Что такое и от чего зависит крутящий момент двигателя - Авто мастер
Avtonova37.ru

Авто мастер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое и от чего зависит крутящий момент двигателя

Какой максимальный вращающий момент и как его можно увеличить?

Даже тем людям, которые не очень интересуются автомобилями, у которых их никогда не было и которые не намереваются становиться их владельцами, отлично известно, что одной из основных характеристик этих транспортных средств является мощность двигателя. Ее принято измерять в лошадиных силах (несколько реже используют более «правильную» с технической точки зрения величину — киловатт), причем вполне справедливо считается, что чем выше значение этого показателя — тем лучше.

С другой стороны такая важная характеристика как крутящий момент двигателя часто остается неизвестной даже некоторым автолюбителям. И это при том, что она является, на самом деле, ничуть не менее значимой характеристикой двигателя, чем его мощность и обороты, с которыми, кстати, находится в весьма тесной и даже неразрывной взаимосвязи.

В данной статье мы попробуем объяснить, что такое крутящий момент двигателя, чем он отличается от мощности, от чего зависит и на что влияет.

Что такое крутящий момент двигателя?

Если по-научному, то это произведение силы, приложенной к рычагу, и расстояния от оси вращения рычага до точки приложения силы. В физике это называется моментом силы, а в технике устоялось словосочетание «крутящий момент». Распространенная единица измерения – Н*м (ньютон на метр).

Теперь по-человечески 🙂 Крутящий момент двигателя – величина, демонстрирующая нам тяговые возможности мотора. Чем больше крутящий момент приходит от мотора на колеса автомобиля, тем больший груз может сдвинуть с места автомобиль и тем большее ускорение может развить. Отсюда ясно, что грузовики, тракторы, тягачи и бульдозеры, а также машины для спортивного вождения в первую очередь «заинтересованы» в большом крутящем моменте.

Крутящий момент, приходящий от двигателя на колеса, зависит не только от двигателя, но и от передаточных чисел главной пары и коробки передач: чем больше передаточные числа, тем больший крутящий момент передается на колеса при одном и том же крутящем моменте мотора и тем динамичнее автомобиль.

Об оборотах мотора и пике КМ

Было бы намного проще, если бы кто-то придумал датчик крутящего момента. Мы имели бы возможность в реальном времени видеть и прогнозировать, как будет проходить ускорение машины. На практике их еще не существует. Например, если производитель указал, что максимальный крутящий момент будет достигнут непосредственно на 5-ти тысячах оборотов, то до этого значения его нужно будет раскрутить, а делать такое придется всего с нескольких тысяч. Именно тут и приходится сталкиваться с существенными временными потерями, которые порой так нужны во время обгона.

Если же крутящий момент двигателя достигает своего максимального значения уже при этих же двух тысячах оборотах, то никаких проблем не может возникнуть, поскольку разгон автомобиля будет уверенным при нажатии на педаль газа, что дает возможность комфортно чувствовать себя при маневрировании. Теперь становится понятным, почему многие опытные автомобилисты предпочитают ездить на авто, у которых КМ начинает активно развиваться с низких оборотов.

Если при 1600 оборотах мотор развивает двести ньютон-метров, то это отличный показатель. Эти силовые агрегаты в народе принято называть тяговитыми, так как они очень хорошо едут с низов. Жаль, но датчики крутящего момента пока не созданы, поэтому автомобилист может только догадываться, какой он у автомобиля в тот или иной момент времени.

Стоит заметить, что КМ зависит непосредственно от объема двигателя. Малолитражки славятся тем, что тяга на низких оборотах у них минимальна. Если для примера рассмотреть обычный ВАЗ 2108 с мотором в полтора литра, то здесь невозможно добиться хорошего крутящего момента. Водители, передвигающиеся на таких авто, отмечают, что приходится без конца переключаться на пониженные передачи, дабы искусственно крутить мотор, иначе тяги может не хватать при обгонах или подъеме на крутые уклоны.

Если будет повышен объем камер сгорания, в таком случае увеличится и крутящий момент.

