Крутящий момент двигателя: Что это за характеристики и от чего зависит

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).

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.

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 отметить, что «лошадиная сила» – это внесистемная единица измерения (1 лошадиная сила = 735,5 Вт или 1 кВт = 1,36 л. с.).

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.

Что означает крутящий момент двигателя

Узлы, системы, сложные механизмы, входящие в состав транспортного средства, играют важную роль в слаженной работе авто. Двигатель внутреннего сгорания несет основную функцию – обеспечение энергией движения каждого элемента.

При его работе, в результате сгорания топлива усилие воздействует на поршень, далее – на кривошипно-шатунный механизм – коленчатый вал. Затем, с выходного вала силового агрегата мощность передается при помощи элементов трансмиссии на ходовую часть. Благодаря передаваемому крутящему моменту, колеса транспортного средства приходят в движение. При давлении на педаль газа увеличивается воздействие на плечо, что приводит к возрастанию этого параметра.

Благодаря стабильной работе ДВС, автомобиль может:

  1. Быстро набирать заданную скорость.
  2. Изменять тяговые усилия.
  3. Осуществлять движение при различных дорожных условиях.

Крутящий момент является определяющим параметром для оценки работы двигателя. С помощью данного показателя можно узнать, с какой силой раскручивается коленчатый вал. Крутящий момент двигателя измеряется в единицах ньютоно метрах, вычисляется методом умножения: сила умножается на расстояние от коленвала до точки крепления поршня.

Мощность двигателя зависит от Мкр. Расчет мощности осуществляется по формуле: Р = Мкр х n.

  • P – мощность двигателя.
  • Мкр – крутящий момент.
  • n – число об/мин коленвала.

От чего зависит крутящий момент двигателя

Показатель является непостоянным. В силовом агрегате автомобильной или самоходной техники он зависит от увеличения или уменьшения усилия воздействующего на коленчатый вал. При воздействии на механизм управления дроссельной заслонкой (при нажатии на газ в кабине транспортного средства) меняется объем рабочей смеси, подаваемой в камеру сгорания.

При увеличении массы рабочей смеси усилие, воздействующее на коленчатый вал, повышается. При уменьшении объема рабочей смеси усилие уменьшается. Таким образом, крутящий момент зависим от усилия, воздействующего на коленчатый вал силовой установки.

Читайте также: Двигатель ЯМЗ 236: Регулировка и технические характеристики

Набор оборотов моделью внутреннего сгорания зависит от показателя крутящего момента. Максимальный крутящий момент двигателя, в отличие от мощности, не соответствует максимальным оборотам силовой установки.

При достижении валом определенного числа оборотов свободному вращению препятствуют силы трения, замедленное действие выпуска выхлопных газов, медленная подача рабочей смеси и т.д. При этом сила, воздействующая на вал, снижается. Уменьшение усилия влечет за собой снижение момента.

Некоторых автомобилистов интересует вопрос, на что влияет крутящий момент двигателя? Момент влияет на динамические показатели силовой установки внутреннего сгорания. Чем выше будет вращающий момент, тем быстрее мотор наберёт необходимое количество оборотов.

ВАЖНО: Высокий показатель вращающего момента способствует быстрому разгону автомобиля. Это важно в начале движения, обгоне и т.д.

Зависимость крутящего момента и мощности

Понятия мощности двигателя и крутящего момента затрагиваются в различных источниках информации и технической литературе. Да и сами автомобилисты очень часто упоминают о них. Именно эти величины позволяют наглядно представить самые важные параметры легковых и грузовых автомашин. Важность их обусловлена ещё и тем, что они помогают определить, как поведёт себя машина в тех или иных реальных условиях.

Например, редуктор непосредственно влияет на то, как функционирует двигатель.

Рассмотрим практический случай.

Для увеличения КМ пикап может функционировать на низких передачах, если возникает необходимость перемещать крупногабаритный груз немалого веса. Но если рядом поставить два пикапа и заставить их передвигаться на одинаковых передачах, то один из них вполне сможет перевезти груз намного тяжелее, поскольку у него могут быть в запасе лишние лошадиные силы. Следовательно, чем больше имеется «лошадок» под капотом автомобиля, тем выше КМ.

Поставим рядом трактор и спортивный болид.

Болид имеет очень много «лошадей», но КМ необходим ему, чтобы посредством редуктора развивать скорость.

Для его движения не требуется прикладывать много работы, поэтому большая часть сил уходит именно на наращивание скорости. Трактор − дело другое. На нём может быть установлен движок такого же объёма, да и «лошадей» он может вырабатывать в таком же количестве, как и болид, но… Его мощность обеспечивается посредством работы редуктора. Он никогда не придёт на финиш раньше болида, но легко дотащит его до финиша. Несмотря на то, что КМ и мощность сильно взаимосвязаны, у них совершенно разные роли.

На что влияет крутящий момент двигателя

Если производить аналогию с человеческим организмом, то можно условно определить, что крутящий момент — это аналог силы, а мощность — это аналог выносливости. Именно от мощности двигателя внутреннего сгорания в конечном итоге зависит то, какую максимальную скорость может развить автомобиль, а от крутящего момента — то, как быстро сможет он это сделать. Именно поэтому далеко не все мощные автомобили имеют хорошую динамику разгона, и далеко не все, у которых она находится на высоком уровне, располагают очень мощными моторами.

Опытные автомобилисты отлично знают, что лучше всего выбирать для себя автомобиль с таким двигателем, показатель крутящего момента которого при работе на тех оборотах, на которых он обычно функционирует, является наилучшим. Дело в том, что это позволяет им использовать потенциал мощности ДВС в максимальной степени.

Следует заметить, что производители двигателей внутреннего сгорания всячески стремятся увеличить их крутящие моменты, причем во всем диапазоне работы моторов. Чаще всего пытаются достичь этого (и, кстати говоря, достаточно успешно) с помощью турбонаддува, управляемых фаз газораспределения (это оптимизирует процесс сгорания топливной смеси), повышения степени сжатия, использованием особых конструкций впускного коллектора и целым рядом других способов.

Определение крутящего момента двигателя

Крутящий М момент силы согласно определению равен произведению F силы, действующей на рычаг L длиной. Формула, известная многим из школьного курса физики, представляет:

М=F*L

Если переводить входные величины в единую систему измерений, сила F измеряется в ньютонах, длина (в СИ) в метрах, М будет измеряться в ньютон на метр.

Сила, образуемая при воспламенении воздушно-топливной смеси, приводит в действие кривошипно-шатунный механизм. Чем больше рычаг, то есть разность расстояний от центра воздействия до места его осуществления, тем выше крутящий момент. Теоретически крутящий момент возможно пропорционально длине рычага увеличить. Но при этом уменьшится частота вращения двигателя, и увеличатся размеры механизма коленвала. В судах морских плаваний такие изменения несущественны, но автомобиль требует минимизации размеров всех комплектующих.

Крутящий момент ДВС определяет его мощность. Упрощенная формула для пересчета момента в параметр мощности имеет вид:

Р=М*n / 9549, где М – крутящий момента (в Н*м) на оборотах n (в об/мин). Р – мощность в киловаттах. 9549 – округленное число, полученное в результате сокращения констант.

Для пересчета мощности в более привычные для автолюбителей л.с. результат требуется умножить на 1,36.

Таким образом, мощность прямо пропорциональна количеству оборотов. В силу особенности конструкции бензиновые двигатели эффективно работают на оборотах до 8000 об/мин и выше. Таким образом, высокооборотные движки могут развить достаточно высокую мощность. У дизельных движков максимальная характеристика крутящего момента приходится на оборотах порядка 3500 – 4500 об/минуту. Обычно на таких оборотах происходит крейсерское движение автомобиля в городском ритме. Поэтому совершать маневры обгона и перестроения, резко увеличивая скорость на невысоких оборотах, на автомобилях с дизельными ДВС легче.

