Что такое крутящий момент на коленчатого вала двигателя

Основные сведения о крутящем моменте двигателя

Крутящий момент двигателя — это одна из основных характеристик мотора, которая показывает его динамичность и способность быстро разгонять автомобиль в широком диапазоне скоростей.

В различных автомобильных обзорах и технической документации к машинам можно найти упоминание о крутящем моменте двигателя. Однако многие автовладельцы не знают, что обозначает эта характеристика, следует ли учитывать ее при выборе конкретной машины и типа ее двигателя. Поговорим поподробнее о том, что же представляет собой крутящий момент мотора и как правильно выбрать двигатель в зависимости от этой характеристики.

Понятие крутящего момента двигателя

Часто автовладельцы путают понятие крутящего момента и мощности мотора, однако эти характеристики всё же имеют определенные различия. Если мощность измеряется в лошадиных силах, то крутящий момент в Ньютон метрах и соответствующих оборотах двигателя. Эта характеристика указывает на предельно возможную отдачу мотора при определённом показателе оборотов двигателя. На дизельных автомобилях по причине конструктивных особенностей таких силовых агрегатов максимальный пик крутящего момента приходится на низкие обороты коленвала, соответственно, машина быстро разгоняется и отлично тянет уже с самого низа.

Крутящий момент определяет интенсивность разгона, по сути, это эффективность двигателя, его максимум тяги, который может достигаться как на низких, так и высоких оборотах. Чем выше показатель Ньютон метров и ниже число оборотов, тем динамичнее автомобиль и тем быстрее он разгоняется. Однако не следует думать, что показатель крутящего момента важен лишь для спортивных автомобилей. Часто в городе при повседневной эксплуатации машины требуется постоянно быстро ускоряться и тормозить, при этом если у автомобиля небольшой показатель крутящего момента, а его пик приходится на 5-6 тысяч оборотов, то использовать такую машину будет не слишком комфортно.

От чего зависит этот показатель?

В первую очередь показатель крутящего момента будет зависеть от объема и мощности двигателя. Небольшому мотору, объём которого составляет 1,5 литра, будет сложно разогнать тяжелую машину, а вот 3 литровый турбированный агрегат сможет обеспечить максимум ускорения и отличные динамические показатели. Однако в последние годы отмечается тенденция, когда большинство автопроизводителей используют небольшие по объему турбированные агрегаты, у которых кривая мощности сглажена, а более 80% крутящего момента приходится уже на диапазон до 3000 оборотов в минуту.

Также эта характеристика зависит от мощности, которая выражается в лошадиных силах. Мощность нужна автомобилю для преодоления воздушного сопротивления, а также при движении под горку. На низких оборотах пик мощности приходится лишь у дизельных авто, а вот бензиновые турбированные агрегаты имеют максимум крутящего момента на 5-6 тысяч оборотов коленвала, что вынуждает автовладельцев выкручивать мотор до своего максимума.

Рекомендации по выбору двигателей автомобиля

Часто, выбирая конкретную модификацию двигателя автомобиля, потенциальные покупатели обращают внимание лишь на литраж мотора, его мощность и показатели расхода топлива. Однако одним из важных параметров является именно крутящий момент , от которого будет зависеть динамичность авто и его способность быстро ускоряться в широком диапазоне скоростей и оборотов двигателя.

Как уже было сказано выше, максимально возможный крутящий момент отмечается у дизельных двигателей , причём у них пик мощности агрегат выдает на низких оборотах. Это обеспечивает ураганное ускорение и великолепную приемистость мотора, который позволяет с любых оборотов отлично разгонять автомобиль. Однако у такого огромного едва ли не рекордного показателя крутящего момента имеются и свои определенные недостатки. В первую очередь, это повышенные требования к конструкции трансмиссии и коробки передач.

Чтобы переварить такой высокий показатель крутящего момента коробка передач должна выполняться не только мощной, она имеет усложненную конструкцию, что неизменно сказывается на ее надежности и стоимости. А вот простые автоматы использовать на сверхмощных дизелях не рекомендуется, так как такая коробка передач выдержит от силы 100-150 тысяч километров пробега, после чего потребуется выполнять ее дорогостоящий ремонт.

У турбированных автомобилей показатели крутящего момента также могут быть высокими, однако их максимум приходится на максимальные обороты, соответственно добиться равномерного ускорения машины будет попросту невозможным. В особенности подобное часто отмечалось на старых турбомоторах с большими нагнетатели, где была выражена так называемая турбояма, то есть провал мощности при резком нажатии на педаль газа. На современных автомобилях эта проблема отчасти решена, однако полностью исключить турбояму всё же не представляется возможным.

Покупателям новых подержанных автомобилей при выборе конкретной модификации двигателя можно порекомендовать не гнаться за рекордными показателями мощности двигателя и его крутящего момента. Дело в том, что не всегда такая повышенная мощность требуется водителю, а новички часто просто не могут справиться с динамичным авто, что приводит не только к опасным ситуациям на дороге, но и серьёзным дорожно-транспортным происшествиям. Поэтому при выборе следует придерживаться некой золотой середины между мощностью, показателем крутящего момента и топливной экономичностью.

Читайте также:  Что будет если на 16 клапанный двигатель поставить 8 клапанные форсунки

Также необходимо различать понятия среднего крутящего момента и его максимального значения. Многие автопроизводители в своей технической документации указывают, что 80% и более крутящего эффекта достигается уже при 3000 оборотов, а при раскручивании двигателя до 5000 вращений коленвала этот показатель достигает своих пиковых значений.

Выводы

Под показателем крутящего момента, который измеряется в оборотах двигателя и Ньютон метрах, принято понимать приземистость авто и его способность быстро ускоряться. От этой характеристики напрямую зависят динамические показатели машины, а также возможность быстрого ускорения с любой скорости и на любой передаче. По причине особенностей конструкции максимально возможные показатели крутящего момента отмечаются у дизельных турбированных авто, которые великолепно тянут уже буквально с 2-3 тысяч оборотов, тогда как для достижения максимальной мощности бензиновый мотор требуется раскрутить до 5000 оборотов коленвала и более.

Источник

Что такое крутящий момент и почему он важен (объяснение для неспециалиста)

Крутящий момент часто описывается как сила с которой вращается двигатель. Представьте себе крутящий момент (в контексте двигателя) как объем работы, которую двигатель производит за радиан (обороты). На самом деле крутящий момент измеряется в ньютон-метрах (Нм) -> сила * движение = энергия (работа).

Величина крутящего момента, создаваемая двигателем внутреннего сгорания, сильно варьируется в зависимости от текущей скорости вращения двигателя. Вот почему, как правило, технические характеристики транспортных средств дают (пиковый) крутящий момент коленчатого вала, а также обороты, при которых двигатель его достигает: 200Нм при 3000 оборотов/мин.

Простой пример для понимания крутящего момента — сравнение с фермером, работающим на поле:
1. Число оборотов двигателя — это количество ударов мотыги, которые фермер может сделать за минуту.
2. Крутящий момент двигателя — с какой мощностью удар фермера падает на землю.
Мощность двигателя — это комбинация и того и другого и представляет, сколько полей фермер может подготовить за определенное время.

Фермер может использовать очень маленькую мотыгу (низкий крутящий момент) и быть очень быстрым (высокие обороты), или наносить несколько (низкие обороты) очень мощных ударов (высокий крутящий момент). Количество подготовленных полей может быть одинаковым даже при очень разных значениях «крутящего момента».

В случае двигателя величина крутящего момента сама по себе совершенно бессмысленна, поскольку крутящий момент может быть умножен на передачу, например, описанный выше двигатель может быть приспособлен с отношением 1: 2 для получения 400Нм при 1500 оборотов/ мин. Делая меньше оборотов, двигатель сможет производить больше работы (энергии) за оборот. Но обратите внимание, что вся энергия, произведенная за тот же промежуток времени, постоянна.