Увеличение КМ

Для чего и как повысить крутящий момент двигателя? На первую часть вопроса ответить легко. Обычно недовольство КМвозникает у владельцев малолитражек – ходовые характеристики машины снижаются по любому поводу, будь то включенный кондиционер или гидроусилитель руля. С увеличением характеристики растут и возможности автомобиля. Это разгон и тяговые качества.

Логично предположить, что вторая часть вопроса – как поднять КМ – решается заменой или доработкой комплектующих двигателя. Некоторые способы выполняются самостоятельно, другие требуют профессионального вмешательства. Подробно:

  1. Замена распредвала, выпускных клапанов и фильтров на детали с большим КПД. Например, возможно использовать вал с коленами большего размера или откорректировать крутящий момент на колесе автомобиля. В последнем случае в коробку передач устанавливаются особые шестерни с высоким передаточным числом. Любители, возможно, не справятся с работой – установку комплектующих лучше отдать на откуп специалистам по автомобильному тюнингу.
  2. Увеличение объема поршневой системы. Это предполагает расточку цилиндров и замену диаметра поршня на больший. Результат увеличения значения крутящего момента гарантирован из-за возросшей мощности двигателя – закономерного эффекта. Минус способа – увеличение расхода топлива.
  3. Повышение степени сжатия газовоздушной смеси. Для этого требуется уменьшить объем камеры сгорания, чтобы получить избыток давления. Высокий показатель, естественно увеличит силу поршня, но при этом порог детонирования существенно снижается. Как итог – износ поршневой группы и опасность преждевременного возгорания топлива.
  4. Увеличение диаметра впускных клапанов. Принцип прост: чем больше топлива, тем выше образование выделяющегося тепла. Это то,что дает крутящий момент двигателя – возрастание энергии. Чтобы установить новые клапана большего диаметра снова требуется расточка деталей. Без опыта, смысла проводить работу, нет – можно легко повредить систему. А новые оригинальные комплектующие – дороги.
  5. Турбирование. Заключается в доработке головки блока цилиндра. Что дает крутящий момент двигателя в этом случае? После модификации увеличивается объем газовоздушной смеси, следовательно, после детонации мощность кратно возрастает. Соответственно увеличивается КМ. Недостаток способа – дорогостоящая работа, что не всегда оправдано для автомобилей бюджетных классов.
  6. Электронная настройка, прошивка блока или чип-тюнинг. Заключается в перепрограммировании контролера двигателя. Как узнать о коррекции КМ? Изменения времени открытия впускных клапанов делаются в большую сторону, следовательно, расход топлива увеличится. Кроме временного промежутка, меняется множество других параметров –система охлаждения, вентиляции, воздухозаборников и прочего. Достоинства способа в безопасности – всегда можно вернуть настройки по умолчанию.
  7. Замена тяжелых поршней на облегченные. Усилий на работу потребуется меньше, динамика двигателя возрастет, повысится скорость автомобиля. Минус – способ годится для бензиновых авто, где степень сжатия меньше и порог детонирования выше. Иначе быстрого износа легких деталей не избежать.
Читать еще:  Что будет если налить дизельное топливо в бензиновый двигатель

Итак, крутящий момент асинхронного двигателя и мощность – связанные понятия. Вся работа по изменению значения одного параметра влечет за собой коррекцию другого.

Возможное увеличение

Конструкторы при разработке закладывают будущее значение крутящего момента. На основании него разрабатываются остальные элементы и узлы автомобиля, включая подвеску, тормоза, рулевой блок и пр.

Последующего самостоятельного повышения показателя существует несколько. К ним относится увеличение геометрических размеров поршневой группы, замена форсунок на более мощные. Автомобилисты внедряют также чип-тюнинг, перепрограммируя электронный блок управления. В результате удается добиться повышения на 20–25% от заводских характеристик. Ценник на выполняемую работу окажется доступен для большинства автолюбителей.

Фильм Крутящий момент

Два автомобиля мчатся посреди пустыни. Неожиданно байкер Кэри Форд на своем мотоцикле с легкостью обгоняет их, а затем делает остановку у закусочной, которой владеет его старая подруга Шэйн. На стене висят фотографии демонстрирующие, что когда-то Форд и Шэйн были вместе. Мужчина решает забрать одну из фотографий с собой. Затем он выходит на улице и видит двоих парней, которые начинают задирать его. Начинается драка, однако Форд справляется с обоими мужчинами.