Характеристики момента приводятся в технических параметрах транспортного средства только вместе с величиной оборотов, для которых они измерены. В некоторых справочных данных автопроизводители указывают крутящий момент двигателя на холостых оборотах.

Наиболее полную картину ходовых параметров двигателя дают зависимости крутящего момента.

Как увеличить крутящий момент

Характеристики крутящего момента двигателя формируются еще на этапе конструкторской разработки конкретной модели движка. Они также учитываются при расчетах тормозной системы, КПП, подвески и других систем. Самостоятельное увеличение крутящего момента двигателя может привести к преждевременному износу деталей авто.

Существует несколько способов повышения крутящего момента:

  • форсирование двигателя изменением параметров поршневой группы;
  • внесение изменений в топливную систему;
  • увеличение производительности воздухозабора;
  • чип-тюнинг.

Многие участники различных любительских автосостязаний используют комплексное форсирование двигателя. Однако следует помнить, что увеличение мощности и крутящего момента двигателя на четверть, уменьшает его ресурс вдвое.

Ураганный разгон

Итак, крутящий момент это очень важная характеристика, от которой зависит динамика машины. Чем выше крутящий момент, тем «лошади» под капотом становятся сильнее. С помощью крутящего момента определяется так же эластичность мотора, то есть его способность обеспечивать одинаковую тягу в большом диапазоне оборотов. В особенности важно, чтобы высокий крутящий момент был доступен почти сразу после старта. Тогда будет ощущаться эмоциональное ускорение автомобиля.

Ну а лошадиные силы нужны для другого. Они выражают способность мотора автомобиля сопротивляться ветровым и прочим нагрузкам. Высокая мощность отражается в основном на максимальной скорости машины.

Вообще, «лошадиные силы» очень ненадежная характеристика, зависимая от множества факторов. Эта единица измерений давно устарела. С помощью хитрых программ управления двигателем количество «лошадиных сил» можно прибавить или уменьшить, чем и пользуются многие производители, искусственно раздувающие мощность мотора.

Поэтому количество Нм крутящего момента в маркировке моторов гораздо более информативная характеристика.

Отличия бензиновых моторов от дизелей по моменту

Бензиновые двигатели не отличаются высоким Мкр. Максимальный Мкр достигается в узких границах при 3 – 4 тыс. оборотах. Резкое увеличение мощности происходит при 7 – 8 тысячах об/мин.

Дизели не развивают высоких оборотов. Их максимальное значение не превышает 3 – 5 000 об/мин. Однако, дизельные двигатели развивают высокий Мкр, превышающий по значению бензиновые в несколько раз, даже на холостом ходу.

Улучшение разгона авто за счет изменения момента вращения

Автопроизводители, с целью улучшения динамических показателей, устанавливают на авто моторы, имеющие максимальный Мкр. Дизельные, а также турбированные и много цилиндровые моторы характеризуются повышенным моментом вращения.

Степень влияния мощности и момента на динамику автомобиля:

  1. Машины, имеющие более мощный мотор, но с недостаточным Мкр, уступают аналогам, с лучшим разгоном.
  2. При наличии высокого Мкр, автомобиль ускоряется намного уверенней на пониженных оборотах.
  3. Максимальная скорость автомобиля всецело диктуется мощностью движка и не зависит от величины Мкр.

Важно: Чтобы сравнивать разгонные характеристики двигателей, при схожих трансмиссиях, необходимо удостовериться в идентичности конструкций силовых агрегатов, типа коробок передач, передаточных чисел. Иначе сравнение не будет считаться корректным.

График внешней характеристики двигателя

Собственно, момент возникает, если тормозить вращение коленчатого вала каким-то способом — гидротормозом, генератором или заставить тянуть машину. Именно так его и замеряют — тормозят сам двигатель или колеса машины гидротормозом. Для двигателя обычно указывается максимальный крутящий момент, который развивает мотор при полностью нажатой педали газа, с чьей помощью водитель как раз регулирует, какую часть момента может дать двигатель. Осталось понять, как этот самый момент изменяется. Крутящий момент зависит от величины оборотов двигателя и в начале невелик, потом растет до определенного момента, а затем падает. Почему же?



