Как увеличить крутящий момент двигателя?
Что такое крутящий момент двигателя автомобиля и как его увеличить
Крутящий момент – качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала автомобиля.
Его измерение производится в ньютон-метрах (н*м). От показателя КМ зависят тяговые характеристики ДВС и динамика разгона транспортного средства.
Важно: ошибкой было бы называть крутящий момент вращающим, как это делают некоторые источники в Сети. Термин «крутящий» подразумевает внутреннюю силу, приводящую к вращению. Под словом «вращающий» подразумевается наружная сила. Так, крутящей является сила, приводящая в движение коленчатый вал. Вращающей – сила пальцев, в которых крутят карандаш.
Если простым языком отвечать на вопрос, что такое крутящий момент двигателя, то можно сказать, что КМ – сила, с которой агрегат крутит выходной вал. Например, при КМ, равном 130 Н*м и длине выходного вала 1 метр на его конец можно повесить груз весом 13 кг. При этом мотор должен провернуть вал.
Непосредственное отношение к понятию КМ имеет показатель мощности. Мощность и крутящий момент неразрывно связаны, так как одно вытекает из другого. График КМ растет только совместно с графиком мощности.
Мощность определяется количеством работы, которую мотор способен выполнять за единицу времени. Измеряется в лошадиных силах или киловаттах. При этом первая единица измерения является неофициальной, но более популярной. Вторая – официальной, но используемой только в документах.
Показатель КМ двигателя автомобиля напрямую зависит от:
- Силы давления газов на поршень;
- Рабочего объема цилиндров;
- Степени сжатия топливовоздушной смеси в цилиндрах.
Мощность двигателя определяется по формуле P=M*N, где P это мощность, М – крутящий момент, N – обороты двигателя. Соответственно, расчитать КМ можно по формуле M = P/N.
При проведении подсчетов необходимо использовать официальные единицы измерения, зарегистрированные в СИ (Н*м, ватты, радианы в секунду). Реальное измерение крутящего момента производится на специальном стенде в лабораторных условиях.
Передача КМ к ведущим колесам
Появления КМ в результате сгорания топлива недостаточно для начала движения. Момент должен быть передан к ведущим колесам транспортного средства.
Передача выработанного крутящего момента осуществляется посредством трансмиссии – коробки передач, валов, ШРУСов, заднего редуктора, раздаточной коробки. Наличие тех или иных элементов трансмиссии зависит от типа привода автомобиля.
В процессе движения водитель имеет возможность изменять КМ, передаваемый от двигателя к колесам. Чтобы добиться этого, необходимо увеличивать или уменьшать количество оборотов силового агрегата. Подобные манипуляции без потерь в скорости движения совершаются с помощью коробки передач.
Важно: коробка переключения передач – устройство, предназначенное для изменения частоты вращения и КМ на двигателях, не обладающих достаточной приспособляемостью. Сегодня в автомобильной промышленности применяются механические, гидромеханические, электромеханические и автоматические КПП.
В процессе передачи крутящего момента его показатель может уменьшаться вследствие механических потерь. Передающееся усилие ослабевает по причине трения элементов мотора и трансмиссии друг об друга, сопротивления материалов, из которых изготовлены детали автомобиля и других факторов воздействия.
Максимальный и номинальный КМ
В механике существует понятие о максимальном и номинальном КМ.
Максимальный крутящий момент – самый большой показатель КМ, который двигатель может развить.
Известно, что момент не является постоянной величиной. Его показатель растет совместно с ростом оборотов.
Однако на определенном этапе поток воздуха, поступающий в цилиндры, начинает оказывать столь высокое сопротивление, что разрежения, создаваемого поршнем, становится недостаточно для всасывания достаточного количества топливовоздушной смеси. При этом ухудшается вентиляция цилиндров, и рост к/м прекращается.
На автомобилях ВАЗ-2110 с мотором 21114 максимальный показатель КМ достигается на 3 тысячах оборотов в минуту. Дальнейшее увеличение частоты работы силового агрегата приводит к росту мощности. При этом крутящий момент снижается.
На что влияет подобное явление? Автомобиль, работающий в мощностном режиме, способен легко преодолевать подъемы, тащить тяжелый прицеп, другой автомобиль. При этом динамика разгона даже не загруженного ТС будет существенно снижена.