Затем Форд встречается со своими лучшими друзьями Далтоном и Вэлом. Они отправляются обратно в город на вечеринку мотоциклистов. Там Форд видит Шэйн, и они начинают общаться, однако девушка все еще злится на него, за то, что тот ушел. Затем на вечеринку подтягивается банда байкеров, в числе которых ее руководитель Генри Джеймс, его подруга Чайна и правая рука Лютер. Генри говорит, что злится на Форда за то, что тот украл его мотоциклы (в которых были спрятаны наркотики). Форд сообщает Джеймсу, что сделал это, чтобы оплатить счета и свой собственный мотоцикл. После этого банда уезжает, а Форд, Далтон и Вэл решают прокатиться вместе.

После этого черная байкерская банда, Жнецы, приезжает на место действия. Они дружат с бандой Генри Джеймса, а потому их лидер Трей и его младший брат Джуниор также выказывают герою претензии относительно украденных мотоциклов. После этого Форд с друзьями и Шэйн отправляются в ночной клуб, где постоянно тусуются байкеры. Там происходит столкновение трех банд. Джуниор пугается и прячется в туалете. Там Генри, Чайна и Лютер ловят его. Джуниор извиняется, что не может расплатиться с ним за сорвавшуюся наркосделку (разрешение на которую Трей отказался давать чуть ранее) и просит дать ему еще немного времени, однако Генри отказывается и убивает парня, насмерть задушив его мотоциклетной цепью. Тем временем Форд и Шэйн заигрывают друг с другом в мотеле.

Вскоре на место убийства, где было найдено тело Джуниора, приезжают два агента ФБР, Хендерсон и ее МакФерсон. Чайна говорит, что была свидетелем убийства и видела, как Кэри Форд убил Джуниора. Об этом узнает Трей, поэтому приказывает своей байкерской банде разыскать и убить Форда. Тем временем Форд, Шэйн и двое друзей останавливаются в закусочной. Шэйн видит по телевизору, что Форд разыскивается за убийство Джуниора, после чего герои сразу отправляются в путь. Однако Жнецы уже выследили их, и начинается погоня. Чтобы скрыться, герои уезжают в лес, где решают разделиться. Форд выезжает из леса в пустыню, Трей следует за ним. Когда герой замечает едущий поезд, то ему удается заехать на него, однако Трей все еще преследует его по крыше. Когда мужчины спрыгивают с поезда, то Трей падает, и его нога попадает на пути. Форд решает остановиться и помочь, после чего отдает ему свой мотоцикл. Шэйн, Далтон и Вэл встречают Форда, после чего находят пещеру, где пережидают ночь.

Форд говорит друзьям, что должен позвонить в ФБР и заявить о своей невиновности, что и делает. МакФерсон не верит герою, но Хендерсон – да. Наутро четверка покидает пещеру, находит огромный грузовик и незаметно прячется в нем, так что водитель ничего не замечает. Вскоре грузовик останавливают полицейские, и герои из их диалога узнают, что в грузовике находится некая быстрая машина. Незадолго до того, как агенты открывают грузовик, Форд и Шэйн выезжают из него на перевозимой машине, а его друзья — на своих мотоциклах. Четверка выезжает на шоссе. Их преследует ФБР, а также Трей.

Затем Форд выпрыгивает из машины на мотоцикл Вэла, а ему говорит ехать вместе с Шэйн. Трей и агенты ФБР продолжают преследование. Затем автомобиль федеральных агентов врезается в строительную трубу и переворачивается. Трей направляет свой мотоцикл прямо на Форда и происходит столкновение. Форд направляет на Трея пистолет и объясняет, что непричастен к убийству его брата. Тот верит ему и сообщает, что хочет найти виновного. Форд говорит, что за всем стоит Генри, который подставил их обоих. В гараже, принадлежащем Шэйн, Форд звонит ей и говорит, что хочет, чтобы все собрались здесь. Сразу после этого врываются агенты ФБР, которые приказывают Трею и Форду не двигаться. Хендерсон требует объяснений, так как верит в невиновность Форда. После этого, как герой все объясняет, агенты, кажется, встают на их сторону. Затем МакФерсон поворачивается и стреляет в Хендерсон, так что она падает на пол. Оказывается, что он работает на Генри. После этого на место прибывают Генри, Чайна и Лютер, которые сообщают, что уже поймали его друзей и Шэйн.