Пики и спады крутящего момента

В реальной эксплуатации полный момент бывает нужен редко, как раз в тех случаях, когда вы прожимаете педаль газа в пол и надеетесь, что двигатель “вытянет”, всё остальное время он меньше максимального на этих оборотах. Но мы уже знаем, что момент меняется не только под воздействием нажатия на педаль газа (механической или электронной), но и с оборотами. На различных оборотах процессы, происходящие в камере сгорания мотора, различны. Дополнительные системы, такие как наддув, системы регулировки фаз ГРМ и прочие, еще сильнее изменяют наполнение камеры сгорания, количество топлива и момент зажигания, и в результате качество и сила рабочего хода зависят от оборотов мотора. Даже если нет никаких систем электронного регулирования, всё равно количество воздуха, попадающего в цилиндр, количество оставшегося выхлопа и оптимальный угол опережения зажигания меняются с оборотами. На самых малых оборотах в цилиндре слишком много остаточных газов или слишком вероятна детонация, потому крутящий момент на малых оборотах обычно намного меньше максимального. На средних оборотах мотор “оживает” — за счет пульсаций во впускном трубопроводе больше воздуха поступает в цилиндры, меньше остаточных газов, потому и растет крутящий момент. Если у машины есть турбина или нагнетатель, то они начинают работать в полную силу. Но с ростом оборотов растут и механические потери на трение поршневых колец, трение и инерционные потери в ГРМ, на разогрев масла в подшипниках и т.д. и т.п., а качество рабочего процесса не улучшается или даже начинает падать. В результате на высоких оборотах момент начинает уменьшаться за счет возрастающих потерь. А у турбонаддувного двигателя в какой-то момент перестает хватать производительности турбины и момент тоже начинает снижаться.

А вот турбомотор схожего объема, у него момент в зоне средних оборотов ограничен электроникой, часто на пределе прочности цилиндро-поршневой группы.

Следовательно, мощность мотора на любых оборотах зависит только от крутящего момента на этих оборотах, а максимальная мощность получается в точке, в которой момент уже уменьшается, но при этом произведение мощности и оборотов пока еще увеличивается. И чтобы увеличить максимальную мощность, можно просто увеличить момент на высоких оборотах или сделать так, чтобы он уменьшался не так быстро.
 
Надеюсь, достаточно понятна точка зрения тех, кто говорит, что “мощность не важна — важен только момент”? Еще раз: мощность как таковая зависит напрямую от момента и сама по себе является математической, расчетной величиной, которую невозможно измерить отдельно от момента. Крутящий момент, по сути, отражает ту мощность, которая будет доступна на “неполных” оборотах двигателя, а просто при нажатии на газ при обгоне. И чем момента больше, тем лучше! Ведь и мощность на этих оборотах будет выше. А чем больше мощности, тем больше энергии можно придать машине, тем лучше динамика разгона. А максимальная мощность в первую очередь влияет на максимальную скорость машины. Ведь при правильно рассчитанных передаточных числах главной передачи и КПП получается, что максимальная скорость достигается тогда, когда затрачиваемая мощность будет равна мощности мотора. А мощность всех потерь как раз зависит от скорости движения, в первую очередь от сопротивления воздуха и сопротивления качению колес, и в какой-то момент она обязательно совпадет с мощностью мотора, именно эта скорость и будет максимальной. Бывают, конечно, просчеты, когда двигатель или не может развить обороты максимальной мощности, или уже “упирается” в ограничитель, но это бывает не так уж часто.

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:

  1. 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;
  2. При смещении поршня к верхней мертвой точке, оба клапана газораспределительного механизма закрываются;
  3. По достижению воздушной массой максимального сжатия в камеру подается дизельное топливо;
  4. 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.

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.
Источники


  • 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

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Ремонт автомобиля, решение проблем с авто
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: