Что дает крутящий момент двигателя?

Зачем автомобилю крутящий момент

Вам понравился материал? Поделитесь с друзьями!

• 
• 
• 

В материалах об автомобилях часто употребляются выражения «высокие обороты», «большой крутящий момент». Как оказалось, эти выражения (а также связь между этими параметрами) понятны не всем. Поэтому расскажем о них подробнее.

Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания это устройство, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

Схематически это выглядит так:

Возгорание топлива в цилиндре (6) приводит к перемещению поршня (7), что, в свою очередь, приводит к проворачиванию коленчатого вала.

То есть, циклы расширения и сжатия в цилиндрах приводят в действие кривошипно-шатунный механизм, который, в свою очередь, преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала:

Из чего состоит двигатель и как он работает смотрим здесь:

Итак, важнейшими характеристиками двигателя являются его мощность, крутящий момент и обороты, при которых эта мощность и крутящий момент достигаются.

Обороты двигателя

Под широкоупотребимым термином «обороты двигателя» имеется в виду количество оборотов коленчатого вала в единицу времени (в минуту).

И мощность, и крутящий момент – величины не постоянные, они имеют сложную зависимость от оборотов двигателя. Эта зависимость для каждого двигателя выражается графиками, подобными нижеследующему:

Производители двигателей борются за то, чтобы максимальный крутящий момент двигатель развивал в как можно более широком диапазоне оборотов («полка крутящего момента была шире»), а максимальная мощность достигалась при оборотах, максимально приближенных к этой полке.

Мощность двигателя

Чем выше мощность, тем большую скорость развивает авто

Мощность – это отношение работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. При вращательном движении мощность определяется как произведение крутящего момента на угловую скорость вращения.

Мощность двигателя последнее время все чаще указывают в кВт, а ранее традиционно указывали в лошадиных силах.

Как видно на приведенном выше графике, максимальная мощность и максимальный крутящий момент достигаются при различных оборотах коленвала. Максимальная мощность у бензиновых двигателей обычно достигается при 5-6 тыс. оборотов в минуту, у дизельных – при 3-4 тыс. оборотов в минуту.

График мощности для дизельного двигателя:

В практической плоскости – мощность влияет на скоростные характеристики авто: чем выше мощность, тем большую скорость может развивать автомобиль.

Крутящий момент

Крутящий момент характеризует способность ускоряться и преодолевать препятствия

Крутящий момент (момент силы) – это произведение силы на плечо рычага. В случае кривошипно-шатунного механизма, данной силой является сила, передаваемая через шатун, а рычагом – кривошип коленчатого вала. Единица измерения – Ньютон-метр.

Иными словами, крутящий момент характеризует силу, с которой будет вращаться коленвал, и насколько успешно он будет преодолевать сопротивление вращению.

На практике высокий крутящий момент двигателя будет особенно заметен при разгонах и при передвижении по бездорожью: на скорости машина легче ускоряется, а вне дорог – двигатель выдерживает нагрузки и не глохнет.

Еще примеры

Для большего практического понимания важности крутящего момента приведем несколько примеров на гипотетическом двигателе.

Даже без учета максимальной мощности, по графику, отражающему крутящий момент, можно сделать некоторые выводы. Разделим количество оборотов коленчатого вала на три части – это будут низкие обороты, средние и высокие.

На графике слева представлен вариант двигателя, который имеет высокий крутящий момент на низких оборотах (что равносильно высокому крутящему моменту на малых скоростях) – с таким двигателем хорошо ездить по бездорожью – он “вытянет” из любой трясины. На графике справа – двигатель, у которого высокий крутящий момент на средних оборотах (средних скоростях) – этот двигатель рассчитан для использования в городе – он позволяет достаточно резво ускоряться от светофора до светофора.

Следующий график характеризует двигатель, который обеспечивает хорошее ускорение даже на высоких скоростях – с таким двигателем комфортно на трассе. Замыкает графики универсальный двигатель – с широкой полкой – такой двигатель и из болота вытянет, и в городе позволяет хорошо ускоряться, и на трассе.