Читать еще:  Устройство двигателя змз 53 с описанием и схемами

Генри хочет убить Трея и Форда, однако они так просто не даются, и завязывается борьба, в ходе которой Лютер погибает. Генри и Чайна сбегают, Форд освобождает Шэйн, а Трей – Вэла и Далтона. После этого Хендерсон встает и сообщает, что на ней пуленепробиваемый жилет. Затем женщина приказывает всем покинуть гараж, который после этого взрывает, убивая при этом и МакФерсона. Чайна вступает в схватку с Шэйн на мотоциклах. Все оканчивается тем, что Шэйн толкает Чайну, и та на полной скорости врезается в автомобиль, погибая при этом. Форд же догоняет Генри, после чего последний погибает в результате взрыва. Проходит время, Форд и Шэйн снова вместе, и они все вчетвером решают отдохнуть в Мексике.

Что такое крутящий момент?

Какую мощность развивает конь в упряжке? Странно, но средняя лошадь выдает при длительной работе только 0,8 л.с.; во всяком случае, именно такой показатель закладывали (и закладывают) обычно в инженерные и экономические расчеты по гужевому транспорту и пр. Считается также, что мужчина средних лет и обычной физической подготовки развивает (опять же при длительной работе) около 0,1 л.с. Немного, но и человек, и лошадь способны напрячься и несколько секунд выдавать гораздо больше – в разы. Конь вытаскивает телегу, застрявшую в разбитой колее, а моторчик внутреннего сгорания мощностью в 2 (две!) л.с. просто глохнет. Крутящего момента не хватило…

Золотое правило механики

Так что же такое крутящий момент и как он связан с мощностью двигателя? Вспомните среднюю школу: мощность определяется произведением силы на скорость (с какими-то коэффициентами в зависимости от единиц измерения) – для поступательного движения. Допустим, тянете вы груз с усилием в 12 кг и со скоростью 1 м/сек. (3,6 км/ч); тогда ваша мощность – 12 кгм/сек. То есть, 0,16 л.с. [Европейская (парижская) лошадиная сила считается 75 кгм/сек. Англо-американская практика вся запутана футами и фунтами, так что британская лошадиная сила (bhp) равна 1,0139 л.с. по «континентальному» счету.] ; неплохо. Космический ракетный двигатель развивает тягу в 100 т при скорости 12 км/сек., значит, его мощность – 16 млн л.с.!

Или же мощность определяется произведением крутящего момента [В свою очередь крутящий момент (он имеет смысл при вращательном движении) равен произведению силы на плечо ее действия. Когда к рычагу плечом в 1 м прилагается усилие в 10 кг (перпендикулярно плечу!), то тем самым создается крутящий момент в 10 кгм. Или в 98 Нм – кому как нравится.] на частоту вращения вала – для вращательного движения. Вот и все, остальное – арифметика. Если на валу мотора при 6000 мин -1 (в просторечии оборотов в минуту) замерен крутящий момент в 10 килограммометров, то его мощность равна 83,775 л.с. Или 61,6 кВт – в других единицах измерения [Один кВт равен 1,36 «континентальной» л.с. – даже в Африке.] . Причем неважно, о каком именно двигателе идет речь – о паровой машине, газовой турбине, поршневом д.в.с. или электромоторе; арифметике без разницы.

Момент силы F на плече R; крутящий момент равен F x R

И что же нашему брату, автомобилистам, нужно – мощность двигателя или его крутящий момент? Вот притча: вынесли вы на рынок картошку и хотите сбыть ее по 35 руб. за кг. Вроде как главное для вас – хорошая цена. Продали пару кило – по 35, а больше не берут; дорого. Тут-то и выясняется, что для вас важна не столько цена – за кг, – сколько общая выручка от продажи 2 центнеров картошки.

Так и с моторами: нередко автомобилисты заявляют, что для них главное – момент, тяга, а мощность – дело десятое. Ровно наоборот – как в старом анекдоте: дай нам, Господи, мощность, а крутящий момент мы уж как-нибудь сами…

Пусть микролитражный моторчик развивает 10 л.с. при 6 тыс. оборотов. То есть, крутящий момент на его маховике – 1,2 кгм (11,7 Нм). Вам нужно 100 Нм? Ради Бога: ставим понижающий редуктор (с передаточным числом 8,55), – и вот вам 100 Нм на выходном валу [Забудем пока о (неизбежных) потерях мощности в редукторе.] . Причем мощность – за вычетом потерь – остается, естественно, той же. Хотите 1000 Нм? Пожалуйста, возьмите редуктор с передаточным числом 85,5; вопрос подбора шестеренных пар…

Но! При моменте в 100 Нм на выходном валу редуктора его обороты уже не 6000 мин -1 , а только 700 с небольшим. Золотое правило механики: выигрывая в крутящем моменте (в силе), проигрываем в частоте вращения (в скорости). А 1000 Нм вы получите и вовсе при 70 мин -1 ; слишком медленно. Так вы хотите и крутящий момент, и обороты! И рыбку съесть, и не поцарапаться. Вам нужно продать по 35 руб. не 2-3 кг картошки, а много. Так и скажите: для меня главное – выручка. Для меня главное – мощность двигателя.

Мощность!

Допустим, катите вы в легковушке по ровной дороге с усовершенствованным покрытием; скорость постоянная – 100 км/ч. Тяга от двигателя в пятнах контакта ведущих колес с ходовой поверхностью в сумме как раз покрывает силы сопротивления воздуха и качения покрышек; для вашего авто (с его аэродинамикой, весом, шинами и давлением в них): положим 54 кг. То есть, крутящий момент на оси (при радиусе качения колес, скажем, 265 мм) равен 140 Нм, обороты колес – около 1000 мин -1 , а расходуемая мощность – 1500 кгм/сек. или 20 л.с. С учетом потерь в трансмиссии – от маховика до пятна контакта – от мотора требуется мощность около 22,5 л.с.; легко.

Читать еще:  Фонит китайская магнитола при заведенном двигателе что делать

А чтобы ехать на две «сотни»? При удвоении скорости, силы сопротивления возрастают примерно вчетверо – по квадрату. Иначе говоря, потребная мощность увеличивается в 8 раз (4 х 2) – по кубу скорости! От двигателя нужны теперь 170-180 л.с. на маховике, поэтому далеко не каждый автомобиль способен набрать скорость в 200 км/ч.

Это – при равномерном движении; а если вы хотите еще и разгоняться (или идти на подъем), необходима свободная мощность. Скажем, те же 22,5 л.с. на скорости 100 км/ч – плюс еще 10 л.с. на ускорение физического тела; II закон Ньютона. Или 50 л.с. – тогда разгон энергичнее.

Как видите, и скорость автомобиля, и динамика его разгона зависят от мощности двигателя; как же ее поднять? Держать крутящий момент до высокой частоты вращения вала. Скажем, довести обороты того же микролитражного моторчика до 12 тыс. – при неизменном моменте в 11,7 Нм. Значит, его мощность увеличивается ровно вдвое – до 20 л.с. В общем, тут такое соотношение:

P = 1/716,2 M x n,

где P – мощность двигателя (л.с.) при n мин -1 , M – его крутящий момент (кгм) при тех же оборотах. А 1/716,2 – просто коэффициент размерности.

К сожалению, повышать частоту вращения вала поршневого двигателя очень непросто: силы инерции, нагрузки, трение. Ведь если раскрутить мотор от 6000 до 12000 мин -1 , то силы инерции, которые нагружают детали конструкции, возрастают вчетверо. Нелинейно – по квадрату оборотов. И когда 2,4-литровые «восьмерки» в Формуле 1 развивают максимальную мощность при 19500 мин -1 , то силы инерции при такой частоте выше, чем при 6 тыс. оборотов, вовсе не в 3,25 раза. А в 3,25 х 3,25 = 10,5 раз! Внутреннее трение нарастает еще быстрее (от 6 до 19,5 тыс. раз в 35); к тому же ухудшается наполнение цилиндров топливовоздушной смесью – и крутящий момент неотвратимо падает. Поэтому у каждого двигателя есть точка перегиба на кривой мощности по частоте вращения вала. У каждого своя, но после точки перегиба мощность по оборотам уже не повышается, а наоборот – падает. Не говоря уже об опасности перекрутить мотор и разрушить его стремительно нарастающими силами инерции.

Есть и другой путь: увеличивать крутящий момент. Тут главный прием – наддув: прокачивайте через ваш моторчик вдвое больше воздуха (и соответственно горючего), и крутящий момент повысится, грубо говоря, в 2 раза – при тех же оборотах. И всего делов. Правда, нарастают тепловые нагрузки, возникают другие головные боли…

Теперь забудем про редукторы; вы нередко видите графики крутящего момента и мощности двигателей по оборотам – так называемая внешняя скоростная (внешняя – потому что при полном «газе», а скоростная – поскольку по скорости вращения вала) характеристика. Так вот, вам достаточно видеть одну из кривых – либо момента, либо мощности; все равно. Другая восстанавливается из первой – и наоборот. Их приводят обе просто для удобства, – чтобы вам не заниматься сложнейшими арифметическими расчетами.

Скоростная характеристика бензиновой «шестерки» GS450h: наибольший крутящий момент при 4800 мин-1, влево он уменьшается. А ниже 1000 оборотов лучше вообще не опускаться

То есть, связь между крутящим моментом, оборотами вала и мощностью двигателя однозначная – как между длиной основания треугольника, его высотой и площадью. Независимо от того, прямоугольный он, косоугольный и какого цвета.

Скоростная характеристика тягового э-мотора Lexus GS450h: наибольший крутящий момент при 0 оборотов!

И забавно, когда фирменный пресс-релиз прокалывается по простейшему правилу, – скажем, на web-сайте новоявленной калифорнийской компании DiMora Motorcar. По проекту ультра-люкс-седана Natalia, максимальная мощность 16-цилиндрового(!) мотора Volcano превышает 1200 л.с. Наибольший крутящий момент – 1220 Нм (900 футо-фунтов); однако тут не сходится. По сведениям от DiMora же, «отсечка» срабатывает на 6500 мин -1 ; значит, максимальная мощность достигается при 6000-6250. Но тогда наибольший момент ну никак не меньше 1400 Нм, а вернее все 1500. Арифметика: 2 х 2 = 4 и в солнечной Калифорнии.

Эластичность двигателя

Взгляните еще раз на кривую крутящего момента: она дает ключевую характеристику двигателя – его эластичность. Надо сказать, у автомобильных д.в.с. кривая неблагоприятная – то ли дело у газовой турбины, паровой машины, электромотора. Они выдают наибольший крутящий момент при низких оборотах – и даже при полной остановке вала. То есть, как лошадь: замедляют ход, напрягаются – и вытаскивают повозку. А попробуйте остановить вал ВАЗовской «четверки» или 12-цилиндрового двигателя Rolls-Royce – они попросту заглохнут.

График крутящего момента у обычного д.в.с. левее 1000 мин -1 обычно и не рисуют; он не способен работать на оборотах ниже «холостого хода». Тогда как у э–мотора кривая поднимается к 0 оборотов – примерно по гиперболе; исключительная эластичность. При увеличении нагрузки (крутой подъем и т.п.) э–мотор теряет обороты – и увеличивает крутящий момент; сопротивляется до упора! А д.в.с. при падении частоты вращения (ниже «пиковых» по крутящему моменту) сопротивляется все слабее – и в конце концов останавливается. Две большие разницы, как говорят в Одессе.

Отсюда, кстати, идея «гибридных» бензин-электрических силовых агрегатов: тяговый э–мотор принимает на себя нагрузку именно там, где д.в.с. беспомощен. На самых «низах»; а обычно автомобильный двигатель выдает наибольший крутящий момент где-то при промежуточных частотах вращения вала. Причем у «остро» настроенного мотора пик момента сдвинут к высоким оборотам, а при низких он тянет слабо. Тогда и говорят о выраженном «подхвате»; ничего тут хорошего нет.

Так что же все-таки важнее – крутящий момент или мощность? Ответ: разумеется, нужен крутящий момент – в широком диапазоне оборотов! В том числе и при самой высокой частоте вращения вала, – то есть, мощность.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector