На что влияет крутящий момент двигателя?

Зачем автомобилю крутящий момент

27 января 2012 • 86675 просмотров • Прокомментировать статью

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.

Полезные советы автолюбителям

Важно знать, что такое понятие, как крутящий момент автомобиля является одной из важнейших характеристик движка. Он не имеет постоянной величины, ему свойственно увеличиваться при нажатии на педаль акселератора, а при отпускании снижаться. Крутящий момент напрямую зависит от объема силового агрегата. Чем больше литраж, тем выше его значение, что делает возможным резкое ускорение и резкий старт авто с места.

Крутящий момент величина непостоянная и зависит от объема движка

Поскольку научное определение гласит, что крутящий момент – это воздействие некоторой силы на плечо рычага, то из этого видно, в чем он измеряется – Нм (произведение Ньютонов на метры). Эта сила передается от воспламенившегося топлива к поршню, далее по цепочке кривошипному механизму, а уже от него коленчатому валу, который раскручивает колеса, за счет работы приводов и трансмиссии.

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.

Как можно определить крутящий момент

Наиболее простой вариант узнать крутящий момент – внимательно просмотреть техническую документацию, в которой должен быть указан этот параметр. В случае отсутствия такой информации измерение крутящего момента выполняется при помощи специальных датчиков.

Датчики крутящего момента

Датчики крутящего момента служат для динамических и статистических его измерений, а также позволяют контролировать частоту скорости вращения и угол поворота. Они подсоединяются непосредственно к тензометрической станции и питаются от генератора, встроенного в эту тензостанцию. Результаты измерений обрабатываются программным обеспечением (энкодер, тахометр, тензометр, торсиограф и множество других), а результаты, как правило, отображаются в виде параметрической зависимости либо графиков и заносятся в журнал.

Главной особенностью датчиков крутящего момента является то, что они с выхода передают готовые данные, которые не требуют дополнительной обработки.

Какой крутящий момент лучше?

Чтобы это понять, какой крутящий момент лучше, сравним бензиновые и дизельные движки. Крутящий момент бензинового двигателя не очень большой, а максимальное значение достигается, как правило, при 3-5 тыс. об/мин, но при этом он может довольно быстро повысить мощность и набрать 7-8 тыс. об/мин.

Дизельному агрегату высокие обороты не присущи, в большинстве случаев они не превышают 5000 об/мин. Но его крутящий момент значительно выше, а доступен он практически с холостого хода.

«Лошадиные силы» — это не самый главный показатель

К примеру есть два движка с одинаковым объемом 2,0-литра – дизель с мощностью 140 «лошадок» и 320 Нм крутящего момента, а также инжектор мощностью 150 «лошадок» и моментом 200 Нм – можно увидеть явное преимущество максимального крутящего момента при минимальных оборотах. Во время испытаний дизель в пределах 1-4 тыс. об/мин мощнее на целых 30-40 «лошадей», а это существенная разница.

Поэтому не стоит верить лишь количеству лошадиных сил (т.е. мощности), так как больший крутящий момент свидетельствует о большей динамике двигателя. Также достижение максимального момента при минимальном числе оборотов позволяет уменьшить расход топлива, экономить время и многое другое.

Как можно увеличить крутящий момент двигателя?

Существует несколько способов, при помощи которых можно добиться увеличения крутящего момента двигателя:

• увеличение рабочего объема движка;
• величины наддува;
• изменения в газодинамике.

Увеличения рабочего объема можно достичь путем замены штатного коленвала на коленчатый вал с большим значением эксцентриситета либо же путем расточки цилиндров, что обеспечит установку поршней большего диаметра.

Замена коленвала — один из способов увеличения крутящего момента

Замена коленвала требует много времени и нервов, так как найти нужный коленвал с большим значением эксцентриситета очень сложно. Их изготавливают под заказ некоторые фирмы, которые также найти нелегко, а стоимость работ очень высока. Проще купить коленчатый вал серийного производства, а поршневую группу и шатуны подбирать уже под него, но это тоже нелегко. Хотя загвоздка в другом. Использование более коротких шатунов предполагает лишние механические потери в работе движка, а также на такие шатуны воздействуют большие нагрузки.

Более выгодно увеличение диаметра цилиндра, так как стенка цилиндра толщиной 7-8 мм допускает расточку на несколько миллиметров, и это не будет влиять на ее прочность.

Увеличение диаметра цилиндров — еще один способ увеличения крутящего момента

А поршни в большинстве случаев можно подобрать серийные. Но не факт, что расточка цилиндров будет стоить намного дешевле замены коленвала. Эти 2 способа следует рассматривать применительно к каждому отдельному движку.

Увеличение крутящего момента при помощи увеличения наддува применительно лишь к турбированным двигателям.

Турбонаддув — удовольствие не для всех

Этот способ не предполагает изменений ни моментной кривой, ни объема, и двигатель трогать не нужно. Изменить величину наддува можно путем поднятия планки стравливания лишнего давления. Это позволит увеличить давление, которое посылает топливо-воздушную смесь в объем цилиндра. Но при этом требуются дополнительные усовершенствования: увеличение объема камеры сгорания, изменение системы охлаждения (установка дополнительного радиатора, воздухозаборников и многого другого).

Изменение в газодинамике предполагает увеличение заряда топливо-воздушной смеси, за счет удаления дефектов серийной сборки. При помощи специального инструмента убрать неровности на впускных и выпускных клапанах, снять острые углы в местах стыковки деталей, произвести замену седел и клапанов, а в камере сгорания устранить зоны, которые не продуваются.

Устранение дефектов серийного производства влечет ха собой изменения в газовой динамике автомобиля, но проводить работы «на глаз» рискованно, нужен точный расчет

Чтобы достичь определенного успеха, необходимо совершить массу математических вычислений, которые связаны с аэродинамическими процессами, проистекающими в движке. А это сделать очень сложно, так как именно по результатам этих вычислений выполняются операции по подрезке, отрезке, зачистке, загибанию и т.д. Если же выполнять это «на глаз», то очень высока вероятность достичь результата, противоположного ожидаемому.

Известны также специальные усилители крутящего момента, способствующие увеличению крутящего момента вала отбора мощности за счет уменьшения его оборотов относительно скорости вращения коленвала. Но во избежание скорейшего износа и поломок коробки, увеличив передаточное число необходимо уменьшать величину максимальных оборотов.

Усилитель крутящего момента

Существуют усилители, которые оснащены валом отбора мощности, коленвалом и механической передачей, которая их соединяет. Но такие усилители не увеличивают крутящий момент, они предназначены для плавного его изменения при постоянных оборотах коленвала.

Что важнее, крутящий момент или лошадиные силы

Крутящий момент против лошадиных сил, просто о сложном.

Крутящий момент и мощность являются двумя важнейшими техническими условиями, которые касаются самих двигателей, но об этом редко кто рассуждает в логическом и правильном ключе. Обычная точка зрения конкретного обывателя автомобилиста направлена в основнов примерно в одно прямолинейное русло, а именно, все звучит довольно просто: – “Я хочу взять легковой автомобиль, чтобы ездить по обычным дорогам”, или: -“Я люблю иногда погонять, поэтому мне нужна машина с большим количеством лошадиных сил, если в ее двигателе их будет много, то значит она будет быстрой”, ну и т.д. и т.п. думают на эту тему некоторые обыватели, хотя это не совсем верные рассуждения.

Второй момент. Человек хочет приобрести автомобиль для езды вне дорог. Проходимые настоящие внедорожники всегда оснащаются дизельными двигателями. Моторы на дизельном топливе всегда обладают выдающимся крутящим моментом. Зная эти факты, граждане автомобилисты рассуждают, что “дизель” подходит только для бездорожья и не способен соревноваться с бензиновыми двигателями в их скорости и динамике. А это отчасти не является акссиомой.

Поэтому мы решили хоть немного просветить своих читателей, то есть, что каждый из этих терминов означает на самом деле, на что нужно обращать внимание при выборе для себя следующего автомобиля, а именно, конкретно на большой крутящий момент или на большее количество лошадиных сил.(?)

Оба этих научных термина существовали задолго до появления самих автомобилей и любых автотранспортных средств в целом, поэтому далее в нашей небодьшой истории мы будем использовать немного определенной научной терминологии из физики.

Мощность

Прежде всего друзья давайте изначально вернемся к самому человеку, который научил всех нас измерять мощность. Его звали -Джеймс Уатт. Он был шотландским инженером чье имя стало обозначать стандартизированное название единицы измерения мощности. Ватты, как мы уже знаем используются для измерения конкретной мощности, ок ! Казалось бы, хватит дальше придумывать различную терминологию но, на этом как известно светлые умы человечества не остановились, в обиход ими были приняты еще и лошадиные силы. Зачем? К чему это? А вот к чему. Человеку нужен был реальный эквивалент показателя силы. В те временя им стала обычная лошадь. С тех пор так и повелось, одна метрическая лошадиная сила стала равна 735,5 Вт.

Что такое лошадиная сила? Она описывается так, как способность поднимать 75 кг на один метр за одну секунду. Мощность (в лошадиных силах) обозначает следующее, насколько быстро производится работа.

Крутящий момент

Между тем сам крутящий момент относится к иному виду силы, которая стремится повернуть объект вокруг оси. С точки зрения не специалиста, этот вращающий момент является мерой силы которая необходима, чтобы повернуть винт или колесо. Когда вы откручиваете крышку пластиковой бутылки, вы обязательно используете крутящий момент.

В качестве наглядного примера, продемонстрируем. На заводе сть машина, которая закручивает крышки на пластиковых контейнерах, чтобы прогарантировать, что емкость не будет пропускать жидкость через эту самую крышку, необходима (нужна) настройка под определенный крутящий момент. Последний пример показывает, как сильно машина должна закрутить крышку на контейнере, чтобы убедиться, что она герметична без какого-либо ущерба для резьбы или для крышки. Если необходимое усилие крутящего момента не соблюдается, то жидкость внутри контейнера может протечь или наоборот, резьба так плотно закрутится, что потребитель не сможет добраться до содержимого контейнера, у него, как говорится в простонародье, просто силенок не хватит. Ну а если сказать по- научному, то получится, что его запястье приложит для откручивания крышки недостаточно крутящего момента.

Если Вы хотите совсем по-простому понять разницу между этими двумя терминами, то представьте себе следующее, а именно, что этот крутящий момент означает, что вы делаете домашнее варенье в вашем доме и должны разложить его по банкам (положить в банки). Вам потребуется конкретно крутящий момент, чтобы запечатать банки крышками, ну а лошадиные силы будут необходимы для того, чтобы поднять контейнер с наполненными банками в свой шкаф для хранения. Понятно разъясняем.(?)

Крутящий момент и мощность в двигателях внутреннего сгорания

И вот уважаемые друзья мы переходим к самой интересной части, которую вы без сомнения от нас ждали. В двигателе внутреннего сгорания крутящий момент совмещается с мощностью, они сообща производят однонаправленную работу. Оба этих вида работают рука об руку, трудятся совместно для вашего автомобиля, чтобы обеспечить его максимальную производительность на дороге.

Формула, которая объясняет все это выглядит таким образом: Мощность (л.с.) = Моменту (Нм) х (помноженное) на обороты в минуту/5,252. Это уравнение может быть применено к каждому двигателю внутреннего сгорания и проверено при любых оборотах коленчатого вала в минуту, значение в 5,252 является константой.

Простым объяснением этого факта стало бы следующее, а именно, двигатель производит мощность при помощи вращающегося вала (коленчатого вала) который применяет величину крутящего момента к самой нагрузке при заданных оборотах в минуту. Поэтому мощность вычисляется из крутящего момента и оборотов в минуту. При 5,252 (константе) оборотах в минуту мощность и крутящий момент будут равны. Между тем надо заметить, что при более низких значениях крутящий момент будет выше по своему значению, чем сами лошадиные силы, в то время как при более высоких значениях все окажется с точностью до наоборот. Это утверждение относится ко всем двигателям внутреннего сгорания и ко всем его видам.

Таким образом получается, что всякий раз, когда измеряется сила двигателя используется динамометр. Крутящий момент и скорость вращения коленчатого вала перемножаются и далее делятся на 5,252 (для наших единиц это значение составляет 7.120), откуда и получается искусственное значение лошадиных сил.

Наглядный пример преимущества автомобиля с большим крутящим моментом.

141 л.с. при 6200 об/мин

176 Н∙м при 3800 об/мин

Коробка передач – Автоматическая

Количество передач – 7

Снаряженная масса – 1500 кг

Время разгона с 0 – 100 км/ч – 8.7 с

Chevrolet Cruze Wagon

156 л.с. при 5300 об/мин

250 Н∙м при 1200 – 4000 об/мин

Коробка передач – Механическая

Количество передач – 5

Снаряженная масса – 1445 кг

Время разгона с 0 – 100 км/ч – 11 с

Мощность или крутящий момент, что важнее?

Вопрос правда не совсем корректный, но мы должны ответить на него, ведь именно за ним вы и пришли на данную статью. Автомобиль с высоким уровнем мощности как правило быстрее, чем с меньшей мощностью, который при ускорении достигает более высокой максимальной скорости, поэтому он может нести больший вес. Значит мы установили, что автомобиль с большим показателем крутящего момента при определенно заданной нагрузке будет иметь лучшее ускорение по передачам при более низких оборотах двигателя (важно, когда речь доходит до экономии топлива), а вместе с тем он будет иметь еще и способность двигаться быстрее и разгоняться с нуля.

Так как лошадиные силы возрастают вместе с самим крутящим моментом, то высокомоментный двигатель может достичь более высоких значений мощности, если он будет способен превысить 5,252 оборотов в минуту и конкретно настроен на достижение этой задачи.

Что такое диапазон мощности?

Этот термин обозначает именно диапазон оборотов крутящего момента двигателя и его максимальное число мощности. В промежутке этого, по достижению нужного коэффициента, двигатель работает в оптимальном режиме и обеспечивает высокую производительность и экономию топлива.

Электродвигатели имеют достаточно обширный диапазон мощности, поскольку они могут достигать максимальной силы крутящего момента при минимальных оборотах оси, а их максимальная сила будет даже больше чем единица, производимая двигателем внутреннего сгорания.

Дизельные же двигатели обладают более узким диапазоном мощности. Поскольку их пик крутящего момента меньше, чем в бензиновых двигателях, то максимальная их мощность достигается на меньших оборотах. Бензиновые двигатели наделены более широким диапазоном мощности. По этой самой причине они сегодня так востребованы и пользуются хорошим спросом как у самих потребителей, так и у производителей. Кроме того, все современные бензиновые двигатели с турбокомпрессором, с непосредственным впрыском, с изменяемыми фазами газораспределения а также и другими разнообразными техническими решениями, обеспечивают крайне широкий диапазон мощности.

Почему автомобили с высоким крутящим моментом более динамичнее мощных машин?

Сама причина кроется в приводе. Он увеличивает крутящий момент двигателя и улучшает разгон машины на первых передачах. Таким образом это дает преимущество автотранспортным средствам с низким уровнем крутящего момента. При переключении скоростей двигатель приближается к высшей отметке своей мощности, что приводит к постепенному снижению вращающего момента и соответственному росту оборотов.

Именно по этой причине дизельные двигатели выигрывают старт с места у своих бензиновых конкурентов. Кроме этого, разница между ними прослеживается еще и в самой массе, но основными показателями все-же являются сцепление и крутящий момент.

Почему высокомощные автомобили участвуют в гонках?

Поскольку автомобили, с высокими показателями лошадиных сил оснащены мощной системой передач, то они обладают соответственно способностью достигать более высоких оборотов двигателя за более короткий промежуток времени, так как в моторизованных соревнованиях непременно должны участвовать автомобили, которые обладают достаточно высоким диапазоном мощности.

Однако известны случаи, когда дизельные автомобили становятся более успешными в определенных видах гоночных соревнований, например таких, как “24 Часа Ле-Ман”, где автомобиль марки Audi неоднократно выигрывал большие призы в споре с его TDI гоночными болидами. Последнюю победу команде “Ауди” принесла повышенная топливная эффективность машины, что позволило потратить меньше топлива и меньшее число раз заезжать на дозаправки.

Отвечая на риторический вопрос поставленный в начале нашей статьи “о выборе автомобиля” скажем следующее: -Везде и во всем нужна мера. Важно заранее осознавать, для каких целей вам понадобится автомобиль, где и на каких скоростях вы будете его эксплуатировать. Дизельный двигатель или бензиновый мотор с более высоким крутящим моментом (наступающем при более низких оборотах двигателя) и низкой мощностью может быть гораздо динамичнее другого аналогичного по параметрам автомобиля на скоростях до 100 – 140 км/ч.

Ну а если этот мотор обладает еще и высокой мощностью с не самым высоким моментом, то проиграв в разгоне он непременно наверстает упущенное за счет более высокой максимальной скорости.