Номинальный крутящий момент – показатель КМ, который двигатель выдает без дополнительной нагрузки, работая в нормальном режиме.
Как увеличить КМ
Как увеличить крутящий момент двигателя? Увеличение КМ осуществляется практически аналогично увеличению такого показателя, как мощность двигателя. Для этого необходимо произвести доработку самого мотора или его агрегатов.
- Замена распределительных валов, системы выпуска, фильтров на высокопроизводительные аналоги;
- Повышение пропускных возможностей впускного клапана или турбирование. Это дает возможность улучшить вентиляцию цилиндров;
- Коррекция фаз газораспределения с увеличением времени открытия впускных клапанов;
- Увеличение степени сжатия. Данный способ позволяет значительно повысить КМ, однако сопровождается существенными техническими трудностями.
- Замена поршней более легкими аналогами. Двигателю будет легче крутиться. Соответственно, динамика разгона вырастет.
Увеличения динамики разгона можно добиться и путем коррекции механизма передачи крутящего момента к ведущим колесам. Для этого необходимо установить в коробку передач шестерни с большим передаточным числом. Следует помнить, что увеличение КМ будет означать снижение максимальной скорости авто.
Увеличения динамики разгона можно добиться и с помощью чип-тюнинга. При этом заводская программа с блока управления двигателем заменяется на альтернативную, изменяющую параметры работы силового агрегата в ту или иную сторону.
Как увеличить крутящий момент электродвигателя
Бывает, что мощности электродвигателя недостаточно для обеспечения запуска и работы какого-либо устройства. Как увеличить мощность электродвигателя? Прежде всего, следует знать причину: почему не хватает мощности — а она кроется в параметрах тока, протекающего по обмоткам агрегата. Следовательно, нужно увеличить его значение, либо включив двигатель в сеть большей частоты (если это устройство переменного тока), либо внеся некоторые конструктивные изменения (при включении в бытовую сеть). Ниже мы рассмотрим последний случай.
Как повысить мощность электродвигателя в домашних условиях
Итак, для проведения работ вам следует «вооружиться»:
- набором проводов разного сечения;
- тестером;
- частотным преобразователем;
- источником тока с изменяемой ЭДС.
Сначала необходимо подключить электродвигатель к имеющемуся у вас источнику тока и изменяемой ЭДС и увеличить ее значение. Напряжение в обмотках должно увеличиваться соответственно и поравняться со значением ЭДС (если не принимать во внимание потери в подводящих проводниках, но они незначительны).
Для расчета увеличения мощности двигателя определите значение увеличения напряжения и возведите эту цифру в квадрат. Например, если напряжение на обмотках выросло в два раза (со 110В до 220В), мощность двигателя увеличилась в четыре раза.
Иногда самый рациональный способ повысить мощность электродвигателя – перемотать обмотку. Во многих моделях это медный проводник. Вам следует взять провод из того же материала и той же длины, но большего сечения. Мощность двигателя (и ток в проводе) увеличатся во столько же раз, во сколько снизится сопротивление обмотки. Следите за тем, чтобы напряжение на обмотках оставалось неизменным.
Расчет в этом случае тоже достаточно прост. Разделите большую цифру сечения провода на меньшую. Если провод сечением 0.5 мм заменен проводом сечением 0.75 мм, показатель мощности вырастает в 1.5 раза.
Если вы включаете асинхронный трехфазный двигатель в однофазную бытовую сеть, на первую обмотку подается фаза, на второй фаза сдвигается конденсатором, на третьей сдвиг фаз отсутствует. Именно последняя обмотка создает момент вращения в противоположном направлении (тормозящий момент). Увеличить полезную мощность двигателя в этом случае можно путем отключения третьей обмотки. Это приведет к исчезновению тормозящего момента, генерируемого при работе всех обмоток, и, соответственно, повышению мощности. Данный метод удобен в том случае, когда одна обмотка у двигателя уже сгорела – двух оставшихся вам вполне хватит для подключения и обеспечения работы агрегата.
Еще лучшего результата вы достигнете, поменяв местами выводы третьей обмотки и создав таким образом момент вращения в правильном направлении. В этом случае двигатель «выдаст» более 50% мощности от номинала. Эту обмотку рекомендуется подключать через конденсатор с правильно подобранной емкостью.
