Что такое крутящий момент двигателя автомобиля.

Крутящий момент, или как его еще называют, момент силы является одной определяющих характеристик автомобильного двигателя, наряду с его объемом и мощностью. Но что мы знаем об этой величине, и насколько она важна на самом деле? В этом мы и попытаемся с вами разобраться в этой статье. И начнем мы, пожалуй, со школьного курса физики.

Содержание статьи

Определение крутящего момента

С точки зрения физики, момент силы – это произведение силы, действующей на рычаг (плечо), на его длину. Чтобы понять, как это происходит, рассмотрим простой пример с болтом и гаечным ключом. Если мы накинем ключ на болт, и попытаемся его закрутить (открутить), то момент силы для вращаемой головки болта будет равняться произведению значения приложенной нами силы к ключу на его длину.

Для силового агрегата автомобиля крутящий момент определяется произведением силы, получаемой от сгорания горючей смеси и действующей на днище поршня на величину расстояния от оси шатунной шейки до оси коленчатого вала. На информационных просторах нередко приходится встречать определение момента силы для ДВС, когда за плечо принимается не кривошип, а шатун. Это неправильно! Измеряется крутящий момент в Ньютонах на метр (Н*м).

Особенности величины момента силы

Крутящий момент для автомобильного мотора не является величиной постоянной, так как его значение зависит от множества факторов. Для примера давайте рассмотрим, как она изменяется в ходе рабочего цикла ДВС. При воспламенении топливной смеси в цилиндре на поршень действует сила максимальной величины, а поскольку длина плеча у нас постоянная, крутящий момент в этот промежуток будет наибольшим. Когда поршень под воздействием силы сгорающей смеси начинает двигаться вниз, свободный объем цилиндра увеличивается, а давление, соответственно, падает. Следовательно, сила, толкающая поршень, достигает своего минимума в тот момент, когда последний оказывается в нижней мертвой точке.

Кроме этого, момент силы имеет зависимость и от оборотов двигателя, а поскольку эта величина также непостоянна, определить его максимальный показатель возможно только при определенных оборотах.

Зависимость момента силы ДВС от его оборотов не является линейной, так как на определенных этапах работы двигателя возникают различные факторы, воздействующие на эту зависимость. Это сила трения, потери, вызванные повышением нагрузки на ДВС и т.п.

Зависимость мощности двигателя от величины момента силы

Мощность ДВС определяется его работой за определенный промежуток времени. С другой стороны – это производная от момента силы ДВС, выражающаяся его произведением на количество оборотов: P = M*n, где P – максимальная развиваемая мощность, M – момент силы, n – количество оборотов коленвала. Мощность силового агрегата напрямую зависит и от частоты вращения коленчатого вала, и от величины крутящего момента. Чем выше эти показатели, тем мощнее двигатель автомобиля. Таким образом, в процессе оценки основных характеристик мотора, приоритет следует отдавать не мощности, а именно показателю максимального момента силы. Ниже приведена таблица, в которой представлены наиболее популярные марки и модели автомобилей с указанием их мощности и крутящего момента.

Марка и модель	Объем силового агрегата, см3	Мощность, л.с.	Крутящий момент, Н*м/при достижении оборотов коленвала в минуту
Skoda Octavia A7	1,6MPI	110	155/3800
Hyundai Solaris	1,6	123	155/4200
Hyundai ix35	1,6	135	165/4850
Renault Duster	1,6	114	156/4000
Renault Sandero	1,6	102	145/3750
Renault Logan	1,6	102	145/3750
Nissan Qashkai	1,6 dCi	130	320/1750
Nissan Almera	1,6i	102	145/3750
Nissan Juke	1,6	117	158/4000
BMW X6	3,0	249	560/1500-3000
Toyota Rav4	2,0	146	187/3600
Chevrolet Niva	1,7	80	127/4000
Chevrolet Cruze	1,6	109	150/4000
Ford Focus	1,6	105	150/4000
Mitsubishi Outlender	2,0	146	196/4200
Opel Astra	1,6 Turbo	180	230/2200
Volkswagen Polo	1,4 TSI	150	250/1500
Kia New Rio	1,6	123	155/4200
Audi Q7	3,0 TDI	272	600/1250-3250
Honda CR-V	2,0	150	190/4300
Mazda CX-9	3,7	277	367/4250
Mercedes ML 350 4Matic	3,5	306	370/3500
Peugeot 308	1,6	125	200/1400
Volvo V60	1,6	150	240/1600
Ssang Yong Actyon	2,0	149	197/4500
Lexus RX 200t	2,0	238	350/1650-4000
Lada Granta	1,6	98	145/4000
Lada Priora	1,6	98	145/4000
Lada Kalina	1,6	98	145/4000
Lada Xray	1,6	106	148/4000

Что определяет крутящий момент в автомобильном двигателе

Если мощность автомобильного двигателя напрямую зависит от момента силы, то зачем он вообще используется для характеристики мотора, ведь можно просто ограничиться мощностью? Дело в том, что крутящий момент определяет не только мощность, но и способность машины преодолевать препятствия и ускоряться. Приведем простой пример. Есть два автомобиля с разным объемом силового агрегата, разными показателями мощности и момента силы: у одного мощность 100 л.с. и крутящий момент 250 Н*м, у другого мощность 150 л.с. и 145 Н*м. Так вот, если эти две машины будут стартовать с места одновременно, то первый автомобиль обязательно опередит второго на рывке. То же самое произойдет, и если эти машины будут подниматься вверх по склону.

Почему так получается? Да потому, что второму автомобилю при старте для развития максимальной мощности не хватает оборотов. Иными словами, если вы покупаете машину и хотите, чтобы она стартовала уверенно, уделите внимание моделям с большим моментом силы.

Максимальный момент силы бензиновых и дизельных двигателей

Как мы уже говорили, момент силы – это величина постоянно изменяющаяся, поэтому в характеристиках двигателя указывается ее максимальный показатель. Достичь его можно лишь при определенных оборотах коленвала.

У серийных бензиновых силовых агрегатов (нетурбированных) максимальный крутящий момент достигается при оборотах 4000-6000 об/мин. У дизелей (нетурбированных) этот показатель ниже практически в два раза, т.е. наибольший момент силы возникает на 2000-2500 об/мин. Поэтому, собственно, дизельные автомобили и считаются более мощными на низких оборотах.

Можно ли увеличить крутящий момент кустарным способом

Поскольку крутящий момент зависит всего от двух показателей (силы, толкающей поршень, и длины кривошипа), увеличить его можно всего двумя способами: изменением значения силы или длины плеча в большую сторону. Поскольку внесение изменений в конструкцию коленчатого вала в условиях гаража невозможно, этот способ можно упустить. Подобными переделками занимаются компании, специализирующиеся на тюнинге автомобильных двигателей. А что касается увеличения показателя силы, действующей на поршень, то здесь вполне можно поэкспериментировать. Для этого можно выбрать один из ниже перечисленных методов, или же использовать их в комплексе.

Увеличение рабочего объема каждого из цилиндров

Данный метод подразумевает расточку цилиндров и использование поршней большего диаметра. При увеличении объема возрастет не только крутящий момент, но и мощность силового агрегата. Такое увеличение не будет линейным из-за потерь на впуске, но положительный результат гарантирован. Расход топлива, конечно, существенно возрастет.

Увеличение степени сжатия

Повысить степень сжатия возможно путем фрезерования ГБЦ, уменьшая объем камер сгорания. Часто при этом в днище поршней делаются проточки под клапана. При таком способе возрастает давление в камере сгорания, что и приводит к увеличению силы, действующей на поршень. Однако здесь есть свои нюансы. Дело в том, что при уменьшении объема камеры сгорания понижается и детонационный порог. Иными словами, в результате подобного «тюнинга» можно добиться не только увеличения крутящего момента, но и преждевременного воспламенения топливной смеси под действием высокого давления. В итоге – постоянная детонация и быстрый износ деталей поршневой группы.

Применение впускных клапанов большего диаметра

Повысить крутящий момент можно и за счет увеличения количества топлива, поступающего в цилиндры. Чем больше его попадет в камеру сгорания, тем больше энергии выделится при его сжигании. Для этого применяют впускные клапана большего диаметра. Обычно их берут из других двигателей. Естественно, без токарных работ и опыта в подобных переделках здесь не обойтись.

Чип-тюнинг

Чип-тюнинг – самый безопасный из способов увеличения крутящего момента. Он сводится к тому, чтобы подключить компьютер к контроллеру двигателя и внести в него необходимые программные изменения. Без повышения расхода топлива здесь тоже не обойдется. Чем хорош этот метод, так это тем, что всегда можно вернуть стандартные настройки.

miravto24.ru

Крутящий момент

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:

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.

znanieavto.ru

Крутящий момент двигателя — все что вы хотели знать но боялись спросить

Почти в каждой статье на CARakoom пишут про крутящий момент такого или иного двигателя. Но что значит этот крутящий момент? Зачем он вообще нужен? Разве лошадиные силы – не главный показатель? Давайте разберемся вместе! Благодаря этому полезному пособию вы сможете блеснуть умом в компании друзей.

Крутящий момент не так уж и важен. Хотя, погодите-ка, крутящий момент очень важен! Так что же это вообще такое? Признаюсь честно, несмотря на то, что я обожаю автомобили и всё, что с ними связано, я и сам-то не особо понимаю, что такое крутящий момент. Да, в интернете есть куча умных определений, и я прекрасно знаю, каким образом он ощущается при езде. Но что же он на самом деле из себя представляет? Разве количество Л.С. – не единственный важный показатель? Я долго разбирался с определением крутящего момента, подготовил несколько доступных графиков и, наконец, счёл возможным поделиться своими наработками с вами.

Первое, к чему я пришел – лошадиные силы являются единственным важным показателем. Не спешите писать гневные комментарии, позвольте мне объяснить. Крутящий момент очень важен, но не сам по себе. Чтобы машина разгонялась, нужно приложить определенную силу: F=Ma (Сила = Масса х Ускорение). Крутящий момент – это сила, но у него отсутствует временной показатель. Для наглядности приведу пример. Представьте, что вы приложили 200 Нм крутящего момента к железному ведру. Это, конечно, круто, но этого не хватит, чтобы отправиться на нем в путешествие.

Просветление ко мне пришло благодаря… свету! Обычная лампочка потребляет энергию, которая измеряется в ваттах – величине, названной в честь Джеймса Ватта, который, помимо того, подарил нам величину, называемую Лошадиными Силами. Ну, во всяком случае, так говорят достоверные источники. В электричестве, ватт определяется как произведение Вольт на Амперы, то есть напряжение, умноженное на ток. Таким образом, при напряжении в 110 Вольт, 60-ваттная лампочка имеет ток, равный 0.55 Ампер, а при напряжении в 220 Вольт, та же самая лампочка имеет ток в 0.275 Ампер. Грубо говоря, чем выше напряжение, тем «медленнее» ток при той же самой «мощности».

Лошадиные Силы измеряются по той же схеме. ЛС=(КМ*ОБ/М)/5252. Крутящий момент нам известен, обороты тоже, а 5252 – это единица для перевода, о которой даже и думать не стоит. Для проведения аналогии с электричеством, представим, что Лошадиные Силы – это Ватты (кстати, во многих странах мощность двигателя измеряется именно в киловаттах), крутящий момент – напряжение, а обороты в минуту – ток. Таким образом, при 135 Нм крутящего момента на 3151 об/мин, двигатель будет выдавать 60 Л.С. Для получения тех же самых шестидесяти лошадиных сил, я могу удвоить обороты и вдвое уменьшить крутящий момент, или удвоить крутящий момент и вдвое порезать обороты. Чувствуете?

В электричестве, Ватт – самая важная величина, ведь благодаря ей горит свет. Можно иметь напряжение без тока, или ток без напряжения, но для того, чтобы была энергия, необходимо и напряжение, и ток.

С крутящим моментом та же самая тема: необходимы лошадки и обороты. Представьте себе двигатель, который имеет крутящий момент 1350 Нм, достигаемый при всего лишь 500 об/мин. «Круто же!» — скажете вы. Ничего подобного. Подставьте эти показатели в нашу формулу, и вы поймете, что такой двигатель будет выжимать всего 95 Л.С. Крутящий момент – это сила, но эта сила не будет работать до тех пор, пока к ней не добавится вращение (об/м). Работа должна производиться в течение определенного времени, только тогда мы получим энергию и ускорение, а ускорение – это, по сути, и есть самый главный показатель автомобиля. И да, когда я говорю «ускорение», я имею в виду переход из статичного состояния в динамичное. В данном случае, речь идет о физическом определении этого понятия, а не о разгоне до сотни и т.д.

Итак, если важны только лошадиные силы, то в чем суть дизельных движков? Давайте начнём по порядку:

1. Мы знаем, что автомобиль ускоряется благодаря лошадиным силам
2. Мы знаем, что крутящий момент, умноженный на обороты в минуту (и всё это поделённое на 5252) создаёт эти лошадиные силы

То есть, чем быстрее вращается движок, тем больше лошадиных сил. Логично? Вполне. Теперь давайте попробуем научиться читать подобные графики динамики.
(График взят из журнала Automobile)

1. Лошадиные Силы – это переменная, зависящая от скорости двигателя, это мы узнали только что, но скорость двигателя имеет значительно больший потенциал, чем крутящий момент (двигатель может раскручиваться, например, до 7000 об/м, при этом крутящий момент может составлять лишь 200-400 Нм). Это значит, что большой показатель лошадиных сил будет следствием большого количества оборотов в минуту, и даже небольшой крутящий момент, приложенный к большому количеству оборотов, в итоге выдаст неплохую мощность. Именно поэтому болиды Formula 1, или гоночные мотоциклы… в общем любые транспортные средства, оснащенные двигателями с высокой оборотностью, имеют так много мощности.
2. Кроме того, значение имеет где и каким образом вы производите крутящий момент. Дизельные движки производят много крутящего момента. Очень много. Но они выжимают его при низких оборотах. Этот низкооборотный крутящий момент как раз таки и создает то ощущение, которое вы испытываете при езде на огромном ленивом V8 или дизельном движке. Но ощущение это в первую очередь связано не с крутящим моментом, а именно с мощностью двигателя.

Для наглядности я выбрал небольшой современный движок от Volkswagen – CJAA 2.0 TDI. Максимальный крутящий момент двигателя, который составляет 319 Нм достигается при 1700 об/мин, а при 2600 об/мин он начинает угасать. Это является следствием того, что дизельные движки способны нагнетать огромное давление воздуха и не поджигать топливо до тех пор, пока они не будут готовы к этому. При таком крутящем моменте мы имеем 76 л.с. на 1700 об/мин, 90 л.с. при 2000 об/мин и 116 л.с. при 2600 об/мин. На графике заметно, как линия лошадиных сил резко взмывает вверх в том месте, где достигается максимальный крутящий момент.

Сравним его с бензиновым двигателем аналогичного объема. В данном случае рассмотрим двигатель Subaru FA20. Максимальная мощность движка составляет 200 л.с, таким образом, можно сказать, что он более «спортивный», в сравнении с CJAA. Однако, на 1700 об/мин FA20 выдает всего 142 Нм крутящего момента, что соответствует лишь 34 л.с. При 2000 оборотах крутящий момент составляет 155 Нм и выдает 43 л.с., при 2600 – 185 Нм и 68 л.с. По факту, FA20 не выжимает больше лошадиных сил, чем CJAA ровно до тех пор, пока не разгонится до 3900 об/мин. Примерно на таких оборотах мы с вами ездим на работу и по магазинам. Таким образом получается, что двигатель Subaru BRZ страдает от нехватки мощности, при том, что у него её вполне достаточно. Нонсенс, но факт.

Посмотрите на этот график. Тут вы видите сравнение показателей двух рассмотренных двигателей. Как можно заметить, кривая лошадиных сил дизельного движка взмывает вверх на низких оборотах.

На данном графике оранжевым цветом обозначена зона, в которой TDI выжимает больше мощности, чем «более мощный» двигатель FA20.

Обратите внимание на интервал от 900 до 4500 об/мин, на котором TDI выдает значительно больше лошадиных сил. Две сотни лошадей, конечно, будут быстрее, чем 136, но пока BRZ медленно лениво разгоняется до необходимых оборотов, TDI уже улетит в космос. Этим и объясняется явление «турбоямы»: когда турбина не работает, двигатель не выдает нормального крутящего момента, следовательно у него мало мощности и он плетется как улитка. Когда турбина входит в дело, движок начинает производить крутящий момент, мощность и скорость.

Другой способ разобраться в этом явлении состоит в рассмотрении лошадиных сил на фоне определенного интервала оборотов, скажем, 1100-4000 об/мин, то есть средней оборотности ежедневных поездок. В данной зоне средний показатель мощности FA20 составляет 67 л.с, а CJAA показывает 107 л.с. Это говорит о том, что если бы движок BRZ не разгонялся до 4000 об/мин, то юркий дизель рвал бы его по мощности почти в два раза! Именно поэтому крутящий момент ощущается таким «быстрым». Быстрее разгоняться будет тот автомобиль, чей двигатель проведет больше времени на более высоком среднем показателе лошадиных сил.

Проблема состоит в том, что, как я уже ранее говорил, оборотность двигателя – величина более широкая, чем крутящий момент, а это значит, что количество крутящего момента, который можно добавить на низких оборотах, сильно ограничено. На практике, путём увеличения скорости двигателя можно получить больше мощности, чем путём увеличения крутящего момента. При этом, увеличить скорость двигателя гораздо дешевле и проще, чем поднять крутящий момент. Именно по этой причине дизели, как правило, совершенно не подходят для гоночных автомобилей.

Мы сравнили оборотистый спортивный двигатель FA20 и медленный дизельный TDI, пришло время сравнить что-то другое. Теперь мы посмотрим на три шестицилиндровых двигателя от внедорожников. Синяя кривая отвечает за Toyota 1FZ-FE 4.5 – последний рядный шестицилиндровый двигатель от Toyota, установленный в Land Cruiser. Красная кривая – Toyota 1GR-FE 4.0 – рабочая лошадка от Tacoma. И, наконец, зеленая линия – GM LFX 3.6 – V6, сидящий под капотами Colorado и Canyon.

1. Двигатель 1FZ-FE (синяя линия) – настоящий олдскул.

Его большой объем, распредвал и дизайн головки блока цилиндров созданы для того, чтобы производить большую мощность на низких оборотах. Благодаря этому, на таком автомобиле, как говорится, можно пни выкорчевывать. Несмотря на то, что среди трех двигателей данный имеет наименьшее количество максимальной мощности (212 л.с.), он имеет максимальный средний показатель мощности (128 л.с.) в интервале ежедневной езды, достигает своей максимальной мощности на 1800 об/мин и дольше всех держится на этой отметке. Это не значит, что автомобиль быстрый, совсем нет, он та еще улитка, но его показатели позволяют ему успешно разгоняться при высокой нагрузке на низких оборотах. Кроме того он хорош на бездорожье.

2. Двигатель 1GR-FE отличается своим умеренным характером и пытается выстроить баланс между крутящим моментом и лошадиными силами, но на высоких оборотах он выдыхается, и причиной тому является конструкция профиля кулачка.

Движок неплохо показывает себя на низких оборотах. К сожалению, на высоких оборотах наблюдается сильный спад мощности, поскольку двигателю просто не хватает воздуха. В то же время, двигатель имеет тот же самый средний показатель мощности в диапазоне оборотов при ежедневной езде, что и более мощный двигатель GM V6 (115 л.с.)

3. В двигателе LFX сделан упор на лошадиные силы, но благодаря хорошей регулировке кулачка на впуске и выхлопе, а также прямому впрыску, крутящий момент также вполне неплох.

Его «коньком» является тот факт, что он продолжает раскручивать обороты до тех пор, пока не достигнет максимального количества лошадиных сил. Однако, на низких оборотах этот движок менее мощный, чем древний Toyota V6. Средний показатель мощности на оборотах ежедневной езды – такой же, как и у 1GR-FE (115 л.с.), и он развивает 85% своей мощности при 1500 об/мин.

Какой из них лучше? Это зависит от разных факторов. Самый крупный и медленный из них хорош на низких оборотах, но подыхает на высоких. Самый мелкий двигатель выжимает самую большую мощность, но для этого его нужно посильнее раскрутить.

В идеале хотелось бы иметь и то, и другое. Хороший крутящий момент на любых оборотах, который мог бы выжать много лошадиных сил. Этого можно добиться увеличением объема двигателя, но тогда он будет неэффективен на низкой нагрузке. Турбонаддув также может решить проблему, но движок будет вёдрами пить топливо.

Дизельные двигатели хороши на низких оборотах, но на высокой скорости они начинают задыхаться, поэтому нам вряд ли когда-либо удастся увидеть спортивный автомобиль на дизельном движке. Если только произойдет какой-нибудь технологический прорыв…

Надеюсь, что эта обучающая статья поможет вам лучше разобраться в понятии крутящего момента и научиться взвешивать все «за» и «против» при выборе двигателя.
Чтобы узнать об автомобильной технике и физике больше, заглядывайте в наше сообщество Tech.

carakoom.com

Мощность и вращающий момент электродвигателя. Что это такое?

Мощность и вращающий момент электродвигателя

Данная глава посвящена вращающему моменту: что это такое, для чего он нужен и др. Мы также разберём типы нагрузок в зависимости от моделей насосов и соответствие между электродвигателем и нагрузкой насоса.

Вы когда-нибудь пробовали провернуть вал пустого насоса руками? Теперь представьте, что вы поворачиваете его, когда насос заполнен водой. Вы почувствуете, что в этом случае, чтобы создать вращающий момент, требуется гораздо большее усилие.

А теперь представьте, что вам надо крутить вал насоса несколько часов подряд. Вы бы устали быстрее, если бы насос был заполнен водой, и почувствовали бы, что потратили намного больше сил за тот же период времени, чем при выполнении тех же манипуляций с пустым насосом. Ваши наблюдения абсолютно верны: требуется большая мощность, которая является мерой работы (потраченной энергии) в единицу времени. Как правило, мощность стандартного электродвигателя выражается в кВт.

Вращающий момент (T) — это произведение силы на плечо силы. В Европе он измеряется в Ньютонах на метр (Нм).

Как видно из формулы, вращающий момент увеличивается, если возрастает сила или плечо силы — или и то и другое. Например, если мы приложим к валу силу в 10 Н, эквивалентную 1 кг, при длине рычага (плече силы) 1 м, в результате, вращающий момент будет 10 Нм. При увеличении силы до 20 Н или 2 кг, вращающий момент будет 20 Нм. Таким же образом, вращающий момент был бы 20 Нм, если бы рычаг увеличился до 2 м, а сила составляла 10 Н. Или при вращающем моменте в 10 Нм с плечом силы 0,5 м сила должна быть 20 Н.

Работа и мощность

Теперь остановимся на таком понятии как «работа», которое в данном контексте имеет особое значение. Работа совершается всякий раз, когда сила — любая сила — вызывает движение. Работа равна силе, умноженной на расстояние. Для линейного движения мощность выражается как работа в определённый момент времени.

Если мы говорим о вращении, мощность выражается как вращающий момент (T), умноженный на частоту вращения (w).

Частота вращения объекта определяется измерением времени, за которое определённая точка вращающегося объекта совершит полный оборот. Обычно эта величина выражается в оборотах в минуту, т.е. мин-1 или об/мин. Например, если объект совершает 10 полных оборотов в минуту, это означает, что его частота вращения: 10 мин-1 или 10 об/мин.

Итак, частота вращения измеряется в оборотах в минуту, т.е. мин-1.

Приведем единицы измерения к общему виду.

Для наглядности возьмём разные электродвигатели, чтобы более подробно проанализировать соотношение между мощностью, вращающим моментом и частотой вращения. Несмотря на то, что вращающий момент и частота вращения электродвигателей сильно различаются, они могут иметь одинаковую мощность.

Например, предположим, что у нас 2-полюсный электродвигатель (с частотой вращения 3000 мин-1) и 4-полюсной электродвигатель (с частотой вращения 1500 мин-1). Мощность обоих электродвигателей 3,0 кВт, но их вращающие моменты отличаются.

Таким образом, вращающий момент 4-полюсного электродвигателя в два раза больше вращающего момента двухполюсного электродвигателя с той же мощностью.

Как образуется вращающий момент и частота вращения?

Теперь, после того, как мы изучили основы вращающего момента и скорости вращения, следует остановиться на том, как они создаются.

В электродвигателях переменного тока вращающий момент и частота вращения создаются в результате взаимодействия между ротором и вращающимся магнитным полем. Магнитное поле вокруг обмоток ротора будет стремиться к магнитному полю статора. В реальных рабочих условиях частота вращения ротора всегда отстаёт от магнитного поля. Таким образом, магнитное поле ротора пересекает магнитное поле статора и отстает от него и создаёт вращающий момент. Разницу в частоте вращения ротора и статора, которая измеряется в %, называют скоростью скольжения.

Скольжение является основным параметром электродвигателя, характеризующий его режим работы и нагрузку. Чем больше нагрузка, с которой должен работать электродвигатель, тем больше скольжение.

Помня о том, что было сказано выше, разберём ещё несколько формул. Вращающий момент индукционного электродвигателя зависит от силы магнитных полей ротора и статора, а также от фазового соотношения между этими полями. Это соотношение показано в следующей формуле:

Сила магнитного поля, в первую очередь, зависит от конструкции статора и материалов, из которых статор изготовлен. Однако напряжение и частота тока также играют важную роль. Отношение вращающих моментов пропорционально квадрату отношения напряжений, т.е. если подаваемое напряжение падает на 2%, вращающий момент, следовательно, уменьшается на 4%.

Потребляемая мощность электродвигателя

Ток ротора индуцируется через источник питания, к которому подсоединён электродвигатель, а магнитное поле частично создаётся напряжением. Входную мощность можно вычислить, если нам известны данные источника питания электродвигателя, т.е. напряжение, коэффициент мощности, потребляемый ток и КПД.

В Европе мощность на валу обычно измеряется в киловаттах. В США мощность на валу измеряется в лошадиных силах (л.с.).

Если вам необходимо перевести лошадиные силы в киловатты, просто умножьте соответствующую величину (в лошадиных силах) на 0,746. Например, 20 л.с. равняется (20 • 0,746) = 14,92 кВт.

И наоборот, киловатты можно перевести в лошадиные силы умножением величины в киловаттах на 1,341. Это значит, что 15 кВт равняется 20,11 л.с.

Момент электродвигателя

Мощность [кВт или л.с.] связывает вращающий момент с частотой вращения, чтобы определить общий объём работы, который должен быть выполнен за определённый промежуток времени.

Рассмотрим взаимодействие между вращающим моментом, мощностью и частотой вращения, а также их связь с электрическим напряжением на примере электродвигателей Grundfos. Электродвигатели имеют одну и ту же номинальную мощность как при 50 Гц, так и при 60 Гц.

