была бы (большей частью) потеряна.
Однако существует технологическое ограничение, известное как «турбояма» («турбозадержка») (за исключением моторов с двумя турбокомпрессорами — маленьким и большим, когда на малых оборотах работает маленький ТК, а на больших — большой, совместно обеспечивая подачу необходимого количества воздушной смеси в цилиндры или при использованием турбины с изменяемой геометрией, в автоспорте также применяется принудительный разгон турбины с помощью системы рекуперации энергии). Мощность двигателя увеличивается не мгновенно из-за того, что на изменение частоты вращения двигателя, обладающего некоторой инерцией, будет затрачено определённое время, а также из-за того, что чем больше масса турбины, тем больше времени потребуется на её раскручивание и создание давления, достаточного для увеличения мощности двигателя. Кроме того, повышенное выпускное давление приводит к тому, что выхлопные газы передают часть своего тепла механическим частям двигателя (эта проблема частично решается заводами-изготовителями японских и корейских ДВС путём установки системы дополнительного охлаждения турбокомпрессора антифризом).
Что такое крутящий момент двигателя автомобиля простыми словами
Крутящий момент и мощность двигателей ВАЗ. Как видно из графиков, максимальная мощность достигается только на максимальных оборотах, тогда как пик крутящего момента находится между 3000 и 4500 оборотов.
Чтобы ответить на этот вопрос простыми словами нужно сначала выяснить, что подразумевается под терминами «мощность», «крутящий момент», а также число оборотов. С первой из этих характеристик дело обстоит несколько проще, поскольку всем тем, кто хорошо учился в средней школе, известно, что мощность — это работа, производимая в единицу времени.
Двигатель внутреннего сгорания, потребляя топливо, преобразовывает тепловую энергию его сгорания в кинетическую, совершая при этом работу. Она заключается во вращении коленчатого вала, и этот показатель измеряется в количестве оборотов в минуту. Соответственно, от частоты, с которой в цилиндрах ДВС происходит сгорание топливной смеси, напрямую зависит и работа, которую производит двигатель, и его мощность. Зависимость эта — прямо пропорциональная.
Что же касается крутящего момента, то с ним отнюдь не все так очевидно, как с мощностью и количеством оборотов. Он является, по сути дела, величиной, производной от них и представляет собой произведение силы на плечо рычага. Поскольку сила (в данном случае та, которая возникает при сгорании топлива и воздействует на поршень) измеряется в физике в ньютонах, а длина (в данном случае — длина плеча кривошипа коленчатого вала) — в метрах, то единицей измерения крутящего момента, является Нм.
Таким образом, получается, что крутящий момент представляет собой усилие, которое развивает двигатель. Именно его значение определяет силу тяги, обеспечивающую разгон автомобиля и его движение. Следовательно, чем больше крутящий момент, тем автомобиль «резвее», что есть тем лучше его динамика. Поскольку сила, воздействующая на поршень при сгорании топлива, растет с увеличением рабочего объема двигателя, то чем он больше, тем выше крутящий момент.
Следует заметить, что в характеристиках двигателей внутреннего сгорания всегда указывается максимальная мощность, которую они способны развить. Крутящий момент определяет, как быстро она достигается, и поэтому он указывается для конкретного числа оборотов. Иными словами, он определяет, как быстро силовой агрегат «выбирает» тот потенциал мощности, который в нем заложен конструкторами. Именно поэтому, к примеру, при достаточно спокойной езде на невысоких оборотах (до 2500 об/мин) для быстрого ускорения самым предпочтительным двигателем является тот, который имеет максимальный крутящий момент именно на них.
Бензиновый или дизельный мотор, что лучше
Мнения по поводу характеристик бензиновых и дизельных силовых установок расходятся. При одинаковых объемах рабочих цилиндров, мощностной коэффициент отличается.
Бензиновая установка
Воспламенение рабочей смеси в камере сгорания бензинового ДВС осуществляется следующим образом:
- В полость рабочего цилиндра поступает смесь, при движении поршневого элемента к нижней мертвой точке;
- После заполнения камеры сгорания рабочей смесью поршень начинает движение к верхней мертвой точке. При этом закрываются клапана механизма распределения газов. Под действием поршневого элемента рабочая смесь сжимается;
- При максимальном сжатии срабатывает свеча зажигания. Она подаёт искру в полости цилиндра. Смесь воздушной массы с горючим воспламеняется от искры;
- После передачи усилия на шейку коленчатого вала открывается выпускной клапан механизма распределения газов. Выхлопные газы выводятся в атмосферу.
Благодаря своей конструкции бензиновый агрегат отличается большим количеством лошадиных сил. При этом степень вращения низкая. Моторы развивают большое количество оборотов.
Дизельная установка
Конструкция мотора работающего на дизельном топливе отличается. Воспламенение горючего осуществляется без применения свечи зажигания. Процесс происходит следующим образом:
- При движении поршневого элемента к нижней мертвой точке открывается впускной клапан механизма распределения газов. В отличие от бензинового ДВС в полость цилиндра поступает воздушная масса без горючего;
- При смещении поршня к верхней мертвой точке, оба клапана газораспределительного механизма закрываются;
- По достижению воздушной массой максимального сжатия в камеру подается дизельное топливо;
- Под действием давление топливо воспламеняется.
СПРАВКА: Вывод выхлопных газов в атмосферу ничем не отличается от бензиновой установки. После сгорания топлива с воздухом открывается выпускной клапан, и поршневой элемент выталкивает выхлопные газы из камеры.
Конструкция дизельного мотора предусматривает более высокую компрессию. Это увеличивает усилие оказываемое на кривошипно-шатунный механизм. Дизельные моторы развивают более низкое число оборотов. Их увеличение приводит к уменьшению срока службы комплектующих.
Высокое усилие позволяет дизельному мотору потреблять минимальное количество топлива на холостом ходу и более динамично разгонять транспортное средство до достижения им максимальной мощности с места. Такой показатель важен на тракторах и различных самоходных машинах использующихся под высокой нагрузкой.
У кого силы больше?
Величина крутящего момента значительно больше у многоцилиндровых моторов, агрегатов с турбированным и механическим наддувом. Наибольшего же показателя крутящего момента можно достигнуть в дизельных двигателях. Большинство из них могут обеспечить авто повышенную динамику даже при 800 или 1000 оборотах за 60 секунд. Если же есть большое желание приобрести дизельный оборотистый автомобиль с повышенной динамикой, но ввиду каких-то причин на это нет возможности — следует выбирать авто с таким силовым агрегатом, у которого максимальный крутящий момент достигается на меньших оборотах. Подобные автомобили легче поддаются разгону. Иначе придётся «насильно душить» двигатель оборотами, значительно увеличивая при этом расход топлива. Детали при такой езде также быстрее изнашиваются.
Современные разработки в области автопрома указывают на то, что создатели новых моделей всячески пытаются избежать «пропасти» в рамках разгона и сделать его более-менее равномерным на всём диапазоне оборотов. Это все модернизируется, дабы избежать ситуации, в которой величина крутящего момента не способна передать колёсам большую силу тяги. Одним из представителей подобных силовых агрегатов является 6-цилиндровый турбированный двигатель Ауди объёмом 2,7 литра V-образной формы. Мощность двигателя двести пятьдесят лошадиных сил. В диапазоне от 1700 до 4600 он развивает крутящий момент в пределах 350 Н·м. Ещё один немецкий автомобиль, Фольксваген, с турбированным двигателем объёмом 1,8 литра и мощностью в 180 лошадиных сил развивает крутящий момент в 228 Н·м в пределах от 2000 до 5000 оборотов. Несомненно, большое удовольствие приносит езда на подобных авто — невзирая на количество оборотов при нажатии на «газ», железный конь послушно и резво начинает разгоняться. Это приносит удовольствие не только любителям скоростной езды, но и может сделать движение более уверенным при выходе на обгон в нужный момент.
Повышать и «выравнивать» крутящий момент в новых двигателях пытаются несколькими способами:
- устанавливаются несколько (от трёх до пяти) клапанов на один цилиндр;
- меняются механизмы распределения газов;
- впускной тракт двигателя делается меньшей длины;
- турбинная крыльчатка выполняется из керамики и остаётся возможным изменять угол наклона лопаток.
Все эти манипуляции создателей имеют одну цель — всеми возможными способами совершенствовать и модернизировать процесс насыщения цилиндров. В данных разработках наибольшего успеха достигли специалисты-разработчики компании Сааб. В один из новых своих моторов объёмом 1,6 л была умещена мощность в 225 лошадок, а также крутящий момент в 305 Н·м. Шведские инженеры сумели добиться столь высокого прогресса благодаря изменению вместимости камеры сгорания топлива и уменьшению степени сжатия при различных режимах работы. Этому также способствовали и изменения в системе наддува высокого давления и система промежуточного охлаждения, а также использование четырёх клапанов на один цилиндр.
Как его увеличить и в каких случаях это оправдано
Первоначально крутящий момент определяется на этапе конструкторской разработки двигателя внутреннего сгорания. Существенно увеличить эту характеристику можно, разве что при конструктивных изменениях ДВС. В практике специальных мастерских такой метод увеличения крутящего момента называется форсирование двигателя. Он заключается в увеличении компрессии за счет изменения геометрии поршневой группы, замене штатных форсунок, увеличения воздухозабора, других конструктивных решениях.
Более доступный способ увеличения крутящего момента – коррекция топливной карты с помощью чипования блока управления. Существенного увеличения крутящего момента (более 20%) при чиповании ожидать не следует, но такой метод менее дорогостоящий, не требует конструктивных изменений.
В любом случае, увеличение крутящего момента значительно уменьшает ресурс двигателя, так как все механические нагрузки на узлы двигателя рассчитаны, исходя из крутящего момента, определенного производителем. Их увеличение может вызвать преждевременный износ деталей.
Если вы пока не планируете участвовать на своем авто в соревнованиях по дрифтингу, дрэг-рейсингу и другим экстремальным видам автомобильных состязаний, лучше отложить идею увеличения крутящего момента до тех времен, когда участие в таких соревнованиях будет для вас реальной целью.
Источник https://avtokart.ru/opyt-i-sovety/krutyashchij-moment-chto-eto-takoe.html
Источник https://autosmell.ru/motor-i-goryuchee/maksimalnyj-krutyashchij-moment-dvigatelya.html
Источник https://promkomrostov.ru/opyt/chto-takoe-krutyashchij-moment-dvigatelya.html