У асинхронного двигателя переменного тока мощность можно увеличить, присоединив к нему частотный преобразователь, который повысит частоту переменного тока в обмотках. Значение мощности в этом случае фиксируется с помощью тестера, поставленного на режим ваттметра. Существует два вида преобразователей частоты, отличающиеся принципом работы и устройством:
- Приборы с непосредственной связью (выпрямители). Они не подходят для мощного оборудования, но с небольшим двигателем, использующимся в быту, способны «справиться». С помощью такого устройства осуществляется подключение обмотки к сети. Выходное напряжение, образованное им, имеет частоту от 0 до 30 Гц. При этом управлять скоростью вращения привода можно только в ограниченном диапазоне.
- Приборы с промежуточным звеном постоянного тока. Они производят двухступенчатое преобразование энергии – выпрямление входного напряжения, его фильтрацию и сглаживание и последующую трансформацию в напряжение с требуемой частотой и амплитудой при помощи инвертора. В процессе преобразования КПД оборудования может быть несколько снижен. Благодаря возможности обеспечивать плавную регулировку оборотов и выдавать на выходе напряжение с достаточно высокой частотой, преобразователи данного типа более востребованы и широко применяются в быту и на производстве.
Произведя необходимые расчеты и выбрав наиболее эффективный в вашем случае способ, вы сможете заставить двигатель работать с нужной вам мощностью. Не забывайте о мерах предосторожности.
Увеличение оборотов электродвигателя
Увеличение оборотов электродвигателя также ведет к повышению его мощности. При выборе способа увеличения оборотов учитывайте тип агрегата, особенности модели и область ее применения.
Для повышения частоты вращения коллекторного двигателя следует или уменьшить нагрузку на вал, или увеличить напряжение питания. Обратите внимание на следующие нюансы:
- Мощность двигателя должна держаться в рамках номинала.
- Работа коллекторного двигателя с последовательным возбуждением без нагрузки, если не снижено питание, чревата его выходом из строя, так как он может разогнаться до слишком большой скорости.
- Увеличение оборотов с помощью шунтирования обмотки возбуждения часто приводит к сильному перегреву мотора.
Вышеуказанный способ подходит и для электродвигателей с электронным управлением обмотками (в них используется обратная связь), поскольку их свойства очень схожи с коллекторными моделями (главное различие – невозможность осуществления реверса путем переполюсовки). Все перечисленные ограничения должны соблюдаться при работе с двигателями данного типа.
В асинхронном двигателе, подключаемом непосредственно к сети, частоту вращения регулируют, изменяя напряжение питания. Этот способ не слишком эффективен, поскольку коэффициент полезного действия сильно меняется из-за нелинейного характера зависимости скорости от напряжения. К синхронному двигателю данный метод применять нельзя.
Трехфазный инвертор позволяет регулировать обороты электродвигателей обоих типов (синхронного и асинхронного). Прибор должен обеспечивать уменьшение напряжения при снижении частоты.
Зная, как сделать мощнее электродвигатель, вы сможете заставить оборудование, к которому он подключен, работать с гораздо большей эффективностью и КПД. Естественно, перед началом работ следует четко представлять себе номинальную мощность двигателя. Данные можно найти в паспорте или на табличке, прикрепленной к корпусу агрегата. Если они отсутствуют (или не читаемы), воспользуйтесь одним из способов определения мощности, описанных в предыдущих статьях.
Работая с электродвигателем, соблюдайте правила техники безопасности. Не допускайте его перегрева и следите, чтобы он эксплуатировался в подходящих условиях. При поломке агрегата или первых признаках неисправности проведите технический осмотр и устраните неполадки. Если проблема слишком серьезная, и вы не можете справиться с ней самостоятельно, обратитесь к специалисту. Срок службы двигателя зависит от множества факторов, но в ваших силах свести к минимуму возможность поломки и сделать так, чтобы устройство работало долго и эффективно.
Крутящий момент двигателя
Рассуждая о главнейшем автомобильном узле — двигателе, стало принято превозносить мощность превыше других параметров. Между тем, вовсе не мощностные способности являются первостепенной характеристикой силовой установки, а явление, называемое крутящим моментом. Потенциал любого автомобильного двигателя напрямую определяется данной величиной.
Понятие крутящего момента ДВС. О сложном простыми словами
Крутящим моментом применительно к двигателям автомобилей называется произведение значения силы и плеча рычага, или, простыми словами, сила давления поршня на шатун. Исчисляется эта сила ньютон-метрами, и чем выше ее величина, тем резвее машина.
Более того, мощность двигателя, выражаемая в ваттах, — это не что иное, как умноженное на частоту вращения коленвала значение крутящего момента в ньютон-метрах.
Представим лошадь, которая тащит тяжелые сани и увязает в канаве. Вытянуть сани не получится, если лошадь будет пытаться выскочить из канавы с разбега. Здесь необходимо приложить определенную силу, которая и будет являться крутящим моментом (КМ).
Часто крутящий момент путают с частотой вращения коленвала. В реальности это два совершенно разных понятия. Если вернуться к примеру с лошадью, застрявшей в канаве, частота шага будет символизировать частоту оборотов двигателя, тогда как сила, прикладываемая животным при отталкивании во время шага, олицетворяет в данном случае крутящий момент.
Факторы, влияющие на величину крутящих моментов
Из примера с лошадью легко догадаться, что в данном случае значение КМ будет во многом определяться мышечной массой животного. Применительно к автомобильному двигателю внутреннего сгорания эта величина зависит от рабочего объема силовой установки, а также от:
- уровня рабочего давления внутри цилиндров;
- размера поршня;
- диаметра кривошипа коленвала.
Наиболее сильно крутящий момент зависим от рабочего объема и давления внутри силовой установки, и эта зависимость прямо пропорциональна. Другими словами, двигатели с большим объемом и давлением, соответственно, отличаются и большим моментом.
Прямая зависимость наблюдается также между КМ и радиусом кривошипа коленвала. Однако конструкция современных автомобильных двигателей такова, что не позволяет варьировать значения момента в широких пределах, из-за чего возможности добиться повышенного крутящего момента за счет радиуса кривошипа коленчатого вала у конструкторов ДВС невелики. Вместо этого разработчики прибегают к таким способам увеличить момент, как использование технологий турбонаддува, увеличение степени сжатия, оптимизация процесса сгорания топлива, использование впускных коллекторов специальных конструкций, и т.д.
Важно, что КМ увеличивается с ростом оборотов двигателя, однако после достижения максимума на определенном диапазоне крутящий момент понижается несмотря на продолжающийся прирост частоты вращения коленвала.
Влияние крутящего момента ДВС на характеристики автомобиля
Величина крутящего момента выступает тем самым фактором, который непосредственным образом задает динамику разгона автомобиля. Если вы — заядлый автолюбитель, то могли заметить, что разные автомобили, но с одинаковым силовым агрегатом, по-разному ведут себя на дороге. Или на порядок менее мощный автомобиль на дороге превосходит того, у которого под капотом лошадиных сил больше, причем даже тогда, когда сравнимые авто имеют одинаковые размеры и вес. Причина заключается как раз в разнице в крутящих моментах.
Лошадиные силы можно представить как индикатор выносливости мотора. Именно этот показатель определяет скоростные возможности автомобиля. Но поскольку крутящий момент является разновидностью силы, то непосредственно от его величины, а не от количества «лошадей», зависит то, насколько быстро автомобиль сможет достичь максимального скоростного режима. По этой причине далеко не каждое мощное авто обладает хорошей динамикой разгона, а те, что способны разгоняться быстрее других, необязательно оснащены мощным двигателем.
Вместе с тем высокий крутящий момент еще не гарантирует сам по себе отличную динамичность машины. Ведь кроме прочего, динамика увеличения скорости, а также способность авто к резвому преодолению подъемов участков, зависит от диапазона работы силовой установки, передаточных чисел трансмиссии, отзывчивости педали газа. Наряду с этим нужно учитывать, что момент существенно понижается из-за различных противодействующих явлений — сил качения колес и трения в различных автомобильных узлах, из-за аэродинамических и прочих явлений.
Крутящий момент vs. мощность. Связь с динамикой автомобиля
Мощность — производное такого явления, как крутящий момент, ею выражается работа силовой установки, выполненная за определенное время. А поскольку КМ олицетворяет собой непосредственную работу мотора, то в виде мощности отражается величина момента в соответствующий период времени.