Это влечёт за собой резкое снижение вращающего момента при 60 Гц: частота 60 Гц вызывает 20%-ное увеличение числа оборотов, что приводит к 20%-ному уменьшению вращающего момента. Большинство производителей предпочитают указывать мощность электродвигателя при 60 Гц, таким образом, при снижении частоты тока в сети до 50 Гц электродвигатели будут обеспечивать меньшую мощность на валу и вращающий момент. Электродвигатели обеспечивают одинаковую мощность при 50 и 60 Гц.

Графическое представление вращающего момента электродвигателя изображено на рисунке.

Иллюстрация представляет типичную характеристику вращающий момент/частота вращения. Ниже приведены термины, используемые для характеристики вращающего момента электродвигателя переменного тока.

Пусковой момент (Мп): Механический вращающий момент, развиваемый электродвигателем на валу при пуске, т.е. когда через электродвигатель пропускается ток при полном напряжении, при этом вал застопорен.

Минимальный пусковой момент (Ммин): Этот термин используется для обозначения самой низкой точки на кривой вращающий момент/частота вращения электродвигателя, нагрузка которого увеличивается до полной скорости вращения. Для большинства электродвигателей Grundfos величина минимального пускового момента отдельно не указывается, так как самая низкая точка находится в точке заторможенного ротора. В результате для большинства электродвигателей Grundfos минимальный пусковой момент такой же, как пусковой момент.

Блокировочный момент (Мблок): Максимальный вращающий момент — момент, который создаёт электродвигатель переменного тока с номинальным напряжением, подаваемым при номинальной частоте, без резких скачков скорости вращения. Его называют предельным перегрузочным моментом или максимальным вращающим моментом.

Вращающий момент при полной нагрузке (Мп.н.): Вращающий момент, необходимый для создания номинальной мощности при полной нагрузке.

Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя

Выделяют следующие типы нагрузок:

Постоянная мощность

Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.

Постоянный вращающий момент

Как видно из названия — «постоянный вращающий момент» — подразумевается, что величина вращающего момента, необходимого для приведения в действие какого- либо механизма, постоянна, независимо от скорости вращения. Примером такого режима работы могут служить конвейеры.

Переменный вращающий момент и мощность

«Переменный вращающий момент» — эта категория представляет для нас наибольший интерес. Этот момент имеет отношение к нагрузкам, для которых требуется низкий вращающий момент при низкой частоте вращения, а при увеличении скорости вращения требуется более высокий вращающий момент. Типичным примером являются центробежные насосы.

Вся остальная часть данного раздела будет посвящена исключительно переменному вращающему моменту и мощности.

Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.

Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.

Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.

В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.

Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Grundfos предлагает ряд электродвигателей со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели.

Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.

На рисунке показан центробежный насос в разрезе. Требования к вращающему моменту для такого типа нагрузки почти противоположны требованиям при «постоянной мощности». Для нагрузок при переменном вращающем моменте потребный вращающий момент при низкой частоте вращения — мал, а потребный вращающий момент при высокой частоте вращения — велик. В математическом выражении вращающий момент пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность — кубу скорости вращения.

Это можно проиллюстрировать на примере характеристики вращающий момент/частота вращения, которую мы использовали ранее, когда рассказывали о вращающем моменте электродвигателя:

Когда электродвигатель набирает скорость от нуля до номинальной скорости, вращающий момент может значительно меняться. Величина вращающего момента, необходимая при определённой нагрузке, также изменяется с частотой вращения. Чтобы электродвигатель подходил для определённой нагрузки, необходимо чтобы величина вращающего момента электродвигателя всегда превышала вращающий момент, необходимый для данной нагрузки.

В примере, центробежный насос при номинальной нагрузке имеет вращающий момент, равный 70 Нм, что соответствует 22 кВт при номинальной частоте вращения 3000 мин-1. В данном случае насосу при пуске требуется 20% вращающего момента при номинальной нагрузке, т.е. приблизительно 14 Нм. После пуска вращающий момент немного падает, а затем, по мере того, как насос набирает скорость, увеличивается до величины полной нагрузки.

Очевидно, что нам необходим насос, который будет обеспечивать требуемые значения расход/напор (Q/H). Это значит, что нельзя допускать остановок электродвигателя, кроме того, электродвигатель должен постоянно ускоряться до тех пор, пока не достигнет номинальной скорости. Следовательно, необходимо, чтобы характеристика вращающего момента совпадала или превышала характеристику нагрузки на всём диапазоне от 0% до 100% скорости вращения. Любой «избыточный» момент, т.е. разница между кривой нагрузки и кривой электродвигателя, используется как ускорение вращения.

Соответствие электродвигателя нагрузке

Если нужно определить, отвечает ли вращающий момент определённого электродвигателя требованиям нагрузки, Вы можете сравнить характеристики скорости вращения/вращающего момента электродвигателя с характеристикой скорости вращения/ вращающего момента нагрузки. Вращающий момент, создаваемый электродвигателем, должен превышать потребный для нагрузки вращающий момент, включая периоды ускорения и полной скорости вращения.

Характеристика зависимости вращающего момента от скорости вращения стандартного электродвигателя и центробежного насоса.

Если мы посмотрим на характеристику , то увидим, что при ускорении электродвигателя его пуск производится при токе, соответствующем 550% тока полной нагрузки.

Когда двигатель приближается к своему номинальному значению скорости вращения, ток снижается. Как и следовало ожидать, во время начального периода пуска потери на электродвигателе высоки, поэтому этот период не должен быть продолжительным, чтобы не допустить перегрева.

Очень важно, чтобы максимальная скорость вращения достигалась как можно точнее. Это связано с потребляемой мощностью: например, увеличение скорости вращения на 1% по сравнению со стандартным максимумом приводит к 3%-ному увеличению потребляемой мощности.

Потребляемая мощность пропорциональна диаметру рабочего колеса насоса в четвертой степени.

Уменьшение диаметра рабочего колеса насоса на 10% приводит к уменьшению потребляемой мощности на (1- (0.9 * 0.9 * 0.9 * 0.9)) * 100 = 34%, что равно 66% номинальной мощности. Эта зависимость определяется исключительно на практике, так как зависит от типа насоса, конструкции рабочего колеса и от того, насколько вы уменьшаете диаметр рабочего колеса.

Время пуска электрдвигателя

Если нам необходимо подобрать типоразмер электродвигателя для определённой нагрузки, например для центробежных насосов, основная наша задача состоит в том, чтобы обеспечить соответствующий вращающий момент и мощность в номинальной рабочей точке, потому что пусковой момент для центробежных насосов довольно низкий. Время пуска достаточно ограниченно, так как вращающий момент довольно высокий.

Нередко для сложных систем защиты и контроля электродвигателей требуется некоторое время для их пуска, чтобы они могли замерить пусковой ток электродвигателя. Время пуска электродвигателя и насоса рассчитывается с помощью следующей формулы:

tпуск = время, необходимое электродвигателю насоса, чтобы достичь частоты вращения при полной нагрузке

n = частота вращения электродвигателя при полной нагрузке

Iобщ = инерция, которая требует ускорения, т.е. инерция вала электродвигателя, ротора, вала насоса и рабочих колёс.

Момент инерции для насосов и электродвигателей можно найти в соответствующих технических данных.

Мизб = избыточный момент, ускоряющий вращение. Избыточный момент равен вращающему моменту электродвигателя минус вращающий момент насоса при различных частотах вращения.

Мизб можно рассчитать по следующим формулам:

Как видно из приведённых вычислений, выполненных для данного примера с электродвигателем мощностью 4 кВт насоса CR, время пуска составляет 0,11 секунды.

Число пусков электродвигателя в час

Современные сложные системы управления электродвигателями могут контролировать число пусков в час каждого конкретного насоса и электродвигателя. Необходимость контроля этого параметра состоит в том, что каждый раз, когда осуществляется пуск электродвигателя с последующим ускорением, отмечается высокое потребление пускового тока. Пусковой ток нагревает электродвигатель. Если электродвигатель не остывает, продолжительная нагрузка от пускового тока значительно нагревает обмотки статора электродвигателя, что приводит к выходу из строя электродвигателя или сокращению срока службы изоляции.

Обычно за количество пусков, которое может выполнить электродвигатель в час, отвечает поставщик электродвигателя. Например, Grundfos указывает максимальное число пусков в час в технических данных на насос, так как максимальное количество пусков зависит от момента инерции насоса.

Мощность и КПД (eta) электродвигателя

Существует прямая связь между мощностью, потребляемой электродвигателем от сети, мощностью на валу электродвигателя и гидравлической мощностью, развиваемой насосом.

При производстве насосов используются следующие обозначения этих трёх различных типов мощности.

P1 (кВт) Входная электрическая мощность насосов — это мощность, которую электродвигатель насоса получает от источника электрического питания. Мощность P! равна мощности P2, разделённой на КПД электродвигателя.

P2 (кВт) Мощность на валу электродвигателя — это мощность, которую электродвигатель передает на вал насоса.

Р3 (кВт) Входная мощность насоса = P2, при условии, что соединительная муфта между валами насоса и электродвигателя не рассеивает энергию.

Р4 (кВт) Гидравлическая мощность насоса.

www.eti.su

Мощность и крутящий момент — что это?

ЧТО ТАКОЕ ЛОШАДИНАЯ СИЛА?

— У тебя сколько сил? — такой вопрос слышал любой, кто хоть немного касался мира автомобилей. Никому даже пояснять не надо, какие силы на самом деле имеются в виду — лошадиные. Именно в них мы привыкли оценивать мощность мотора, одну из важнейших потребительских характеристик машины.

Уже и гужевого транспорта практически не осталось даже в деревнях, а эта единица измерения живёт и здравствует больше ста лет. А ведь лошадиная сила — величина, по сути, нелегальная. Она не входит в международную систему единиц (полагаю, многие со школы помнят, что называется она СИ) и потому не имеет официального статуса. Более того, Международная организация законодательной метрологии требует как можно скорее изъять лошадиную силу из обращения, а директива ЕС 80/181/EEC от 1 января 2010 прямо обязует автопроизводителей использовать традиционные «л.с.» только как вспомогательную величину для обозначения мощности.

Но не зря считается, что привычка — вторая натура. Ведь говорим же мы в обиходе «ксерокс» вместо копир и обзываем клейкую ленту «скотчем». Вот и непризнанные «л.с.» сейчас используют не только обыватели, но и едва ли не все автомобильные компании. Какое им дело до рекомендательных директив? Раз покупателю удобнее — пусть так и будет. Да что там производители — даже государство на поводу идёт. Если кто забыл, в России транспортный налог и тариф ОСАГО именно от лошадиных сил высчитываются, как и стоимость эвакуации неправильно припаркованного транспорта в Москве.

Лошадиная сила родилась в эпоху промышленной революции, когда потребовалось оценить, насколько эффективно механизмы заменяют животную тягу. По наследству от стационарных двигателей эта условная единица измерения мощности со временем перешла и на автомобили

И никто бы к этому не придирался, если не одно весомое «но». Задуманная, чтобы упростить нам жизнь, лошадиная сила на самом деле вносит путаницу. Ведь появилась она в эпоху промышленной революции как совершенно условная величина, которая не то что к автомобильному мотору, даже к лошади имеет достаточно опосредованное отношение. Смысл этой единицы в следующем — 1 л.с. достаточно, чтобы поднять груз массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. Фактически, это сильно усреднённый показатель производительности одной кобылы. И не более того.

Иными словами, новая единица измерения очень пригодилась промышленникам, добывавшим, к примеру, уголь из шахт, и производителям соответствующего оборудования. С её помощью было проще оценить преимущество механизмов над животной силой. А поскольку приводились станки уже паровыми, а позднее и керосиновыми двигателями, то «л.с.» перешли по наследству и к  самобеглым экипажам.

Джеймс Уатт — шотландский инженер, изобретатель, учёный, живший в XVIII — начале XIX века. Именно он ввёл в обращение как «нелегальную» сейчас лошадиную силу, так и официальную единицу измерения мощности, которую назвали его именем

По иронии судьбы изобрёл лошадиную силу человек, именем которого названа официальная единица измерения мощности — Джеймс Уатт. А поскольку ватт (а точнее, применительно к могучим машинам, киловатт — кВт) к началу XIX века тоже активно входил в оборот, пришлось две величины как-то приводить друг к другу. Вот здесь-то и возникли ключевые разногласия. Например, в России и большинстве других европейских стран приняли так называемую метрическую лошадиную силу, которая равна 735,49875 Вт или, что сейчас нам более привычно, 1 кВт = 1,36 л.с. Такие «л.с.» чаще всего обозначают PS (от немецкого Pferdestärke), но есть и другие варианты — cv, hk, pk, ks, ch… При этом в Великобритании и ряде её бывших колоний решили пойти своим путём, организовав «имперскую» систему измерений с её фунтами, футами и прочими прелестями, в которой механическая (или, по-другому, индикаторная) лошадиная сила составляла уже 745,69987158227022 Вт. А дальше — пошло-поехало. К примеру, в США придумали даже электрическую (746 Вт) и котловую (9809,5 Вт) лошадиные силы.

Вот и получается, что один и тот же автомобиль с одним и тем же двигателем в разных странах на бумаге может иметь разную мощность. Возьмём, например, популярный у нас кроссовер Kia Sportage — в России или Германии по паспорту его двухлитровый турбодизель в двух вариантах развивает 136 или 184 л.с., а в Англии — 134 и 181 «лошадку». Хотя на самом деле отдача мотора в международных единицах составляет ровно 100 и 135 кВт — причём в любой точке земного шара. Но, согласитесь, звучит непривычно. Да и цифры уже не такие впечатляющие. Поэтому автопроизводители и не спешат переходить на официальную единицу измерения, объясняя это маркетингом и традициями. Это как же? У конкурентов будет 136 сил, а у нас всего 100 каких-то кВт? Нет, так не пойдёт…

КАК ИЗМЕРЯЮТ МОЩНОСТЬ?

Впрочем, «мощностные» хитрости игрой с единицами измерения не ограничиваются. До последнего времени её не только обозначали, но даже измеряли по-разному. В частности, в Америке долгое время (до начала 1970-х годов) автопроизводители практиковали стендовые испытания двигателей, раздетых догола — без навески вроде генератора, компрессора кондиционера, насоса системы охлаждения и с прямоточной трубой вместо многочисленных глушителей. Само собой, сбросивший оковы мотор легко выдавал процентов на 10-20 больше «л.с.», так необходимых менеджерам по продажам. Ведь в тонкости методики испытаний мало кто из покупателей вдавался.

Другая крайность (но гораздо более приближенная к реальности) — снятие показателей прямо с колёс автомобиля, на беговых барабанах. Так поступают гоночные команды, тюнинговые мастерские и прочие коллективы, которым важно знать отдачу мотора с учётом всех возможных потерь, и трансмиссионных в том числе.

Мощность также зависит от того, как её измерять. Одно дело крутить на стенде «голый» мотор без навесного оборудования и совсем другое — снимать показания с колёс, на беговых барабанах, с учётом трансмиссионных потерь. Современные методики предлагают компромиссный вариант — стендовые испытания двигателя с необходимой для его автономной работы навеской

Но в итоге за образец в различных методиках вроде европейских ECE, DIN или американских SAE приняли компромиссный вариант. Когда двигатель устанавливают на стенде, но со всей необходимой для бесперебойного функционирования навеской, включая стандартный выпускной тракт. Снять можно только оборудование, относящееся к другим системам машины (к примеру, компрессор пневмоподвески или насос гидроусилителя руля). То есть тестируют мотор ровно в том виде, в котором он фактически стоит под капотом автомобиля. Это позволяет исключить из финального результата «качество» трансмиссии и определить мощность на коленвале с учётом потерь на привод основных навесных агрегатов. Так, если говорить о Европе, то эту процедуру регламентирует директива 80/1269/EEC, впервые принятая ещё в 1980 году и с тех пор регулярно обновляемая.

ЧТО ТАКОЕ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ?

Но если мощность, как говорят в Америке, помогает автомобили продавать, то двигает их вперёд крутящий момент. Измеряют его в ньютон-метрах (Н∙м), однако у большинства водителей до сих пор нет чёткого представления об этой характеристике мотора. В лучшем случае обыватели знают одно — чем выше крутящий момент, тем лучше. Почти как с мощностью, не правда ли? Вот только чем тогда «Н∙м» отличаются от «л.с.».?

На самом деле, это связанные величины. Более того, мощность — производная от крутящего момента и оборотов мотора. И рассматривать их по отдельности просто нельзя. Знайте — чтобы получить мощность в ваттах необходимо крутящий момент в ньютон-метрах умножить на текущее число оборотов коленвала и коэффициент 0,1047. Хотите привычные лошадиные силы? Нет проблем! Делите результат на 1000 (таким образом получатся киловатты) и умножайте на коэффициент 1,36.

Чтобы обеспечить дизелю (на фото слева) высокую степень сжатия, инженеры вынуждены делать его длинноходным (это когда ход поршня превышает диаметр цилиндра). Поэтому у таких моторов крутящий момент конструктивно получается большим, но предельное число оборотов приходится ограничивать ради повышения ресурса. Разработчикам бензиновых агрегатов, наоборот, проще получить высокую мощность — детали здесь не такие массивные, степень сжатия меньше, так что двигатель можно сделать короткоходным и высокооборотным. Впрочем, в последнее время различие между дизелями и бензиновыми агрегатами постепенно стирается — они становятся всё более похожими как по конструкции, так и по характеристикам

Выражаясь техническим языком, мощность показывает, сколько работы способен выполнить мотор за единицу времени. А вот крутящий момент характеризует потенциал двигателя к совершению этой самой работы. Показывает сопротивление, которое он может преодолеть. Например, если машина упрётся колёсами в высокий бордюр и не сможет тронуться с места, мощность будет нулевой, так как никакой работы мотор не совершает — движения нет, но крутящий момент при этом развивается. Ведь за то мгновение, пока движок не заглохнет от натуги, в цилиндрах сгорает рабочая смесь, газы давят на поршни, а шатуны стараются привести во вращение коленвал. Иными словами, момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет. То есть именно «Н∙м» являются основной «продукцией» двигателя, которую он производит, превращая тепловую энергию в механическую.

Если проводить аналогии с человеком, «Н∙м» отражают его силу, а «л.с.» — выносливость. Именно поэтому тихоходные дизельные двигатели в силу своих конструктивных особенностей у нас, как правило, тяжелоатлеты — при прочих равных условиях они могут тащить на себе больше и легче преодолевают сопротивление на колёсах, пусть и не так проворно. А вот быстроходные бензиновые моторы скорее относятся к бегунам — нагрузку держат хуже, зато перемещаются быстрее. В общем, действует простое правило рычага — выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии или скорости. И наоборот.

Так называемая внешняя скоростная характеристика двигателя отражает зависимость мощности и крутящего момента от оборотов коленвала при полностью открытом дросселе. По идее, чем раньше наступает пик тяги и позже — мощности, тем проще мотору адаптироваться к нагрузкам, его рабочий диапазон увеличивается, что позволяет водителю или электронике реже переключать передачи и почём зря не жечь топливо. На этих графиках видно, что бензиновый двухлитровый турбомотор (справа) выигрывает по этому показателю у турбодизеля аналогичного объёма, но уступает ему в абсолютной величине крутящего момента

Как это выражается на практике? В первую очередь, надо понять, что именно кривые крутящего момента и мощности (вместе, а не по отдельности!) на так называемой внешней скоростной характеристике двигателя будут раскрывать его истинные возможности. Чем раньше достигается пик тяги и позже пик мощности, тем лучше мотор приспособлен к своим задачам. Возьмём простой пример — автомобиль движется по ровной дороге и вдруг начинается подъём. Сопротивление на колёсах возрастает, так что при неизменной подаче топлива обороты станут падать. Но если характеристика двигателя грамотная, крутящий момент при этом наоборот начнёт расти. То есть мотор сам приспособится к увеличению нагрузки и не потребует от водителя или электроники перейти на передачу пониже. Перевал пройден, начинается спуск. Машина пошла на разгон — высокая тяга здесь уже не так важна, критичным становится другой фактор — мотор должен успевать её вырабатывать. То есть на первый план выходит мощность. Которую можно регулировать не только передаточными числами в трансмиссии, а повышением оборотов двигателя.

Здесь уместно вспомнить гоночные автомобильные или мотоциклетные моторы. В силу относительно небольших рабочих объёмов, они не могут развить рекордный крутящий момент, зато способность раскручиваться до 15 тысяч об/мин и выше позволяет им выдавать фантастическую мощность. К примеру, если условный двигатель при 4000 об/мин обеспечивает 250 Н∙м и, соответственно, примерно 143 л.с., то при 18000 об/мин он мог бы выдать уже 640,76 л.с. Впечатляет, не правда ли? Другое дело, что «гражданскими» технологиями это не всегда получается добиться.

И, кстати, в этом плане близкую к идеальной характеристику имеют электродвигатели. Они развивают максимальные «ньютон-метры» прямо со старта, а потом кривая крутящего момента плавно падает с ростом оборотов. График мощности при этом прогрессивно возрастает.

Современные моторы «Формулы 1» имеют скромный объём 1,6 л и относительно невысокий крутящий момент. Но за счёт турбонаддува, а главное — способности раскручиваться до 15000 об/мин, выдают порядка 600 л.с. Кроме того, инженеры грамотно интегрировали в силовой агрегат электродвигатель, который в определённых режимах может добавлять ещё 160 «лошадок». Так что гибридные технологии могут работать не только на экономичность

Думаю, вы уже поняли — в характеристиках автомобиля важны не только максимальные значения мощности и крутящего момента, но и их зависимость от оборотов. Вот почему журналисты так любят повторять слово «полка» — когда, допустим, мотор выдаёт пик тяги не в одной точке, а в диапазоне от 1500 до 4500 об/мин. Ведь если есть запас крутящего момента, мощности тоже, скорее всего, будет хватать.

Но всё же лучший показатель «качества» (назовём его так) отдачи автомобильного двигателя — его эластичность, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Она выражается, например, в разгоне от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче или с 80 до 120 км/ч на пятой — это стандартные тесты в автомобильной индустрии. И может случиться так, что какой-нибудь современный турбомотор с высокой тягой на малых оборотах и широченной полкой момента даёт ощущение отличной динамики в городе, но на трассе при обгоне окажется хуже древнего атмосферника с более выгодной характеристикой не только момента, но и мощности…

Так что пусть в последнее время разница между дизельными и бензиновыми агрегатами становится всё более расплывчатой, пусть развиваются альтернативные моторы, но извечный союз мощности, крутящего момента и оборотов двигателя останется актуальным. Всегда.

auto.mail.ru

Что такое крутящий момент двигателя?

Здравствуйте, уважаемые читатели блога! Работа двигателя в автомобиле измеряется множеством показателей, которые определяют его эффективность, экономичность и так далее. Об одном из них — степени сжатия мы вели разговор ранее. А вот, что такое крутящий момент, знают не многие автолюбители, хотя термин этот доводилось слышать каждому из нас. Предлагаю разобраться в этом вопросе более детально.

   Взаимосвязь оборотов и крутящего момента

Именно этот критерий позволяет оценить потенциал любого силового агрегата внутреннего сгорания. Вот по этой причине многие автолюбители задаются вопросом, как увеличить этот самый момент. Он напрямую связан со скоростью вращения вала, а дальше с помощью трансмиссии передается на ведущие колеса. Они развивают необходимую скорость, благодаря чему автомобиль может двигаться быстрее.

Узнать, какие обороты выдает Ваше авто, можно еще в техническом паспорте к нему. Многих интересуют предельные скорости, которые он способен выдать. Однако на практике сталкиваемся с таким фактом: до определенного скоростного показателя машина разгоняется уверенно и быстро, а затем двигатель словно «тяжелеет», мощность снижается, затем каждый новый набранный километр дается с большим трудом. То есть, свою максимальную мощь силовой агрегат отдавал при определенном количестве оборотов.

На этом этапе и подключается в работу крутящий момент, который измеряют ньютон-метрах, или сокращенно Нм. Чем больше будет такой показатель, тем быстрее движок сможет собирать необходимую мощность в лошадиных силах. Также тем быстрее он сможет набирать обороты, которые можно почувствовать, нажимая на педаль акселератора. Здесь можно обнаружить ответ на вопрос: почему авто, которое должно показывать высокие обороты, не отличается резвостью и динамикой, какая может прослеживаться зависимость?

   Основные показатели работы мотора

После того, как мотор разгонится до определенного числа оборотов, включается так называемый «максимальный крутящий момент». Водителю остается добавить газу, чтобы убедиться в значительном ускорении своего автомобиля. Вот тут и прослеживается основная связь: чем более высоким будет крутящий момент, и чем меньше при этом будет количество оборотов, тем более «резвым» будет Ваш стальной конь.

Казалось бы, что этот показатель должен быть связан напрямую с мощностью и больше ни с чем. Однако, помимо нее, есть еще понятие «эластичности» двигателя — оно представляет собой соотношение между мощностью, общим числом оборотов и их количеством во время максимального значения ньютон-метров. Движок с хорошей эластичностью дает возможность водителю легко набирать и снижать скорость одной лишь педалью газа, без переключения передачи. Даже на высоких передачах он хорошо себя чувствует при движении с небольшой скоростью.

   Практическая ценность Нм двигателя Вашего авто

Понимая, как вырабатывается крутящий момент на валу мотора, можно использовать эти характеристики в ходе эксплуатации, то есть, на практике. Они позволяют изменить фазы газораспределения, отрегулировать электронный впрыск, применять или не применять турбо наддув и т.д. В дальнейшем это дает возможность не менять скорость движения транспортного средства, но сохранять прежнюю силу тяги на ведущих колесах машины. Эти действия можно выполнить без переключения коробки передач — вот об этом идет речь, когда говорят об «эластичности» силового агрегата внутреннего сгорания.

Водитель может замерить этот показатель на своем автомобиле. Для этого ему нужно двигаться на 4‑й передаче на скорости 60 км/час. Теперь он должен попробовать разогнать машину до 100 км за счет нажатия одной лишь педали акселератора. Чем меньше у него это отнимет времени, тем более эластичным можно считать двигатель. В данном случае число оборотов в минуту уже не имеет такого значения, а важно, какую практическую ценность они представляют при разгоне.

Именно такими характеристиками славятся силовые агрегаты, производимые ведущими европейскими автозаводами. У них прекрасная эластичность, которая и обеспечивает ту знаменитую динамику при разгонах, которую давно оценили наши водители. Особенно хорошо проявили себя немецкие автомобили: БМВ, Ауди, Мерседес. Выдаваемый ими крутящий момент дарит наслаждение не только при движении на загородных трассах, но и в условиях забитых городских улиц и пробок, когда оперативный разгон помогает вовремя добраться до места назначения.

На этом будем завершать сегодняшнюю дискуссию. Теперь, я надеюсь, Вы больше знаете о крутящем моменте, который способен вырабатывать бензиновый или дизель-мотор. Заходите почаще на мой блог, чтобы всегда быть в курсе интересных и полезных новостей из области автотематики. На сегодня всем пока, и до новых встреч!

С уважением, автор блога Андрей Кульпанов

Место для контестной рекламы

Автор:Андрей

avto-kul.ru

Крутящий момент двигателя автомобиля

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.

Содержание статьи

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.

avtofirst.ru