Мощностью называется работа силы, совершаемая в единицу времени. Чтобы получить мощность двигателя при определенных оборотах, вы умножаете крутящий момент на число оборотов (рад/с):
200Нм * 3000 оборотов/ мин = 62.84 кВт
400Нм * 1500 оборотов/ мин = 62.84 кВт

Можете сами поэкспериментировать с расчетами тут

Вы видите, что мощность двигателей равна, поэтому оба могут выполнять одну и ту же работу за одно и то же время, даже если один из двигателей обладает в два раза большим крутящим моментом. Оба могут ускорять объект определенной массы в одно за одно и то же время. Вот почему обычно ЛС (лошадиные силы) / кВт являются более значимым способом описания производительности двигателя. кВт — это 1000 Дж/с.

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = энергия на единицу вращения

МОЩНОСТЬ = энергия на единицу времени

Так почему крутящий момент важен? Он как раз и не важен:
Рассмотрим типичную машину (1500 кг), разгоняющуюся от 0 до 100 км/ч (28 м/с).

Рассчитаем количество кинетической энергии, необходимой для ускорения машины, по знаменитой формуле 1/2𝑚𝑉 ^2 (V квадрат).

0,5 ∗ 1500 кг ∗ (100 км/ч)^2 = 600000 Джоулей

Рассмотрим оба двигателя, которые мы упоминали выше. У них 62 кВт, но сильно отличающиеся значения крутящего момента.

Оба двигателя разгонят автомобиль с 0 до 100 км / ч за:

600 кДж / 62 кВт = 600000 Дж / 62000 Дж/сек. = 10 секунд
Теоретически…

На практике это будет несколько иначе, потому что, когда вы ведете автомобиль, вы не можете поддерживать двигатель на желаемой скорости, вам постоянно нужно переключать передачи, и при ускорении обороты двигателя будут расти. Это означает, что для получения пикового ускорения вам нужно будет поддерживать двигатель около точки пиковой мощности, которая обычно отличается от точки пикового крутящего момента.
Так крутящий момент имеет значение? Нет. В какой-то степени важна точка максимального крутящего момента (обороты / мин.) по сравнению с общим доступным диапазоном оборотов. Например, сравните эти двигатели:
— Большой турбодизель с максимальным крутящим моментом при
1250 об. / мин и 200 л.с. при 4000 об. / мин
— Мотоциклетный атмосферный газовый двигатель объемом 900 куб. см с максимальным крутящим моментом при 11000 об / мин и 200 л.с. при 13000 об. / мин

Читайте также:  Причины не заводки двигателя мазды 6

Второй двигатель будет иметь менее трети крутящего момента первого, но оба будут способны разгонять одну и ту же массу с одинаковой скоростью, тянуть одинаковый вес в гору, если он будет использоваться в точке максимальной мощности. Но первый двигатель будет иметь приличную мощность от 1500 об. / мин до 4000 об. / мин, то есть от 30% до 100% от доступного диапазона. Второй двигатель будет иметь приличную мощность только от 60% до 100% диапазона оборотов.

Первый двигатель тяжелый, но эффективный, он требует большой трансмиссии и тяжелого сцепления. Он идеально подходит для больших грузовиков или небольших судов, где важна эффективность и вес не имеет большого значения. Второй двигатель неэффективный, но легкий, он может быть полезен для мотоциклов, небольших гоночных автомобилей или даже для небольших городских автомобилей.

Но это не имеет ничего общего с крутящим моментом само по себе, просто двигатели с низким крутящим моментом, как правило, более эффективны, чем быстрые двигатели с низким крутящим моментом.

Важность трансмиссии и передаточных чисел:

При фиксированном передаточном числе и фиксированном соединении между коленчатым валом и шинами, крутящий момент колеса и, следовательно, ускорение будут пропорциональны крутящему моменту двигателя. В этом состоянии пиковое ускорение наступает, когда двигатель имеет пиковое значение крутящего момента.

Это может сбивать с толку, потому что то, что я сказал что максимальное ускорение наступает в точке максимальной мощности, а не в точке максимального крутящего момента.

Путаница возникает из-за того, что энергия, необходимая для ускорения транспортного средства на фиксированную величину, увеличивается со скоростью.

Запомните формулу:
𝐾𝑒 = 1 / 2𝑚𝑉 ^2
термин V ^ 2 означает, что с увеличением скорости вам нужно все больше и больше энергии для ускорения.

Так почему это важно?

Рассмотрим ситуацию с фиксированным передаточным числом 1: 1 и ускорением автомобиля во всем диапазоне оборотов.

В точке максимального крутящего момента (скажем, 1000 об. / мин.) транспортное средство будет подвергаться максимальному ускорению и будет двигаться с определенной скоростью V1.

В точке максимальной мощности (скажем, 3000 об. / мин. — 30 км. / ч.) автомобиль будет подвергаться меньшему ускорению, но его скорость V2 будет намного выше.

Поскольку V2 > V1, мощность, необходимая для ускорения транспортного средства на определенную величину в V2, будет выше. Даже если при V2 ускорение будет ниже, увеличение кинетической энергии будет выше из-за более высокой мощности при 3000 об. / мин.

Для получения фиксированной величины ускорения при V1 = 1000 об. / мин., вам нужна мощность, пропорциональная: (игнорируем здесь единицы измерения)

На V2 = 30 000 об. / мин. вам нужно:
30 ^ 2 = 900

Таким образом, чтобы получить такое же ускорение при 30 км. / ч., вам нужно в 9 раз больше энергии, чем при 10 км. / ч.!

Теперь представьте другой сценарий, в котором на V1 у вас будет более короткая передача, поэтому обороты двигателя будут 3000, даже если вы на скорости 1000 об. / мин.. В этом состоянии двигатель будет работать в точке максимальной мощности, крутящий момент на коленчатом валу будет ниже, но крутящий момент на колесе будет выше, поскольку теперь у вас есть отношение 3: 1, а крутящий момент двигателя умножается на 3. В этом состоянии вы имеете максимально возможное ускорение, потому что двигатель передает кинетическую энергию на транспортное средство с максимально возможной скоростью.

Уф, кажется закончил ))
Много текста, я понимаю. Но, как говорится, не море топит, а лужа.

Источник

Крутящий момент, что это и зачем он нужен?

Каждый двигатель внутреннего сгорания рассчитан на определенную максимальную мощность, которую он может выдавать при наборе определенного количества оборотов коленчатого вала. Однако помимо максимальной мощности существует еще и такая величина в характеристике двигателя, как максимальный крутящий момент, достигаемый на оборотах отличных от оборотов максимальной мощности.

Что же означает понятие крутящий момент?

Говоря научным языком, крутящий момент равен произведению силы на плечо ее применения и измеряется в ньютон — метрах. Значит если к гаечному ключу длиной 1 метр (плечо), приложить силу в 1 Ньютон (перпендикулярно на конце ключа), то мы получим крутящий момент равный 1 Нм.

Читайте также:  Характеристики асинхронных двигателей на шильдике

Для наглядности. Если гайка затянута с усилием 3 кгс, то для ее откручивания придется к ключу с длиной плеча в 1 метр приложить усилие 3 кг. Однако, если на ключ длиной 1 метр надеть дополнительно 2-х метровый отрезок трубы, увеличив тем самым рычаг до 3 метров, то тогда для отворачивания этой гайки потребуется лишь усилие в 1 кг. Так поступают многие автолюбители при откручивании колесных болтов: либо добавляют отрезок трубы, а за неимением такового просто надавливают на ключ ногой, увеличив тем самым силу приложения к баллонному ключу.

Так же если на рычаг метровой длины повесить груз равный 10 кг, то появится крутящий момент равный 10 кгм. В системе СИ это значение (перемножается на ускорение свободного падения — 9,81 м/см2) будет соответствовать 98,1 Нм.

Результат всегда един — крутящий момент, это произведение силы на длину рычага, стало быть, нужен либо длиннее рычаг, либо большее количество прикладываемой силы.

Все это хорошо, но для чего нужен крутящий момент в автомобиле и как его величина влияет на его поведение на дороге?

Мощность двигателя лишь косвенно отражает тяговые возможности мотора, и ее максимальное значение проявляется, как правило, на максимальных оборотах двигателя. В реальной жизни в таких режимах практически никто не ездит, а вот ускорение двигателю требуется всегда и желательно с момента нажатия на педаль газа. На практике одни автомобили уже с низких оборотов (с низов) ведут себя достаточно резво, другие напротив предпочитают лишь высокие обороты, а на низах показывают вялую динамику.

Так у многих возникает масса вопросов, когда они с авто с бензиновым мотором мощностью 105-120 л.с. пересаживаются на 70-80 – сильный дизель, то последний с легкостью обходит машину с бензиновым мотором. Как такое может быть?

Связано это с величиной тяги на ведущих колесах, которая различна для этих двух автомобилей. Величина тяги напрямую зависит от произведения таких показателей как, величины крутящего момента, передаточного числа трансмиссии, ее КПД и радиуса качения колеса.

Как создается крутящий момент в двигателе

В двигателе нет метровых рычагов и грузов, и их заменяет кривошипно-шатунный механизм с поршнями. Крутящий момент в двигателе образуется за счет сгорания топливо — воздушной смеси, которая расширяясь в объеме с усилием толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун передает давление на шейку коленчатого вала. В характеристике двигателя нет значения плеча, но есть величина хода поршня (двойное значение радиуса кривошипа коленвала).

Для любого мотора крутящий момент рассчитывается следующим образом. Когда поршень с усилием 200 кг двигает шатун на плечо 5 см, появляется крутящий момент 10 кГс или 98,1Нм. В данном случает для увеличения крутящего момента нужно либо увеличить радиус кривошипа, или же увеличить давление расширяющихся газов на поршень.

До определенной величины можно увеличить радиус кривошипа, но будут расти и размеры блока цилиндров как в ширину, так и в высоту и увеличивать радиус до бесконечности невозможно. Да и конструкцию двигателя придется значительно упрочнять, так как будут нарастать силы инерции и другие отрицательные факторы. Следовательно, у разработчиков моторов остался второй вариант – нарастить силу, с которой поршень передает усилие для прокручивания коленвала. Для этих целей в камере сгорания нужно сжечь больше горючей смеси и к тому же более качественно. Для этого меняют величину и конфигурацию камеры сгорания, делают «вытеснители» на головках поршней и повышают степень сжатия.

Однако максимальный крутящий момент доступен не на всех оборотах мотора и у различных двигателей пик момента достигается на различных режимах. Одни моторы выдают его в диапазоне 1800- 3000 об/мин, другие на 3000-4500 об/мин. Это зависит от конструкции впускного коллектора и фаз газораспределения, когда эффективное наполнение цилиндров рабочей смесью происходит при определенных оборотах.

Наиболее простое решение для увеличения крутящего момента, а следовательно и тяги, это применение турбо или механического наддува, либо применение их в комплексе. Тогда крутящий момент можно уже использовать с 800-1000 об/мин, т.е. практически сразу при нажатие на педаль акселератора. К тому же это закрывает такую проблему , как провалы при наборе скорости, так как величина крутящего момента становится практически одинакова во всем диапазоне оборотов двигателя. Достигается это различными путями: , увеличивают количество клапанов на цилиндр, делают управляемыми фазы газораспределения для оптимизации сгорания топлива, повышают степень сжатия, применяют выпускной коллектор по формуле 1-4 -2-3, в турбинах применяют крыльчатки с изменяемым и регулируемым углом атаки лопаток и т.д.

Источник

Adblock
detector