Наглядно увидеть связь между мощностью и КМ позволяет следующая формула:
Где: P в формуле означает мощность, М — крутящий момент, N — обороты двигателя за минуту, а 9549 — коэффициент обращения N в радианы в секунды. Результатом вычислений по данной формуле будет являться число в киловаттах. Когда нужно перевести полученный результат в лошадиные силы, полученное число умножают на 1.36.
По сути, крутящим моментом является мощность при неполных оборотах, например, во время обгона. Мощность возрастает по мере роста момента, и чем выше этот параметр, тем больше запас кинетической энергии, тем легче автомобиль преодолевает противодействующие на него силы и тем лучше его динамические характеристики.
При этом важно помнить, что мощность достигает своих максимальных значений не сразу, а постепенно. Ведь с места автомобиль трогается на минимуме оборотов, и затем скорость наращивается. Именно здесь и подключается сила под названием крутящий момент, и именно она определяет тот самый временной отрезок, за который авто достигнет своей пиковой мощности, или, другими словами, скоростную динамику.
Из этого следует, что машина с силовым агрегатом мощнее, но обладающим недостаточно высоким крутящим моментом, уступит по скорости разгона модели с мотором, который, напротив, не способен похвастать хорошей мощностью, но превосходит конкурента в крутящем моменте. Чем большая тяга, сила передается ведущим колесам и чем богаче диапазон оборотов силовой установки, в котором достигается высокий КМ, тем быстрее происходит ускорение автомобиля.
В то же время существование крутящего момента возможно без мощности, но существование мощности без момента — нет. Представьте, что наша лошадь с санями увязла в грязи. Производимая лошадью мощность в этот момент будет равняться нулю, но крутящий момент (попытки выбраться, тяга), хотя его может быть недостаточно для движения, будет присутствовать.
Дизельный момент. Отличия между КМ бензинового и дизельного двигателей
Если сравнивать бензиновые силовые установки с дизельными, то отличительной особенностью последних (всех без исключения) является повышенный крутящий момент при меньшем количестве лошадиных сил.
Бензиновый ДВС достигает своих максимальных значений КМ при трех-четырех тысячах оборотов в минуту, но затем способен стремительно нарастить мощность, раскрутившись за минуту до семи-восьми тысяч раз. Диапазон оборотов же коленчатого вала дизельного двигателя обычно ограничен тремя-пятью тысячами. Однако в дизельных установках больше ход поршня, выше уровень сжатия и другая специфика сгорания топлива, что обеспечивает не только более высокий относительно бензиновых установок крутящий момент, но и доступность этой силы едва ли не с холостого хода.
По этой причине смысла добиваться повышенной мощности дизельных двигателей нет: уверенная, доступная «с низов» тяга, высокий коэффициент полезного действия и топливная эффективность полностью нивелируют отставание таких ДВС от бензиновых как по мощностным показателям, так и по скоростному потенциалу.
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.
Выбор двигателя. Какой лучше — с высоким моментом или повышенной мощностью?
Если подвести итоговую черту под всем вышесказанным, то станет очевидно, что:
- крутящий момент — ключевой фактор, характеризующий возможности силовой установки;
- мощность — это производная КМ и, соответственно, вторичная характеристика двигателя;
- прямую зависимость мощности от момента можно увидеть по выведенной физиками формуле Р (мощность) = М (момент) * n (частота вращения коленвала в минуту).
Таким образом, выбирая между двигателем с большим количеством лошадиных сил, но меньшим крутящим моментом, и двигателем с большим КМ, но меньшей мощностью, приоритетным будет второй вариант. Использовать весь заложенный в автомобиль потенциал позволит только такой мотор.
При этом не следует забывать о взаимосвязи динамических характеристик автомобиля с такими факторами, как отзывчивость педали газа и коробка переключения передач. Лучшим вариантом станет то авто, которое не только оснащено двигателем с высоким крутящим моментом, но и имеет наименьшую длину задержки между нажатием педали газа и реакцией двигателя, а также трансмиссию с короткими соотношениями передач. Наличие этих особенностей компенсирует маломощность силовой установки, заставляя автомобиль разгоняться быстрее, чем машина с двигателем похожей конструкции, но с меньшей силой тяги.
Загрузка...