К примеру 4,7-литровый бензиновый двигатель Toyota Land Cruiser 200 развивает максимальную мощность 288 л.с. при 5400 об/мин, а максимальный крутящий момент в 445 Нм при 3400 об/мин. А дизельный 4,5-литровый двигатель, устанавливаемый на это же авто развивает максимальную мощность 286 л.с. при 3600 об/мин, а максимальный крутящий момент – 650 Нм при “полке” в 1600-2800 об/мин.

1,6-литровый двигатель Mitsubishi Lancer X развивает максимальную мощность 117 л.с. при 6100 об/мин, а максимальный крутящий момент в 154 Нм достигается при 4000 об/мин.

2,0-литровый двигатель Honda S2000 обеспечивает максимальную мощность в 240 л.с. при 8300 об/мин, а максимальный крутящий момент в 208 Нм при 7500 об/мин, являясь примером “спортивности”.

Итак, как мы уже видели, связь между мощностью, крутящим моментом и оборотами двигателя – довольно сложная. Суммируя, можно сказать следующее:

• крутящий момент отвечает за способность ускоряться и преодолевать препятствия,
• мощность ответственна за максимальную скорость автомобиля,
• а обороты двигателя все усложняют, так как каждому значению оборотов соответствует свое значение мощности и крутящего момента.

А вцелом все выглядит так:

• высокий крутящий момент на низких оборотах дает автомобилю тягу для передвижения по бездорожью (таким распределением сил могут похвастать дизельные двигатели). При этом мощность может стать уже вторичным параметром – вспомним, хотя бы, трактор Т25 с его 25 л.с.;
• высокий крутящий момент (а лучше – «полка крутящего момента) на средних и высоких оборотах дает возможность резко ускоряться в городском потоке или на трассе;
• высокая мощность двигателя обеспечивает высокую максимальную скорость;
• низкий крутящий момент (даже при высокой мощности) не позволит реализовать потенциал двигателя: имея возможность разогнаться до высокой скорости, автомобиль будет достигать этой скорости невероятно долго.

Понятие крутящего момента двигателя машины

Такой разговор можно услышать везде – в автомастерской, в гаражах мечтающих парней, на специализированных форумах. На этой почве десятки людей теряют репутацию и даже жизни. А вот третий участник прав – эти понятия равнозначны. И всё благодаря физике.

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.

Тёмная лошадка – крутящий момент

Максимальная скорость и расход топлива – основные критерии выбора автомобиля пользователями. Но при этом забывают важнейшую тяговую составляющую транспортного средства. Это и есть тот самый крутящий момент. Но не путайте его с аналогичной характеристикой на колёсах. В нашем случае речь идёт о силе, с которой на сам мотор давят сгоревшие газы топлива.

Крутящий момент зависит от ряда факторов. Самое важное значение имеет рабочий объём мотора в кубических сантиметрах. Чем больше эта характеристика, тем больше сила давления на поршень.

Не стоит умалять и радиус кривошипа коленчатого вала. Эта деталь равномерно распределяет нагрузку по всей плоскости. К сожалению, жёсткие стандарты двигателей лишили конструкторов вариативности радиуса.

Прямо пропорционально к крутящему моменту рабочее давление. Чем с большей силой газы воздействуют на поршень, тем лучше для владельца транспортного средства.

Как КМ влияет на характеристики автомобиля

Здесь уместно сравнить машину с человеческим организмом. Крутящий момент — это аналог силы, а мощность – выносливости. От него зависит интервал времени, за который авто наберёт максимально возможную скорость. Однако на практике величину характеристики определяет время разбега на промежутке от 0 до 100 километров в час. Именно его чаще всего указывают при публикации обзоров.

Но мощный двигатель ещё не означает достоинство в плане крутящего момента. Не все авто с производительными двигателями могут похвастаться динамикой разгона. И наоборот, наиболее динамичные машины не могут похвастаться мощностными характеристиками.

Постоянный ли крутящий момент автомобиля

Нет. Как уже отмечалось, КМ зависит от числа оборотов двигателя. Мотор выходит на пик мощности постепенно, наращивая ньютон-метры до пиковой точки, а затем снижается. Почему так происходит? Ответ кроется во взаимосвязи оборотов мотора и скорости движения.

На разных скоростях и при разных оборотах мотор выполняет отличные друг от друга процессы. Разнится число искровых зажиганий, расход топлива, количество остаточных газов в камере. Крутящий момент минимален на малых оборотах, когда существует угроза детонации.

На средних оборотах ситуация в корне меняется. От клапана впуска поступает больше воздуха, соответственно осадочных газов становится меньше. Опасность взрыва сокращается. Мотор как бы оживает, растёт КМ. Но с его увеличением возрастает и нагрузка на весь двигатель. Появляются значительные механические потери, расходы на разогрев горюче-смазочных материалов. По мере их накопления качество работы двигателя не улучшается, отражаясь на моменте.

Визуально это можно представить на графике. Рассмотрим пример кривой для автомобиля середины 1990-х годов.

Конструкторы стараются поднять крутящий момент двигателя за счёт изменения типа, дополнительных функций. Всё чаще применяется электронное управление. Новшество облегчило жизнь автомобилистам. Цифровые контроллеры сдерживают разгон авто и крутящего момента. А периодически возникает ситуация, когда турбонаддуву не хватает мощности или нагнетатель засоряется, что влияет на динамику. Это чётко видно на другом графике – Saab.

Выводы

Конечно, мощность автомобиля имеет большое значение. Но пренебрегать крутящим моментом тоже не стоит. Иначе можно опозориться перед лицом товарищей с динамичными авто.

Что надо знать про мощность и крутящий момент в автомобиле

Мощность двигателя – это величина, показывающая, какую работу способен совершить мотор в единицу времени. То есть то количество энергии, которую двигатель передает на трансмиссию за определенный временной промежуток. Измеряется в киловаттах (кВт) или лошадиных силах (л. с.).

Как рассчитывается мощность двигателя?

Расчет мощности мотора проводится несколькими способами. Самый доступный способ – через крутящий момент. Умножаем крутящий момент на угловую скорость – получаем мощность двигателя.

N_дв=M∙ω=2∙π∙M∙n_дв

N_дв – мощность двигателя, кВт;

M – крутящий момент, Нм;

ω – угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/сек;

π – математическая постоянная, равная 3,14;

n_дв – частота вращения двигателя, мин-1.

Мощность рассчитывается и через среднее эффективное давление. Камера сгорания имеет определенный объем. Разогретые газы воздействуют на поршень в цилиндре с определенным давлением. Двигатель вращается с некоторой частотой. Произведение объема двигателя, среднего эффективного давления и частоты вращения, поделенное на 120, и даст теоретическую мощность двигателя в кВт.

N_дв=(V_дв∙P_эфф∙n_дв)/120

V_дв – объем двигателя, см3;

P_эфф – эффективное давление в цилиндрах, МПа;

120 – коэффициент, применяемый для расчета мощности четырехтактного двигателя (у двухтактных ДВС этот коэффициент равен 60).

Для расчета лошадиных сил киловатты умножаем на 0,74.

N_(дв л.с.)=N_дв∙0,74

N_дв л.с. – мощность двигателя в лошадиных силах, л. с.

Другие формулы мощности двигателя используются в реальных расчетах реже. Эти формулы включают в себя специфичные переменные. И чтобы измерить мощность двигателя по другим методикам, нужно знать производительность форсунок или массу потребленного двигателем воздуха.

На практике расчет мощности автопроизводители выполняют эмпирическим способом, то есть замеряют на стенде и строят график зависимости по факту, на основании полученных во время испытаний показателей.

Мощность двигателя – величина непостоянная. Для каждого мотора есть кривая, которая отображает на графике зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала. До определенного пика, примерно до 4-5 тысяч оборотов, мощность растет пропорционально оборотам. Далее идет плавное отставание роста мощности, кривая наклоняется. Примерно к 7-8 тысячам оборотов мощность идет на спад. Сказывается перекрытие клапанов на большой частоте вращения коленвала и падение КПД мотора из-за недостаточно интенсивного газообмена.

Чтобы узнать мощность двигателя, обратитесь к инструкции по эксплуатации авто. В разделе с техническими характеристиками мотора будет указана мощность и обороты, при которых она достигает пикового значения. Если мощность указана киловаттах, чтобы рассчитать лошадиные силы двигателя, воспользуйтесь приведенной выше формулой. В некоторых случаях автопроизводитель предоставляет график, на котором есть зависимость мощности двигателя и крутящего момента от частоты оборотов.

Видео: Простыми словами без сложных формул и расчетов, что такое мощность, крутящий момент и обороты двигателя.

Мощность ДВС определяет, насколько быстро автомобиль способен передвигаться или ускоряться (совершать работу). Полезная мощность двигателя рассчитывается с учетом потерь в трансмиссии, то есть указывает, сколько от изначальной мощности мотора по факту доходит до колес авто.

Что такое крутящий момент

Крутящий момент в двигателе автомобиля – это вращающая сила, которая численно равна произведению приложенной силы (давление раскаленных газов на поршень) на плечо (расстояние между осями коренных и шатунных шеек коленчатого вала в проекции, перпендикулярной оси вращения коленвала). Измеряется крутящий момент в ньютонах на метр (Нм).

Крутящий момент ДВС зависит от силы давления на поршень и расстояния между коренными и шатунными шейками. Зависимость здесь прямая. Чем больше плечо и чем больше давление на поршень – тем больше крутящий момент двигателя.

У дизельных двигателей степень сжатия больше. Больше и ход поршня в цилиндре (при равном с бензиновым мотором диаметре цилиндров). А это значит, что и расстояние между коренными и шатунными шейками будет больше. То есть длиннее плечо. За счет большей степени сжатия при рабочем такте у дизелей выше сила, давящая на поршень. Крутящий момент в дизельных моторах при прочих равных больше, чем в бензиновых.

Крутящий момент влияет на то, сколько энергии отдает мотор в текущий момент времени. Крутящий момент есть та величина, которая определяет фактически передаваемую в данный момент времени энергию на трансмиссию. Чем больше момент, тем сильнее тяга двигателя при текущих оборотах.

Что лучше: мощность или крутящий момент

Мощность и крутящий момент двигателя – величины взаимосвязанные. Это хорошо видно в формуле из первого пункта.

Пик крутящего момента на графике зависимости от частоты вращения мотора появляется раньше, чем пик мощности. Это справедливо как для дизельных, так и для бензиновых моторов. Однако у дизелей крутящий момент достигается раньше, и плато (интервал частоты вращения при пиковом значении) длиннее. У бензиновых ДВС мощность выше, хотя для ее достижения нужно раскрутить мотор почти до максимальных оборотов.

Сказать определенно, что лучше: мощность или крутящий момент, нельзя. Все зависит от случая. Трансмиссия современного авто способна трансформировать эти величины под требуемые условия. Поясним на примерах.

Для тяжелой техники, которой важна тяга в широком диапазоне оборотов, важнее крутящий момент. Мотор должен хорошо тянуть. Раскручивать его до предельных оборотов не нужно. Отчасти поэтому почти вся коммерческая техника оснащается дизельными моторами.

В гоночных автомобилях важнее мощность. Моторы этих авто по оборотам пилоты во время заездов держат в красной зоне. Двигатель отдает максимальную мощность. А трансмиссия преобразовывает мощность в тягу.

Для гражданских авто важен стиль вождения. Для езды на автомате подойдут оба мотора. Автоматическая трансмиссия будет держать мотор в диапазоне оборотов, при которых двигатель отдает максимум своего потенциала.

Для агрессивной езды на механике с раскручиванием двигателя в красную зону тахометра лучше подойдет бензиновый мотор. Но в этом случае нужно понимать, что для получения максимальной производительности от мотора потребуется держать его на пике оборотов и часто переключать передачи. Пик мощности у бензинового ДВС имеет малый диапазон и находится около максимальных оборотов. Для уверенных обгонов и ускорений нужно будет понижать передачу и раскручивать двигатель.

Для размеренной езды, особенно в городе, больше подходит дизель. Для обгона на дизельном авто зачастую не потребуется переходить на пониженную передачу, а высокий крутящий момент в широком диапазоне оборотов позволит реже переключаться.